3.2水中无机污染物的迁移转化(4)
环境化学(戴树桂)课后习题参考答案
中科院研究生院硕士研究生入学考试《环境化学》考试大纲1．《环境化学》考试大纲适用于中国科学院研究生院环境科学专业硕士研究生入学考试。
《环境化学》是环境科学与工程类专业的重要基础课程，包括了环境化学研究的内容、特点和发展动向，主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程，典型污染物在环境各圈层中的归趋和效应。
本考试大纲侧重于环境污染化学，着重于各类有害物质在环境介质中的存在、行为、效应以及减少或消除其产生的理论和方法。
主要内容包括水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学及化学物质的生物效应与生态效应等经典内容。
对其中有机污染物的归趋模式、金属离子的存在形态及生物效应、化学物质结构与毒性关系，污染物的生物效应和生物浓缩机制以及全球范围内的温室效应、酸雨、臭氧层破坏等环境问题需加以重点掌握。
要求考生掌握基本概念、基本原理和计算方法，并具备综合运用所学知识分析和解决实际环境问题的能力。
考试内容：环境化学发展及基本内容1．环境化学基本概念、发展动向、研究内容及热点问题水环境化学2．天然水的基本特征组成；3．水体无机污染物的迁移转化。
着重配合作用、氧化-还原作用、沉淀和溶解、水体颗粒物的吸附作用等基本原理及其实际应用。
4．水体有机污染物的迁移转化：环境行为与归趋模式。
着重分配作用、挥发作用、水解作用等典型机制与迁移转化模式。
5．水体的富营养化问题：水体富营养化；水体富营养化的机理；营养物质的来源；富营养化的影响因素；湖水的营养化程度；水体富营养化的危害及其防治对策。
大气环境化学6．大气中污染物的特征；7．大气中污染物的迁移和转化(温室效应；气相大气化学：光化学反应、光化学烟雾、臭氧层的形成与耗损化学；液相大气化学：酸沉降化学、大气中液相反应；大气颗粒物化学)；8．重要的大气环境化学问题：光化学烟雾的定义、特征及形成条件；光化学烟雾主要参与物质；光化学烟雾形成机理；光化学烟雾危害及防治；光化学烟雾与硫酸型烟雾的对比；太阳和地球辐射间的能量平衡；温室气体；温室效应；全球变暖及防治对策；降水的化学组成；酸雨的形成；酸雨的影响因素；酸雨的危害及防治；大气平流层的组成；臭氧层的形成和耗损的化学反应；臭氧洞的危害；臭氧层破坏现状及防治。
环境化学第3.2章水环境化学水中无机污染物的溶解和沉淀课件
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第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
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第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
【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
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+
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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）
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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
3.2水中无机污染物的迁移转化 (4)
或者在两个羧基间螯合：
或者与一个羧基形成配合物：
在环境中对污染物的影响 与金属作用：许多研究表明：重金属在天然水体中主要以腐殖酸的 配合物形式存在。Matson等指出Cd、Ph和Cu在美洲的大湖(Great Lake)水中不存在游离离子，而是以腐殖酸配合物形式存在。表3—9 列出不同来源腐殖酸与金属的配合稳定常数，并可看出，Hg和Cu有较 强的配合能力，在淡水中有大于90％的Ca、Hg与腐殖酸配合，这点对 考虑重金属的水体污染具有很重要的意义。特别是Hg，许多阳离子如 Li+ 、Na+ 、Co2+ 、Mn2+ 、Ba2+ 、Zn2+ 、Mg2+ 、La3+ 、Fe3+ 、A13+ 、Ce3+ 、 Th4+，都不能臵换Hg。水体的pH、Eh等都影响腐殖酸和重金属配合作 用的稳定性。
K2 [ Zn ( NH [ ZnNH
2 3 3
Zn(NH3)22+
)2
2
]
3
2 . 1 10 ]
2
][ NH
K1、K2称为逐级生成常数(或逐级稳定常数)，表示NH3加至中心Zn2+上是
