重金属污染物在水体中的迁移转化

可能成为次生污染源
五、几种重金属的水环境化学行为
1. 汞的水环境化学行为
以废水、废气形式排出，常以二价汞的无机汞化合 物和有机化合物存在。 来源：工业排放，尤其是碱工业，包括仪表、电器 、催化剂、造纸、金属炼制、燃料燃烧等。
汞的吸附作用
水中胶体对汞的吸附及其化合物溶解度较小 ，决定了各污染源排放出得汞主要沉积在排 污口附近的底泥。 天然水体中的各种胶体（无论是絮状物、悬 浮物，还是最终成为沉积物）对汞的束缚力 与环境条件和这些物质的成分（表面基团） 有一定关系。
黏土的吸附作用 与表面羟基氢发生离子交换 金属离子先水解，夺取羟基，形成羟基配合物 水合氧化物的吸附 与颗粒表面羟基氢发生离子交换 腐殖质的吸附 腐殖质表面带羧基和羟基与金属发生交换氢的螯合 螯合与交换作用的主次与重金属离子的性质密切关 系
二、配合作用
包括配位反应和螯合反应 主要配体有：羟基、氯离子、碳酸根、硫酸根、 氟离子和磷酸根离子，以及带羧基、胺基、酚羟 基的有机物。
3.碳酸盐 水中碳酸盐的溶解度，很大程度取决于水中CO2 含量和水体pH CO2促进碳酸盐溶解
pH升高，碳酸盐溶解度降低，迁移能力减弱
难溶化合物沉淀的结果： 大大限制了重金属污染的扩散范围， 使重金属主要富集于排污口附近的底泥中， 降低了重金属在水中迁移能力， 在某种程度上可以对水质起净化作用
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。 也有学者定为周期表中原子序数大于钙者即从钪 以后的为重金属。 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。
三、氧化还原作用
用水体电位(E)来描述水环境的氧化还原性质 电位高，显氧化性；电位低，显还原性 它直接影响金属的存在形式（形态）及迁移能力
重金属在高电位水中被氧化，而在低电位水中被 还原或与水中H2S反应成难溶硫化物 易溶化合物迁移能力强，难溶化合物迁移能力弱
四、溶解沉淀作用
沉淀和溶解是水溶液中常见的化学平衡现象
溶度积：Ksp
重金属化合物的溶解度与体系中阴离子的种类、 浓度及pH有关。
1. 氢氧化物 氢氧化物的溶解度与pH值有关，沉淀有最适宜pH （Cr3+） 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较高时溶解度较小，迁移能力弱 若水体pH较小，金属氢氧化物溶解度升高，迁移 能力增大 控制pH值，使重金属离子生成氢氧化物沉淀，以 除去废水中的重金属
汞的配合作用
有机汞离子和二价汞离子在水体中可与多种配离子 发生配合作用 配位体是任何能提供电子的离子
S2-、HS-、CN-及含-HS基的化合物对汞离子亲和力 很强，形成的化合物很稳定，这是还原性沉积物固 定汞的主要途径
pH值对汞形态影响
pH值不同，汞的存在形态不同，Hg(OH)2溶 解度较大：
汞的甲基化等有机反应
水体中二价汞，在某些微生物的作用下，转化为甲基 汞的反应，称为汞的甲基化反应 甲基钴胺素是微生物产生汞的甲基化的必要条件
水体中的有机汞除了发生配合反应外，还发生脱汞反 应 脱汞反应指在有机汞化合物中脱除汞的反应，包括反 甲基化反应、酸解、水解、卤解
2.硫化物 在硫化氢和金属硫化物均达到饱和的水中，同时 存在硫化氢的解离平衡和硫化物沉淀平衡 由于硫化物的溶解度甚小，当水中出现少量硫离 子时，即可出现金属硫化物沉淀，使重金属离子 的迁移能力大大降低 厌氧水体，硫离子浓度相对较大，对重金属的迁 移影响更大（Cu/Cd/Pb/Zn/Hg etc.）
主要指的是重金属离子的水解反应 所需要的pH较低（相对于轻金属） 重金属离子的水解是分步进行的， 或者说与羟基的配位是分级进行的 由此大大增加了重金属氢氧化物的溶解度，影响 重金属迁移
氯离子是较稳定的配合剂 配合程度取决于氯离子浓度和金属的本性 结果：大大提高难溶金属化合物的溶解度，如 PbSO4、ZnCO3
pH不同，氧化还原条件不同，重金属的价态会变 化，发生一系列化学反应： 要么成为易溶于水的化合物，随水迁移 要么成为难溶的化合物，沉淀进入底质 要么被吸附到水中的悬浮物或胶体上，在不同pH 条件下，随着胶体发生凝聚（进入底质）或消散 作用（存在于水中） 由溶胶转为凝胶，称为凝聚作用；相反由凝胶分 散为溶胶，称为消散作用
重金属污染特征
重金属是构成地壳的元素、在自然界中分布广泛。
重金属作为有色金属，在人类上产活动中被广泛 应用，污染源遍布。 重金属大多属于过渡元素，在自然界中有不同价 态，具有活性和毒性效应。
重金属对人类和生物的危害特点
重金属具有毒性效应 不能被降解，却能将某些重金属转化成毒性更强 的金属有机化合物。 通过食物链富集放大。 通过各种途径进入人体，并能富集在某些器官中 ，形成慢性中毒。
重金属的来源
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大气中的重 金属来源
水体中的重 金属来源
土壤中的重 金属来源
一、吸附作用
天然水中含有丰富的胶体颗粒物 胶体颗粒物，比表面大，带电荷(Fe(OH)3)，Hale Waihona Puke Baidu吸附 金属离子 颗粒物被吸附后会在表面发生多种物理化学反应 颗粒物分为三大类： 1、无机粒子（包括石英、黏土矿及Fe、Al、Mn、Si 等水合物 2、有机粒子（高分子有机物、蛋白质、腐殖质） 3、无机与有机粒子的复合体
水环境中的螯合体（洗涤剂、农药及各种表面活 性剂）能与重金属生成一系列稳定的可溶性或不 溶性螯合物，故有机配体的影响决定于螯合物或 配合物的溶解性 腐殖质能起配合作用的基团主要是分子侧链上的 多种含氧官能团，如羧基、羟基、羰基等 当羧基部位有酚羟基，或两个羧基相邻，会发生 螯合 配位数与金属的电子排布有关