3.2.1水中无机物的迁移转化_1
合集下载
【环境化学】第3.2章 水环境化学——第二节 水中无机污染物的迁移转化
影响因素：表面积越大，吸附作用越强 特点：表面吸附属于物理吸附
22
吸附等温线和等温式
吸附等温线： 在固定的温度下，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，可用吸附等温线来表示。
吸附等温线类型：
Henry型（H型） Freundlich型（F型） Langmuir型（L型）
腐植质分子与金属络合的机理★
Hum
COO OH
-
＋[Fe(OH)(H2O)x-1]2+
低pH
Hum
COO O
Fe
OH (O) x-1
＋ H+
在低pH时，从腐植质的酸性基团中置换出一个质子
Hum COOHO-＋ [Fe(OH)(H2O)x-1]2+
高pH
[ Hum
COO O
Fe
OOHH（H2O)x-2]-＋2H+
23
H型等温式为： G ＝ kc
k: 分配系数；等温线为直线型
F型等温式为：G ＝ kc(1/n)
1）k 是c=1的吸附量，大致表示 吸附能力的强弱； 2）1/n为斜率，表示吸附量随 浓度增长的强度； 3）该等温线不能给出饱和吸附 量。
L型等温式： G = G0c/(A+c)
G0—单位面积上达到饱和时的 最大吸附量； A—常数。
胶体表面的化学反应（见下页胶片）
25
胶体表面的化学反应
是氢氧化物和氧化物的典型行为 与pH值有关
在酸性介质中 M(OH)n (s) + H+ → M(OH)n-1(H2O)+(s) 粒子带净正电荷
在碱性介质中 M(OH)n (s) → MO(OH)n-1-(s) + H+ 粒子带净负电荷
22
吸附等温线和等温式
吸附等温线： 在固定的温度下，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，可用吸附等温线来表示。
吸附等温线类型：
Henry型（H型） Freundlich型（F型） Langmuir型（L型）
腐植质分子与金属络合的机理★
Hum
COO OH
-
＋[Fe(OH)(H2O)x-1]2+
低pH
Hum
COO O
Fe
OH (O) x-1
＋ H+
在低pH时，从腐植质的酸性基团中置换出一个质子
Hum COOHO-＋ [Fe(OH)(H2O)x-1]2+
高pH
[ Hum
COO O
Fe
OOHH（H2O)x-2]-＋2H+
23
H型等温式为： G ＝ kc
k: 分配系数；等温线为直线型
F型等温式为：G ＝ kc(1/n)
1）k 是c=1的吸附量，大致表示 吸附能力的强弱； 2）1/n为斜率，表示吸附量随 浓度增长的强度； 3）该等温线不能给出饱和吸附 量。
L型等温式： G = G0c/(A+c)
G0—单位面积上达到饱和时的 最大吸附量； A—常数。
胶体表面的化学反应（见下页胶片）
25
胶体表面的化学反应
是氢氧化物和氧化物的典型行为 与pH值有关
在酸性介质中 M(OH)n (s) + H+ → M(OH)n-1(H2O)+(s) 粒子带净正电荷
在碱性介质中 M(OH)n (s) → MO(OH)n-1-(s) + H+ 粒子带净负电荷
第二节、水中无机污染物的迁移转化
于晶格中离子的同晶替代造成的，例如硅氧四面体中的Si4+被
Al3+所取代，或者铝氢氧八面体中的Al3+被Mg2+所取代等，都会 产生这种永久负电荷。另一部分为可变电荷，主要随着环境pH
的改变而发生改变，原因是 Si-OH中的H+ 在碱性溶液中的离解。
Si-OH+OH-=Si-O-+H2O。
特征：这种吸附是一种可逆反应，能够迅速达到平衡。 不受温度影响，酸碱条件下均可进行，其交换吸附能力 与溶质的性质、浓度及吸附剂性质等有关。对于那些具 有可变电荷表面的胶体，当体系pH高时，也带负电荷并
n
以lgG对lgc作图可得一直线。lgk为截距，因此， k值是c=1时的吸附 1
n 量，它可以大致表示吸附能力的强弱。
浓度增长的强度。
该等温线不能给出饱和吸附量。 L型等温式为：G=G0c/(A+c)
为斜率，它表示吸附量随