一个逐步的过程。
积累稳定常数是指几个配位体加到中心金属离子过程的加和。例如，
Zn(NH3)22+的生成可用下面反应式表示：
五、配合作用
1、概述
污染物特别是重金属污染物，大部分以配合物形态存在于水体，其 迁移、转化及毒性等均与配合作用有密切关系。重金属容易形成配合 物的原因是重金属为过渡性元素，最外层为s轨道电子数目为2或1， 次外层为d轨道或f轨道电子，数目为1-9，为充满，则过渡金属元素 失去外层s轨道电子后，未充满的d轨道仍旧可以接受外来电子，形成 配合的络合物或者螯合物。 天然水体中有许多阳离子，其中某些阳离子是良好的配合物中心体， 某些阴离子则可作为配位体。 天然水体中重要的无机配位体有OH－、Cl－、CO32－、HCO3－、F－、S2 － 。它们易与硬酸进行配合。如OH － 在水溶液中将优先与某些作为中 心离子的硬酸结合(如Fe3+、Mn3+等)，形成羧基配合离子或氢氧化物 沉淀，而S2－离子则更易和重金属如Hg2+、Ag+等形成多硫配合离子或 硫化物沉淀。
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
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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
环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化
对于其他金属碳酸盐则可写为： -lg[Me2＋] =0.5p Ksp -0.5pα2 由2 [Me2＋] + [H+] = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-]得： (Ksp/α2)1/2 (2 – α1- 2α2) + [H+] – Kw/[H+] = 0
当pH > pK2 时，α2≈1，CO32-为主，lg[Ca2+] = 0.5 lg KSP
四、氧化还原
氧化－还原平衡对水环境中无机污染物的迁移转化 具有重要意义。水体中氧化还原的类型、速率和平衡， 在很大程度上决定了水中主要溶质的性质。例如，厌 氧型湖泊，其湖下层的元素都将以还原形态存在；碳 还原成－4价形成CH4；氮形成NH4＋；硫形成H2S；铁 形成可溶性Fe2+。其表层水由于可以被大气中的氧饱 和，成为相对气体性介质，如果达到热力学平衡时， 则上述元素将以氧化态存在：碳成为CO2；氮成为 NO3-；铁成为Fe(OH)3沉淀；硫成为SO42-。显然这种 变化对水生生物和水质影响很大。
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 对表面电荷的影响 反离子
阳离子交换 配位体交换 ＞零电位点 任意值 扩散层 无 内层 负电荷减少 正电荷增加
（2）吸附等温线和等温式：在固定温度下，当吸附达到平 衡时，颗粒物表面的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度
达到临界状态，就可以发生快速凝聚。
三、溶解和沉淀
溶解与迁移 实际溶解沉淀过程的复杂性 1、氧化物和氢氧化物：氧化物可以视作氢氧化物的脱水产物 Me(OH)n (s) Men+ + n OH根据溶度积： Ksp= [ Men+ ] [ OH- ]n 可转化为： [ Men+ ] = Ksp / [ OH- ]n = Ksp[ H+] / Kwn -lg [ Men+ ] = -lgKsp – n lg [ H+ ] + n lgKw pc = pKsp- n pKw + n pH = pKsp – n pOH 可以做 pc-pH 图，斜率等于 n，即金属离子价； 截距是 pH = 14 - (1/n)pKsp。
无机污染物迁移、转化和归宿
无机污染物进入河流中的迁移、转化和归宿对无机污染物而言，特别是重金属和准金属等污染物，一旦进入水环境，均不能被生物降解，而其他大部分无机污染物经过分解，转化形态之后可以组成生物细胞的成分而被彻底利用，包括无机元素与金属元素。
无机污染物（以重金属为主体）主要是以简单的离子、络离子或可溶性分子的形式在水环境中通过一系列物理化学作用，如溶解--沉淀作用、氧化--还原作用、水解作用、络合和螯合作用、吸附--解吸作用等实现的迁移和转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程。
重金属（Hg、Cd等）在迁移过程中可富集于底泥，成为长期潜在的有害污染源或通过食物链富集。
污染物在迁移转化的过程中，主要受污染物自身的理化性质以及外界环境的物理化学条件和自然地理条件影响。
简单的内部因素可主要为组成化合物的能力、形成不同价位离子的能力、水解能力、形成络合物的能力和被胶体吸附的能力。
