污染物在水体中的转化PPT课件
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第32节污染物在水中的转化
2、判断标准确定的方法
参数值直接划分法 负荷量法
3、中国湖泊的富营养化概况
第三章 水体环境
（四）水体富营养化营养物质的负荷模型
箱式模型：不描述发生在湖泊内的物理、化学生物过程，也不考 虑湖泊的热分层。
1、沃伦威德尔模型：
基本思想：
水质处于稳态的湖泊看成一个均
匀混合的水体进行研究。
输入
沉
湖泊中营养物质的浓度随时间的变
第三章 水体环境
（二）需氧有机物的降解作用
1、碳水化合物的降解：
碳氢化合物分为多糖[(C6H10O5)n，如淀粉] 、二糖[C12H22O11，如蔗 糖] 、单糖[C6H12O6，如葡萄糖] 淀粉首先在细胞外水解成为蔗糖，然后在细胞内（外）再水解为葡 萄糖。葡萄糖通过糖解作用转变为丙酮酸。 丙酮酸在有氧条件下氧化成水和和二氧化碳，在无氧条件小生成有 机酸、醇、酮等。
第三章 水体环境
（2）水中配位体对重金属离子的络合作用
OH _ 和Cl_ 对重金属的络合作用
Hg2+ + OH _ → HgOH+
_
_
HgOH + OH → Hg(OH)2
[HgOH+ ] K1= [Hg2+ ] [OH _ ]
K2=
[Hg(OH)2 ] [HgOH+] [OH
_
]
这里的为羟基配合物的逐级生成常数，在实际计算中常用累积生成常数，即：
RT nF
ln
[氧化剂] [还原剂]
或
Eh = E0 +
2.303RT nF
lg
[氧化剂] [还原剂]
其中：R—气体常数 T—绝对温度 F—法拉第常数 n—氧化还原中的交换电子数
参数值直接划分法 负荷量法
3、中国湖泊的富营养化概况
第三章 水体环境
（四）水体富营养化营养物质的负荷模型
箱式模型：不描述发生在湖泊内的物理、化学生物过程，也不考 虑湖泊的热分层。
1、沃伦威德尔模型：
基本思想：
水质处于稳态的湖泊看成一个均
匀混合的水体进行研究。
输入
沉
湖泊中营养物质的浓度随时间的变
第三章 水体环境
（二）需氧有机物的降解作用
1、碳水化合物的降解：
碳氢化合物分为多糖[(C6H10O5)n，如淀粉] 、二糖[C12H22O11，如蔗 糖] 、单糖[C6H12O6，如葡萄糖] 淀粉首先在细胞外水解成为蔗糖，然后在细胞内（外）再水解为葡 萄糖。葡萄糖通过糖解作用转变为丙酮酸。 丙酮酸在有氧条件下氧化成水和和二氧化碳，在无氧条件小生成有 机酸、醇、酮等。
第三章 水体环境
（2）水中配位体对重金属离子的络合作用
OH _ 和Cl_ 对重金属的络合作用
Hg2+ + OH _ → HgOH+
_
_
HgOH + OH → Hg(OH)2
[HgOH+ ] K1= [Hg2+ ] [OH _ ]
K2=
[Hg(OH)2 ] [HgOH+] [OH
_
]
这里的为羟基配合物的逐级生成常数，在实际计算中常用累积生成常数，即：
RT nF
ln
[氧化剂] [还原剂]
或
Eh = E0 +
2.303RT nF
lg
[氧化剂] [还原剂]
其中：R—气体常数 T—绝对温度 F—法拉第常数 n—氧化还原中的交换电子数
水体中污染物的迁移转化ppt课件
氰化物
• 来源： • 各类工业废水 • 危害： • 人的致死浓度：0.1克 • 对鱼类及水生生物等也具有极大毒性 • CN-与重金属离子可生成低毒络合物的性能，
制成口服解毒剂 （碱性氢氧化亚铁制剂 ）
硫化物
• 来源：
• 矿物的氧化作用，常常形成严重的环境污染问题
• H2S的生成途径：
• 同化硫酸盐还原反应
生物降解
• 生长代谢： • 共代谢： • 二次基质利用：
天然水的决定电位
• 在一般天然水环境中，溶解氧是“决定电位”物质 • 而在有机物累积的厌氧环境中，有机物是“决定电
位”物质 • 介于两者之间，则其“决定电位”为溶解氧体系和
有机物体系的结合。
水中有机物的氧化（生物氧化还原反应）
有机物氧化动力学（Monod方程）
配合作用
• 无机配位体： • OH-、Cl-、CO32-、
• BCF值体现了化学物质引起水体污染后一段时间内， 对于水生生物体造成潜在危险的程度。
