第四章水环境保护第三节　水体污染物的迁移和转化-无机污染物在水体中的迁移和转化（课件）《环境学基础》教学同步（化学工业出版社）

第四章水环境保护 第三节　水体污染物的迁移和转化 无机污染物在水体中的迁移和转化 颗粒物与水之间的迁移 水中颗粒物的聚集 溶解与沉淀 氧化与还原 配合作用 一、颗粒物与水之间的迁移 1. 水中颗粒物的类别： 矿物微粒和黏土矿物：石英沙、长石等，云母、蒙脱石、高岭土等有胶体特性的黏土矿物 金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等元素，以无机高分子及溶胶形式存在（聚合铝絮凝剂中铝的聚合形态？） 腐殖质：带负电的有机高分子(300-30,000)弱电解质，形状构型与官能团的离解程度有关。高pH时，趋于溶解；低pH时，趋于沉淀或凝集（水中的腐殖质是怎么来的？） 水体悬浮沉积物：水体中胶体物质聚集体。矿物微粒为骨架，有机物和水合物结合在表面 藻类、细菌、病毒、油迹、表面活性物质 一、颗粒物与水之间的迁移 2. 水环境中颗粒物的吸附作用 表面吸附：由于比表面大，胶体表面吸附能高（物理吸附） 离子交换吸附：胶体负电荷作用，环境阳离子和胶体阳离子发生交换（物理化学吸附） 专属吸附：除化学键外，存在憎水键、范德华力、氢键等的作用，特点是使胶体电荷改变符号、可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上 0 + + + + + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + - - 紧密层 扩散层  - -+ - - - -+ -+ -+  Stern层  一、颗粒物与水之间的迁移 1）吸附等温线和等温式 正吸附是指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。 G~c关系：Henry、Freundlich、Langmuir型等温线 H型（Henry）等温式： G = k c G为吸附量, c为溶质平衡浓度, k为分配系数 一、颗粒物与水之间的迁移 F型(Freundlich)等温式： 　 G = k cn 　　 n为常数, 表示吸附量G随平衡浓度c增长的强度 　 lgG = lgk + n lgc 　　 k为c=1时的吸附量 经验式, 缺点是n没有物理意义,也不能预测最大吸附量. 一、颗粒物与水之间的迁移 L型(Langmuir)等温式： G = G0 c / ( A + c ) G0为最大吸附量，A为吸附量达到G0/2时的平衡浓度 理论公式, 所有物理量都有明确的物理意义，推导最大吸附量 一、颗粒物与水之间的迁移 影响吸附作用的因素： （1）pH对吸附作用的影响 当溶液pH低于临界pH时, 颗粒物对重金属的吸附量随pH值升高而增大. G = A c 10BpH A, B 为常数 （2）颗粒物的粒度和浓度对重金属吸附量的影响 随颗粒物粒度的增大而减小, 随颗粒物浓度的增大而减小. 一、颗粒物与水之间的迁移 诱发重金属释放的原因主要有: 盐浓度升高, 离子交换加强 氧化还原条件的变化, 河口沉积物氧化还原电位降低 降低pH值, 导致碳酸盐和氢氧化物溶解 增加水中配合剂的含量, 稳定的配合物的形成导致重金属元素的形态变化 3. 沉积物中重金属的释放 沉积物中重金属的释放形成二次污染，对水生生态和饮用水有影响 二、水中颗粒物的聚集 凝集：由电解质促成的胶体颗粒聚集 絮凝：由聚合物促成的胶体颗粒聚集 DLVO理论——解释胶体聚集的理论 DLVO理论假设： 胶粒为粒度相等的球体 引力：多分子范德华力(VA) 斥力：扩散双电层排斥力(VR)（静电+水化膜） 胶粒间的综合位能： VT = VR + VA 二、水中颗粒物的聚集 DLVO理论的重要论点： VR随颗粒间距离的增加呈指数下降，随溶液的离子强度增大而减小 VA随颗粒间距离增大而减弱，与离子强度无关 VT必然在某个距离有最大值，只有粒子的热运动能超过VT, 才能发生聚集 提高溶液的离子强度有利于聚集 适合处理电解质凝聚体系 二、水中颗粒物的聚集 异体凝聚理论 适用于处理物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体系 电性相异的胶粒相接近，吸引力占优势 电性相同的胶粒相接近，位能最大值取决于荷电较弱而电位较低的一方。 只要有一种的稳定性甚低而电位达到临界状态，就必然发生快速凝集 二、水中颗粒物的聚集 天然水环境和水处理过程的聚集方式 压缩双电层凝聚 专属吸附凝集 胶体相互凝集 边对面凝集 第二极小值凝集 聚合物粘结架桥凝集 无机高分子的絮凝 絮团卷扫絮凝 颗粒层吸附絮凝 生物絮凝 三、溶解和沉淀 溶解和沉淀是污染物在水中迁移的重要途径。金属氧化物在水中的迁移能力可用溶解度衡量。 金属化合物在水中的迁移能力与其溶解度呈正相关 理论结果与实际偏差的原因： 非均相平衡在动态环境下难以实现 实际体系中的相不一定是热力学的稳定相 可能存在过饱和存在现象 固体溶解所产生的离