式中：G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A——常数。 G对c作图得到一条双曲线，其渐近线为G=G0,即当c→∞时，G→G0。 在等温式中A为吸附量达到时溶液的平衡浓度。 转化为：1/G = 1/G0 + (A/G0)(1/c)
1 以G
1 对 作图，同样得到一直线。 c
等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式在许
多情况下与实验所用溶质浓度区段有关。当溶质浓度甚低时，可能在 初始区段中呈现H型，当浓度较高时，曲线可能表现为F型，但统一起 来仍属于L型的不同区段。 影响吸附作用的因素有以下几种： 首先是溶液pH值对吸附作用的影响。在一般情况下，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， 则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。吸附量(G)与pH、平衡 浓度(C)之间的关系可用下式表示：G = A· C· 10BpH式中：A、B—常数。
第三章 水环境化学水中无机污染物的迁移转化汇总
20
1. 胶体颗粒凝聚的基本原理和方式
1) 带电胶粒稳定性的经典理论--DLVO理论 带电胶粒的两种相互作用力
双电层重叠时的静电排斥力 粒子间的长程范德华吸引力
DLVO理论认为，当吸引力占优势时，溶胶发生聚 沉； 当排斥力占优势，并大到足以阻碍胶粒由于 布朗运动而发生聚沉时，则胶体处于稳定状态。 颗粒在相互接近时两种力相互作用的总位能随相 隔距离的变化而变化： 总位能 VT=VR+VA 式中：VA——由范德华力所产生的位能； VR——由静电排斥力所产生的位能。
4
一 、 颗粒物与水之间的迁移
2、水环境中颗粒物的吸附作用
专属吸附是指吸附过程中，除了化学键的作
用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在 起作用。
专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号， 而且可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。
5
表3－8水合氧化物对金属离子的专属吸附 与非专属吸附的区别
项目 非专属吸附 专属吸附 发生吸附的表面净电荷的符号 － －、0、＋ 金属离子所起的作用 反离子 配位离子 吸附时发生的反应 阳离子交换 配位体交换 发生吸附时体系的PH值 >零电位点 任意值 吸附发生的位置 扩散层 内层 对表面电荷的影响 无 负电荷减少， 正电荷增多 注：本表摘自陈静生主编，1987。
(4)水体悬浮沉积物
悬浮沉积物是以矿物微粒，特别是粘土矿物 为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿 物微粒表面上，成为各微粒间的粘附架桥物质， 把若干微粒组合成絮状聚集体（聚集体在水体中 的悬浮颗粒粒度一般在数十微米以下），经絮凝 成为较粗颗粒而沉积到水体底部。
(5)其他
3
一、 颗粒物与水之间的迁移
第三章 第二节 水中无机污染物的迁移转化要点
吸附：指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。
常见的吸附等温线
G G
n是一个经验 值，不是由一个 过程控制，一般 适用于有机物 lgG
lgK
H型
G0/2
单分子吸附 适用于金属
L型 c
L型 1/c
0 A
当溶质浓度甚低时，可能在初始阶段呈现 H 型，当浓度较 高时，可能表现为 F 型，但统一起来仍属于 L 型的不同区段。
2、异体凝聚理论
（1）适用条件：适用于物质本性不同、粒径不等、电荷符
号不同、电位高低不等的分散体系。 （2）主要论点： A、电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势； B、电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高 度总是决定于荷电较弱而电位较低的一方。
