1、第三章第三章 水环境化学水环境化学Chapter 3.Aquatic Environmental Chemistry.精品课件.1地球上水资源状况地球上水资源状况 地球表面约有地球表面约有70以上被水所覆盖，所以地以上被水所覆盖，所以地球素有球素有“水的行星水的行星”之称。地球上水约之称。地球上水约13.86亿亿km3。可利用的淡水只占水总可利用的淡水只占水总量的量的0.3。而在这极少。而在这极少的淡水资源中，又有的淡水资源中，又有70%以上被冻结在南极和北极以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪。的高山冰川和永冻积雪。可利用的水资源占地球水可利
2、用的水资源占地球水资源的资源的0.64%.精品课件.2 地球上水资源状况地球上水资源状况 当前主要的缺水类型有：当前主要的缺水类型有：资源型缺水、工程资源型缺水、工程型缺水型缺水和和水质型缺水水质型缺水。由于缺水，危害了农作物生长、并影响着工由于缺水，危害了农作物生长、并影响着工业生产、威胁着业生产、威胁着人体健康人体健康和和生态、国家安全生态、国家安全。.精品课件.3中国水资源状况中国水资源状况 淡水资源总量为淡水资源总量为28000亿亿m3，占全球水资源，占全球水资源的的6，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界界第四位第四位，但人均只有，但人均只有2300立方
3、米，立方米，仅为世界仅为世界平均水平的平均水平的1/4、美国的、美国的1/5，在世界上名列，在世界上名列121位位，是全球，是全球13个人均水资源最贫乏的国家个人均水资源最贫乏的国家之一。之一。全国全国400400座供水不足，座供水不足，110110座严重缺水；在座严重缺水；在4646个重点城市中，个重点城市中，45.6%45.6%水质较差。水质较差。.精品课件.4 中国水资源分布中国水资源分布.精品课件.5 中国水污染状况中国水污染状况 七大江河水系的七大江河水系的741个监测断面的个监测断面的水质：水质：I类类:38.1%；、类类:32.2%；劣；劣类类:41%。水环境污染极其严重水环境污
4、染极其严重78条主要河流，有条主要河流，有54条条遭到污染，遭到污染，其中有其中有14条条污染严重。同时我国污染严重。同时我国47个城市地下水源的调查中有个城市地下水源的调查中有43个城个城市受到污染，占市受到污染，占91.4%，加剧我国水资源短缺的原因：加剧我国水资源短缺的原因：水污染严重、水浪费严重、水资源水污染严重、水浪费严重、水资源重复利用率低。重复利用率低。.精品课件.6水环境化学水环境化学本章内容本章内容 天然水的基本特征及污染物的存在形态天然水的基本特征及污染物的存在形态 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化 水中有机污染物的迁移转化水中有机污染物的迁移转化.精品课件
5、.7水环境化学水环境化学一、天然水的基本特征及污染物的一、天然水的基本特征及污染物的 存在形态存在形态.精品课件.8 1.天然水的基本特征天然水的基本特征1.1 天然水的组成天然水的组成K+,Na+,Ca2+,Mg2+,HCO3-,NO3-,Cl-,SO42-为天然水中常为天然水中常见的八大离子，占天然水离子总量的见的八大离子，占天然水离子总量的95%99%。(1)天然水的主要离子组成：天然水的主要离子组成：天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量(TDS)TDS=Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-+SO42-+Cl-+NO3-.精
6、品课件.9 1.天然水的基本特征天然水的基本特征(2)水中的金属离子：水中的金属离子：水溶液中金属离子的表达式通常可以写成水溶液中金属离子的表达式通常可以写成Mn+，表示简单，表示简单的水合金属离子的水合金属离子M(H2O)xn+。水中金属离子常常以多种形态存在。例如铁水中金属离子常常以多种形态存在。例如铁:Fe(OH)2+,Fe(OH)2+,Fe2(OH)24+,Fe3+,.精品课件.10(3)气体在水中的溶解性气体在水中的溶解性大气中的气体与溶液中同种大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为：气体间的平衡为：G(aq)=KHpGp G-各种气体分压亨利定律亨利定律：一种气体在液体中的溶解度正