一般来说，由共价键结合的污染物容易进行气迁移；由离子键结合容易进行水迁移。
外部因素主要指环境的酸碱环境、氧化还原条件、交替种类以及数量和性质等。
如酸性环境有利于钙、锶、钡、锌、镉等迁移；碱性环境则有利于硒、钼和五价钒的迁移。
氧化条件有利于铬、钒、硫的迁移；还原环境有利于铁、锰等的迁移。
从微生物的角度以及水体溶解氧的情况（水体复氧及耗氧）来分析无机污染物进入河流的迁移转化问题，我们需要考虑到，在河流表层部分，溶解氧较充足，处于较高的氧化还原电位，主要存在好养性微生物，其元素将以氧化态存在，碳成为CO2，氮成为NO3-，铁成为Fe(OH)3沉淀，硫成为SO42-；在中间部分，溶解氧相对较少，是一个兼型层，兼有氧化和还原作用，主要由兼性微生物生存；在底层，水体处于还原环境，其元素都将以还原形态存在，碳还原成CH4，氮形成NH4＋，硫形成H2S，铁形成可溶性Fe2+。
在相应微生物作用下，完成相应元素的物质循环。
综上分析，污染物的转化，往往与迁移相伴进行，并且实现污染物迁移的途径是彼此相互作用的，是一个统一体，并不能将其独立开来，对于自净体系而言，无机污染物迁移转化的过程较为复杂，下图简以说明。
污染物在水体中的迁移转化方式
污染物在水体中的迁移转化方式主要有以下三种途径：
(1)氧化-还原作用。
天然水体中有许多无机和有机氧化剂和还原剂，如溶解氧、Fe3+、Mn4+、Fe2+、S2-及有机化合物等，这些物质对污染物的转化起重要作用。
如环境中重金属在一定氧化-还原条件下，容易发生价态变化，结果是其化学性质改变，迁移能力也会发生改变。
水体中的氧化-还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要溶质和污染物的性质。
如在一个厌氧湖泊中，湖下层的元素以还原态存在：碳还原成CH4，氮还原成[*]等，而表层水由于可被大气中氧补充，成为氧化性介质，达到热力学平衡时，碳成为CO2，氮成为[*]。
显然这种变化对水生生物和水质影响很大。
(2)络合作用。
天然水体中有许多无机配位体，如OH-、Cl-[*]、[*]和有机配位体如氨基酸、腐殖酸，以及洗涤剂、农药、大分子环状化合物等，它们可以与水中的污染物，特别是重金属发生络合反应，改变其性质和存在状态，影响污染物在水体中发生、迁移、反应和生物效应。
(3)生物降解作用。
水体中的微生物，特别是底泥中的厌氧微生物，可以使一些污染物发生转化，如把无机汞转变为有机汞。
第二节 水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水中无机污染物特别是重金属污染物进入水体，不能被生物降解，主要是通过沉淀－溶解、氧化－还原、配合作用、胶体形成、吸附－解吸等作用进行迁移转化。
一、颗粒物与水之间的迁移1、矿物颗粒物和黏土颗粒物常见矿物颗粒物为石英、长石、云母及黏土矿物等硅酸盐矿物，主要由物理作用形成。
2、金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属以无机高分子及溶胶等形态存在。
例：铝在岩土中是丰量元素，在水中浓度低，<0.1mg/L。
水解，主要形态是：Al3+Al(OH)2+Al2(OH)24+Al(OH)22+Al(OH)3+等铁水合氧化物：Fe3+Fe(OH)2+Fe(OH)2+ Fe2(OH)24+Fe(OH)3等硅酸聚合物：Si n O2n-m(OH)2m3、腐殖质是一种代负电的高分子弱电解质。
4、水体悬浮沉积物是以矿物微粒为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，经絮凝成为较粗颗粒而沉积在底部。
5、其它藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等。
二、水环境中颗粒物的吸附作用1、表面吸附：胶体具有巨大的表面积和表面能；属物理吸附，胶体表面积越大，吸附越强。
2、离子吸附：由于胶体表面的电荷引力。
3、专属吸附：除了化学键以外，尚有加强的憎水键及范德华力或氢键起作用。
水锰矿对Co、Cu、Ni、K和Na离子的吸附及其随pH的变化图：对于碱金属离子，在低浓度时，体系pH在水锰矿ZPC以上时发生吸附。
表明其为离子吸附。
而Co 、Cu 、Ni 等在体系pH 在ZPC 处或小于时都能进行吸附，这表明不带电荷或带正电均能吸附过渡金属。
