水环境化学(2)-10-27.ppt

第三章 水环境化学 (Water Environmental Chemistry) 无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一旦进入水环境，均不能被生物降解，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。 一、 污染物在颗粒物与水之间的迁移 （吸附-解吸） 二、 水中颗粒物的聚集 三、 溶解和沉淀 四、 氧化-还原 五、 配合作用 （1）在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，羟基和羧基大多离解，使高分子呈现的负电荷相互排斥，构型伸展，亲水性强，因而趋于溶解。 （2）在pH降低而呈酸性溶液中，或有较高浓度的金属阳离子时，各官能团难于离解而电荷减少，高分子趋于卷缩成团，亲水性弱，因而趋于沉淀或凝聚。 水体悬浮沉积物 天然水中各种环境胶体物质并非单独存在，而是相互作用结合成为某种聚集体，即成为水中悬浮沉积物。它们可以沉降进入底部，也可以重新再悬浮进入水中。 其它 湖泊中的藻类，污水中的细菌、病毒、废水排出的表面活性剂、油滴等，也都有类似的胶体化学表现，起类似的作用。 保持温度恒定，以吸附量G为纵轴，平衡浓度C为横轴作图所得的曲线称为吸附等温线。 吸附等温线一般都要通过实验来确定。总括起来，吸附等温线有五种类型，如下图所示。 图 吸附等温线的五种类型 几种常见的吸附等温式 水体中常见的吸附等温线有三类，即Henry型、Freundlich型、Langmuir型，简称为H、F、L型。 影响吸附的因素 溶液的pH值： 　　　一般情况下颗粒物对重金属的吸附量随pH值升高而增大。当溶液pH超过某元素的临界pH值时，则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。 颗粒物的粒度和浓度： 　　　吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。 温度变化、几种离子共存等。 诱发释放的主要因素有： （1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来。 （2）氧化还原条件的变化：有机物增多，产生厌氧环境、铁锰氧化物还原溶解，使结合在其中的金属释放出来。 （3）pH值降低：①H+离子的竞争吸附作用；②金属在低pH值条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解。 （4）增加水中配合剂的含量：天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，有时这种配合物稳定度较大，可以溶解态形态存在，使重金属从固体颗粒上解吸下来。 二、水中颗粒物的聚集(Aggregation of Particals in Water) 1、物理凝聚理论 　　　　凝聚 coagulation 电介质促成的聚集 絮凝 flocculation 聚合物促成的聚集 （1）前提：①颗粒粒度均等、球体 　　　　　 ②范德化引力和静电排斥力是仅有的作用因素 ③没有化学专属吸附作用 颗粒在水溶液中进行热运动，其平均动能为3/2 KT （2）理论描述 　总的综合作用位能：VT = VR + VA VA——由范德华力产生的位能 　　 VR——由静电排斥力所产生的位能 2、异体凝聚理论 （1）适用条件：适用于物质本性不同、粒径不等、电荷符 号不同、电位高低不等的分散体系。 （2）主要论点： A、电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势； B、电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高 　 度总是决定于荷电较弱而电位较低的一方。 因此异体凝聚时，只要有一种胶体的稳定性甚低而电位 达到临界状态，就可以发生快速凝聚。 自然环境中非均相沉淀溶解过程的特点: (1)某些非均相平衡进行得缓慢，在动态环境下不易达到平衡； (2)根据热力学对于一组给定条件所预测的稳定固相可能不一定就是所形成的相； (3)可能存在过饱和现象，即出现物质的溶解量大于溶解度极限值的情况； (4)固体溶解所产生的离子可能在溶液中进一步进行反应； (5)引自不同文献的平衡常数有差异等。 沉淀发生通常可分为三个阶段 （1）成核；（2）晶体聚集（3）晶体生长。 溶解是沉淀的逆过程， 其溶解速率与固体物质的性质、接触界面、性质和温度等条件有关。 2．氧化物和氢氧化物 金属氢氧化物沉淀有多种形态，大部分情况下为“无定形沉淀”或具有无序晶格的细小晶体，具有很高的“活性”，这类沉淀在漫长的地质年代里，由