污染物在水体中的转化5PPT课件
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（2）相互结合的离子的半径差别愈小，其离子化合物愈牢 固，即越难溶解。
（3）重金属的所有氯化物与硫酸盐都是易溶的，其碳酸盐、 氢氧化物和硫化物是难溶的。
-
14
2.重金属的氧化还原转化
重金属的迁移转化趋势和污染效应均与此有密切关系
• （1）天然水体氧化——还原电位：
氧化——还原电位（Eh）表示元素的氧化还原能力的测量单 位。在一个氧化还原反应系统中，既含有氧化剂也含有还原 剂的情况下，存在着放出电子与取得电子的趋势，而产生一 个可以测量的电位，即氧化还原电位。电位值愈大，表明该 体系内氧化剂的强度愈大。
逆变性,使生理或代谢过程障碍,或与脱氧核糖核酸等相互 作用而致突变
-
13
• 二.重金属在水体中的迁移转化
1.重金属化合物的沉淀-溶解作用
重金属化合物在水中的溶解度可以直观地表示其在水体 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。水作为一种溶剂对许多物质都有很强的溶解能力。
（1）对离子键化合物来说，溶解度随着离子半径的增大和 电价的减少而增加。
• 针对上一模型中营养物质在水库中的沉积 速度常数S难于确定而建立。
• 吉柯奈尔－迪龙：1975年，引入滞留系数Rc－营 养物在湖泊和水库中的滞留分数。
-
8
dcIc(1Rc)rc dt V
式中：Rc－营养物在湖泊和水库中的滞留分数。 t=0,c=c0,方程解析解为:
cIc(1 V )R rc)[c0Ic(1 V R rc)]ert
模型不描述发生在湖泊内的物理，化学和生 物学过程，同时也不考虑湖泊和水库的热分 层。
-
3
1.沃伦威德尔模型
• 停留时间很长，水质基本处于稳定状态的湖泊和水库， 可作为一个均匀混合的水体进行研究。
• 沃伦威德尔假设：湖泊中某中营养物的浓度随时间的 变化率，是输入，输出和在湖泊内沉积的该种营养物 质的量的函数。
2.在有机质累积的缺氧环境中，有机质系统是“决定电位” 系统。
-
17
• （4）天然水的Pε：
天然水含有许多无机及有机的氧化剂和还原剂，是一复杂 的氧化——还原混合体系。在多数情况下，天然水中起决 定电位作用的物质是溶解氧。
根据各类天然水Eh及pH的情况，可将天然水体分成三类： 1.是同大气接触富含溶氧Pε高的氧化性水（河水、正常 海洋水等）；
2.是同大气隔绝不含溶氧而富含有机物Pε低的还原性水 （富有机质盐水等）；
3.是Pε介于第一、二类水之间，但偏向第二类的还原性 水。这类水基本上不含溶氧，有机物比较丰富，如沼泽水 等。
-
18
• （5）重金属元素氧化——还原转化：
天然水具有相应的Pε，故有可能使水中重金属元素进行 氧化——还原转化，产生价态的变化。 一般说来，重金属元素在高Pε水中，将从低价态氧化成 高价态或较高价态。而在低Pε的水中将被还原成低价态， 或与其中硫化氢反应形成难溶硫化物。
-
15
• （2）电子活度Pε：
Pε是氧化——还原平衡体系电子浓度的负对数，Pε是氧 化态和还原态相等时的Pε。Pε定义为氧化——还原体系 中的电子活度。Pε越小，电子活度越高，体系提供电子 的倾向就越强。当Pε增大时，体系氧化态相对浓度升高， 当Pε减少时，体系还原态相对浓度升高。
-
16
• （3）决定电位系统：
对于只有一个氧化——还原平衡的单体系，该平衡的电位 就是体系的Pε，至于有多个氧化——还原平衡共存的混 合体系，它的Pε应该介于其中各个单体系的电位之间， 而且接近于含量较高的单体系的电位；如果某个单体系的 含量比其他高得多，则其电位几乎等于混合体系的Pε， 称为“决定电位”体系。
1.在一般环境中，氧系统是“决定电位”系统，即该系统 的氧化——还原电位决定于天然水/土壤和底泥中的游离 氧含量。
n－流入湖库的支流数
-
10
Rc
1
J出 J入
J出－湖泊输出的总P量 J入－湖泊输入的总P量
迪龙通过多次回归分析，得出：Rc与面积水负荷qs相关。 （Q输出水量，A湖泊表面积）
Q qs A
-
11
• 由迪龙模型绘制总P负荷图。
Lp(1-RP)/r(g/m2)
富营养区
危险界限 允许界限
过渡区
贫营养区
h(g)
-
4
dc VdtIc ScVQc
V-湖泊水库的容积（m3)； c－某中营养物质的浓度(g/m3)； Ic－某中营养物质的总负荷(g/a); S－营养物在湖泊或水库中的沉积速度常数(l/a)； Q－湖泊出流的流量(m3/a)
-
5
dc Ic Scrc
r Q
dt V
v
t=0,c=c0,方程解析解为:
c Ic V (S r)c 0 Icex (S p r)[ t] V (S r) V (S r)
-
12
重金属在水体中的迁移转化
一。重金属元素在水环境中的污染特征
1。在自然界中的分布:分布广,含量低,危害明显 2。属于过渡性元素:化学性质由电子层结构决定,价态 变化