4、吸附理论――有效层流脱理论5、吸附方向和推动力6、吸附等温线和等温式（1） 等温吸附经验式――弗罗因德利希式Freundlich 型等温式为： G =kC 1/n两边取对数： log G =log k +1/nlog C,nkP P k n Γ=Γ--吸附量－吸附压力常数（2） 单分子层吸附理论――兰格缪尔吸附等温式单分子层吸附吸附剂表面是均匀被吸附的分子与其它同气体分子无作用力吸附是一个动态平衡φ被吸附质分子覆盖的吸附表面积覆盖率（）＝吸附剂的总表面积 Langmuir 型吸附等温线：G =G 0C /(A +C ) 1/G =1/G 0+(A /G 0)(1/C )G0------单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A-------常数（3）Henry 型吸附等温线为直线，等温式为： G =kCk------分配系数影响吸附作用的因素：(a) pH 值的影响：一般情况下，吸附量随pH 升高而增大。
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
污染物的迁移转化名词解释
污染物的迁移转化名词解释当我们谈论环境污染时，污染物的迁移转化是一个非常重要的概念。
污染物可以是固体、液体或气体，在环境中被释放后，往往会迁移到不同的地方，并通过一系列的转化过程进行变化。
以下是对污染物迁移转化过程中涉及的一些名词的解释。
1. 污染物污染物是指能够对生态系统和环境造成危害的任何物质。
它们可以是化学物质、排放物、废物或生物物质。
例如，工业废水中的有害化学物质、空气中的颗粒物以及土壤中的重金属都被视为污染物。
2. 迁移污染物的迁移是指它们在环境中移动的过程。
这种迁移可以发生在大气、水体、土壤及生物体之间。
例如，空气中的污染物可以通过大气扩散或降雨沉降进入水体和土壤。
3. 转化污染物的转化是指其由一个化学形式转变为另一个化学形式的过程。
这种转化可以是生物化学反应、化学反应或物理过程的结果。
例如，有机废物在土壤中经过分解反应会转化为二氧化碳和水。
4. 生物富集生物富集是指当污染物从环境中迁移到生物体内的过程。
这通常发生在食物链的不同层级上，最终导致污染物在食物网中逐渐积累。
例如，海洋中的汞从浮游生物进入鱼类，然后再进入人类体内，这就是生物富集的一个例子。
5. 生物降解生物降解是指污染物被微生物或其他生物体通过代谢过程分解为更简单的物质的过程。
这种过程对于处理有机废物和降解有机化合物非常重要。
例如，油污染地区的微生物能够降解石油碳链，并将其转化为二氧化碳和水。
6. 吸附吸附是指污染物被土壤、岩石或生物体表面上的吸附剂吸附的过程。
通过吸附，污染物能够黏附在固体颗粒上，从而减少其在环境中的迁移速率。
例如，土壤中的有机污染物常常与土壤颗粒表面形成结合，从而减轻对地下水的污染。
7. 沉积沉积是指污染物通过重力从气体或溶液中沉淀下来的过程。
这种沉淀通常发生在水体底部或土壤颗粒之间。
例如，湖泊中的悬浮颗粒物会随着时间的推移沉积在湖底，形成沉积物。
以上是对污染物迁移转化过程中一些相关名词的解释。
污染物的迁移转化是一个复杂而重要的主题，了解这些名词的含义可以帮助我们更好地理解污染物在环境中的行为和影响。
3-2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、 颗粒物与水之间的迁移1．水中颗粒物的类别（1）矿物微粒和粘土矿物 硅酸盐矿物（2）金属水合氧化物 Al 、Fe 、Mn 、Si 等（3）腐殖质 带负电荷的高分子弱电解质，多含有–COOH 、–OH 等（4）水体悬浮沉积物 胶体物质的聚集物，结构组成不固定（5）其他 藻类、细菌、病毒、表面活性剂或油滴。
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，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量其它阳离子。
可逆，不受温度影响，在酸碱条件下均可进行，交换吸附能力与溶质的性质、浓度及吸附剂性质等有关。
专属吸附—吸附过程中，除了受化学键作用外，尚有加强的憎水键、 范德华力或氢键等在起作用。
可使表面电荷改变符号或使离子化合物吸附在同号电荷的表面上；吸附作用发生在胶体双电层的Stern 层中，作用力较大。
配合离子、有机离子、 有机和无机高分子的专属吸附强烈；水合氧化物胶体对金属离子有较强的专属吸附。
（1）吸附等温线和等温式吸附是指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。
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) 之间的关系用吸附等温式表达。
H 型（ Henry ）等温式（直线型）式中：K ——分配系数F 型（Freundlich ）等温式:用对数表示：Langmuir 型吸附等温线G =G 0C /(A +C )1/G =1/G 0+(A /G 0)(1/C ) G 0------单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A-------常数kC G =n kCG 1=C nk G lg 1lg lg +=（2）氧化物表面吸附的配合模式金属氧化物表面都含有≡MeOH 集团；把具体表面看作一种聚合酸，其大量羟基可发生表面配合反应。
