重金属在水环境中的配合作用
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
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
④吸附和聚沉对污染物的影响
有人研究某入海河口铬、铜、汞的迁 移机制，测定了该河口底层水和表层底 泥中铬、铜、汞的含量及它们在底泥中 的富集系数(相对底层水)，发现多年来 该河口水中铬、铜、汞含量，基本稳定 在标准以下，而部分站位表层底泥中有 时出现超标的情况；而且在表层底泥中 铬、铜、汞的平均富集系数很大，分别 为980～1100、164～500、18～45，呈 现明显的富集能力，其中对铬尤为显著。
第二节 水中无机污染物的迁移转化
无机污染物主要通过沉淀-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在环境中，造 成永久性的潜在危害。
实际上微量污染物在水体中的浓度和形态分布，在 很大程度上取决于水体中各类胶体的行为。胶体微粒 作为微量污染物的载体，它们的絮凝沉降、扩散迁移 等过程决定着污染物的去向和归宿。在天然水体中， 重金属在水相中含量极微，而主要富集于固相中，在 很大程度上与胶体的吸附作用有关。因此，胶体的吸 附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应 有重要影响。
27
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
②不同吸附剂对金属离子的吸附有较大
的差别
P.A.Krenkel和E.B.Shin等研究了各种天然 和人工合成的吸附剂对HgCl2的吸附作用， 其吸附能力大致顺序是：含硫的沉积物(还 原态的)＞商业去污剂(硅的混合物、活性 碳)＞三维黏土矿物(伊利石、蒙脱石)＞含 蛋白去污剂＞铁、锰氧化物及不含硫的天 然有机物＞不含硫但含胺的合成有机去污 剂、二维黏土矿物和细砂。
26
补充：胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的 影响
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
重金属在水体中的迁移转化
更严重的受害者：交警、司机、儿童。2008年，深圳交警的体检结果 显示，他们体内的铅含量高出常人100多倍。儿童排铅能力差，汽车尾 气是最主要的毒源。
人为来源：
工业生产、汽车 尾气排放及汽车 轮胎磨损产生的 大量含重金属的 有害气体和粉尘 等。
水体中的重金属来源
1
自然因素：
在没有人为污染的 情况下，水体中的重金属 的含量取决于水与土壤、 岩石的相互作用，其值一 般很低，不会对人体健康 造成危害。但，导致水体 受到重金属污染。
2
人为因素：
工矿业废水、生 活污水等未经适当处理 即向外排放，污染了土 壤，废弃物堆放场受流 水作用以及富含重金属 的大气沉降物输入，都 使水体重金属含量急剧 升高。
主要危害：铅在废气中呈微粒状态，随风扩散，可随呼吸进入血液，并 迅速地蓄积到人体的骨骼和牙齿中，它们干扰血红素的合成、侵袭红细 胞，引起贫血；损害神经系统，严重时损害脑细胞，引起脑损伤。当儿 童血中铅浓度达0.6～0.8ppm时，会影响儿童的生长和智力发育，甚至 出现痴呆症状。铅还能透过母体进入胎盘，危及胎儿。
办公室
主要重金属：铬、铅、镉、汞，来自油墨、液晶显示器等 “服毒”过程：打印、复印、整理文件资料，接收和分发报
纸、杂志等印刷品。这些纸张的油墨中，含有铅、铬、镉、 汞等重金属，如果不注意卫生，很容易进入人体。
主要危害：铬对皮肤有刺激和致敏作用，皮肤会出现红斑、 水肿、溃疡；它的烟雾和粉尘对呼吸道有明显损害，可引起 鼻黏膜溃疡、咽炎、肺炎胃肠道溃疡等。
水体重金属污染及处理技术
水体重金属污染研究现状及治理技术摘要：随着人口的日益增长和工业的迅猛发展，大量污染物被排放到水体中，造成了严重的环境污染和生态破坏，特别是水体重金属污染是危害最严重的的水污染问题之一。
本文介绍了水体重金属污染现状及危害，论述了水体重金属污染的研究进展，并着重介绍了水体重金属污染处理方法和修复技术。
关键字：水体污染；重金属；治理方法；修复技术引言水环境是一个开放和动态的体系，其中生物与非生物环境是相互关联和相互作用的[1]。
未经达标处理的废水排入自然水体中，可导致污染物（如重金属）浓度超过其环境容量，进而破坏水体生态功能，造成水环境污染[2]。
水体中的重金属污染主要来自两部分：自然源和人为源[3]。
自然源主要是岩石风化的碎屑产物，通过自然途径进入水体中的重金属。
人为污染源主要包括矿山开采、金属冶炼加工及化工生产废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源。
其中人为污染源使得重金属污染物事故性的排放，对水体的危害最为严重[4]。