7、比于所接触的该：一种气体在液体中的溶解度正比于所接触的该种气体的分压。种气体的分压。但这并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。溶解但这并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示的量。于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示的量。KH 是各种气体在是各种气体在一定温度下的亨一定温度下的亨利定律常数利定律常数(mol/LPa);1.天然水的基本特征天然水的基本特征.精品课件.11 氧在干燥空气中的含量为氧在干燥空气中的含量为 20.95%，大部分元素氧来，大部分元素氧来自大气。求氧在自大气。求氧在 1.013 105 Pa，25 饱和水中的溶
8、解度：饱和水中的溶解度：水在水在25时的蒸汽压为时的蒸汽压为0.03167 105 Pa。氧在水中的溶解度氧在水中的溶解度。，因此其溶解度为氧的分子量为mg/L32.832)mol/L(4106.25102056.081026.1OH)aq(2O)Pa(5102056.0%95.20)51003167.0100130.1(O252pKp 1.天然水的基本特征天然水的基本特征.精品课件.12 CO2在干燥空气中的含量为在干燥空气中的含量为 0.0314%，水在，水在25时的蒸时的蒸汽压为汽压为0.03167 105 Pa，CO2的亨利定律常数为的亨利定律常数为3.34 10-7 mol/L.Pa
9、。则。则CO2在水中的溶解度为：在水中的溶解度为：CO2的溶解度的溶解度)mol/L(510028.18.3081034.3COH)aq(2CO)Pa(8.30%0314.0)51003167.0100130.1(CO252pKp3CO2H3HCOH1-23COH3HCO-3HCOH3CO2HK 1.天然水的基本特性天然水的基本特性H+=HCO3-H+2/CO2=K1v CO2在水中的溶解度在水中的溶解度=CO2+HCO3-.精品课件.13KJ/mol314.8,J/mol,)11(303.2lg21212112气体常数溶解热，；时气体在水中的溶解度为绝对温度为RHTTCCTTRHCC不同温度
10、下，气体在水中溶解度的计算：不同温度下，气体在水中溶解度的计算：1.天然水的基本特征天然水的基本特征.精品课件.14(4)水生生物水生生物 1.天然水的基本特征天然水的基本特征 水生生物分为自养生物和异养生物水生生物分为自养生物和异养生物。自养生物：自养生物：利用太阳能或化学能量，把简单、无生命的无机利用太阳能或化学能量，把简单、无生命的无机物元素引进其复杂的生命分子中即组成生命体。如藻类等。物元素引进其复杂的生命分子中即组成生命体。如藻类等。异养生物：异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源及合成它自利用自养生物产生的有机物作为能源及合成它自身生命的原始物质。身生命的原始物质。藻类的生成和
11、分解就是在水体中进行光合作用藻类的生成和分解就是在水体中进行光合作用(P)和呼吸作和呼吸作用用(R)的一典型过程。的一典型过程。.精品课件.15 1.天然水的基本特征天然水的基本特征水体产生物体的能力称为水体产生物体的能力称为生产率生产率。生产率是由化学的及物理。生产率是由化学的及物理的因素相结合而决定的。在高生产率的水中藻类生产旺盛，的因素相结合而决定的。在高生产率的水中藻类生产旺盛，死藻的分解引起水中溶解氧水平降低这种情况常被称为死藻的分解引起水中溶解氧水平降低这种情况常被称为富富营养化营养化。营养物质营养物质：C（二氧化碳）、（二氧化碳）、N（硝酸盐）、（硝酸盐）、P（磷酸盐）及（磷酸盐
12、）及痕量元素（如痕量元素（如 Fe）。）。.精品课件.162.1 碳酸平衡碳酸平衡在水体中存在着在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-等等4种物质种物质;常把常把CO2和和H2CO3 合并为合并为H2CO3*;实际上实际上H2CO3 的含量极低，主要是溶解性的气体的含量极低，主要是溶解性的气体CO2。以下将以下将H2CO3*略写为略写为H2CO3 2.天然水的性质天然水的性质.精品课件.1712211232213213232023221-233213-3-23232312-23-3133203222)HH1(HCOHHCOHCOHCOHHCOHCOHCOHHCOHCOHCOC