• BCF值从1-1000000。 • 用实验方法测定BCF值非常不容易，一般是基于它与
对象有机物其他特征参数的相关性（Kow）来进行估算。
挥发作用
• （1）亨利定律 • 当一个化学物质在气-液相达到平衡时，溶解于
水相的浓度与气相中化学物质浓度(或分压力) 有关 ，亨利定律的一般表示式：
• （2）双膜理论
水解作用
• 水解作用是有机化合物与水之间最重要的反应。 •
• 有机物通过水解反应而改变了原化合物的化学 结构。对于许多有机物来说，水解作用是其在 环境中消失的重要途径。
光解作用
• 光解过程可分为三类： • 直接光解 • 敏化光解 • 氧化反应
HCO3-、F-、S2• 有机配位体： • 天然降解产物氨基酸、
水中有机污染物的迁移转化(ppt46张)
能成为生长基质的有毒物质，能快速的被微生物 降解，对环境的威胁较小。 对于生长代谢过程，微生物群落对有毒物质一般 需要较长的适用期（2-50天）
生长代谢过程中的转化速率方程--Mond模型
Monod方程用来描述当化合物作为唯一碳源时的降解速率
E(酶)+S(底物)
ES
E+P(产物)
dB dc B c 1 1K s 1 R Y max dt dt K c R B c s max max
半衰期与有机物属性、温度、 pH有关，与有机物 初始浓度无关．
水解速率与pH的关系
Mabey等把水解速率归纳为
◎酸性催化过程 ◎碱性催化过程 ◎中性催化过程
水解速率为三个催化过反应速度的和：
d[RX] K [RX] h dt K K [H ] K K [OH ] K [H ] K K K /[H ] h A N B A N BW
①分配作用
②吸附作用
土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用
2. 标化分配系数
有机物在沉积物与水之间的分配
Kp cs cw cT cscp cw cw( 1Kpcp) cw cT ( 1Kpcp)
Kp —分配系数（与沉积物中有机质浓度有关） cT —总有机物浓度(μg/L) cs —沉积物中有机物浓度(μg/kg) cw —溶解在溶液中的有机物浓度(μg/L) cp —沉积物浓度(kg/L)
KA、KB、KN的计算
在lg Kh—pH图中，三个交点相对应于三个pH值
IAN－酸性催化与中性催化直线的交点的pH值 IAB－酸性催化与碱性催化直线的交点的pH值 INB－中性催化与碱性催化直线的交点的pH值
生长代谢过程中的转化速率方程--Mond模型
Monod方程用来描述当化合物作为唯一碳源时的降解速率
E(酶)+S(底物)
ES
E+P(产物)
dB dc B c 1 1K s 1 R Y max dt dt K c R B c s max max
半衰期与有机物属性、温度、 pH有关，与有机物 初始浓度无关．
水解速率与pH的关系
Mabey等把水解速率归纳为
◎酸性催化过程 ◎碱性催化过程 ◎中性催化过程
水解速率为三个催化过反应速度的和：
d[RX] K [RX] h dt K K [H ] K K [OH ] K [H ] K K K /[H ] h A N B A N BW
①分配作用
②吸附作用
土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用
2. 标化分配系数
有机物在沉积物与水之间的分配
Kp cs cw cT cscp cw cw( 1Kpcp) cw cT ( 1Kpcp)
Kp —分配系数（与沉积物中有机质浓度有关） cT —总有机物浓度(μg/L) cs —沉积物中有机物浓度(μg/kg) cw —溶解在溶液中的有机物浓度(μg/L) cp —沉积物浓度(kg/L)
KA、KB、KN的计算
在lg Kh—pH图中，三个交点相对应于三个pH值
IAN－酸性催化与中性催化直线的交点的pH值 IAB－酸性催化与碱性催化直线的交点的pH值 INB－中性催化与碱性催化直线的交点的pH值
3.3水中有机污染物的迁移转化1课件(2)
1.计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。 2.亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。 溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示 的量。
