第三章水中無機污染物的遷移轉化

,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第三章水中無機,污,污染物的,遷,遷移轉化,無機污染,物,物主要通,過,過沉淀-,溶,溶解、氧,化,化-還原,、,、配合作,用,用、膠體,形,形成、吸,附,附-解吸,等,等一系列,物,物理化學,作,作用進行,遷,遷移轉化,，,，參與和,干,干擾各種,環(huán),環(huán)境化學,過,過程和物,質,質循環(huán)過,程,程，最終,以,以一種或,多,多種形態(tài),長,長期存留,在,在環(huán)境中,，,，造成永,久,久性的潛,在,在危害。,1,(,一,),顆粒物與,水,水之間的,遷,遷移,水中顆粒,物,物,礦物微粒,和,和粘土礦,物,物,天然水中,常,常見礦物,微,微粒為石,英,英、長石,、,、云母及,粘,粘土礦物,等,等硅酸鹽,礦,礦物。,粘土礦物,是,是由其他,礦,礦物經(jīng)化,學,學風化作,用,用而生成,，,，主要為,鋁,鋁或鎂的,硅,硅酸鹽,。,。,金屬水合,氧,氧化物,腐殖質,腐殖質是,一,一種帶負,電,電的高分,子,子弱電解,質,質。,2,富里酸的,結,結構式,3,(,一,),顆粒物與,水,水之間的,遷,遷移,水體懸浮,沉,沉積物,懸浮沉積,物,物是以礦,物,物微粒，,特,特別是粘,土,土礦物為,核,核心骨架,，,，有機物,和,和金屬水,合,合氧化物,結,結合在礦,物,物微粒表,面,面上，成,為,為各微粒,間,間的粘附,架,架橋物質,，,，把若干,微,微粒組合,成,成絮狀聚,集,集體（聚,集,集體在水,體,體中的懸,浮,浮顆粒粒,度,度一般在,數(shù),數(shù)十微米,以,以下），,經(jīng),經(jīng)絮凝成,為,為較粗顆,粒,粒而沉積,到,到水體底,部,部。,其他,4,(,一,),顆粒物與,水,水之間的,遷,遷移,水環(huán)境中,顆,顆粒物的,吸,吸附作用,表面吸附,、,、離子交,換,換吸附和,專,專屬吸附,由于膠體,具,具有巨大,的,的比表面,和,和表面能,，,，因此固,液,液界面存,在,在表面吸,附,附作用，,膠,膠體表面,積,積愈大，,所,所產(chǎn)生的,表,表面吸附,能,能也愈大,，,，膠體的,吸,吸附作用,也,也就愈強,，,，屬于一,種,種,物理吸附,。,由于環(huán)境,中,中大部分,膠,膠體帶負,電,電荷，容,易,易吸附各,種,種陽離子,，,，在吸附,過,過程中，,膠,膠體每吸,附,附一部分,陽,陽離子，,同,同時也放,出,出等量的,其,其他陽離,子,子，因此,把,把這種吸,附,附稱為,離子交換,吸,吸附,，屬于,物理化學,吸,吸附,。,5,(,一,),顆粒物與,水,水之間的,遷,遷移,專屬吸附,是指吸附,過,過程中，,除,除了化學,鍵,鍵的作用,外,外，尚有,加,加強的憎,水,水鍵和范,德,德華力或,氫,氫鍵在起,作,作用。,專屬吸附,作,作用不但,可,可使表面,電,電荷改變,符,符號，而,且,且可使離,子,子化合物,吸,吸附在同,號,號電荷的,表,表面上。,6,(,一,),顆粒物與,水,水之間的,遷,遷移,吸附等溫,線,線和等溫,式,式,水體中顆,粒,粒物對溶,質,質的吸附,是,是一個動,態(tài),態(tài)平衡過,程,程。,在固定的,溫,溫度條件,下,下，當吸,附,附達到平,衡,衡時，顆,粒,粒物表面,上,上的吸附,量,量(,G),與溶液中,溶,溶質平衡,濃,濃度(,c),之間的關,系,系，可用,吸,吸附等溫,線,線來表達,。,。,水體中常,見,見的吸附,等,等溫線有,三,三類，即,Henry,型、,Freundlich,型、,Langmuir,型。,Henry,型等溫線,直線型，,等,等溫式：,G=,k c,Freundlich,型等溫式,：,：,G=,k c,1/n,Langmuir,型等溫式,：,：,G=G,0,c,/（A+,c,）,7,(,一,),顆粒物與,水,水之間的,遷,遷移,沉積物中,重,重金屬的,釋,釋放,誘發(fā)釋放,因,因素,鹽濃度升,高,高,氧化還原,條,條件的變,化,化,降低,pH,值,增加水中,配,配合劑的,含,含量,8,(,二,),水中顆粒,物,物的聚集,膠體顆粒,的,的聚集亦,可,可稱為凝,聚,聚或絮凝,。