13、OHHHCO)33.10p(HCOHCO)35.6p(HHCOCOH)46.1p(COHOHCOKKKKKKKKKKKKKKCT=H2CO3+HCO3-+CO32-2.天然水的性质天然水的性质.精品课件.1812222121)HH1()HH1(11KKKKK以上属封闭的水溶液体系的情况；以上属封闭的水溶液体系的情况；没有考虑大气交换过程。没有考虑大气交换过程。CO2+H2CO3HCO3-CO32-1008060402002 4 6 8 10 12pH图图3-1 碳酸化合态分布图碳酸化合态分布图 2.天然水的性质天然水的性质.精品课件.19对于开放体系，应考虑大气交换过程：对于开放体系，应考虑大
14、气交换过程：222222COH221COH021T-23COH1COH011T-3COH002TCOH2HCOHHCO1/)aq(CO)aq(COpKKKpKCpKKpKCpKCpK 2.天然水的性质天然水的性质 开放体系和封闭体系区别开放体系和封闭体系区别?.精品课件.20碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受接受H+的物质总量。的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类：组成水中碱度的物质可以归纳为三类：强碱；强碱；弱碱；弱碱；强碱弱酸盐。强碱弱酸盐。At pH values below 7,H+in water detr
15、acts significantly from alkalinity,and its concentration must be subtracted in computing the total alkalinity.Therefore the following equation is the complete equation for alkalinity in a medium where the only contributors to it are HCO3-,CO32-,and OH-.总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+OH-H+2.2 天然水中酸度和碱度天然水中酸度和碱度
16、 2.天然水的性质天然水的性质.精品课件.21 酸度酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出出H+或经水解能产生或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。碱盐等。某水体的某水体的pH=8.00,碱度为碱度为1.0010-3 mol/L,该水体中该水体中HCO3-、CO32-、OH-、H+等物质的浓度。等物质的浓度。解：解：pH=8.00时，时，CO32-的浓度很低，可认为碱度全部由的浓度很低，可认为碱度全部由HCO3-贡献，则贡献，则HCO3-=碱度碱度=1.0010-3 mol/L；
17、根据根据pH值，值，H+=1.00 10-8 mol/L;OH-=1.00 10-6 mol/L总酸度总酸度=H+HCO3-+2H2CO3 OH-2.天然水的性质天然水的性质.精品课件.22mol/L1025.21045.41000.11000.1COHHCOHCOHCOHHCOHHCOHCOH57383213323231332KKmol/L1069.41000.11000.11069.4COHHCOCOHCOCOHCOHHCO683112332233232233KK 2.天然水的性质天然水的性质.精品课件.23对于开放体系，应考虑大气交换过程：对于开放体系，应考虑大气交换过程：222222C
18、OH221COH021T-23COH1COH011T-3COH002TCOH2HCOHHCO1/)aq(CO)aq(COpKKKpKCpKKpKCpKCpK 2.天然水的性质天然水的性质.精品课件.24 主要污染物的危害主要污染物的危害.精品课件.25 无机污染物无机污染物-甲基汞甲基汞.精品课件.26 无机污染物无机污染物-甲基汞甲基汞.精品课件.27 无机污染物无机污染物-甲基汞甲基汞.精品课件.28 无机污染物无机污染物-镉镉.精品课件.29 持久性有机污染物持久性有机污染物-POPs1 1、POPs的定义的定义 持久性有机污染物（持久性有机污染物（Persistent organic