三、挥发作用—亨利常数的估算
一般方法
KH' Ca /Cw
亨 利 常
Ca 有机毒物在空气中 尔的 浓摩 度m，o/lm3; KH' Henr定y 律常数的替换形 量式 刚， 为 1;
当亨利定律常数小于1.013Pa·m3／mol时，挥发作用 主要受气膜控制，此时可用Kv =KH’Kg这个简化方程。如 果亨利定律常数介于二者之间，则式中两项都是重要的。
四、水解作用
水解作用是有机化合物与水之间最重要的反应。
R+ X H 2O RO +H H X
有机物通过水解反应而改变了原化合物的化学结构。但 并不能总是生成低毒产物。 在环境条件下，一般酯类和饱和卤代烃容易水解，不饱 和卤代烃和芳香烃则不易发生水解。
此时水中有机物的浓度(ρw)为：ρw =ρT / (Kp ρp十1)
二、分配作用—标化分配系数
一般吸附固相中含有有机碳（有机碳多，则Kp大），为了在 类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数， 引入标化分配系数(Koc)：
Koc = Kp／Xoc
Koc——标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； Xoc——沉积物中有机碳的质量分数。
四、水解作用-水解速率与pH的关系
实验表明，水解速率与pH有关。Mabey等把水解速率归纳为由 酸性或碱性催化的和中性的过程，因而水解速率可表示为：
RH Kh[C]{KA[H] KN KB[OH-]}[C]
KA 酸性催化过程的二应 级水 反解速率常数； KB 碱性催化过程的二应 级水 反解速率常数； KN 中性过程的二级反解 应速 水率常数； Kh 在某一下准一级反解 应速 水率常数
污染物在环境中迁移与转化ppt课件
通过实验还发现了二恶英在食物链中生物放大的直接证据， 并提出了生物放大模型，从而否定了国际学术界过去一直认 为二恶英在食物链中只存在生物积累而不存在生物放大的观 点。
二、污染物的转化
污染物在环境中通过物理的、化学的或生物 的作用改变形态或者转变成另一物质的过程 叫做污染物的转化（transformation of pollutants） (一次污染物, 二次污染物)
（2）汞在土壤环境中的迁移
土壤中的粘土矿物带有负电荷，可以吸收以阳离子形态存在的汞.
腐殖质是一些含有方向结构的化合物，通过含酚羟基、羧基、磺酸基、 氨基等反应基团的作用，汞被腐殖质螯合或吸附。一般来说，土壤腐殖 质含量越高，土壤吸附汞的能力越强。
植物对汞的吸收主要是通过根来完成的。很多情况下，汞化合物在土壤 中先转化为金属汞或者甲基汞后才能被植物吸收。汞在植物各部的分布 一般是根＞茎、叶＞种子。这种趋势是由于汞被植物吸收后，常与根上 的蛋白质反应沉积于根上，阻碍向地上部分的运输。
3、生物转化和生物降解 指污染物通过相应的酶系统的催化作用所发生的变化过程。 污染物生物转化的结果一方面可使大部分有机污染物毒性降低，或形成 更易降解的分子结构；另一方面可使一部分有机污染物毒性增强，或形 成更难降解的分子结构。
三、实例分析
1、汞的迁移和转化 汞，俗称水银,常温下是银白色的液体，易蒸发。汞 ,汞蒸气,及汞的化合物均有剧毒! 汞循环是重金属在生态系统中循环的典型，汞以元 素状态在水体、土壤、大气和生物圈中迁移和转化
污染物的转化与迁移不同，迁移只是空间位 置的相对移动。不过环境污染物的迁移和转 化往往是伴随进行的。
污染物转化形式
1、物理转化 指污染物通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元素的蜕变等一种或 几种过程实现的转化。
二、污染物的转化
污染物在环境中通过物理的、化学的或生物 的作用改变形态或者转变成另一物质的过程 叫做污染物的转化（transformation of pollutants） (一次污染物, 二次污染物)
（2）汞在土壤环境中的迁移
土壤中的粘土矿物带有负电荷，可以吸收以阳离子形态存在的汞.
