水体中重金属的迁移转化途径及影响因素

H2S === H+ + HS-
K1 = [H+][HS-]/[H2S]
HS- === H+ + S2-
K2 = [H+][S2-]/[HS-]
Me2+ + S2-=== MeS(s) Ksp =[Me2+][S2-]
HCO3-是天然水体中主要阴离子之一，它能与金属离 子形成碳酸盐沉淀，从而影响水中重金属离子的迁移。水 中碳酸盐的溶解度，在很大程度上取决于其中二氧化碳的 含量和水体pH。水体中二氧化碳能促使碳酸盐的溶解：
Me2+ + n H2O == Me(OH)n(2-n)+ + n H+ ≡ AOH + Me(OH)n(2-n)+== ≡AMe(OH)n+1(1-n)+
水合金属氧化物对重金属离子的吸附
一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸 附过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位化合 过程，可用下式表示：
n≡AOH + Men+== (≡AO)n → Me + n H+ 式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的铁、铝、
MeCO3(s) + Co2+ H2O === Me2+ +2HCO3-
可见，水体pH升高，碳酸盐溶解度下降，金属离子的 迁移能力也就减小。
沉淀溶解的作用
沉淀溶解作用能使水体中重金属离子与相应 的阴离子生成硫化物、碳酸盐等难溶化合物，大 大限制了重金属污染物在水体中的扩散范围，使 重金属主要富集于排污口附近的底泥中，降低了 重金属离子在水中的迁移能力，在某种程度上可 以对水质起净化作用。
土壤中的重金属来源
施用化肥 农药
污水灌溉 矿床开发
城市化
固体废弃 物堆积
水环境中反应类型
吸附解吸 絮凝聚沉 沉淀溶解 配合作用 氧化还原
吸附解吸作用
天然水体中存在着大量黏土矿物、水合氧化物等无机高 分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是天然水 体中存在的主要胶体物质。
由于胶体具有巨大的比表面、表面能和带电荷，能够强 烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移 有重大影响。
一般说来，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，其溶解度 较小，迁移能力较弱；若水体pH较小，金属氢 氧化物的溶解度升高，金属离子的迁移能力也 就增大
硫化物
在中性条件下大多数重金属硫化物不溶于水。当天然水体中存在
硫化氢时，重金属离子等就可能形成金属硫化物。在硫化氢和金属硫 化物均达到饱和的水中，同时存在着两种平衡：
离子交换机理 ： 螯合作用：
胶体微粒的吸附对金属离子的影响
❖ 吸附作用可控制水体中金属离子的浓度。
❖ 胶体的吸附作用是使许多微量金属从饱和的天然水中 转入固相的最重要的途径。
❖ 胶体的吸附作用在很大程度上控制着微量金属在水环 境中的分布和富集状况。
大量资料表明，在水环境中所有富含胶体的沉积物由 于吸附作用几乎都富集有Cu2+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、 Pb2+、Tl、U等金属。
絮凝聚沉
胶体微粒的聚沉是指胶体颗粒通过碰撞结合成 聚集体而发生沉淀现象，这现象也称凝聚。
影响胶体聚沉的两个主要因素：
微粒电荷：大量阳离子的存在，可促进胶体凝 聚。
水化膜：水化膜使有机胶体微粒距离增大，分 子间作用力变弱，难以聚沉。
沉淀溶解反应
重金属化合物在水中的溶解度可直观地体现它在水环境 中的迁移能力。
胶体的吸附作用是使重金属从水中转入固相的主要途径。
黏土矿物对重金属的吸附
❖ 离子交换吸附机制 ❖ 水解吸附机制
离子交换吸附机制
黏土矿物的微粒通过层状结构边缘的羟基氢和-OM基中 M+离子以及层状结构之间的M+离子，与水中的重金属离子 交换而将其吸附。
水解吸附机制
重金属离子先水解，然后夺取黏土矿物微粒 表面的羟基，形成羟基配合物而被吸附：
LOGO
水体中重金属的迁移转化途 径及影响因素
重金属的定义
汞、镉、铅、铬以 及类金属砷等生物 毒性显著的重金属
环境污染 方面
化学上
重金属
密度大于4.5g/cm3 的金属称为重金属
人体毒害最大的有5 种：铅、汞、铬、
砷、镉
毒理学
污染特点
1
2
3
4
来源广、 残留时间 长、能沿 着食物链 转移富集， 有放大作 用。
配合作用
水体中存在着各种各样的无机配位体、有机
配位体，它们能与重金属离子形成各种络合物或 螯合物，对水体中重金属迁移及生物效应有很大 的影响。
配合作用
无机配位体 有机配位体
溶解度大者迁移能力大，溶解度小者迁移能力小。
重金属的氯化物和硫酸盐(AgCl、Hg2Cl2、PbSO4等除外) 基本上是可溶的，重金属的碳酸盐、硫化物、氢氧化物却是 难溶的。
沉淀溶解反应
主要包括以下几种化合物的沉淀溶解平衡反应
1. 氢氧化物 2. 硫化物 3. 碳酸盐
氢氧化物
Me(OH)n=== Men+ + nOH溶度积为： Ksp=[Men+][OH-]n
硅或锰，Men+为重金属离子，箭头代表配位键。
腐殖质对重金属离子的吸附
离子的螯 合作用和离子交换作用来实现。
重金属浓度高时 重金属浓度低时
以离子交换为主 以络合作用为主
例:Mn2+与腐殖质以离子交换吸附为主，腐殖质对Cu2+、Ni2+以螯合作 用为主，与Zn2+或Co2+则可以同时发生离子交换和螯合作用
人为来源：
工业生产、汽车 尾气排放及汽车 轮胎磨损产生的 大量含重金属的 有害气体和粉尘 等。
水体中的重金属来源
1
自然因素：
在没有人为污染的情况 下，水体中的重金属的含 量取决于水与土壤、岩石 的相互作用，其值一般很 低，不会对人体健康造成 危害。但，导致水体受到 重金属污染。
2
人为因素：
工矿业废水、生活污水 等未经适当处理即向外排 放，污染了土壤，废弃物 堆放场受流水作用以及富 含重金属的大气沉降物输 入，都使水体重金属含量 急剧升高。
重金属 离子在 自然环 境中不 能被破 坏。
水体中的 某些重金 属可在微 生物作用 下转化为 毒性更强 的金属化 合物。
只要有 微量重 金属即 可产生 毒性效 应。
重金属的来源
1
大气中的重 金属来源
2
水体中的重 金属来源
3
土壤中的重 金属来源
大气中重金属的来源
自然来源：
由宇宙天体作用及 地球上各种地质作 用而使某些重金属 元素进入大气中