水体中的重金属具有稳定性、难降解性、亲脂性、持久性和高度危害性等特点[5-8]，并且随着人类的活动造成水体污染的重金属的数量和种类急剧增多，引起了严重的生态系统问题[9]。
因此针对水体重金属污染问题，各国政府都已经采取相应的手段进行处理和修复。
但是，目前如何正确的、有效的处理水体重金属的污染仍是科研工作者和各广大环保工作者研究的热点之一。
本文主要对水体重金属污染现状及危害，研究进展及治理方法和处理修复技术进行综述。
1 水体重金属污染现状及危害大量重金属的存在给水体生态系统造成了严重的危害，使得环境重金属污染日趋严重，水体重金属污染已经成为国内外亟需解决的环境问题[10,11]。
中国首次严重的水体重金属污染出现在1983年的京杭运河的杭州段[12]，根据不同文献的报道和研究[13-15]显示中国七大水系：珠江水系、长江水系、太湖水系、淮河水系、黄河水系、海河水系、松辽水系都不同程度的受到重金属的污染。
水
一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸 附过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位 化合过程，可用下式表示： n≡AOH + Men+=== (≡AO)n → Me + n H+ 式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的铁、铝、 硅或锰，Men+为重金属离子，箭头代表配位键。
影响吸附的因素： 比表面积：单位重量吸附剂的表面称比表面 积 孔结构：孔径大则比表面小 孔径小则不利于扩散 环境条件：吸附量（G）与pH、平衡浓度（c) 关系：G=A.c.10BpH(A B常数）
3 水体中胶体物质对重金属的吸附作用
吸附动力学： 吸附过程包括三个阶段： 一.溶质扩散通过水膜而到达颗粒物表面 二.吸附质在空隙内扩散 三.溶质在颗粒物表面发生吸附 总的速率由第一、二阶段控制
第二节 水中重金属的迁移转化
(Transport and Transformation of inorganic Pollutants)
本节内容要点： 重金属污染的特点、迁移方式、吸附作用、 氧化还原作用、沉淀作用、配合作用、生物 效应、存在形态等。
1 金属污染的特点
重金属元素很多，在环境污染研究中所说的 重金属主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属 砷等生物毒性显著的元素，也指具有一定毒 性的重金属，如锌、铜、镍、钴、锡等。其 中最引起人们重视的是汞、镉、铅、铬等。
黏土矿物对重金属的吸附 B ：另一种机理是重金属离子先水解，然后夺 取黏土矿物微粒表面的羟基，形成羟基配 合物 Me2+ + nH2O = Me(OH)n(2-n)+ + nH+ ≡ AOH + Me(OH)n(2-n)+ ≡AMe(OH)n+1(1-n)+
重金属污水处理
重金属污水处理一、背景介绍重金属污水是指含有高浓度重金属离子的废水，如铅、汞、镉、铬等。
这些重金属离子对环境和人体健康具有严重的危害。
因此，重金属污水的处理成为环保领域的重要任务之一。
二、重金属污水处理的原理重金属污水处理的目标是将重金属离子从废水中去除或者转化为无毒的物质。
常见的处理方法包括化学沉淀、吸附、离子交换、膜分离等。
1. 化学沉淀化学沉淀是将重金属离子与沉淀剂反应生成沉淀物，从而达到去除重金属的目的。
常用的沉淀剂有氢氧化钙、氢氧化铁等。
在适当的pH值和温度条件下，重金属离子与沉淀剂反应生成沉淀物，通过过滤或者离心等操作将沉淀物与废水分离。
2. 吸附吸附是利用吸附剂将重金属离子吸附在其表面，从而实现去除重金属的目的。
常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、离子交换树脂等。
废水通过吸附剂床层时，重金属离子会被吸附剂表面的活性位点吸附，从而实现去除。
3. 离子交换离子交换是利用离子交换树脂将废水中的重金属离子与其上的其他离子进行交换，从而实现去除重金属的目的。
离子交换树脂具有特定的离子选择性，可以选择性地吸附重金属离子。
当离子交换树脂吸附满重金属离子后，可以通过酸洗或者碱洗再生，使离子交换树脂重新恢复吸附能力。
4. 膜分离膜分离是利用半透膜将废水中的重金属离子与其他物质分离，从而实现去除重金属的目的。
常见的膜分离技术有超滤、反渗透等。
通过调节膜的孔径和操作条件，可以实现对重金属离子的有效分离。
三、重金属污水处理的工艺流程重金属污水处理的具体工艺流程可以根据实际情况进行调整，以下是一个常见的处理流程示例：1. 原水处理原水处理是指对进入处理系统的废水进行预处理，去除悬浮物、油脂、有机物等杂质，以保护后续处理设备的正常运行。
常见的原水处理方法包括筛网过滤、沉淀池沉淀等。
2. 化学沉淀将经过原水处理的废水调节pH值，加入适量的沉淀剂，使重金属离子与沉淀剂反应生成沉淀物。
通过沉淀池或者沉淀槽将废水与沉淀物分离。
03-5环境化学第三章__水环境化学
L M
K1
L ML
K2
L ML 2 Kn-1
L
…………….