腐殖质是一些含有方向结构的化合物，通过含酚羟基、羧基、磺酸基、 氨基等反应基团的作用，汞被腐殖质螯合或吸附。一般来说，土壤腐殖 质含量越高，土壤吸附汞的能力越强。
植物对汞的吸收主要是通过根来完成的。很多情况下，汞化合物在土壤 中先转化为金属汞或者甲基汞后才能被植物吸收。汞在植物各部的分布 一般是根＞茎、叶＞种子。这种趋势是由于汞被植物吸收后，常与根上 的蛋白质反应沉积于根上，阻碍向地上部分的运输。
3、生物转化和生物降解 指污染物通过相应的酶系统的催化作用所发生的变化过程。 污染物生物转化的结果一方面可使大部分有机污染物毒性降低，或形成 更易降解的分子结构；另一方面可使一部分有机污染物毒性增强，或形 成更难降解的分子结构。
三、实例分析
1、汞的迁移和转化 汞，俗称水银,常温下是银白色的液体，易蒸发。汞 ,汞蒸气,及汞的化合物均有剧毒! 汞循环是重金属在生态系统中循环的典型，汞以元 素状态在水体、土壤、大气和生物圈中迁移和转化
污染物的转化与迁移不同，迁移只是空间位 置的相对移动。不过环境污染物的迁移和转 化往往是伴随进行的。
污染物转化形式
1、物理转化 指污染物通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元素的蜕变等一种或 几种过程实现的转化。
有机污染物在水环境中的迁移.ppt
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三、水解作用（简述）
水解反应的结果改变了原有化合物 的化学结构，水解产物的毒性、挥发性
和生物或化学降解性均可能发生变化。 （p169－170）
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水解作用
水解速率 水环境中有机物水解通常为一级反
应，RX的消失速率正比于[RX]，即
d[RX]/ dt Kh[RX]
第三节 水中有机污染物的迁移转化
有机污染物在水环境中的迁移，转化 取决于有机污染物的自身性质和环境 水体条件 迁移转化主要方式有: 吸附、挥发、 水解、光解、生物富集、生物降解等
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1
一、分配作用（吸附与解吸）
1 分配理论 吸着（sorption）指有化合物在土壤
(沉积物)中的吸着存在，可以用二种机理 来描述有机污染物和土壤质点表面间物 理化学作用的范围。
化合物本身直接吸收太阳能而分解。
理论上认为，只有吸收一定辐射能的分 子才能进行光化学转化，因此光化学反
应的先决条件应该是污染物的吸收光谱 与太阳发射光谱在水环境中可利用的部 分相适应. 因此，首先必须了解水体中污
染物对光子的吸收作用
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水环境中光的吸收作用
太阳光的辐射
太阳发射几乎恒定强度的辐射和光谱 分布，但地球表面上的气体和颗粒物通 过散射和吸收作用改变了太阳的辐射强 度，阳光与大气的相互作用又改变了太 阳辐射的谱线分布。
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2．标化分配系数(Koc)
KOW C CW
KOW
COVO CWVW CWVW
Co为有机化合物在正辛醇中的初始浓度 (g/ml), Vo为正辛醇相的体积(ml)，
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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。
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)
1V tw r Q V As h
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
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
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。
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
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）；
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。
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
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:
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。
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 YLeabharlann U2019/8/7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
• 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。
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）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：
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。