,。,把由電介,質,質促成的,聚,聚集稱為,凝,凝聚，而,由,由聚合物,促,促成的聚,集,集稱為絮,凝,凝。,顆粒聚集,方,方式,（1）壓,縮,縮雙電層,凝,凝聚,（2）專,屬,屬吸附凝,聚,聚,（3）膠,體,體相互凝,聚,聚,（4）“,邊,邊對面”,絮,絮凝,（5）第,二,二極小值,絮,絮凝,9,(,二,),水中顆粒,物,物的聚集,（6）聚,合,合物粘結,架,架橋絮凝,（7）無,機,機高分子,的,的絮凝,（8）絮,團,團卷掃絮,凝,凝,（9）顆,粒,粒層吸附,絮,絮凝,（10）,生,生物絮凝,10,(,三,),水環(huán)境中,的,的溶解和,沉,沉淀作用,一般金屬,化,化合物在,水,水中遷移,能,能力可以,用,用溶解度,來,來衡量。,天然水中,各,各種礦物,質,質的溶解,度,度和沉淀,作,作用遵守,溶,溶度積原,則,則。,平衡計算,所,所得結果,與,與實際觀,測,測值相差,原,原因：,然環(huán)境中,非,非均相沉,淀,淀溶解過,程,程的影響,。,。,特點,:,(1),某些非均,相,相平衡進,行,行得緩慢,，,，在動態(tài),環(huán),環(huán)境下不,易,易達到平,衡,衡；,(2),根據(jù)熱力,學,學對于一,組,組給定條,件,件所預測,的,的穩(wěn)定固,相,相可能不,一,一定就是,所,所形成的,相,相。,(3),可能存在,過,過飽和現(xiàn),象,象，即出,現(xiàn),現(xiàn)物質的,溶,溶解量大,于,于溶解度,極,極限值的,情,情況；,(4),固體溶解,所,所產(chǎn)生的,離,離子可能,在,在溶液中,進,進一步進,行,行反應；,(5),引自不同,文,文獻的平,衡,衡常數(shù)有,差,差異等。,11,(,三,),水環(huán)境中,的,的溶解和,沉,沉淀作用,沉淀,發(fā)生通常,可,可分為三,個,個階段（1）成核,；,；（2）,晶,晶體聚集,（,（3）晶,體,體生長。,溶解,是沉淀的,逆,逆過程，,其,其溶解速,率,率與固體,物,物質的性,質,質、接觸,界,界面、溶,劑,劑性質和,溫,溫度等條,件,件有關。,12,(,四,),天然水中,的,的氧化-,還,還原平衡,水體中氧,化,化還原類,型,型、速率,和,和平衡，,決,決定了水,中,中重要溶,質,質物類的,性,性質。,關于天然,水,水及污水,中,中的氧化-還原反,應,應，需要,特,特別強調,:,許多重要,的,的氧化-,還,還原反應,均,均為微生,物,物催化反,應,應。,例如，,HCO,3,在水中與,H,+,反應生成,氣,氣體,CO,2,，HCO,3,也可通過,一,一系列復,雜,雜的細菌,催,催化反應,獲,獲得電子,，,，生成甲,烷,烷氣體。,通,通常，,在,在氧化-,還,還原反應,中,中，電子,的,的遷移也,常,常伴隨著,有,有質子的,遷,遷移，這,就,就使氧化-還原和,酸,酸-堿平,衡,衡之間具,有,有相當緊,密,密的關系,。,。,13,(,四,),天然水中,的,的氧化-,還,還原平衡,天然水體,的,的,pE-pH,圖,在氧化還,原,原體系中,，,，有,H,+,或,OH,參與轉移,。,。,pE,除了與氧,化,化態(tài)和還,原,原態(tài)濃度,有,有關外，,還,還受到體,系,系,pH,的影響，,這,這種關系,可,可以用,pE-pH,圖來表示,。,。,pE-pH,圖可顯示,水,水中各形,態(tài),態(tài)的穩(wěn)定,范,范圍及邊,界,界線。,14,(,四,),天然水中,的,的氧化-,還,還原平衡,15,(,四,),天然水中,的,的氧化-,還,還原平衡,天然水的,pE,天然水中,含,含有許多,無,無機及有,機,機氧化劑,和,和還原劑,。,。水中主,要,要的氧化,劑,劑有溶解,氧,氧、,Fe,3+,、Mn,4+,和,S,6+,，,其作用后,本,本身依次,轉,轉變?yōu)?H,2,O、Fe,2+,、Mn,2+,和,S,2,。,水中主要,還,還原劑有,種,種類繁多,的,的有機化,合,合物、,Fe,2+,、Mn,2+,和,S,2,，,在還原物,質,質的過程,中,中，有機,物,物本身的,氧,氧化產(chǎn)物,是,是非常復,雜,雜的。