在配合平衡过程中需将邻近集团的电荷影响考虑在内。
3.沉积物中重金属的释放1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属离子可将吸附在颗粒物表面的重金属离子置换出来，重金属解吸的重要途径之一。
水体污染物的迁移转化
水体污染物的迁移转化摘要：水是人类生存所必须，因而水体遭到污染则人类生存的环境品质就会大大的受损。
本文探讨了水体污染物的概念，总结了一下目前世界上所发现的水体污染物的主要种类，并且总结了水体污染物迁移转化的过程和方法，从中得出对水体污染物处理的一些解决方法。
关键词：迁移转化水体污染物1.水体污染物的概念水体污染物是指造成水体水质、水中生物群落以及水体底泥质量恶化的各种有害物质（或能量）。
水体污染物从化学角度可分为无机有害物、无机有毒物、有机有害物、有机有毒物4类。
2.水体污染物的分类和介绍2.1 耗氧污染物在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。
这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。
在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。
这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。
水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质进一步恶化。
2.2 植物营养物植物营养物主要指氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化，使BOD5升高的物质。
水体中营养物质过量所造成的"富营养化"对于湖泊及流动缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严重问题。
富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。
在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，后变为陆地。
这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。
而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象，可以在短期内出现。
植物营养物质的来源广、数量大，有生活污水(有机质、洗涤剂)、农业(化肥、农家肥)、工业废水、垃圾等。
颗粒物与水之间的迁移水环境中颗粒物的吸附作用水环境中胶体
1．胶体颗粒凝聚的基本原理和方式
典型胶体的相互作用是以DLVO物理理论为 定量基础。
1．胶体颗粒凝聚的基本原理和方式
异体凝聚理论：适用于处理物质本性不同、粒径不等、
电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体系。 异体凝聚理论的主要论点为：如果两个电荷符号相异的 胶体微粒接近时，吸引力总是占优势；如果两颗粒电荷符号 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，在异体凝聚时，只要其 中有一种胶体的稳定性甚低而电位达到临界状态，就可以发 生快速凝聚，而不论另一种胶体的电位高低如何。
天然水环境和水处理过程中所遇到的2)专属吸附凝聚; (3)胶体相互凝聚 (4)“边对面”絮凝;(5)第二极小值絮凝;(6)聚合物粘结架桥 絮凝;(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
第二节 水中无机污染物的迁移转化
G
影响吸附作用的因素
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。
影响吸附作用的因素
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。 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，并 且，当溶质浓度范围固定时，吸附量随颗粒物浓 度增大而减少。
二、水中颗粒物的聚集
胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。在讨论
聚集的化学概念时，这两个名词时常交换使用。这里把
水中无机污染物的迁移转化.