因此异体凝聚时，只要有一种胶体的稳定性甚低而电位
纯饱和溶液中 [S2-]= Ksp/ [H+]2 = 1.16×10-23 / 8.9×10-9 = 1.3×10-15mol/L 任意水体中 [S2-]= 1.16×10-23 / [H+]2 [Me2+] [S2-]=Ksp 因此，在 H2S 和硫化物均达到饱和的溶液中，溶液重金属离子
的饱和浓度为：
2、硫化物
H2S H++ HSK1 = 8.9×10-8 HSH++ S2K2 = 1.3×10-15 两者相加可得： H2S 2H+ + S2K12 = K1·K2 = 1.16×10-22
在饱和水溶液中，H2S 浓度总是保持在 0.1mol/L，因此可认
为饱和溶液中 H2S 分子浓度也保持在 0.1mol/L，得： [H+]2[S2-] =1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 = Ksp´
常见的吸附等温线
G G
n是一个经验 值，不是由一个 过程控制，一般 适用于有机物 lgG
lgK
H型
G0/2
单分子吸附 适用于金属
L型 c
L型 1/c
0 A
当溶质浓度甚低时，可能在初始阶段呈现 H 型，当浓度较 高时，可能表现为 F 型，但统一起来仍属于 L 型的不同区段。
2、异体凝聚理论
（1）适用条件：适用于物质本性不同、粒径不等、电荷符
号不同、电位高低不等的分散体系。 （2）主要论点： A、电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势； B、电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高 度总是决定于荷电较弱而电位较低的一方。
因此异体凝聚时，只要有一种胶体的稳定性甚低而电位
纯饱和溶液中 [S2-]= Ksp/ [H+]2 = 1.16×10-23 / 8.9×10-9 = 1.3×10-15mol/L 任意水体中 [S2-]= 1.16×10-23 / [H+]2 [Me2+] [S2-]=Ksp 因此，在 H2S 和硫化物均达到饱和的溶液中，溶液重金属离子
的饱和浓度为：
2、硫化物
H2S H++ HSK1 = 8.9×10-8 HSH++ S2K2 = 1.3×10-15 两者相加可得： H2S 2H+ + S2K12 = K1·K2 = 1.16×10-22
在饱和水溶液中，H2S 浓度总是保持在 0.1mol/L，因此可认
为饱和溶液中 H2S 分子浓度也保持在 0.1mol/L，得： [H+]2[S2-] =1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 = Ksp´
第二节水中无机污染物的迁移转化
污染物的迁移转化
2. pH对水解速率的影响 水解速率: RH = Kh [C]= {KA[H+] + KN + KB[OH-]} [C]
式中： KA、KN 、KB ——分别为酸性、碱性和中性催化过 程的二级反应水解速率常数
Kh = KA[H+] + KN + KBKw/[H+]
c溶解相中有机毒物的浓度kv挥发速率常数kv单位时间混合水体的挥发速率常数z水体的混合深度p在所研究的水体上面有机毒物在大气中的分压kh亨利定律常数?第三节水中有机污染物的迁移转化二挥发作用kvcpkhzkvcpkhtc??kvctc??有机物可溶解相分数w
第三章
第三节
水环境化学
有机污染物的迁移转化
第三节 水中有机污染物的迁移转化 水解速率常数：Kh = KA[H+] + KN + KBKw/[H+]
第三节 水中有机污染物的迁移转化 对于IAN点应满足于： lgKh = lg KA – pH = lg KN 三条切线得到三个交点， IAN IAB 和K INB / K ） pH= lg KN –lg KA = -、 lg （ N A 对于IAB点应满足于： lgKh = lg KA – pH = lgKBKw + pH pH = -1/2 lg（KBKw/KA） 对于INB点应满足于： lgKh = lgKBKw + pH = lg KN pH = - lg（KBKw/ KN）
