第三章水环境化学-第二节水中无机物的迁移转化.ppt

一、污染物在颗粒物与水之间的迁移 1．水中颗粒物的类别 (1)矿物微粒和黏土矿物 矿物微粒: 主要指硅酸盐矿物，其中,石英(SiO2)、长石(KAlSi3O8)等矿物微粒.颗粒粗、不易碎裂， 缺乏粘结性。 专属吸附—指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用可以使表面电荷改变符号，还可以吸附某些同号电荷的离子。 吸附：指溶质在胶体界面层浓度升高的现象，水体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过程。 在一定的温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度 (C) 之间的关系用吸附等温式表达。 (3) 氧化物表面吸附的配合模式 胶体颗粒聚集的基本作用力：两胶体颗粒在相互接近时产生会多种作用力，如多分子范德华力、双电层静电斥力和水化膜阻力等，其综合效应使颗粒物发生聚集。 （1）适用条件： 物质本性不同、粒径不等、电荷号不同、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接近时，吸引力占优势； B 电荷符号相同,但电性强弱不等时，位能曲线上的能峰取决于荷电较弱，电位较低的一方；在异体凝聚时，只要有一种胶体的稳定性甚低，电位达到临界状态，就会发生快速凝聚。 1. 金属氧化物和氢氧化物 2、硫化物 3．碳酸盐（以CaCO3为例） 只考虑固相和液相，把H2CO3*当作不挥发酸处理,其CT为常数，CaCO3的溶解度: CaCO3 = Ca2+ + CO32+ KSP = [Ca2+] [CO32-] = 10-8.23 在纯水中，CaCO3（S）的溶解度 溶质有：Ca2+、H2CO3*、HCO3-、CO32-、H+ 和 OH-. [Ca2+] = [HCO3-] + [H2CO3*] + [CO32-] = CT 根据电中性原则： [H+] + 2[Ca2+] = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] (2)开放体系 CaCO3暴露在含有CO2的气相中，大气中pCO2固定，溶液中CO2浓度也相应固定。根据亨利定律和前面的讨论: 1. 电子活度和氧化还原电位 (1)电子活度的概念 酸碱反应 pH定义为： pH = -log(αH+) 氧化还原 pE定义为：pE = -log(αe) ,αe(电子活度) 水的氧化还原限度 边界条件： 水的氧化限度 1.0130×105Pa 氧分压 水的还原限度 1.0130×105Pa 氢分压 假定溶解性铁最大浓度为1.0×10-7mol/L Fe(OH)3(S)和Fe(OH)2(S)的边界 Fe(OH)3 (S) + H+ + e = Fe(OH)2 (S) lgK =4.62 pE = 17.9 - 3pH - log[Fe2+] 将[Fe2+]=1.0×10-7 mol/L代入 pE = 24.9 - 3pH (3) Fe3+和Fe2+边界 Fe3++ e = Fe2＋ lgK = 13.1 Fe2+与FeOH+边界 Fe2++ H2O = FeOH+ + H+ lgK= -8.6 Fe(OH)2+与Fe(OH)3(S)的边界 Fe(OH)3(S) + 2H+ + = FeOH2+ + 2H2O 通过计算和作图（图3－16）可见： 在高H+活度，高电子活度的酸性还原介质中，Fe2+为主要形态。（酸性还原性介质） 高H+活度，低电子活度的酸性氧化介质中, Fe3+为主要形态。（酸性氧化性介质） 水体主要氧化剂：O2、Fe(+3)、Mn(+4)、S(+6)、CO2等; 水体主要还原态：H2O、Fe(+2)、Mn(+2)、S(-2)、有机物等; 4．无机氮化合物的氧化还原转化 水中氮的形态主要是：NH4+、NO2-、NO3-等。假设总氮浓度为1.00×10-4mol/L，水体 pH = 7.00 5．无机铁的氧化还原转化 天然水中的铁主要以Fe(OH)3(S)和Fe2+形态存在，设总溶解铁的浓度为1.00×10-3 mol/L Fe3+ + e = Fe2+ pEo = 13.05 6．水中有机物的氧化 水体有机物通过微生物的作用，逐步降解转化成无机物。微生物利用水中的溶解氧对水中的有机物进行有氧降解，可以表示为： {CH2O} + O2 → CO2 + H2O 有氧降解产物为H2O、CO2、NO3-、SO42-。 1.配合物在溶液中的稳定性 Cl-离子与