水中无机污染物的氧化反应

氧化还原
1、电子活度和氧化还原电位 （1）电子活度： pE = -lg (ae) ae——水溶液中电子活度
pE越小，电子活度越高，体系提供电子的倾向就越强。 反之，pE越大，电子活度越低，体系接受电子的倾向就 越强。
(2)氧化还原电位E和pE的关系
Ox ＋ne→Red
(1)
(2) (3) (4)
根据Nernst方程 E＝E0-(2.303RT/nF)lg[Red]/[Ox] 当反应达平衡时，定义E0＝(2.303RT/nF) lgK 从上述化学方程式(1)，可写出K= [Red]/{[Ox][e]n } 根据pE的定义
pE＝－lg[e]=1/n{lgK-lg[Red]/[Ox]}
= EF/2.303RT = E/0.059 (5)
无机污染来源
无机污染物污染：无机污染物主要指酸碱盐的污染。 污染水体中的酸主要来自酸雨、矿山排水和各类工厂特 别是化工厂的生产废水。碱主要来源于碱法造纸、化学 纤维、制碱、制革以及炼油等工业废水。 无机有毒物污染主要是指Hg、Cd、Pb、As、CN、F 等。非金属无机毒物以氰化物为典型例子。氰化物是指 含有氰基的化合物，它是剧毒物质。水体中氰化物主要 是来源于电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤水，合成氨、 有色金属选矿、冶炼、化学纤维生产、制药等各种工业 废水。
水中无机污染颗粒物类别：
（1）矿物微粒和粘土矿物 天然水中常见矿物微粒为石英、长石、云母及粘土矿物等 硅酸盐矿物。粘土矿物是由其他矿物经化学风化作用而生 成，主要为铝或镁的硅酸盐。 （2）金属水合氧化物
Al, Fe, Mn, Si等在天然水中以无机高分子及溶胶等形式 存在。Al 在水中的主要形态是Al3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、 Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等无机高分子。Fe 在水中的 主 要 形 态 是 Fe3+ 、 Fe(OH)2+ 、 Fe2(OH)24+ 、 Fe(OH)2+ 、 Fe(OH)3、等无机高分子。 H 4SiO4 聚合成无机高分子：SinO2n－m(OH)2m。
无机污染物治理方法
一般说来，对含酸、碱工业废水的治理常用中和法。 对酸性废水常用的碱性药剂有：苛性钠、生石灰、纯碱、 石灰石、氨、碳酸氢钠和含钙动物贝壳等。以中和法治 理碱性工业废水时常用药剂有硫酸、盐酸、二氧化碳等， 其中硫酸较便宜，但如废水中含钙时会产生沉淀。治理 酸碱废水的其他方法还有蒸发、浓缩、冷却、结晶等。 以活性炭为代表的吸附工艺是目前去除水中有机毒物 的首选实用技术。
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水中无机污染物的氧化作用
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LOREM IPSUM DOLOR
水体无机污染指酸、碱和无机盐类对水体的污染，首 先是使水的PH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，抑制 微生物生长，阻碍水体自净作用。
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。
无机铁的氧化还原
天然水中铁的存在形态为 Fe(OH)3(s) 或Fe2+，现以Fe3+-Fe2+-H2O 体系为例讨论 pE 对铁形态浓度的影响 。 设总溶解铁浓度为1.0×10-3mol/L ： Fe3+ + e Fe2+ pE0 =13.05 pE=13.05+1/n lg[Fe3+]/[Fe2+] 当pE<<pE0 时， [Fe3+]<<[Fe2+]， [Fe2+]= 1.0×10-3mol/L lg[Fe3+]=pE-16.05 当pE>> pE0 时， [Fe3+]>>[Fe2+]， [Fe3+]=1.0×10-3mol/L lg[Fe2+]=10.05-pE
0 -3 -6 -9 -12 -15 -6 -3 0 3
pE
6
pE0
9 12 15 18
lgc
Fe3+
Hale Waihona Puke BaiduFe2+
天然水中含有许多无机及有机氧化剂和还原剂。水中 主要的氧化剂有溶解氧、Fe3+ 、Mn4+和S6+，其作用后本 身依次转变为H2O、Fe2+、Mn+和S2-。水中主要还原剂有 种类繁多的有机化合物、 Fe 2+ 、Mn2+ 和 S2- ，在还原物质 的过程中，有机物本身的氧化产物也是非常复杂的。
（3）腐殖质：带负电的高分子弱电介质，富里酸、腐殖 酸和 腐黑物。在不同 pH 下，展现不同立体结构。
（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：藻类、细菌、病毒和表面活性剂、油滴等。
根据 Nernst 方程，pE的一般表示形式为： pE = pE0 + （1/n） ·lg ([反应物]/[生成物]) 平衡常数K： lgK = (nE0F)/(2.303RT) = nE0/0.059 = n·pE0 (25℃)
水的氧化还原限度
在氧化还原平衡体系 中，往往有 H + 或 OH - 离子 参与转移。所以，pE除了 与氧化态和还原态浓度有 关以外， 还与体系的 pH 有关。 pE 对于 pH 的依赖 关系可用 pE-pH 图来表示。 以铁为例。
LOREM IPSUM DOLOR
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。
氧化还原
关于天然水及污水中的氧化-还原反应，需要特别强调： 许多重要的氧化还原反应均为微生物催化反应。 例如，HCO3一在水中与H+反应生成气体CO2， HCO3一也可通过一系列复杂的细菌催化反应获得电子，
生成甲烷气体。通常，在氧化-还原反应中，电子的迁移
也常伴随着有质子的迁移，这就使氧化-还原和酸-碱平衡 之间具有相当紧密的关系。