水体中，若悬浮物中85%为细颗粒，有机碳含量为
5%，其余粗颗粒有机碳含量为1%，已知该有机物 在水中溶解度为0.05mg/L，那么，其分配系数（Kp）
就可根据公式计算出：
解: lgKow = 5.00-0.670lg(0.05×103/192)=5.39 则 Kow =2.46×105 Koc=0.63 Kow=1.55×105 Kp = 1.55×105[0.2（1-0.85）(0.01) + 0.85×0.05] = 6.63×103
2. pH对水解速率的影响 水解速率: RH = Kh [C]= {KA[H+] + KN + KB[OH-]} [C]
式中： KA、KN 、KB ——分别为酸性、碱性和中性催化过 程的二级反应水解速率常数
Kh = KA[H+] + KN + KBKw/[H+]
c溶解相中有机毒物的浓度kv挥发速率常数kv单位时间混合水体的挥发速率常数z水体的混合深度p在所研究的水体上面有机毒物在大气中的分压kh亨利定律常数?第三节水中有机污染物的迁移转化二挥发作用kvcpkhzkvcpkhtc??kvctc??有机物可溶解相分数w
第三章
第三节
水环境化学
有机污染物的迁移转化
第三节 水中有机污染物的迁移转化 水解速率常数：Kh = KA[H+] + KN + KBKw/[H+]
第三节 水中有机污染物的迁移转化 对于IAN点应满足于： lgKh = lg KA – pH = lg KN 三条切线得到三个交点， IAN IAB 和K INB / K ） pH= lg KN –lg KA = -、 lg （ N A 对于IAB点应满足于： lgKh = lg KA – pH = lgKBKw + pH pH = -1/2 lg（KBKw/KA） 对于INB点应满足于： lgKh = lgKBKw + pH = lg KN pH = - lg（KBKw/ KN）
水体中，若悬浮物中85%为细颗粒，有机碳含量为
5%，其余粗颗粒有机碳含量为1%，已知该有机物 在水中溶解度为0.05mg/L，那么，其分配系数（Kp）
就可根据公式计算出：
解: lgKow = 5.00-0.670lg(0.05×103/192)=5.39 则 Kow =2.46×105 Koc=0.63 Kow=1.55×105 Kp = 1.55×105[0.2（1-0.85）(0.01) + 0.85×0.05] = 6.63×103
3.2水中无机物的迁移转化_1
盐浓度升高
氧化还原条件的变化
3、解吸作用
pH值降低
水中配合剂的含量增加
其它生物化学迁移过程
二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式
（1）典型胶体的相互作用理论是以DLVO理论为定量基础。
DLVO理论把范德华吸引力和扩散双电层排斥力考虑为仅有 的作用因素，它适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中， 而且假设颗粒是粒度均等、球体形状的理想状态。 这种颗粒在溶液中进行热运动，其平均动能为KT，两颗粒在 相互接近时产生几种作用力，即分子范德华力、静电排斥力和 水化膜阻力。这几种力相互作用的综合位能随相隔距离所发生 的变化。
lg[Ca ] 0.5 pKSP 0.5 p2
2
pH>pK2
2 1
1g[Ca 2+ ] = 0.5lgKsp
pK1<pH<pK2
2 K2 /[ H ]
1g[Ca 2+ ] = 0.5lgKsp-0.5lgK2 0.5pH
pH<pK1
2 K2 K1 /[ H ]2
总的综合作用位能为：VT = VR + VA 式中：VA—由范德华力 （引力）所产生的位能；VR—由静电排斥力所产生的位能。
压缩双电层凝聚
专属吸附凝聚 胶体相互凝聚 “边对面”絮凝 颗粒凝聚方式 第二极小值絮凝 聚合物粘结架桥絮凝 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