Kn
MLn
β2
βn
Kn
[MLn ] [MLn1 ][L]
n
[MLn ] [M ][L]n
=K1K2……Kn
➢Kn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。
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：
配位体半径越小，越稳定 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。 包括：逐级生成常数（K）和累积生成常数（β）
2－ 4
K1
[MeOH ] [Me2 ][OH ]
K2
[Me(OH )20 ] [MeOH ][OH ]
K3
[Me(OH )3 ] [Me(OH )20 ][OH
]
K4
[Me(OH)4 2 ] [Me(OH) 3][OH ]
或者也可以写为：Me2++ OH－→Me(OH)+
Me2++
2OH－→Me(OH)
=β1 [Me2+][OH－]/ [Me]T 在一定温=度ψ0下β1，[OβH1、－]β2、…、βn等为定值， ψ仅是pH值的函数。 因此ψ可2 =以[M表e示(OCHd)22+0—] /O[MH－e]配T =合ψ离0子β2在[O不H同－]p2 H值下的分布。
ψ3 =[Me(OH) 3-] / [Me]T = ψ0 β3[OH－]3 ψ4 =[Me(OH) 42-] / [Me]T = ψ0 β4[OH－]4 ψn =[Me(OH) nn-2] / [Me]T = ψ0 βn·[OH－]n
螯合树脂除重金属原理
螯合树脂除重金属原理
螯合树脂是一种特殊的树脂，它具有高度选择性地吸附和结合
金属离子的能力。
螯合树脂除重金属的原理主要是通过螯合作用来
去除水中的重金属离子。
螯合作用是指螯合剂与金属离子形成稳定的配合物的化学反应。
螯合树脂表面上的功能基团通常是一些含有亲电子对的官能团，比
如羧基、羟基等，这些官能团能够与金属离子形成配位键。
当水经
过螯合树脂时，其中的金属离子会与树脂表面的功能基团发生配位
反应，从而被吸附到树脂表面上。
螯合树脂除重金属的原理可以通过以下几个步骤来解释，首先，螯合树脂的功能基团吸附水中的金属离子，形成配合物；其次，螯
合树脂上的功能基团与金属离子形成的配合物通过化学键结合，使
金属离子被牢固地固定在树脂上；最后，经过一段时间的吸附作用，螯合树脂会饱和，需要进行再生或更换。
除此之外，螯合树脂除重金属的原理还涉及到吸附动力学、配
位化学等方面的知识。
螯合树脂的选择性吸附特性使其能够针对特
定的金属离子进行去除，而且可以在不同的pH条件下进行操作，具
有较好的适用性。
总的来说，螯合树脂除重金属的原理是基于螯合作用，通过其特殊的功能基团与金属离子发生化学反应，实现对水中重金属离子的高效去除。
重金属污水处理
重金属污水处理一、背景介绍重金属污水是指含有高浓度重金属离子的废水，如铅、汞、镉、铬等。
这些重金属离子对环境和人体健康都具有严重的危害。
因此，重金属污水处理成为环境保护和健康安全的重要任务。
二、处理方法1. 化学沉淀法化学沉淀法是常见的重金属污水处理方法之一。
通过加入适量的沉淀剂，如氢氧化钙、氢氧化铁等，使重金属离子与沉淀剂发生反应，生成沉淀物，从而达到去除重金属的目的。
该方法适合于重金属浓度较高的污水处理。
2. 离子交换法离子交换法是将重金属离子与交换树脂进行交换，使重金属离子被吸附在树脂上，从而实现去除重金属的目的。
该方法适合于重金属浓度较低的污水处理。
3. 吸附剂法吸附剂法是利用吸附剂对重金属离子进行吸附，从而去除重金属污染物。
常用的吸附剂有活性炭、氧化铁等。
该方法具有处理效果好、成本低的优点。
4. 膜分离法膜分离法是利用特殊的膜材料，通过渗透、过滤等作用，将重金属离子与水分离。
常见的膜分离方法有超滤、逆渗透等。
膜分离法具有高效、节能的特点，适合于重金属浓度较低的污水处理。
三、处理设备1. 沉淀池沉淀池是用于化学沉淀法处理重金属污水的设备。
其主要功能是促使重金属离子与沉淀剂充分接触反应，并形成沉淀物。
沉淀池应具备良好的搅拌和沉淀效果，以确保处理效果。
2. 离子交换柱离子交换柱是用于离子交换法处理重金属污水的设备。
其内部填充有交换树脂，重金属离子在经过交换柱时被树脂吸附，从而实现去除重金属的目的。
离子交换柱应具备较大的吸附容量和较高的吸附效率。
3. 吸附剂过滤器吸附剂过滤器是用于吸附剂法处理重金属污水的设备。
其内部填充有吸附剂，重金属离子在经过过滤器时被吸附剂吸附，从而实现去除重金属的目的。
吸附剂过滤器应具备较大的吸附容量和较好的过滤效果。
