第3节 无机污染物的迁移转化.ppt

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1、§3水中无机污染物的迁移转化无机污染物尤其是重金属，一旦进入水体不能被生物降解，主要是通过沉淀溶解、氧化还原、配合、作用吸附等化学及物化作用进行迁移转化，重点是重金属在水环境中的迁移转化的基本原理。一、颗粒物与水之间的迁移1水中颗粒物(1)矿物微粒和粘土矿物：云母、蒙脱石、高岭石等粘土矿物易于破碎，颗粒较细且具有粘结性可生成稳定的聚集体，而石英、长石等矿物微粒则缺乏粘结性。天然水体中具有显著胶体化学特征的微粒是粘土矿物，主要为铝、镁的硅酸盐由其它矿物经化学风化作用而生成。(2)金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的

2、胶体化学作用。(3)腐殖质：腐殖质是广泛存在于天然水中有机胶体物质，主要是由植物残体（骸）及生物体死亡后，被微生物分解后的残留物，其组成比较复杂，一般的说，腐殖质首先在土壤中生成，由于土壤和水体相通，因此在水体也存在有相当的数量，也有人指出，水体中的腐殖质有一部分是在该水体系统中直接产生的。其中：腐殖酸是能溶于碱而沉于酸的组分；富里酸是兼能溶于碱和酸的组分；胡敏素是酸碱皆不溶的组分。水环境中发现的腐殖质大部分为富里酸这一类，原因在于易溶于水，来源有二：一部分是水生植物的分泌物和降解产物；另一部分来自土壤，由土壤淋溶液和泾流带入水体。河水中腐殖质平均含量在10～15mg/L，但起源于沼

3、泽地带的河流其含量要丰富的多。水体底泥中的腐殖质含量大部分情况下为1～3％，水环境中的腐殖质对重金属离子有较强的络合能力，其中以对Hg2+、Cu2+的络合能力最强。水体悬浮沉积物：水环境中的胶体物质可相互结合成某种聚集体，一般是以粘土矿物为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在其表面成为各微粒间的粘附架桥物质，把若干微粒组合成絮状聚集体，经絮凝成为粗颗粒降到水体底部。(5)其它：藻类、细菌、表面活性剂等。水中颗粒物的吸附作用1)吸附作用(1)表面吸附：由于胶体具有巨大的比表面和表面能，因而有着较强的吸附作用，属于物理吸附。(2)离子交换吸附：水环境中大部分胶体带负电，其扩散层中的反离

4、子可被水环境中的其它正离子交换而被吸附，这种离子交换吸附属于物理化学吸附。(3)专属吸附：是指吸附过程中除化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键起作用。专属吸附与非专属吸附的区别参见P.121.表3-5。吸附等温式吸附是指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象，是一个动态平衡过程，当达平衡时其吸附量与溶质的平衡浓度之间的关系可用吸附等温式来表示。常用的吸附等温式有三种：Henry等温式、Freundlich等温式和Langmuir等温式。(1)Henry吸附等温式G=kc式中:G为吸附量(mg/g)；c为溶液中吸附质平衡浓度；k为分配系数。由等温式表明，吸附量对吸附质平衡浓度作

5、图为一直线即Henry吸附等温线。(2)Freundlich吸附等温式G=kc1/n以lgG对lgc作图可得一直线。其k值物理意义是c=1时的吸附量,它可大致表示吸附能力的强弱;1/n为直线的斜率表示吸附量随浓度增长的强度。(3)Langmuir等温式式中：G0为最大吸附量，A为常数,等于吸附量达最大值一半时的吸附质平衡浓度。将上式转化：以1/G对1/c作图同样为一条直线，其G0、A均可由截距和斜率求出。物理化学教科书上Langmuir等温式常写作：沉积物中重金属的释放此为二次污染问题，诱发释放的主要因素有：(1)盐浓度升高：碱金属及碱土金属离子浓度较高时可将颗粒表面吸附的重金属离子

6、交换而释放出来。(2)氧化还原条件的变化：在较低电位下铁锰氧化物溶解度大增，使被吸附或共沉淀的重金属离子释放出来。(3)pH值降低：H+浓度的升高，可使重金属的溶解度增大，同时被吸附的重金属的解吸量增加。(4)配位体含量增加：与重金属形成可溶性配合物，可使重金属解吸下来。二、水中颗粒物的聚集水中胶体的聚集可用凝聚和絮凝表示，凝聚是指胶体被强电解质压缩双电层脱稳而聚集的过程，絮凝则是通过絮凝剂在胶粒之间产生架桥作用聚集成大颗粒絮体。胶体颗粒凝聚的基本原理典型胶体的相互作用是以DLVO物理理论为定量基础。（双电层压缩机理）DLVO物理理论把范德华吸引力和扩散双电层排斥力为所考虑的作用因素

7、，它适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中。总的综合作用位能为：VT=VR+VA式中：VT为综合作用位能；VA为由范德华力所产生的位能；VR为由静电排斥力所产生的位能。当两颗粒在相互接近时产生的综合位能随相隔距离所发生的变化由图3－9所示。由P.127图3－9中曲线可知：不同离子强度有不同的VR曲线，且VR随颗粒间的距离按指数律下降。VA随颗粒间距离变化，与离子强度无关。离子强度不同，VT曲线不同；在离子强度较小时有一最大值，当离子强度增大时降低至消失。