第三章水中無機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化ppt課件

1、第三章 水中無機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化 無機(jī)污染物主要經(jīng)過沉淀-溶解、氧化-復(fù)原、配協(xié)作用、膠體構(gòu)成、吸附-解吸等一系列物理化學(xué)作用進(jìn)展遷移轉(zhuǎn)化，參與和干擾各種環(huán)境化學(xué)過程和物質(zhì)循環(huán)過程，最終以一種或多種形狀長(zhǎng)期存留在環(huán)境中，呵斥永久性的潛在危害。 (一) 顆粒物與水之間的遷移 水中顆粒物 礦物微粒和粘土礦物 天然水中常見礦物微粒為石英、長(zhǎng)石、云母及粘土礦物等硅酸鹽礦物。 粘土礦物是由其他礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用而生成，主要為鋁或鎂的硅酸鹽 。 金屬水合氧化物 腐殖質(zhì) 腐殖質(zhì)是一種帶負(fù)電的高分子弱電解質(zhì)。 富里酸的構(gòu)造式(一) 顆粒物與水之間的遷移水體懸浮堆積物 懸浮堆積物是以礦物微粒，特別是粘土礦物為中

2、心骨架，有機(jī)物和金屬水合氧化物結(jié)合在礦物微粒外表上，成為各微粒間的粘附架橋物質(zhì)，把假設(shè)干微粒組合成絮狀聚集體聚集體在水體中的懸浮顆粒粒度普通在數(shù)十微米以下，經(jīng)絮凝成為較粗顆粒而堆積到水體底部。 其他(一) 顆粒物與水之間的遷移水環(huán)境中顆粒物的吸附作用 外表吸附、離子交換吸附和專屬吸附 由于膠體具有宏大的比外表和外表能，因此固液界面存在外表吸附作用，膠體外表積愈大，所產(chǎn)生的外表吸附能也愈大，膠體的吸附作用也就愈強(qiáng)，屬于一種物理吸附。 由于環(huán)境中大部分膠體帶負(fù)電荷，容易吸附各種陽離子，在吸附過程中，膠體每吸附一部分陽離子，同時(shí)也放出等量的其他陽離子，因此把這種吸附稱為離子交換吸附，屬于物理化學(xué)吸附

3、。(一) 顆粒物與水之間的遷移 專屬吸附是指吸附過程中，除了化學(xué)鍵的作用外，尚有加強(qiáng)的憎水鍵和范德華力或氫鍵在起作用。 專屬吸附作用不但可使外表電荷改動(dòng)符號(hào)，而且可使離子化合物吸附在同號(hào)電荷的外表上。 (一) 顆粒物與水之間的遷移吸附等溫線和等溫式 水體中顆粒物對(duì)溶質(zhì)的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。 在固定的溫度條件下，當(dāng)吸附到達(dá)平衡時(shí)，顆粒物外表上的吸附量(G)與溶液中溶質(zhì)平衡濃度(c)之間的關(guān)系，可用吸附等溫線來表達(dá)。 水體中常見的吸附等溫線有三類，即Henry型、Freundlich型、Langmuir型。 Henry型等溫線 直線型，等溫式： G = k c Freundlich型等溫式：

4、G = k c 1/n Langmuir型等溫式： G = G0 c/A + c (一) 顆粒物與水之間的遷移堆積物中重金屬的釋放 誘發(fā)釋放要素 鹽濃度升高 氧化復(fù)原條件的變化 降低pH值 添加水中配合劑的含量 (二) 水中顆粒物的聚集 膠體顆粒的聚集亦可稱為凝聚或絮凝。 把由電介質(zhì)促成的聚集稱為凝聚，而由聚合物促成的聚集稱為絮凝。顆粒聚集方式1緊縮雙電層凝聚 2專屬吸附凝聚3膠體相互凝聚4“邊對(duì)面絮凝 5第二極小值絮凝 (二) 水中顆粒物的聚集6聚合物粘結(jié)架橋絮凝7無機(jī)高分子的絮凝8絮團(tuán)卷掃絮凝9顆粒層吸附絮凝10生物絮凝 (三) 水環(huán)境中的溶解和沉淀作用 普通金屬化合物在水中遷移才干可以用

5、溶解度來衡量。 天然水中各種礦物質(zhì)的溶解度和沉淀作用遵守溶度積原那么。 平衡計(jì)算所得結(jié)果與實(shí)踐觀測(cè)值相差緣由：然環(huán)境中非均相沉淀溶解過程的影響。特點(diǎn):(1)某些非均相平衡進(jìn)展得緩慢，在動(dòng)態(tài)環(huán)境下不易到達(dá)平衡；(2)根據(jù)熱力學(xué)對(duì)于一組給定條件所預(yù)測(cè)的穩(wěn)定固相能夠不一定就是所構(gòu)成的相。(3)能夠存在過飽和景象，即出現(xiàn)物質(zhì)的溶解量大于溶解度極限值的情況；(4)固體溶解所產(chǎn)生的離子能夠在溶液中進(jìn)一步進(jìn)展反響；(5)引自不同文獻(xiàn)的平衡常數(shù)有差別等。(三) 水環(huán)境中的溶解和沉淀作用 沉淀發(fā)生通?？煞譃槿齻€(gè)階段1成核；2晶體聚集3晶體生長(zhǎng)。溶解是沉淀的逆過程，其溶解速率與固體物質(zhì)的性質(zhì)、接觸界面、溶劑性質(zhì)和