4. 膜分离装置膜分离装置是用于膜分离法处理重金属污水的设备。
其主要包括膜模块、膜容器和膜支撑体等组成部份。
膜分离装置应具备良好的膜分离效果和较高的处理效率。
重金属污水处理
重金属污水处理重金属污水是指含有高浓度重金属离子的废水，如铅、镉、汞等。
这些重金属对环境和人体健康都具有严重的危害。
因此，重金属污水处理是环境保护和健康保障的重要任务。
本文将从不同角度探讨重金属污水处理的方法和技术。
一、物理处理方法1.1 沉淀法：通过加入沉淀剂使重金属形成不溶性沉淀物，然后通过沉淀沉降的方式将其从水中分离出来。
1.2 膜分离技术：利用微孔膜、超滤膜等膜分离技术，将水中的重金属离子与水分离开来。
1.3 离子交换法：利用离子交换树脂吸附水中的重金属离子，然后再用盐溶液进行再生。
二、化学处理方法2.1 氧化还原法：通过加入氧化剂或还原剂，将重金属离子转化为不溶性的氧化物或硫化物，然后沉淀分离。
2.2 pH调节法：通过调节水体的pH值，使重金属离子形成不溶性的沉淀，然后通过过滤等方式分离。
2.3 螯合法：利用螯合剂与重金属离子形成稳定的络合物，然后通过沉淀或膜分离将其分离出来。
三、生物处理方法3.1 植物吸附法：利用植物根系吸附水中的重金属离子，达到净化水体的目的。
3.2 微生物还原法：利用微生物将重金属离子还原成不活性的形式，降低其毒性。
3.3 生物膜反应器：通过生物膜的附着和生长，利用微生物降解水中的重金属离子。
四、综合处理方法4.1 聚合物复合材料吸附法：利用聚合物复合材料吸附水中的重金属离子，然后再进行再生利用。
4.2 电化学方法：通过电解、电沉积等电化学方法将水中的重金属离子转化为固体沉淀。
4.3 磁性材料吸附法：利用磁性材料吸附水中的重金属离子，然后通过外加磁场将其分离出来。
五、未来发展趋势5.1 绿色环保技术：未来重金属污水处理将更加注重绿色环保技术的应用，减少对环境的影响。
5.2 循环利用：重金属污水处理后的废水将更多地被循环利用，实现资源的再生利用。
5.3 智能化技术：未来重金属污水处理将更多地采用智能化技术，提高处理效率和降低成本。
综上所述，重金属污水处理是一个复杂而重要的环保课题，需要多种方法和技术的综合应用。
重金属在水环境中的配合作用
絮凝聚沉
胶体微粒的聚沉是指胶体颗粒通过碰撞结合成 聚集体而发生沉淀现象,这现象也称凝聚,
影响胶体聚沉的两个主要因素：
微粒电荷：大量阳离子的存在，可促进胶体凝 聚。
水化膜：水化膜使有机胶体微粒距离增大，分 子间作用力变弱，难以聚沉。
沉淀溶解反应
重金属化合物在水中的溶解度可直观地体现它在水环境 中的迁移能力,
Me二++ OH- === MeOH+ MMMeee((OOOHHH+))+23+-O+HOO-HH=-=-======M=MeM[eO(eOH(OH)2H)三)四- 2-
K一 K2
K3 K4
氯离子的配合作用 氯离子是天然水体中最常见的阴离子之
一,被认为是较稳定的配合剂，它与金属离子 [以Me二+为例)的反应主要有：
Me二+ + n H2O == Me[OH)n(2-n)+ + n H+ ≡ AOH + Me(OH)n(2-n)+== ≡AMe(OH)n+一(1-n)+
水合金属氧化物对重金属离子的吸附
一般认为,水合金属氧化物对重金属离子的吸附 过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位化合过 程，可用下式表示：
n≡AOH + Men+== [≡AO)n → Me + n H+ 式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的铁、铝、
土壤中的重金属来源
施用化肥 农药
污水灌溉 矿床开发
城市化
固体废弃 物堆积
水环境中反应类型
吸附解吸 絮凝聚沉 沉淀溶解 配合作用 氧化还原
吸附解吸作用
天然水体中存在着大量黏土矿物、水合氧化物等无机高 分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物,它们是天然水 体中存在的主要胶体物质,
第3章：水环境化学2-1
一、颗粒物与水之间的迁移
1、水中颗粒物的类别
天然水中颗粒物主要包括五大类：矿物、金属水合氧 化物、腐殖质、悬浮物、其他泡沫、表面活性剂等半胶体 以及藻类、细菌、病毒等生物胶体。
（1）非粘土矿物和粘土矿物：都是原生岩石在风化过程 中形成的。
非 粘 土 矿 物 ： 天 然 水 中 常 见 为 石 英 (SiO2) 、 长 石 (KalSi3O8)等，晶体交错，结实、颗粒粗，不易碎裂，缺 乏粘结性（例如沙子主要成分为：SiO2）。