第二节水中无机污染物的迁移转化
①封闭体系 ②开放体系
(1)封闭体系
(例如沉积物中碳酸钙溶解到分层的湖泊底层水中) ①CT=常数，CaCO3的溶解度：CaCO3(s)→Ca2++CO32－ Ksp=[Ca2+][CO32－]=10－8.32
优选环境化学第三章水中无机污染物的迁移转化
2020/9/4
21
水处理中新型絮凝剂
无机高分子絮凝剂 以三氯化铁、硫酸铝和碱式氯化铝等 为基体制备 如：聚合硫酸铁（poly ferric sulfate， PFS）、含硼聚硅硫酸铁、聚合硅铝酸铁 等Al2(SO4)3- CPAM（阳离子聚丙烯胺）
2020/9/4
22
水处理中新型絮凝剂
有机高分子絮凝剂
2020/9/4
18
天然水环境和水处理条件下主要的颗 粒物聚集方式
1．压缩双电层的聚集
水中电解质浓度增大而离子强度增大， 压缩扩散层，颗粒物吸引而聚集
2. 专属吸附凝聚
胶体颗粒专属吸附异电的离子化合态， 降低表面电位，产生电中和现象，使颗粒 物聚集
2020/9/4
19
天然水环境和水处理条件下主要的颗 粒物聚集方式
2020/9/4
7
一、颗粒物与水之间的迁移
悬浮沉积物
各种环境胶体物质的聚集物，组成不固定
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。
2020/9/4
8
2．水环境中颗粒物的吸附作用
表面吸附—物理吸附，与胶体的比表面 积有关。
离子交换吸附—物理化学吸附，水环境中 一部分胶体带负电荷，吸附一部份阳离子， 同时释放等量其它阴离子。
属可逆反应，不受温度影响，交换吸附能力 与溶质的性质、浓度、吸附剂性质有关
2020/9/4
9
2．水环境中颗粒物的吸附作用
专属吸附—受化学键作用外，还受加强 的憎水键、 范德华力、氢键等的作用。 在水环境中：配合离子、无机高分子、有 机离子、 有机高分子专属吸附强烈，水 合氧化物胶体对金属离子有较强的专属吸 附。 氧化物表面配位吸附模式（p124）
水中无机污染物的迁移转化
[SiO2] + Al(Ⅲ) → [AlO2- ] + Si(Ⅳ)
第二节 水中无机污染物的迁移转化
3、水环境中颗粒物的吸附作用 吸附：指溶液中的溶质在界面层浓度升高的 现象。 表面吸附：由于颗粒物具有巨大的比表面和 表面能，产生表面吸附；物理吸附。
第二节 水中无机污染物的迁移转化
离子交换吸附：胶体颗粒大部分带负电荷，容 易吸附各种阳离子；物理化学吸附。
第三章
第二节
水环境化学
水中无机污染物的迁移转化
第二节 水中无机污染物的迁移转化
一、在颗粒物与水之间的迁移 1、水中颗粒物的类别
（1） 矿物颗粒和粘土矿物： 主要为硅酸盐 （2） 金属的水合氧化物：
第二节 水中无机污染物的迁移转化 （3）腐殖质 腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质。腐殖质
是生物体物质在土壤、水和沉积物中转化而成。分子
G0
G0/2 L型
1/G=1/G0+(A/G0)(1/C)
G0------单位表面上达到饱
1/G
A
C
和时间的最大吸附量；
L型
A-------常数
1/C
第二节 水中无机污染物的迁移转化 影响吸附作用的因素： (a) pH值的影响 表3-9 重金属的临界pH值和最大吸附量 元 素 Zn 7.6 6.7 Co 9.0 3.3 Cu 7.9 3.9 Cd 8.4 8.2 Ni 9.0 2.2
根据溶度积：Ksp= [Men+][OH-]n [Men+] = Ksp/[OH-]n = Ksp[H+]n/Kwn
-lg[Men+] = -lgKsp - nlg[H+] + nlgKw
32水中无机物的迁移转化
天然水的碳酸盐溶解度很大程度上取决于二氧化碳的分 压。二氧化碳分压越大，越有利于溶解。例如蒸馏水中 pbCO3溶解度为2.1 mg/L，而当有二氧化碳存在的天然水 中，其溶解度能够增加数倍。
在对待Me2+-CO2-H2O体系的多相平衡时，主要区别两种 情况：
①封闭体系 ②开放体系
(1)封闭体系
水解
（3）腐殖质：最早由土壤学研究者所发现，主要就是腐殖酸， 例如富里酸、胡敏酸等。
