污染物在水体中的转化PPT课件

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。
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
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。
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。
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
c Ic V (S r )c0 Ic exp[ (S r)t] V(S r) V(S r)
• 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

V
Ic (r
S)
百度文库
1V tw r Q V As h
cp

Lc Sh h / tw
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。
• 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。 （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。
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。
• （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。
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。
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。
dc V dt Ic ScV Qc
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)
dc Ic Sc rc dt V
rQ v
t=0,c=c0,方程解析解为:
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
2.吉柯奈尔－迪龙模型
• 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。
dc Ic (1 Rc ) rc
• （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。
• （3）决定电位系统：

Lc (1 hr
Rc )
m
q0 jc0 j
Rc 1
j 1 n
q0k c0k
k 0
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
n－流入湖库的支流数
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
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。
• （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）；
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
• 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)
SUCCESS
THANK YOU
2019/8/7
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
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:
c

Ic (1 Rc ) Vr )
[c0

Ic (1 Rc )]ert Vr
• 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 (1 Rc ) Vr