4r 2 4 3 = r 3
3 r
（cm2/g）
子受力不均匀（因为表面分子周围的分子数量不相等），因而产生了所谓的
表面能。 计算实例：某湖泊底泥ρ=2.65g/cm3，10%为直径D=1um（10-4cm）的颗 粒物，求面积S=100m2，深度h=0.2m的底泥中，所有直径D=1um（10-4cm）的 颗粒物比表面积？
G kC
G kC
用对数表示：
1 n
式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1 lg G lg k lg C n
L型（Langmuir）等温式
G G C /( A C )
0
1 / G 1 / G ( A / G )(1 / C )
0 0
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
（5）第二极小值絮凝； （6）聚合物粘结架桥絮凝；
（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。
水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式
1、概述
胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。在讨论聚集的化学概念时，这两个 名词常交换使用。这里把由电介质促成的聚集称为凝聚，而由聚合物促成 的聚集称为絮凝。 胶体颗粒长期处于分散状态还是相互作用聚集结合成为更粗粒子，将决定 着水体中胶体颗粒及其上面的污染物的粒度分布变化规律，影响到其迁移
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。例如，简单的Al3+、Fe3+高 价离子并不能使胶体电荷因吸附而变号，但其水解产物却 可达到这种效果，这就是发生专属吸附的结果。 水合氧化物胶体对重金属离子有较强的专属吸附作用，这 种吸附作用发生在胶体双电层的Stern层中，被吸附的金属 离子进入Stern层后。不能被通常提取交换性阳离子的提取 剂提取，只能被亲和力更强的金属离子取代，或在强酸性 条件下解吸。
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第三章：水环境化学——污染物存在形态第二节、水中无机污染物的迁移转化一、颗粒物与水之间的迁移、二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式 三、溶解和沉淀 四、氧化—还原 五、配合作用 1、概述● 污染物特别是重金属污染物，大部分以配合物形态存在于水体，其迁移、转化及毒性等均与配合作用有密切关系。
重金属容易形成配合物的原因是重金属为过渡性元素，最外层为s 轨道电子数目为2或1，次外层为d 轨道或f 轨道电子，数目为1-9，为充满，则过渡金属元素失去外层s 轨道电子后，未充满的d 轨道仍旧可以接受外来电子，形成配合的络合物或者螯合物。
● 天然水体中有许多阳离子，其中某些阳离子是良好的配合物中心体，某些阴离子则可作为配位体。
● 天然水体中重要的无机配位体有OH －、Cl －、CO 32－、HCO 3－、F －、S 2－。
它们易与硬酸进行配合。
如OH －在水溶液中将优先与某些作为中心离子的硬酸结合(如Fe 3+、Mn 3+等)，形成羧基配合离子或氢氧化物沉淀，而S 2－离子则更易和重金属如Hg 2+、Ag +等形成多硫配合离子或硫化物沉淀。
● 有机配位体情况比较复杂，天然水体中包括动植物组织的天然降解产物，如氨基酸、糖、腐殖酸，以及生活废水中的洗涤剂、清洁剂、EDTA 、农药和大分子环状化合物等。
这些有机物相当一部分具有配合能力。
● 举例：Cr(24):1S 22S 22P 63S 23P 63d 54S 1(3d 轨道填充10个电子才满) Cd(48):1S 22S 22P 63S 23P 63d 104S 24P 64d 104f 05S 2(4f 轨道填充14个电子才满)水配合物 CL -络合物H 2OH 2OH 2Cl -Cl -Cl -四乙基铅络合乙二胺2、配合物在溶液中的稳定性配合物在溶液中的稳定性是指配合物在溶液中离解成中心离子(原子)和配位体，当离解达到平衡时离解程度的大小。