属于芳香族化合物，有机弱酸性，分子量从700-20 0000不等；
带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团（羧基、羰基、 羟基）的离解程度有关。
在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，溶液中的OH-将 腐殖质理解出的H+中和掉，因而分子间的负电性增强，排斥力增加， 亲水性强，趋于溶解。 在 pH 较低的酸性溶液（ H+ 多，正电荷多），或有较高浓度的金 属阳离子存在时，各官能团难于离解而电荷减少，高分子趋于卷缩 成团，亲水性弱，因而趋于沉淀或凝聚。
2.水中颗粒物的吸附作用
表面吸附：由于颗粒物具有巨大的比表面和表面 能，产生表面吸附；物理吸附； 离子交换吸附：胶体颗粒大部分带负电荷，容易 吸附各种阳离子；物理化学吸附； 专属吸附：有化学键、憎水键、范德华力、氢键 等作用；
表面吸附
（1）表面吸附：是一种物理吸附，其吸附过程不发生 化学变化，发生的关键是胶体颗粒具有巨大的比表面 积，因此胶体具有巨大的表面能。
四面体（硅氧片），另一种是铝氢氧原子层（水铝片），
其间主要靠氢键连接，因此易于断裂开来。
O O
OH
OH Al OH OH
Si
O
O
O
在对待Me2+-CO2-H2O体系的多相平衡时，主要区别两种 情况：
①封闭体系 ②开放体系
(1)封闭体系
水解
（3）腐殖质：最早由土壤学研究者所发现，主要就是腐殖酸， 例如富里酸、胡敏酸等。
属于芳香族化合物，有机弱酸性，分子量从700-20 0000不等；
带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团（羧基、羰基、 羟基）的离解程度有关。
在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，溶液中的OH-将 腐殖质理解出的H+中和掉，因而分子间的负电性增强，排斥力增加， 亲水性强，趋于溶解。 在 pH 较低的酸性溶液（ H+ 多，正电荷多），或有较高浓度的金 属阳离子存在时，各官能团难于离解而电荷减少，高分子趋于卷缩 成团，亲水性弱，因而趋于沉淀或凝聚。
2.水中颗粒物的吸附作用
表面吸附：由于颗粒物具有巨大的比表面和表面 能，产生表面吸附；物理吸附； 离子交换吸附：胶体颗粒大部分带负电荷，容易 吸附各种阳离子；物理化学吸附； 专属吸附：有化学键、憎水键、范德华力、氢键 等作用；
表面吸附
（1）表面吸附：是一种物理吸附，其吸附过程不发生 化学变化，发生的关键是胶体颗粒具有巨大的比表面 积，因此胶体具有巨大的表面能。
四面体（硅氧片），另一种是铝氢氧原子层（水铝片），
其间主要靠氢键连接，因此易于断裂开来。
O O
OH
OH Al OH OH
Si
O
O
O
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别
项目
发生吸附的表面净电荷的符号 金属离子所起的作用 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
非专属 吸附
反离子 阳离子交换 >零电位点 扩散层
专属吸附
-、0、+ 配位离子 配位体交换 任意值 内层
注：本表摘自陈静生主编，1987。
棉花滩水库水质监测结果 7月12日
棉花滩水库进口点位pH值范围为6.34-7.43、 铜浓度范围为0.027mg/L-0.077mg/L， 库心点位pH值范围为6.50-7.42、铜浓度范围 为0.011mg/L-0.085mg/L，大坝前点位pH值范 围为6.65-7.59、铜浓度小于0.010mg/L
影响吸附作用的因素有以下几种：
首先是溶液pH值对吸附作用的影响。 颗粒物对重金属的吸附量随pH值升高而增大。
其次是颗粒物的粒度和浓度对重金属吸附量的影响。
颗粒物对重金属的吸附量随粒度增大而减少
此外，温度变化、几种离子共存时的竞争作用均对吸附产 生影响。
3、颗粒物中重金属的解吸作用
重金属从悬浮物或沉积物中重新释放出来属于二次污 染问题。诱发释放的主要因素：