,由于天然,水,水是一個,復,復雜的氧,化,化還原混,合,合體系，,其,其,pE,應是介于,其,其中各個,單,單體系的,電,電位之間,，,，而且接,近,近于含量,較,較高的單,體,體系的電,位,位。,16,(,四,),天然水中,的,的氧化-,還,還原平衡,17,(,四,),天然水中,的,的氧化-,還,還原平衡,天然水中,污,污染物的,氧,氧化還原,轉,轉化,（1）重,金,金屬元素,的,的氧化還,原,原轉化,（2）無,機,機氮化物,的,的氧化還,原,原轉化,（3）無,機,機硫的氧,化,化還原轉,化,化,硫是地球,上,上含量較,豐,豐富的元,素,素，存在,于,于巖石礦,層,層中，水,體,體中溶解,態(tài),態(tài)硫主要,以,以,SO,4,2,和少量,H,2,S,存在。生,物,物體中硫,是,是蛋白質,的,的基本元,素,素之一，,硫,硫主要以,R,一,SH,基團存在,。,。,18,(,四,),天然水中,的,的氧化-,還,還原平衡,（4）無,機,機砷的氧,化,化還原轉,化,化,天然水中,，,，砷可能,存,存在的形,態(tài),態(tài)是,H,3,AsO,3,、H,2,AsO,3,、H,3,AsO,4,、H,2,AsO,4,、HAsO,4,2,，,最主要,的,的是以,H,2,AsO,4,和,HAsO,4,2,五價形,態(tài),態(tài)存在,。,。,在,pH,4,的酸性,水,水中，,則,則可能,存,存在,H,3,AsO,4,和,AsO,+,，,而在,pH,l2.5,的堿性,水,水中，,還,還可能,存,存在,AsO,4,3,，,甚至,HAsO,3,2,及,AsO,3,3,的形態(tài),。,。,（5）,水,水中有,機,機物的,氧,氧化,水中有,機,機物可,以,以通過,微,微生物,的,的作用,，,，而逐,步,步降解,轉,轉化為,無,無機物,。,。,19,(,五,),環(huán)境中,的,的配合,作,作用,天然水,體,體的配,合,合作用,天然水,體,體中有,許,許多陽,離,離子和,陰,陰離子,，,，其中,某,某些陽,離,離子是,良,良好的,配,配合物,中,中心體,，,，某些,陰,陰離子,則,則可作,為,為配位,體,體。,天然水,體,體中重,要,要的無,機,機配位,體,體有,OH,、Cl,、CO,3,2,、F,、S,2,。,有機配,位,位體情,況,況比較,復,復雜，,天,天然水,體,體中包,括,括動植,物,物組織,的,的天然,降,降解產(chǎn),物,物，如,氨,氨基酸,、,、腐殖,酸,酸，以,及,及生活,廢,廢水中,的,的洗滌,劑,劑、清,潔,潔劑、,NTA,、,EDTA,、農(nóng)藥,和,和大分,子,子環(huán)狀,化,化合物,。,。腐殖,酸,酸是主,要,要成分,，,，有機,物,物相當,一,一部分,具,具有配,合,合能力,。,。,20,(,五,),環(huán)境中,的,的配合,作,作用,羥基配,合,合作用,21,(,五,),環(huán)境中,的,的配合,作,作用,腐殖質,的,的配合,作,作用,腐殖質,是,是有機,高,高分子,物,物質，,分,分子量,在,在300到30000以上,。,。,根據(jù)其,在,在堿和,酸,酸溶液,中,中的溶,解,解度把,其,其劃分,為,為三類,：,：,（1）,腐,腐殖酸,可溶于,稀,稀堿液,但,但不溶,于,于酸的,部,部分，,分,分子量,由,由數(shù)千,到,到數(shù)萬,。,。,（2）,富,富里酸,可溶于,酸,酸又可,溶,溶于堿,的,的部分,，,，分子,量,量由數(shù),百,百到數(shù),千,千。,（3）,腐,腐黑物,不能被,酸,酸和堿,提,提取的,部,部分。,22,(,五,),環(huán)境中,的,的配合,作,作用,在腐殖,酸,酸和腐,黑,黑物中,，,，碳含,量,量為50%,60%,，氧含,量,量為30%,35%,，氫含,量,量為4%,6%,，氮含,量,量為2%,4%,，而富,里,里酸中,碳,碳和氮,含,含量較,少,少，分,別,別為44%,50%,和1%,3%,，氧含,量,量較多,，,，為44%,50%.,不同地,區(qū),區(qū)和不,同,同來源,的,的腐