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
无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一旦进入 水环境，不能被生物降解;
主要通过吸附—解吸、沉淀—溶解、氧化—还原、配合作 用、胶体形成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式长期存留在环境中，造成永久性的 潜在危害。 重点介绍重金属污染物在水环境中迁移转化的基本原理。
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。
粘土矿物：天然水中常见为云母、蒙脱石、高 岭石，层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘 结性，可以生成稳定的聚集体。
环境化学-专业课复习资料
一、名词解释1、环境污染：指的是由于人为因素使环境构成或状态发生变化，使环境因素下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件。
2、环境污染物：指进入环境后，使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化物质。
3、环境效应：自然生产或人类的生产和生活活动造成的环境污染或生态破坏从而导致环境系统的结构和功能发生变化。
4.、大气污染的汇：排放的大气污染物通过干沉降，湿沉降，地表吸收及化学反应等去除的途径或过程。
称大气污染的汇。
5、酸沉降：指大气中的酸性物质通过降水，如雨，雪，雾，冰雹等迁移到地表（湿沉降）或酸性物质在气流的作用下直接迁移到地表（干沉降）的过程。
6、自由基反应：凡是在反应中有自由基产生或者是由自由基诱发的反应均称之为~~~~~。
7、水体：在水体污染化学中，水体指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋贮水的总称。
8、天然水的决定电位：若某个单体系的含量比其他体系高的多，则此时该单体系电位几乎等于混合复杂体系的PE，称之为~~~。
9、分配系数（Kp）：当有机物在固~液俩相中的分配达到平衡时，有机化合物在固相沉积物和水中的含量之比。
Kp=Cs/Cw10、敏化光解（又称间接光解或敏化反应）：既是一种化合物直接吸收光能并将过剩的能量转移给另一种化合物，导致后者发生分解反应的过程。
11、生长代谢：许多有机污染物可以像天然有机化合物那样作为微生物的基质，既可以为微生物的生长提供c源，也可以提供能源，从而使其自身得以降解。
12、共代谢：有些有机污染物不能作为微生物唯一的碳源与能源，不能单独被分解，必须有另外的化合物存在为微生物提供碳源或能源时，该有机物才能被降解。
13、水体自净：指受污染的水体由于物理、化学、生物学等方面的作用，使污染物的浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到污染前的状态。
14、土壤环境背景值：指未受污染（特别是人为污染）影响下的土壤环境本身的化学元素或化学物质的组成及其基线含量（最初含量）。
水环境中的溶解沉淀
第一节 水环境中的溶解—沉淀作用溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径。
一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。
溶解度小者，迁移能力小。
溶解度大者，迁移能力大。
不过，溶解反应时常是一种多相化学反应，在固-液平衡体系中，一般需用溶度积来表征溶解度。
天然水中各种矿物质的溶解度和沉淀作用也遵守溶度积原则。
在溶解和沉淀现象的研究中，平衡关系和反应速率两者都是重要的。
知道平衡关系就可预测污染物溶解或沉淀作用的方向，并可以计算平衡时溶解或沉淀的量。
但是经常发现用平衡计算所得结果与实际观测值相差甚远，造成这种差别的原因很多，但主要是自然环境中非均相沉淀溶解过程影响因素较为复杂所致。
如①某些非均相平衡进行得缓慢，在动态环境下不易达到平衡。
②根据热力学对于一组给定条件预测的稳定固相不一定就是所形成的相。
例如，硅在生物作用下可沉淀为蛋白石，它可进一步转变为更稳定的石英，但是这种反应进行得十分缓慢且常需要高温。
③可能存在过饱和现象，即出现物质的溶解量大于溶解度极限值的情况。
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。
