水中无机污染物地迁移转化 ().ppt

第二节、水中无机污染物的迁移转化 一、颗粒物与水之间的迁移 二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式 思考题： * * 一、颗粒物与水之间的迁移 二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式 三、溶解和沉淀 四、氧化—还原 五、配合作用 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，不能被生物降解; 主要通过吸附—解吸、沉淀—溶解、氧化—还原、配合作用、胶体形成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式长期存留在环境中，造成永久性的潜在危害。 重点介绍重金属污染物在水环境中迁移转化的基本原理。 1、水中颗粒物的类别 天然水中颗粒物主要包括五大类：矿物、金属水合氧化物、腐殖质、悬浮物、其他泡沫、表面活性剂等半胶体以及藻类、细菌、病毒等生物胶体。 （1）非粘土矿物和粘土矿物：都是原生岩石在风化过程中形成的。 非粘土矿物：天然水中常见为石英(SiO2)、长石(KalSi3O8)等，晶体交错，结实、颗粒粗，不易碎裂，缺乏粘结性（例如沙子主要成分为：SiO2）。 粘土矿物：天然水中常见为云母、蒙脱石、高岭石，层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘结性，可以生成稳定的聚集体。 其中的粘土矿物是天然水中最重要、最复杂的无机胶体，是天然水中具有显著胶体化学特性的微粒。主要成分为铝或镁的硅酸盐，具有片状晶体结构； 粘土矿物的层状晶体基本由两种原子层构成，一种是硅氧四面体（硅氧片），另一种是铝氢氧原子层（水铝片），其间主要靠氢键连接，因此易于断裂开来。 Si O O O O Al O OH O OH OH OH （2）金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。 天然水中几种重要的容易形成金属水合氧化物的金属： 铝在岩石和土壤中是大量元素，在天然水中浓度低，不超过0.1mg/L。铝水解，主要形态AL3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、Al(OH)2+、Al(OH)3和Al(OH)4－，随pH值变化而改变形态浓度比例。一定条件下会发生聚合，生成多核配合物或无机高分子，最终生成[Al(OH)3]n的无定形沉淀物。 铁是广泛分布元素，水解反应和形态与铝类似。在不同pH值下，Fe(Ⅲ)的存在形态是Fe3+、Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+和Fe(OH)3。固体沉淀物可转化为FeOOH的不同晶形物。同样，它也可以聚合成为无机高分子和溶胶。 锰与铁类似，其丰度虽然不如铁，溶解度比铁高，也是常见的水合金属氧化物。 硅酸的单体H4SiO4，若写成Si(OH)4，则类似于多价金属，是一种弱酸，过量的硅酸将会生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。 重要的水合氧化物主要有： 褐铁矿：Fe2O3﹒nH2O 水化赤铁矿：2Fe2O3﹒H2O 得到具有重要胶体作用的： 针铁矿：Fe2O3﹒H2O 水解 [Al(OH)3]∞聚合无机高分子 水铝石：Al2O3﹒H2O [FeOOH]∞聚合无机高分子 三水铝石：Al2O3﹒3H2O [MnOOH]∞聚合无机高分子 二氧化硅凝胶：SiO2﹒nH2O [Si(OH)4]∞聚合无机高分子 水锰矿：Mn2O3﹒H2O 所有的金属水合氧化物都能结合水中微量物质，同时其本身又趋向于结合在矿物微粒和有机物的界面上。 （3）腐殖质：最早由土壤学研究者所发现，主要就是腐殖酸，例如富里酸、胡敏酸等。 属于芳香族化合物，有机弱酸性，分子量从700-20 0000不等； 带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团（羧基、羰基、羟基）的离解程度有关。 在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，溶液中的OH-将腐殖质理解出的H+中和掉，因而分子间的负电性增强，排斥力增加，亲水性强，趋于溶解。 在pH较低的酸性溶液（H+多，正电荷多），或有较高浓度的金属阳离子存在时，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。 （4）水体悬浮沉积物： 天然水体中各种环境胶体物质相互作用结合成聚集体， 即为水中悬浮沉积物，它们可以沉降进入水体底部，也可 重新再悬浮进入水中。 一般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：湖泊中的藻类，污