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第三章 水体环境 无机污染物 的迁移转化

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第三章 水体环境 无机污染物 的迁移转化 - PowerPoint PPT Presentation


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第三章 水体环境 无机污染物 的迁移转化. 无机污染物 通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程,最终以一种或多种形态长期存留于环境,形成永久性的潜在危害。. 颗粒物的迁移 -- 水体颗粒物. 矿物微粒和粘土矿物 石英、长石、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物 矿物化学风化作用而生成,主要为铝或镁的硅酸盐 。 如云母、蒙脱石、高岭石等 金属水合氧化物 铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物---- 无机高分子及溶胶 等形态存在

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第三章水体环境无机污染物的迁移转化

无机污染物

通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程,最终以一种或多种形态长期存留于环境,形成永久性的潜在危害。

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颗粒物的迁移--水体颗粒物

矿物微粒和粘土矿物

石英、长石、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物

矿物化学风化作用而生成,主要为铝或镁的硅酸盐 。

如云母、蒙脱石、高岭石等

金属水合氧化物

铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物----

无机高分子及溶胶等形态存在

金属水合氧化物

---结合水体微量物质,趋向于结合在矿物微粒和有机物界面

腐殖质

带负电的高分子弱电解质

有机高分子物质,分子量在300到30000以上。

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颗粒物的迁移--水体颗粒物

水体悬浮沉积物

环境胶体物质相互作用----聚集体

以矿物微粒(粘土矿物)---核心骨架---有机物和金属水合氧化物---矿物微粒表面上---微粒间的粘附架桥物质

----微粒→絮状聚集体→絮凝→粗颗粒→水体底部。

其他

藻类、细菌、病毒

表面活性剂、油滴

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颗粒物的迁移--颗粒物吸附作用

胶体颗粒吸附作用

表面吸附、离子交换吸附和专属吸附等

表面吸附---理吸附

离子交换吸附---物理化学吸附

专属吸附

吸附等温线:

Henry等温线 直线型,等温式: G = k c

Freundlich等温式: G = k c1/n

Langmuir等温式: G = G0 c/(A + c)

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颗粒物的迁移 ---金属离子释放

盐浓度升高

碱金属和碱土金属阳离子交换

----金属从沉积物中释放的主要途径

氧化还原条件变化

耗氧物质存在--氧化还原电位改变

---铁、锰氧化物可部分或全部溶解

pH值

碳酸盐和氢氧化物的溶解

配位体变化

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颗粒物聚集--颗粒聚集方式

由电介质促成的聚集--凝聚; 由聚合物促成的聚集--絮凝。

(1)压缩双电层凝聚

(2)专属吸附凝聚

(3)胶体相互凝聚

(4)“边对面”絮凝

粘土矿物颗粒形状呈板状,板面荷负电、边缘荷正电。

(5)第二极小值絮凝

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颗粒物聚集--颗粒聚集方式

(6)聚合物粘结架桥絮凝

胶体微粒吸附高分子电解质而凝聚。

聚合物具有链状分子,可以同时吸附在若干个胶体微粒上,在微粒之间架桥粘结,使它们聚集成团。

(7)无机高分子的絮凝

(8)絮团卷扫絮凝

(9)颗粒层吸附絮凝

(10)生物絮凝

藻类、细菌等具有胶体性质,带电荷,发生凝聚。

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水体环境的溶解和沉淀作用

天然水体矿物质的溶解度和沉淀作用遵守溶度积原则

平衡计算结果与实际观测值差异性原因

(1)非均相平衡缓慢,在动态环境下不易达到平衡

(2)相差异

(3)过饱和现象

(4)固体溶解所产生的离子可能在溶液中进一步进行反应

(5)引自不同文献的平衡常数有差异等

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水体环境的氧化-还原作用

天然水、污水的氧化-还原反应

----微生物催化反应

---电子迁移+质子迁移

(氧化-还原反应缓慢)

天然水体的 pE--pH 图

氧化还原体系,H+或OH¯参与转移。

pE除了与氧化态和还原态浓度有关外,受体系pH的影响,可以用pE-pH 图来表示。

pE -pH 图可显示水中各形态的稳定范围及边界线。

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水体环境的氧化-还原作用--污染物氧化还原转化水体环境的氧化-还原作用--污染物氧化还原转化

1. 重金属

2. 氮化物

3. 硫

4. 砷

砷可能存在的形态:H3AsO3、H2AsO3-、H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-,最主要的是以H2AsO4-和HAsO42-五价形态存在。

pH 4酸性水体,可能存在H3AsO4和AsO+

pH l2.5碱性水体,还可能存在AsO43-,甚至HAsO32-及AsO33-形态

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水体环境的配位作用

无机配位体:

OH¯、Cl¯、CO3 2- 、F¯、S 2-

有机配位体:

动植物组织的天然降解产物,如氨基酸、腐殖酸以及洗涤剂、清洁剂、NTA、EDTA、农药和大分子环状化合物。

腐殖酸

水环境金属化学

羟基配合作用

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水环境中的配位作用--腐殖质配合作用

腐殖质----有机高分子物质(分子量在300到30000以上)

(根据腐殖质在碱和酸溶液中的溶解度)

(1)腐殖酸

溶于稀碱液不溶于酸部分,分子量由数千到数万。

(2)富里酸

溶于酸又可溶于碱的部分,分子量由数百到数千。

(3)腐黑物

不能被酸和碱提取的部分。

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水环境中的配位作用--腐殖质配合作用

腐殖酸和腐黑物: 碳:50%~60%,

氧:30%~35%,

氢:4%~6%,

氮:2%~4%

富里酸 : 碳和氮:44%~50%和1%~3%。氧:44%~50%

(不同地区和不同来源的腐殖质其分子量组成和元素组成都有区别)

腐殖质结构特点:苯环、羧基、醇基和酚基

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水环境中的配位作用--腐殖质配合作用

金属离子与腐殖质的羧基及羟基间螯合成键

或者在两个羧基间螯合

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水环境中的配位作用--腐殖质配合作用

与一个羧基形成配合物

腐殖酸与重金属配合作用

----影响重金属对水生生物的毒性

腐殖酸与阴离子作用

腐殖酸与有机污染物作用