较多,配位络合能力强
3。在水环境中的迁移转化:机械迁移,物理化学迁移,生物迁移 4。毒性效应:易与蛋白质和酶高分子化物质结合,产生不可
Baidu Nhomakorabea
-
9
• 湖泊,水库的出流,入流流量及营养物质输入稳定的 情况下,当t ∞时,营养物质的平衡浓度cp:
cpIc(1 V R rc)Lc(1hR rc)
m
q0 jc0 j
Rc 1
j1 n
q0kc0k
k0
c0j-第j条支流的出流量； Q0j-第j条支流的营养物浓度 C0k-第k条支流的出流量 Q0k-第k条支流的营养物浓度 m-流入湖库的支流数
水体富营养化营养物质负荷模型
湖泊富营养化相关模型：P作为自变量，湖 泊营养状况作为因变量
-
1
湖泊、水库完全混合箱式水质模型：沃伦
威德尔，70年代初研究北美大湖。
模型从宏观上研究湖泊、水库中营养物质平衡 的输入－产出关系的模型。
-
2
模型建立了输入湖泊的某一水质组份的总量， 湖泊中该水质组份的浓度与湖泊的自然特征， 如：平均水深，水流停留时间等的关系。
-
6
• 湖泊,水库的出流,入流流量及营养物质输入稳定
的情况下,当t ∞时,营养物质的平衡浓度cp:
cp
Ic V(r
S)
tw
1 r
V Q
V A sh
cp
Lc Sh h/
tw
tw-湖泊，水库的水流停留时间； As－湖泊水库的水面面积 h－湖泊，水库的平均水深 Lc－湖泊水库的单位面积营养负荷
-
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2.吉柯奈尔－迪龙模型
（3）重金属的所有氯化物与硫酸盐都是易溶的，其碳酸盐、 氢氧化物和硫化物是难溶的。
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14
2.重金属的氧化还原转化
重金属的迁移转化趋势和污染效应均与此有密切关系
• （1）天然水体氧化——还原电位：
氧化——还原电位（Eh）表示元素的氧化还原能力的测量单 位。在一个氧化还原反应系统中，既含有氧化剂也含有还原 剂的情况下，存在着放出电子与取得电子的趋势，而产生一 个可以测量的电位，即氧化还原电位。电位值愈大，表明该 体系内氧化剂的强度愈大。
逆变性,使生理或代谢过程障碍,或与脱氧核糖核酸等相互 作用而致突变
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• 二.重金属在水体中的迁移转化
1.重金属化合物的沉淀-溶解作用
重金属化合物在水中的溶解度可以直观地表示其在水体 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。水作为一种溶剂对许多物质都有很强的溶解能力。
（1）对离子键化合物来说，溶解度随着离子半径的增大和 电价的减少而增加。
• 针对上一模型中营养物质在水库中的沉积 速度常数S难于确定而建立。
• 吉柯奈尔－迪龙：1975年，引入滞留系数Rc－营 养物在湖泊和水库中的滞留分数。
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dcIc(1Rc)rc dt V
式中：Rc－营养物在湖泊和水库中的滞留分数。 t=0,c=c0,方程解析解为:
cIc(1 V )R rc)[c0Ic(1 V R rc)]ert
模型不描述发生在湖泊内的物理，化学和生 物学过程，同时也不考虑湖泊和水库的热分 层。
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1.沃伦威德尔模型
• 停留时间很长，水质基本处于稳定状态的湖泊和水库， 可作为一个均匀混合的水体进行研究。
• 沃伦威德尔假设：湖泊中某中营养物的浓度随时间的 变化率，是输入，输出和在湖泊内沉积的该种营养物 质的量的函数。
2.在有机质累积的缺氧环境中，有机质系统是“决定电位” 系统。
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• （4）天然水的Pε：
天然水含有许多无机及有机的氧化剂和还原剂，是一复杂 的氧化——还原混合体系。在多数情况下，天然水中起决 定电位作用的物质是溶解氧。
根据各类天然水Eh及pH的情况，可将天然水体分成三类： 1.是同大气接触富含溶氧Pε高的氧化性水（河水、正常 海洋水等）；
2.是同大气隔绝不含溶氧而富含有机物Pε低的还原性水 （富有机质盐水等）；
3.是Pε介于第一、二类水之间，但偏向第二类的还原性 水。这类水基本上不含溶氧，有机物比较丰富，如沼泽水 等。
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• （5）重金属元素氧化——还原转化：
