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 一、污染物在颗粒物与水之间的迁移 1．水中颗粒物的类别 (1)矿物微粒和黏土矿物 矿物微粒: 主要指硅酸盐矿物，其中,石英(SiO2)、长石(KAlSi3O8)等矿物微粒.颗粒粗、不易碎裂， 缺乏粘结性。 黏土矿物:（云母、蒙脱石、高岭石）主要是铝镁的硅酸盐，由其他矿物经化学风化而成，具有晶体层状结构、有粘性、具有胶体性质， 可以生成稳定的聚集体。 (2)金属水合氧化物 Al、Fe、Mn、Si等的水合氧化物，在水体中以无机高分子及溶胶等形式存在，表现出重要的胶体化学性质。 所有金属水合氧化物可以结合水中微量物质,同时本身又趋于结合在矿物微粒和有机物的界面上 （3）腐殖质 带负电荷的高分子弱电解质，含有–COOH、–OH等。在高pH，低离子强度条件下，羟基、羧基易离解，形成的负电荷相互排斥，构型伸展，亲水性强。 在低pH、较高离子强度条件下，各官能团难以离解，高分子趋于卷缩，亲水性弱，因而趋于沉淀或凝聚。 有 机 质 的 结 构 黏土单元结构模型 片层结构，多孔结构 （4）悬浮沉积物 各种环境胶体物质的聚集体，组成不固定；可沉降进入水体底部，也可再悬浮进入水中。 （5）其他 湖泊中的藻类、污水中的细菌、病毒、废水中的表面活性剂或油滴。 表面吸附—胶体具有巨大的比表面和表面能，胶体表面积越大，吸附作用越强。属于物理吸附。 离子交换吸附—水体中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附。 离子交换吸附具有可逆性，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。 2．水环境中颗粒物的吸附作用 （1）几种吸附作用的概念 专属吸附—指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用可以使表面电荷改变符号，还可以吸附某些同号电荷的离子。 图3-5氧化物表面配位吸附模式 配合离子、无机高分子、有机离子、 有机高分子专属吸附比较强烈；水合氧化物胶体对金属离子有较强的专属吸。 项 目 离子交换 专属吸附 发生吸附的表面净电荷的符号 金属离子所起作用 吸附时所发生的反应 发生吸附时要求体系的PH值 吸附发生的位置 对表面电荷的影响 动力学 - 反离子 阳离子交换 ＞零电位点 扩散层 无 快、可逆 -、0、+ 配位离子 配位体交换 任意值 内层 可变 慢、部分不可逆 水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别 吸附：指溶质在胶体界面层浓度升高的现象，水体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过程。 在一定的温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度 (C) 之间的关系用吸附等温式表达。 （2）吸附等温线和等温式 H型（ Henry）等温式： F型（Freundlich）等温式： 用对数表示： 式中：K——分配系数 L型（Langmuir）等温式 G0—单位表面饱和吸附量。 A—常数 ) /( 0 C A C G G + = ) / 1 )( / ( / 1 / 1 0 0 C G A G G + = 当溶质浓度甚低时,呈现H 型；浓度较高时，表现为 F 型; 统一起来属于L 型的不同区段。 整理可得： 影响吸附的因素 溶液的pH值： 一般情况下颗粒物对重金属的吸附量随 pH值升高而增大；当溶液pH超过某元素的临界pH值时，元素在溶液 中的水解、沉淀会起主要作用。 (p175,表3－9） 颗粒物的粒度和浓度： 吸附量随粒度增大而减少；当溶质浓度范围固定时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。 温度变化、几种离子共存等的影响。 (3) 氧化物表面吸附的配合模式 20世纪70年代Stumm、Shindler等人提出，悬浮颗粒物对水体中带电粒子的吸附都可以由表面络合反应概括。如金属氧化物表面每平方纳米含有4－10个氢氧根配离子。 质子解离 等电点，ZCP 如果可以求出平衡常数的数值，由溶液pH值和离子浓度可求得表面的吸附量和相应电荷。 3、沉积物中重金属的释放 沉积物中重金属重新进入水体，可产生二次污染。诱发因素主要有： （1）碱金属和碱土金属离子将吸附在颗粒物表面的重金属离子置换出来，是重金属解吸的重要途径之一。 （2）氧化还原条件的变化，使金属以水合离子解吸。有机厌氧环境，铁锰氧化物还原溶解，易使结合的金属释放出来。 （3）水环境pH值的降低，导致：ⅰ）H+离子的竞争吸附作用；ⅱ）在低pH值条件下，金属难溶盐以及配合物溶解。 （4）废水中配合剂的含量增加，与重金属形成