下面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。
一、 氧化物和氢氧化物金属氢氧化物沉淀有好几种形态，它们在水环境中的行为差别很大。
氧化物可看成是氢氧化物脱水而成。
由于这类化合物直接与pH 值有关，实际涉及到水解和羟基配合物的平衡过程，该过程往往复杂多变，这里用强电解质的最简单关系式表述：()()n n Me OH s Me nOH +−+(3-1)根据溶度积：n n sp OH Me K ]][[−+= 可转换为：nsp n OH K Me ][][−+=)]log[(log ]log[n sp n OH K Me −+−−−=−npH n pK pH n pK npOH pK pc sp sp sp +−=−−=−=14)14( (3-2)根据(3-2)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(见图3- 1)，直线斜率等于n ，即金属离子价。
【水环境化学】第八章 水中的重金属
第八章天然水中的重金属一、水中主要重金属污染物的来源地质风化作用各种工业过程燃烧引起的大气散落生活污水和城市地表径流农业退水二、重金属元素在水环境中的污染特征分布广泛可以在水环境中迁移转化毒性强生物积累作用三. 重金属在水中的存在形态影响水中金属离子形态的因素（1）金属离子的水解作用大多数离子在水中会发生水解（hydrolysis)NH4+ + H2O = NH3 +H3O+CO3- +H2O =HCO3- + OH-从而影响水分子在水中的电离平衡。
H2O = H+ +OH-K w = (H+)(OH-) =10-14如果金属离子进入水中，会发生Fe3+ + H2O = FeOH2+ + H+Fe3+ + 2OH- = Fe(OH)2+Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3Fe3+ + 4OH- = Fe(OH)4-其中Fe(OH)3是沉淀，其它形式均可溶。
（2）水中溶解无机阴离子水中溶解无机阴离子可与金属离子形成配合离子（3）水中溶解有机物（形成有机配合物)影响腐殖质螯合重金属能力的因素金属离子种类: 胡泊腐殖质的螯合能力按：Hg2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Co2+顺序递降。
腐殖质来源: 沉积物腐殖质>海洋>湖泊>河流腐殖质成分：相对分子质量小的成分对金属离子的螯合能力强；反之，弱。
环境体系和pH: 随pH降低而减弱。
水的盐度及Ca2+、Mg2+、Cl-等常量离子含量（4）水中悬浮颗粒物天然水体中的粗分散态和胶体分散态的悬浮颗粒物可吸附重金属，改变其存在形态、环境行为和生物效应。
在平衡状态下，水体中自由离子含量很低。
在pH为7的水体中，自由铁离子以及其水合态的含量很低，测试仪器无法测量。
但由于螯合态和离子对的存在，自然水体中的Fe可达到0.1-0.25 mg/L。
在腐殖质含量较高的水体中，甚至可达到1mg/L。
许多研究都证实，游离态的金属离子和羟基配合态是高毒形态。
第十一章 水环境中的配位
第一节 水环境中常见配合物及其特性 一、水环境中常见配位体 天然水中存在很多无机和有机配位体。主要无 机配位体有：H20、OH—、
一对或一对以上的孤对电子，或分子中有π 电子，它们能与金属离子结合。一般水体中 配合物最常见的配位数是6，也有4和2的， 其他配位数很少见。图11—l中的a是水中普 遍存在的水与金属生成的配位数为6的配合 物的构型；b是海水中普遍存在的以Cl—为配 位体、配位数为6的金属配合物构型。前两 者都是简单配合物，特点是配位体都属于单 齿配位体，除与金属离子结合外本身不相互 结合。
向养殖水体中投放EDTA作用：
一方面可保持某些元素的溶解度，例如，铁 离子可与磷酸根形成难溶的磷酸盐沉淀，EDTA加 入后可保持了铁和磷酸盐的溶解性，从而易于水 生生物吸收； 另一面可降低某些重金属离子的毒性，因为 游离的离子存在时毒性最大。
• 注意：1、EDTA本身对于徽藻和虾、蟹并 无促进生长作用，当无有害金属离子存 在时，反而不利。 2、EDTA也并不能从水中除去有害的 重金属元素，只是改变了其存在形态， 把水中呈游离态存在的重金属离子变为 毒性相对较小的配合态。
EDTA作为一种金属离子螯合剂，由于 它可以减少水中游离金属离子的含量，降 低重金属的毒性，已在水产养殖生产中得 到广泛应用。 据实验，用2mg／L的EDTA处理海水后， 水中的重金属离子含量显著降低。在养殖 生产中，一般EDTA的用量在2—6mg／L之间， 具体数量决定于水中重金属离子的敷量和 水体环境条件。