天然水具有相应的Pε，故有可能使水中重金属元素进行 氧化——还原转化，产生价态的变化。 一般说来，重金属元素在高Pε水中，将从低价态氧化成 高价态或较高价态。而在低Pε的水中将被还原成低价态， 或与其中硫化氢反应形成难溶硫化物。
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• （2）电子活度Pε：
Pε是氧化——还原平衡体系电子浓度的负对数，Pε是氧 化态和还原态相等时的Pε。Pε定义为氧化——还原体系 中的电子活度。Pε越小，电子活度越高，体系提供电子 的倾向就越强。当Pε增大时，体系氧化态相对浓度升高， 当Pε减少时，体系还原态相对浓度升高。
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• （3）决定电位系统：
对于只有一个氧化——还原平衡的单体系，该平衡的电位 就是体系的Pε，至于有多个氧化——还原平衡共存的混 合体系，它的Pε应该介于其中各个单体系的电位之间， 而且接近于含量较高的单体系的电位；如果某个单体系的 含量比其他高得多，则其电位几乎等于混合体系的Pε， 称为“决定电位”体系。
1.在一般环境中，氧系统是“决定电位”系统，即该系统 的氧化——还原电位决定于天然水/土壤和底泥中的游离 氧含量。
n－流入湖库的支流数
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Rc
1
J出 J入
J出－湖泊输出的总P量 J入－湖泊输入的总P量
迪龙通过多次回归分析，得出：Rc与面积水负荷qs相关。 （Q输出水量，A湖泊表面积）
Q qs A
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• 由迪龙模型绘制总P负荷图。
Lp(1-RP)/r(g/m2)
富营养区
危险界限 允许界限
过渡区
贫营养区
h(g)
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dc VdtIc ScVQc
V-湖泊水库的容积（m3)； c－某中营养物质的浓度(g/m3)； Ic－某中营养物质的总负荷(g/a); S－营养物在湖泊或水库中的沉积速度常数(l/a)； Q－湖泊出流的流量(m3/a)
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dc Ic Scrc
r Q
dt V
v
t=0,c=c0,方程解析解为:
c Ic V (S r)c 0 Icex (S p r)[ t] V (S r) V (S r)
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重金属在水体中的迁移转化
一。重金属元素在水环境中的污染特征
1。在自然界中的分布:分布广,含量低,危害明显 2。属于过渡性元素:化学性质由电子层结构决定,价态 变化
较多,配位络合能力强
3。在水环境中的迁移转化:机械迁移,物理化学迁移,生物迁移 4。毒性效应:易与蛋白质和酶高分子化物质结合,产生不可
Baidu Nhomakorabea
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• 湖泊,水库的出流,入流流量及营养物质输入稳定的 情况下,当t ∞时,营养物质的平衡浓度cp:
cpIc(1 V R rc)Lc(1hR rc)
m
q0 jc0 j
Rc 1
j1 n
q0kc0k
k0
c0j-第j条支流的出流量； Q0j-第j条支流的营养物浓度 C0k-第k条支流的出流量 Q0k-第k条支流的营养物浓度 m-流入湖库的支流数
水体富营养化营养物质负荷模型
湖泊富营养化相关模型：P作为自变量，湖 泊营养状况作为因变量
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湖泊、水库完全混合箱式水质模型：沃伦
威德尔，70年代初研究北美大湖。
模型从宏观上研究湖泊、水库中营养物质平衡 的输入－产出关系的模型。
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模型建立了输入湖泊的某一水质组份的总量， 湖泊中该水质组份的浓度与湖泊的自然特征， 如：平均水深，水流停留时间等的关系。
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• 湖泊,水库的出流,入流流量及营养物质输入稳定
的情况下,当t ∞时,营养物质的平衡浓度cp:
cp
Ic V(r
S)
tw
1 r
V Q
V A sh
cp
Lc Sh h/
tw
tw-湖泊，水库的水流停留时间； As－湖泊水库的水面面积 h－湖泊，水库的平均水深 Lc－湖泊水库的单位面积营养负荷
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2.吉柯奈尔－迪龙模型