6、溫度等條件有關(guān)。 (四) 天然水中的氧化-復(fù)原平衡 水體中氧化復(fù)原類型、速率和平衡，決議了水中重要溶質(zhì)物類的性質(zhì)。 關(guān)于天然水及污水中的氧化-復(fù)原反響，需求特別強(qiáng)調(diào): 許多重要的氧化-復(fù)原反響均為微生物催化反響。 例如，HCO3 在水中與H+反響生成氣體CO2，HCO3也可經(jīng)過一系列復(fù)雜的細(xì)菌催化反響獲得電子，生成甲烷氣體。 通常，在氧化-復(fù)原反響中，電子的遷移也常伴隨著有質(zhì)子的遷移，這就使氧化-復(fù)原和酸-堿平衡之間具有相當(dāng)嚴(yán)密的關(guān)系。 (四) 天然水中的氧化-復(fù)原平衡天然水體的 pE-pH 圖 在氧化復(fù)原體系中，有H+或OH參與轉(zhuǎn)移。 pE除了與氧化態(tài)和復(fù)原態(tài)濃度有關(guān)外，還遭到體系pH的影響

7、，這種關(guān)系可以用pE -pH 圖來表示。 pE -pH 圖可顯示水中各形狀的穩(wěn)定范圍及邊境限。 (四) 天然水中的氧化-復(fù)原平衡(四) 天然水中的氧化-復(fù)原平衡天然水的pE 天然水中含有許多無機(jī)及有機(jī)氧化劑和復(fù)原劑。水中主要的氧化劑有溶解氧、Fe3+、Mn4+和S6+，其作用后本身依次轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O、Fe2+、Mn2+和S2。水中主要復(fù)原劑有種類繁多的有機(jī)化合物、Fe2+、Mn2+和S2，在復(fù)原物質(zhì)的過程中，有機(jī)物本身的氧化產(chǎn)物是非常復(fù)雜的。 由于天然水是一個(gè)復(fù)雜的氧化復(fù)原混合體系，其pE應(yīng)是介于其中各個(gè)單體系的電位之間，而且接近于含量較高的單體系的電位。 (四) 天然水中的氧化-復(fù)原平衡(四)

8、 天然水中的氧化-復(fù)原平衡天然水中污染物的氧化復(fù)原轉(zhuǎn)化 1重金屬元素的氧化復(fù)原轉(zhuǎn)化 2無機(jī)氮化物的氧化復(fù)原轉(zhuǎn)化 3無機(jī)硫的氧化復(fù)原轉(zhuǎn)化 硫是地球上含量較豐富的元素，存在于巖石礦層中，水體中溶解態(tài)硫主要以SO42和少量H2S存在。生物體中硫是蛋白質(zhì)的根本元素之一，硫主要以R一SH基團(tuán)存在。 (四) 天然水中的氧化-復(fù)原平衡4無機(jī)砷的氧化復(fù)原轉(zhuǎn)化 天然水中，砷能夠存在的形狀是H3AsO3、H2AsO3、H3AsO4、H2AsO4、HAsO42，最主要的是以H2AsO4和HAsO42五價(jià)形狀存在。 在pH 4的酸性水中，那么能夠存在H3AsO4和AsO+，而在pH l2.5的堿性水中，還能夠存在As

9、O43，甚至HAsO32及AsO33的形狀。 5水中有機(jī)物的氧化 水中有機(jī)物可以經(jīng)過微生物的作用，而逐漸降解轉(zhuǎn)化為無機(jī)物。 (五) 環(huán)境中的配協(xié)作用 天然水體的配協(xié)作用 天然水體中有許多陽離子和陰離子，其中某些陽離子是良好的配合物中心體，某些陰離子那么可作為配位體。 天然水體中重要的無機(jī)配位體有OH、Cl、CO32、F、S2。 有機(jī)配位體情況比較復(fù)雜，天然水體中包括動(dòng)植物組織的天然降解產(chǎn)物，如氨基酸、腐殖酸，以及生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA、農(nóng)藥和大分子環(huán)狀化合物。腐殖酸是主要成分，有機(jī)物相當(dāng)一部分具有配合才干。 (五) 環(huán)境中的配協(xié)作用 羥基配協(xié)作用 (五) 環(huán)境中的配協(xié)作用

10、腐殖質(zhì)的配協(xié)作用 腐殖質(zhì)是有機(jī)高分子物質(zhì)，分子量在300到30000以上。 根據(jù)其在堿和酸溶液中的溶解度把其劃分為三類：1腐殖酸 可溶于稀堿液但不溶于酸的部分，分子量由數(shù)千到數(shù)萬。2富里酸 可溶于酸又可溶于堿的部分，分子量由數(shù)百到數(shù)千。3腐黑物 不能被酸和堿提取的部分。 (五) 環(huán)境中的配協(xié)作用 在腐殖酸和腐黑物中，碳含量為50%60%，氧含量為30%35%，氫含量為4%6%，氮含量為2%4%，而富里酸中碳和氮含量較少，分別為44%50%和1%3%，氧含量較多，為44%50%. 不同地域和不同來源的腐殖質(zhì)其分子量組成和元素組成都有區(qū)別。 腐殖質(zhì)在構(gòu)造上的顯著特點(diǎn)是除含有大量苯環(huán)外，還含有大量羧基、醇基和酚基。富里酸單位分