由于已知氨基三乙酸在天然水中主要以 HT2-形态存在，则可以认为氨基三乙酸在水 中绝大部分都以[PbT—]配离子的形式存在。 精确的计算需要利用氨基三乙酸各形态的分 布系数和水的pH。上述计算结果表明，氨基 三乙酸的存在，可以促进PbCO3(s)解。
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难溶物
铬，矾，硫化合物
易溶物
还原条件
氧化条件
易溶物
铁，锰化合物
难溶物
氧化还原的化学意义
氧化环境与还原环境的交界线可以成为许多元 素的富集地 在还原条件占优势的地下水中含有丰富的Fe2+， 当其流入具氧化性的湖沼时，二价铁变为三价铁化 合物(Fe2O3· nH2O)自溶液中沉淀出来，可以大量 地富集成“湖铁矿”。
有机配位体与重金属离子的配合作用
腐殖质是起配合作用的主要物质
腐殖质与金属离子的螯合反应示意如下：
氧化还原反应
水体中常见的氧化剂
Fe(Ⅲ )、Mn(Ⅳ)、S(Ⅵ)、Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)、溶解氧等
常见的还原剂 Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、S2 －和有机化合物
水体氧化还原条件对重金属的存在形态及其 迁移能力有很大的影响。
无机配位体 羟基的配合作用 氯离子的配合作用 有机配位体
配合作用
无机配位体对重金属的配合作用
羟基对重金属离子的配合作用 羟基对重金属的配合作用实际上是重金属离子的水解反应。 重金属与碱金属、碱土金属不同，能在较低的pH值下水解。 以二价离子为例，羟基与其的配合反应可表示如下： Me2++ OH- === MeOH+ MeOH+ + OH- === Me(OH)2 Me(OH)2 + OH-=== Me(OH)3Me(OH) 3-+ OH- === Me(OH)42K1 K2 K3 K4
黏土矿物对重金属的吸附
离子交换吸附机制
水解吸附机制
离子交换吸附机制
黏土矿物的微粒通过层状结构边缘的羟基氢和-OM基中 M+离子以及层状结构之间的M+离子，与水中的重金属离子 交换而将其吸附。
水解吸附机制
重金属离子先水解，然后夺取黏土矿物微粒 表面的羟基，形成羟基配合物而被吸附： Me2+ + n H2O == Me(OH)n(2-n)+ + n H+ ≡ AOH + Me(OH)n(2-n)+== ≡AMe(OH)n+1(1-n)+
沉淀溶解反应
主要包括以下几种化合物的沉淀溶解平衡反应
1.
氢氧化物 2. 3. 硫化物 碳酸盐
氢氧化物
金属氢氧化物的溶解平衡可表示为： Me(OH)n=== Men+ + nOH- 溶度积为： Ksp=[Men+][OH-]n
一般说来，如果水体中没有其他配位体，大 部分金属离子氢氧化物在pH较高时，其溶解度 较小，迁移能力较弱；若水体pH较小，金属氢 氧化物的溶解度升高，金属离子的迁移能力也 就增大
腐殖质对重金属离子的吸附
腐殖质(Hum)微粒对重金属离子的吸附，主要是通过它对金属离子的螯 合作用和离子交换作用来实现。
重金属浓度高时 重金属浓度低时
以离子交换为主 以络合作用为主
例:Mn2+与腐殖质以离子交换吸附为主，腐殖质对Cu2+、Ni2+以螯合作 用为主，与Zn2+或Co2+则可以同时发生离子交换和螯合作用
絮凝聚沉
胶体微粒的聚沉是指胶体颗粒通过碰撞结合成 聚集体而发生沉淀现象，这现象也称凝聚。 影响胶体聚沉的两个主要因素：
微粒电荷：大量阳离子的存在，可促进胶体凝 聚。 水化膜：水化膜使有机胶体微粒距离增大，分 子间作用力变弱，难以聚沉。
沉淀溶解反应
重金属化合物在水中的溶解度可直观地体现它在水环境 中的迁移能力。 溶解度大者迁移能力大，溶解度小者迁移能力小。 重金属的氯化物和硫酸盐(AgCl、Hg2Cl2、PbSO4等除外) 基本上是可溶的，重金属的碳酸盐、硫化物、氢氧化物却是 难溶的。
水合金属氧化物对重金属离子的吸附
一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸 附过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位化合 过程，可用下式表示： n≡AOH + Men+== (≡AO)n → Me + n H+ 式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的铁、铝、 硅或锰，Men+为重金属离子，箭头代表配位键。
Hale Waihona Puke 土壤中的重 金属来源大气中重金属的来源