矿物微粒和黏土矿物
1.水中颗粒物
金属水合氧化物 腐殖质 水体悬浮沉积物 表面吸附
2.颗粒物的吸附作用
离子交换吸附 专属吸附
其中的粘土矿物是天然水中最重要、最复杂的无机胶体， 是天然水中具有显著胶体化学特性的微粒。主要成分为铝 或镁的硅酸盐，具有层状晶体结构； 粘土矿物的层状晶体基本由两种原子层构成，一种是硅氧
离子交换
27
离子交换
螯合
Me
28
离子交换
29
粘土矿物离子交换
30
专属吸附
（3）专属吸附：是指吸附过程中，除了化学键的 作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起 作用。 专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可 使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。 在水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子 和无机高分子的专属吸附作用特别强烈。 水合氧化物胶体对重金属离子有较强的专属吸附 作用。
1、氧化物和氢氧化物：
Me(OH)n(s)→Men+ + nOHKsp
根据溶度积：Ksp = [Men+][OH－]n
[Men+] = Ksp / [OH－]n = Ksp[H+]n / Kwn
–lg[Men+] = –lgKsp – nlg[H+] + nlgKw
pC= pKsp + npH– npKw =(pKsp -14n)+ npH 根据上式，可以给出溶液中金属离子饱和浓度对数值与 pH值的关系图（pC-pH或logC-pH）：图3-10。
Al(III)的羟基聚合形态
水解…络合…聚合…溶胶…沉淀
中间产物 ：多核羟基络合物
无机高分子
单核物 Al3+ Al(OH)2+ Al(OH)2+ Al(OH)4- Ala 初聚物 Al2(OH)42+ Al3(OH)45+ Alb 低聚物 Al6(OH)126+ Al8(OH)204+
中聚物
高聚物
颗粒絮凝动力学
要实现絮凝，颗粒物之间必须发生碰撞。 根据碰撞过程的不同有三种情况： （1）异向絮凝：由颗粒的热运动即布朗运动引 起； （2）同向絮凝：由水流运动过程产生的速度 梯度引起，在剪切力的作用下是颗粒物产生 不同速度； （3）差速沉降絮凝：由重力的作用引起。
絮体照片
a. Coagulated pH=7.00，PFC=1.0110-4 mol.L-1(Fe3+)
地下水迁移
渗透
水-沉积物交换
土壤
沉积物
大气长距离输送
多环芳烃溢出
Alert
中国多环芳烃溢出模拟
ISCF模拟的到达北极的多环芳烃源区
发现我国排放的多环芳烃对周边国家影响不大
Zhang, Tao et al., Atmos. Environ., 2009; Wong et al., ES&T, 2010
水解
（3）腐殖质：。
带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官
能团（羧基、羰基、羟基）的离解程度有关。
在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，溶液中的
OH- 将腐殖质离解出的H+ 中和掉，因而分子间的负电性增强， 排斥力增加，亲水性强，趋于溶解。
在pH较低的酸性溶液（H+ 多，正电荷多），或有
紫金矿业“7·3”污染事件的思考
污染事故的影响？ 污染物如何进入汀江？ 水体污染物存在哪些迁移转化的过程？ 我们应该如何应对污染物？
第二节水中无机污染物的迁移转化
重点介绍重金属污染物在水环境中的迁移转化 颗粒物与水之间的迁移 水中颗粒物的聚集 溶解和沉淀 氧化还原 配合作用
一、颗粒物与水之间的迁移
四面体（硅氧片），另一种是铝氢氧原子层（水铝片），
其间主要靠氢键连接，因此易于断裂开来。
O O
OH O Al
OH
Si
OH OH O O O