19、Persistent organic pollutants,POPspollutants,POPs）是一系列在环境中长期残留和长）是一系列在环境中长期残留和长距离迁移，具有脂溶性和生物蓄积性，对人类和野生距离迁移，具有脂溶性和生物蓄积性，对人类和野生动植物有高毒的含碳化合物。动植物有高毒的含碳化合物。2、POPs五个特性五个特性 持久性持久性/长期残留性长期残留性(Persistent in the environment)生物蓄积性生物蓄积性(Bioaccumulates in fatty tissues)半挥发性半挥发性(Semi-volatility)高毒性高毒性(High-toxic)
20、长距离迁移性长距离迁移性(Long-range transport).精品课件.303 3、来源、来源 联合国环境规划署联合国环境规划署 (United Nations(United Nations Environment ProgrammeEnvironment Programme,UNEP,UNEP）国际公约中首批控制）国际公约中首批控制的三的三类类1212种种POPsPOPs是艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、是艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、DDTDDT、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯、二氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯、二恶英和苯并呋喃。恶英和苯并呋喃。其中前其中前9 9
21、种属于有机氯农药。种属于有机氯农药。多氯联苯是精细化工多氯联苯是精细化工产品，后产品，后2 2种是化学产品的衍生物杂质和含氯废物焚烧种是化学产品的衍生物杂质和含氯废物焚烧所产生的次生污染物。所产生的次生污染物。持久性有机污染物持久性有机污染物-POPs.精品课件.31 19981998年年6 6月在丹麦奥尔胡斯召开的泛欧环境部长月在丹麦奥尔胡斯召开的泛欧环境部长会议上，美国、加拿大和欧洲会议上，美国、加拿大和欧洲3232个国家正式签署了个国家正式签署了关于长距离越境空气污染物公约，提出了关于长距离越境空气污染物公约，提出了1616种（类）种（类）加以控制的加以控制的POPsPOPs，除了，除了
22、UNEPUNEP提出的提出的1212种物质之外，种物质之外，还有六溴联苯、林丹还有六溴联苯、林丹(99.5%(99.5%的六六六丙体制剂）、的六六六丙体制剂）、多环芳烃和五氯酚。多环芳烃和五氯酚。持久性有机污染物持久性有机污染物3 3、来源、来源.精品课件.32 4 4、POPsPOPs在环境中的转归在环境中的转归 POPsPOPs 空气空气 土壤土壤 水体水体 生物富集生物富集(食物链食物链)呼吸呼吸 食物食物 饮水饮水人体危害人体危害 持久性有机污染物持久性有机污染物-POPs.精品课件.33 POPsPOPs在水体中的半衰期大多在几十天至在水体中的半衰期大多在几十天至2020年，年，个别
23、长达个别长达100100年；在土壤中半衰期大多在年；在土壤中半衰期大多在1-121-12年，年，个别长达个别长达600600年；而它们的生物富集因子（年；而它们的生物富集因子（BCFBCF）高达高达4000-700004000-70000之间。以上性质决定了之间。以上性质决定了POPPOPS S对人对人体健康和生态环境具有极大的危害。体健康和生态环境具有极大的危害。持久性有机污染物持久性有机污染物-POPs.精品课件.34 内分泌干扰 免疫毒性 生殖系统毒性 POPsPOPs 人体危害 神经系统毒性 内脏器官毒性 致癌、致畸、致突变 AirFoodWater5、POPs对人体的危害对人体的危害
24、.精品课件.35多氯联苯多氯联苯(polychlorinated biphenyl，简称，简称PCB)是许多联是许多联苯的含氯化合物的统称，在多氯联苯中，部份苯环上的氢原苯的含氯化合物的统称，在多氯联苯中，部份苯环上的氢原子被氯原子置换，一般式为子被氯原子置换，一般式为 C12HnCl(10-n)(0n9)。依氯。依氯原子的个数及位置不同，多氯联苯共有原子的个数及位置不同，多氯联苯共有209种异性体存在。种异性体存在。多氯联苯耐热性及电绝缘性能良好，化学性质稳定。不溶于多氯联苯耐热性及电绝缘性能良好，化学性质稳定。不溶于水，易溶于有机溶剂及脂肪。常用作加热或冷却时的热载体、水，易溶于有机溶剂及