自然来源：
由宇宙天体作用及 地球上各种地质作 用而使某些重金属 元素进入大气中
人为来源：
工业生产、汽车 尾气排放及汽车 轮胎磨损产生的 大量含重金属的 有害气体和粉尘 等。
水体中的重金属来源
1
2
自然因素：
在没有人为污染的情况 下，水体中的重金属的含 量取决于水与土壤、岩石 的相互作用，其值一般很 低，不会对人体健康造成 危害。但，导致水体受到 重金属污染。
氯离子的配合作用 氯离子是天然水体中最常见的阴离子之 一，被认为是较稳定的配合剂，它与金属离 子(以Me2+为例)的反应主要有： Me2++ Cl- ＝ MeCl+ Me2++ 2Cl- ＝ MeCl2 Me2++ 3Cl- ＝ MeCl3-
氯离子配合作用对重金属迁移的影 响主要表现为：
大大提高了难溶重金属化合物的溶 解度。 由于氯络重金属离子的生成，减弱 了胶体对重金属离子的吸附作用。
沉淀溶解的作用
沉淀溶解作用能使水体中重金属离子与相应 的阴离子生成硫化物、碳酸盐等难溶化合物，大 大限制了重金属污染物在水体中的扩散范围，使 重金属主要富集于排污口附近的底泥中，降低了 重金属离子在水中的迁移能力，在某种程度上可 以对水质起净化作用。
配合作用
水体中存在着各种各样的无机配位体、有机 配位体，它们能与重金属离子形成各种络合物或 螯合物，对水体中重金属迁移及生物效应有很大 的影响。
碳酸盐
HCO3-是天然水体中主要阴离子之一，它能与金属离 子形成碳酸盐沉淀，从而影响水中重金属离子的迁移。水 中碳酸盐的溶解度，在很大程度上取决于其中二氧化碳的 含量和水体pH。水体中二氧化碳能促使碳酸盐的溶解：
MeCO3(s) + Co2+ H2O === Me2+ +2HCO3-
可见，水体pH升高，碳酸盐溶解度下降，金属离子的 迁移能力也就减小。
污染特点
1 2 3 4
来源广、 残留时间 长、能沿 着食物链 转移富集， 有放大作 用。
重金属 离子在 自然环 境中不 能被破 坏。
水体中的 某些重金 属可在微 生物作用 下转化为 毒性更强 的金属化 合物。
只要有 微量重 金属即 可产生 毒性效 应。
重金属的来源
1 2 3
大气中的重 金属来源
水体中的重 金属来源
人为因素：
工矿业废水、生活污水 等未经适当处理即向外排 放，污染了土壤，废弃物 堆放场受流水作用以及富 含重金属的大气沉降物输 入，都使水体重金属含量 急剧升高。
土壤中的重金属来源
施用化肥 农药
固体废弃 物堆积
污水灌溉
城市化 矿床开发
水环境中反应类型
吸附解吸 絮凝聚沉 沉淀溶解 配合作用
氧化还原
离子交换机理 ：
螯合作用：
胶体微粒的吸附对金属离子的影响
吸附作用可控制水体中金属离子的浓度。
胶体的吸附作用是使许多微量金属从饱和的天然水中 转入固相的最重要的途径。 胶体的吸附作用在很大程度上控制着微量金属在水环 境中的分布和富集状况。
大量资料表明，在水环境中所有富含胶体的沉积物由 于吸附作用几乎都富集有Cu2+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、 Pb2+、Tl、U等金属。
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重金属在水环境中的 迁移转化
重金属的定义
在化学中一般是指相对密度等于或大于5.0的金属， 包括Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等45 种元素。
在环境污染研究中，重金属多指Hg、Cd、Pb、 Cr以及类金属等生物毒性显著的元素；其次是指 有一定毒性的一般元素，如Zn、Cu、Ni、Co、 Sn等。
吸附解吸作用
天然水体中存在着大量黏土矿物、水合氧化物等无机高 分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是天然水 体中存在的主要胶体物质。 由于胶体具有巨大的比表面、表面能和带电荷，能够强 烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移 有重大影响。 胶体的吸附作用是使重金属从水中转入固相的主要途径。
硫化物
在中性条件下大多数重金属硫化物不溶于水。当天然水体中存在 硫化氢时，重金属离子等就可能形成金属硫化物。在硫化氢和金属硫 化物均达到饱和的水中，同时存在着两种平衡： H2S === H+ + HSHS- === H+ + S2Me2+ + S2-=== MeS(s) K1 = [H+][HS-]/[H2S] K2 = [H+][S2-]/[HS-] Ksp =[Me2+][S2-]