这是配合物特有的重要性质。
● 水中金属离子，可以与电子供给体结合，形成一个配位化合物(或离子)，例如，Cd 2+和一个配位体CN －结合形成CdCN +配合离子：Cd 2+ +CN －→CdCN +CdCN +离子还可继续与CN －结合逐渐形成稳定性变弱的配合物Cd(CN)2、Cd(CN)3－和Cd(CN)42－。
CN －是一个单齿配体，它仅有一个位置与Cd 2+成键，所形成的单齿配合物对于天然水的重要性并不大，更重要的是多齿配体。
具有不止一个配位原子的配体，它们与中心原子形成环状配合物称为螯合物。
● 一般而言，配合物的稳定性取决于三个因素：➢ 配位体的性质，多齿配位体比单齿配位体稳定 ➢ 金属离子半径与电荷：不同配位体的晶体分裂能（I -<Br -<Cl -<NO 3-<OH -<H 2O<NO 2-<CN -） 金属离子的化合价越高，则一般配合物越稳定➢ 金属在元素周期表中的位置：同族元素，从上到下其络合物稳定性增加。
● 稳定常数是衡量配合物稳定性大小的尺度，例如ZnNH 32+可由下面反应生成：➢ Zn 2++ NH 3⇔ZnNH 32+生成常数K 1为：232231109.3]NH ][Zn []ZnNH [⨯==++K ➢ ZnNH 32+继续与NH 3反应，生成Zn(NH 3)22+： ZnNH 32+ + NH 3 ⇔Zn(NH 3)22+ ➢ 生成常数K 2为：23232232101.2]][[])([⨯==++NH ZnNH NH Zn K➢ K 1、K 2称为逐级生成常数(或逐级稳定常数)，表示NH 3加至中心Zn 2+上是一个逐C 2H 525C 252-CH 22 2步的过程。
➢ 积累稳定常数是指几个配位体加到中心金属离子过程的加和。
例如，Zn(NH 3)22+的生成可用下面反应式表示：Zn 2+ + 2NH 3 ⇔Zn(NH 3)22+➢ β2为积累稳定常数(或积累生成常数)：4212322232102.8]][[])([⨯=⋅==++K K NH Zn NH Zn β ➢ 同样，对于Zn(NH 3)32+的β3=K 1·K 2·K 3，Zn(NH 3)42+的β4=K 1·K 2·K 3·K 4。
概括起来，配合物平衡反应相应的平衡常数可表示如下：n K L K L K L ML ML ML M n −−−→−⋅⋅⋅−−−→−−−−→−221β2βn]][[][1L ML ML K n n n -=nn n L M ML ]][[][=β=K 1K 2……K n ➢ K n 或βn 越大，配合离子愈难离解，配合物也愈稳定。
因此、从稳定常数的值可以算出溶液中各级配合离子的平衡浓度。
3、羟基对重金属离子的配合作用大多数重金属离子均能水解，其水解过程实际上就是羟基配合过程，它是影响一些重金属难溶盐溶解度的主要因素，因此，人们特别重视羟基对重金属的配合作用。
● 现以Me 2+为例：Me 2++ OH －→MeOH +]][[][21-++=OH Me MeOH K MeOH + + OH －→Me(OH)20 ]][[])([022-+=OH MeOH OH Me KMe(OH)20+ OH －→Me(OH)3－]][)([])([0233--=OH OH Me OH Me KMe(OH)3－+OH －→Me(OH) 42－]OH ][ [Me(OH)][Me(OH)K 3244---=● 或者也可以写为：Me 2++ OH －→Me(OH)+ β1= K 1Me 2++ 2OH －→Me(OH) 20 β2= K 1*K 2 Me 2++ 3OH －→Me(OH) 3－ β3= K 1*K 2*K 3 Me 2++ 4OH －→Me(OH) 42－ β4= K 1*K 2*K 3*K 4●因为：[Me]T = [Me2+]+[Me(OH)+] +[Me(OH) 20] +[Me(OH) 3－] +[Me(OH) 42－]●由以上五式可得：[Me]T = [Me2+] {1+β1[OH－] +β2[OH－]2 +β3[OH－]3 +β4[OH－]4} ●设α= {1+β1[OH－] +β2[OH－]2 +β3[OH－]3 +β4[OH－]4}则 [Me]T= [Me2+]*αψ0 = [Me2+]/ [Me]T=1/αψ1 =[Me(OH)+]/ [Me]T=β1 [Me2+][OH－]/ [Me]T=ψ0β1[OH－]ψ2 =[Me(OH)20] / [Me]T=φβ2[OH－]2ψ3 =[Me(OH)3-] / [Me]T=φβ3[OH－]3ψ4 =[Me(OH)42-] / [Me]T=φβ4[OH－]4φn =[Me(OH)nn-2] / [Me]T=φβn· [OH－]n●在一定温度下，β1、β2、…、βn等为定值，φ仅是pH值的函数。