（2）重要的水合氧化物主要有： 褐铁矿：Fe2O3﹒nH2O 水化赤铁矿：2Fe2O3﹒H2O 针铁矿：Fe2O3﹒H2O 水铝石：Al2O3﹒H2O 三水铝石：Al2O3﹒3H2O 二氧化硅凝胶：SiO2﹒nH2O 水锰矿：Mn2O3﹒H2O 所有的金属水合氧化物都能结合水中微量物质，同时其本身 又趋向于结合在矿物微粒和有机物的界面上。 得到具有重要胶体作用的： [FeOOH]∞聚合无机高分子 [Al(OH)3]∞聚合无机高分子 [MnOOH]∞聚合无机高分子 [Si(OH)4]∞聚合无机高分子
盐浓度升高 氧化还原条件的变化 pH值降低 水中配合剂的含量增加 其它生物化学迁移过程
胶体
颗粒物
沉积物
35
第二节水中无机污染物的迁移转化
重点介绍重金属污染物在水环境中的迁移转化 颗粒物与水之间的迁移 水中颗粒物的聚集 溶解和沉淀 氧化还原 配合作用
水中颗粒物的聚集
胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。
难溶电解质的平衡常数以溶度积（Ksp）表示，
如HgS(s) 的（Ksp）=[Hg2+][S2-]=4.0×10-53
三、溶解和沉淀
重金属盐的难溶物特点
所有氯化物与硫酸盐(AgCl、HgCl和PbCl2除外) 都
是易溶的； 碳酸盐、氢氧化物和硫化物是难溶的。
着重介绍金属氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐及多种成 分共存时的溶解—沉淀平衡问题。
把由电介质促成的聚集成为凝聚，而由聚合物促成 的聚集称为絮凝。
混凝＝混和＋凝聚＋絮凝
混和
+
n－
n－
纳米-分子污染物 颗粒物
n－
n－
吸附
+
n－
+
n－
投药
+
n－
+ + +
+
+ +
混凝剂 絮凝剂
+
n－
n+ + +
分离
+
±
+
±
±
±
+
絮凝 絮体、絮团
电中和 凝聚
无机高分子絮凝剂
Inorganic Polymer Flocculants
21
22
23
2.水中颗粒物的吸附作用
表面吸附：物理吸附； 离子交换吸附：胶体颗粒大部分带负电荷，容易 吸附各种阳离子；物理化学吸附； 专属吸附：有化学键、憎水键、范德华力、氢键 等作用；
表面吸附
（1）表面吸附： 由于颗粒物具有巨大的比表面和表面能，产生 表面吸附 发生的关键是胶体颗粒具有巨大的比表面积， 因此胶体具有巨大的表面能。
紫金矿业“7·3”污染事件
2010 年7 月3 日15时50 分，紫金矿业旗下紫金 山铜矿湿法厂污水外渗 引发汀江流域污染，据 测算，约有9100立方米
含铜酸性污水进入汀江,
棉花滩水库水质监测结果 7月6日前水质基本正常， 7月6日下午开始，水库进口点位有微量检出 铜，其浓度范围在0.013mg/L-0.014mg/L之 间。 7月10日，水库进口和库心点位均检出铜， pH值也有所下降：水库进口pH值范围为 5.52-6.43、铜浓度范围为0.016mg/L0.061mg/L，库心pH值范围为5.95-7.62、铜 浓度范围为小于0.01mg/L-0.028mg/L。
Al13(OH)327+ Al13O4(OH)247+
Al15(OH)369+ Alx(OH)y(3x-y)+
沉淀物
[ Al (OH)3 ] n
Alc
颗粒凝聚方式
天然水环境和水处理过程中所遇到的颗粒 凝聚方式 （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”凝聚 （5）第二极小值絮凝 （6）聚合物粘结架桥 絮凝 （7）无机高分子絮凝 （8）絮团卷扫絮凝 （9）颗粒层吸附絮凝 （10）生物絮凝
阳离子型 聚合氯化铝 PAC, PACl 聚合硫酸铝 PAS 聚合硫酸铁 PFS 聚合氯化铁 PFC 聚合磷酸铝 PAP 聚合磷酸铁 PFP 阴离子型 聚合硅酸 PSi (活化硅酸 ) ASi 复合絮凝剂 聚合硫酸铝铁 PAFS 聚合氯化铝铁 PAFC 聚合硅酸铝 PASI 聚合硅酸铁 PFSI 聚合硅酸铝铁 PAFSI 无机 +有机复合型 聚合铝-聚丙烯酰胺 聚合铝-甲壳素 聚合铝-合成有机高分子
b. Coagulated pH=7.00，PFC=2.0210-4 mol.L-1(Fe3+)