因此可以表示Cd2+—OH－配合离子在不同pH值下的分布。
由图3—22可看出：当pH<8时，镉基本上以Cd2+形态存在；pH=8时开始形成CdOH+配合离子；pH约为10时，CdOH+达到峰值；pH至11时，Cd(OH)20达到峰值；pH=12时，Cd(OH)3－到达峰值；当pH>13时，则Cd(OH)42－占优势。
4、腐殖质的配合作用●天然水中对水质影响最大的有机物是腐殖质，它是由生物体物质在土壤、水和沉积物中转化而成。
腐殖质是有机高分子物质，分子量在300到30 000以上。
一般根据其在碱和酸溶液中的溶解度划分为三类：①腐殖酸(Humic acid)——可溶于稀碱液但不溶于酸的部分，分子量由数千到数万；②富里酸(Fulvic acid)——可溶于酸又可溶于碱的部分，分子量由数百到数千；③腐黑物(Humin)——不能被酸和碱提取的部分。
➢在腐殖酸和腐黑物中，C含量为50％—60％，N含量为2％—4％，O含量为30％—35％。
而富里酸中碳和氮含量较少，分别为C:44％—50％、N:1％—3％，O:为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。
➢腐殖质在结构上的显著特点是除含有大量苯环外，还含有大量羧基、醇基和酚基。
富里酸单位重量含有的含氧官能团数量较多，因而亲水性也较强。
富里酸的结构式如图3—24所示，这些官能团在水中可以离解并产生化学作用，因此腐殖质具有高分子电解质的特征，并表现为酸性。
●腐殖质与环境中有机物之间的配合作用：腐殖质与金属离子生成配合物是它们最重要的环境性质之一。
金属离子能在腐殖质中的羧基及羟基间螯合成键：或者在两个羧基间螯合：或者与一个羧基形成配合物：●在环境中对污染物的影响➢与金属作用：许多研究表明：重金属在天然水体中主要以腐殖酸的配合物形式存在。
Matson等指出Cd、Ph和Cu在美洲的大湖(Great Lake)水中不存在游离离子，而是以腐殖酸配合物形式存在。
表3—9列出不同来源腐殖酸与金属的配合稳定常数，并可看出，Hg和Cu有较强的配合能力，在淡水中有大于90％的Ca、Hg与腐殖酸配合，这点对考虑重金属的水体污染具有很重要的意义。
特别是Hg，许多阳离子如Li+、Na+、Co2+、Mn2+、Ba2+、Zn2+、Mg2+、La3+、Fe3+、A13+、Ce3+、Th4+，都不能置换Hg。
水体的pH、E h等都影响腐殖酸和重金属配合作用的稳定性。
➢此外，从1970年以来，由于发现供应水中存在三卤甲烷，对腐殖质给予特别的注意。
一般认为，在用氯化作用消毒原始饮用水过程中，腐殖质的存在，可以形成可疑的致癌物质——三卤甲烷(THMS)。
➢现在人们开始注意腐殖酸与阴离子的作用，它可以和水体中NO3－、SO42－、PO43－等反应，这构成了水体中各种阳离子、阴离子反应的复杂性。
➢另外，腐殖酸对有机污染物的作用，诸如对其活性、行为和残留速度等影响已开始研究。
它能键合水体中的有机物如PCB、DDT和PAH，从而影响它们的迁移和分布，环境中的芳香胺能与腐殖酸共价键合，而另一类有机污染物如邻苯二甲酸二烷基酯能与腐殖酸形成水溶性配合物。
第三节水中有机污染物的迁移转化一、概述●水环境中污染物种类繁多，一般分为两大类：需氧有机物（耗氧有机物）：➢危害对水生生物无直接毒害，但是降解耗氧，引起水体缺氧，水质恶化；➢使得氧化还原条件改变，增加一些重金属溶解和毒性增强，特别在河口地段，好氧有机污染物的大量增加，导致水体E急剧下降，Fe2+、Mn2+、Cr3+等释放出来；➢使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解，酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化；➢静止水体的富营养化。