25、脂肪。常用作加热或冷却时的热载体、电容器及变压器内的绝缘材料、也常作为涂料及溶剂使用，电容器及变压器内的绝缘材料、也常作为涂料及溶剂使用，应用的范围很广。应用的范围很广。影响皮肤、神经、肝脏，破坏钙的代谢，导致骨骼、牙齿的影响皮肤、神经、肝脏，破坏钙的代谢，导致骨骼、牙齿的损害，并有慢性致癌和致遗传变异等的可能性。损害，并有慢性致癌和致遗传变异等的可能性。PDPs-多氯联苯多氯联苯 1、来源、来源.精品课件.36 PDPs-多氯联苯多氯联苯.精品课件.37 POPs-二恶英二恶英 二恶英二恶英-英文名字英文名字dioxin,二恶英是一个总称，它描二恶英是一个总称，它描述了一类数百种在环境中高度
26、稳定的，非挥发性的，述了一类数百种在环境中高度稳定的，非挥发性的，亲脂的，很难生物降解的有机氯化合物。国际癌症研亲脂的，很难生物降解的有机氯化合物。国际癌症研究中心（究中心（IARC）1997年年2月月14日宣布，毒性最大的二日宣布，毒性最大的二恶英，恶英，2，3，7，8-TCDD,已被确认为是一种致癌物。已被确认为是一种致癌物。.精品课件.38 二恶英包括二恶英包括多氯二苯并二氧六环（多氯二苯并二氧六环（PCDD）和多氯和多氯二苯并呋喃（二苯并呋喃（PCDF）这两类化合物。）这两类化合物。PCDD和和PCDF分别由分别由75和和135个同族体构成，它们的化学结个同族体构成，它们的化学结构相似
27、，常简写构相似，常简写PCDD/Fs。由于。由于Cl原子取代数目不原子取代数目不同而使它们各有同而使它们各有8个同系物，每个同系物随分子中个同系物，每个同系物随分子中Cl原子的不同取代位置和数目，能产生原子的不同取代位置和数目，能产生200多种异多种异构体构体。POPs-二恶英二恶英 OOXXXXXXXXOXXXXXXXXX=C l or H PCDD PCDF.精品课件.39 毒性毒性:动物实验表明，小鼠的动物实验表明，小鼠的LD50值（毒死值（毒死50%实验品实验品的量）为的量）为1g/kg，猴子为，猴子为70g/kg。0.1克的二恶英毒量就能致数十人死亡，致上千只克的二恶英毒量就能致数十
28、人死亡，致上千只禽类于死地。禽类于死地。具有环境雌激素效应，可以扰乱激素水平的调节，具有环境雌激素效应，可以扰乱激素水平的调节，造成生殖机能失常，使男性雌性化。造成生殖机能失常，使男性雌性化。免疫系统受损，胸腺委缩，以及致畸、致突变等。免疫系统受损，胸腺委缩，以及致畸、致突变等。POPs-二恶英二恶英.精品课件.40 有机污染物有机污染物-二恶英二恶英.精品课件.41 有机污染物有机污染物-二恶英二恶英.精品课件.42 人体微量摄入二恶英不会立即病变，但人体微量摄入二恶英不会立即病变，但摄入后却不易排出。如长期食用含二恶英的摄入后却不易排出。如长期食用含二恶英的食品，这种有毒成分会蓄积，最终可
29、能致癌食品，这种有毒成分会蓄积，最终可能致癌或引起慢性病。二恶英的主要污染源包括城或引起慢性病。二恶英的主要污染源包括城市垃圾焚烧、含氯化学工业、食品包装材料市垃圾焚烧、含氯化学工业、食品包装材料等，等，90%90%以上的人体二恶英接触来源于食品。以上的人体二恶英接触来源于食品。POPs-二恶英二恶英.精品课件.43 有机污染物有机污染物-二恶英二恶英.精品课件.44.精品课件.45 POPs-二恶英二恶英二恶英的控制措施二恶英的控制措施选用合适的炉膛和炉排选用合适的炉膛和炉排结构结构，使垃圾在焚烧炉得，使垃圾在焚烧炉得以充分燃烧。以充分燃烧。控制炉膛及二次燃烧室内，或在进入余热锅炉前控制炉膛
30、及二次燃烧室内，或在进入余热锅炉前烟道内的的烟气温度不低于烟道内的的烟气温度不低于850，烟气在炉膛及二，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于次燃烧室内的停留时间不小于2S，O2浓度不少于浓度不少于6%。选用新型袋式除尘器，控制除尘器入口处的烟气选用新型袋式除尘器，控制除尘器入口处的烟气温度低于温度低于200，并在进入袋式除尘器的烟道上设置，并在进入袋式除尘器的烟道上设置活性碳等反应剂的喷射装置，进一步吸附二恶英；活性碳等反应剂的喷射装置，进一步吸附二恶英；.精品课件.46二恶英的控制措施：二恶英的控制措施：在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠
31、的全套自动控制系统，使焚烧和净自动控制系统，使焚烧和净化工化工艺得以良好执行。艺得以良好执行。通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和重金属通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和重金属含量高的物质进入垃圾焚烧厂。含量高的物质进入垃圾焚烧厂。由于二恶英可以在飞灰上被吸附或生成，所以对飞由于二恶英可以在飞灰上被吸附或生成，所以对飞灰应用专门容器收集后作为有毒有害物质送安全填灰应用专门容器收集后作为有毒有害物质送安全填埋场进行无害化处置，有条件时脱氯处理，或熔融埋场进行无害化处置，有条件时脱氯处理，或熔融固化处理后再送安全填埋场处置，以有效地减少。固化处理后再送安全填埋场处置，以有效地减少。POPs-
32、二恶英二恶英.精品课件.47 1.天然水的基本特征天然水的基本特征 水质重要指标：水质重要指标：溶解氧溶解氧：是指溶解在水里氧的量，通常记作：是指溶解在水里氧的量，通常记作DO，用每升水，用每升水里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标。力的一个指标。生化需要量生化需要量（Biochemical Oxygen Demand,BOD）是一个水）是一个水质的重要参数，它是指一个体积的微生物对水中有机物降解所质的重要参数，它是指一个体积的微生物对水中有机物降解所要耗氧的氧的含量。生物需氧量要耗氧的氧的含量。生物需氧量(BOD
33、)是微生物分解这废物所是微生物分解这废物所消耗的氧气的量度标准。消耗的氧气的量度标准。化学需氧量化学需氧量（Chemical Oxygen Demand COD）：是指水）：是指水样在规定条件下用氧化剂处理时，其溶解性或悬浮性物质消耗样在规定条件下用氧化剂处理时，其溶解性或悬浮性物质消耗氧化剂的量。衡量水中有机物多少的指标。氧化剂的量。衡量水中有机物多少的指标。.精品课件.48 水中无机污染物的迁移与转化水中无机污染物的迁移与转化 无机污染物，通过无机污染物，通过吸附吸附-解吸、沉淀解吸、沉淀-溶解、氧溶解、氧化化-还原、配合作用还原、配合作用等一系列物理化学作用进行迁等一系列物理化学作用进行
34、迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循移转化，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态长期存留在环境环过程，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造成永久性的潜在危害。中，造成永久性的潜在危害。.精品课件.49一、一、颗粒物与水之间的迁移颗粒物与水之间的迁移1、水中颗粒物的类别、水中颗粒物的类别 矿物颗粒和粘土矿物：矿物颗粒和粘土矿物：矿物颗粒矿物颗粒石英石英(SiO2)、长石、长石(KAlSi3O8)、云母等、云母等 粘土矿物粘土矿物 铝或镁的硅酸盐铝或镁的硅酸盐 金属的水合氧化物：金属的水合氧化物：Al3+,Al(OH)2+,Al2(OH)24+,Al(OH)2
35、+,Al(OH)3,Al(OH)4-Fe3+,Fe(OH)2+,Fe(OH)2+,Fe2(OH)24+,Fe(OH)3 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化.精品课件.50 腐殖质腐殖质 腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质。腐殖质是生物腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质。腐殖质是生物体物质在土壤、水和沉积物中转化而成。分子量体物质在土壤、水和沉积物中转化而成。分子量300-30000。腐殖质分为如下三种：腐殖质分为如下三种：腐殖酸（腐殖酸（Humic acid)：可溶于稀碱但不溶于酸的部分；分：可溶于稀碱但不溶于酸的部分；分 子量有数千到数万。子量有数千到数万。富里酸富里酸(Ful
36、vic acid)：可溶于酸又可溶于碱的部分；分子量：可溶于酸又可溶于碱的部分；分子量由数百到数千。由数百到数千。胡敏素胡敏素(腐黑物，腐黑物，Humin)：不能被酸和碱提取的部分不能被酸和碱提取的部分 一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移.精品课件.51 富里酸的结构富里酸的结构(Schnitzer,1978)一、颗粒物与水之间迁移一、颗粒物与水之间迁移腐殖质在结构上除含大量苯环外，还含有大量羧基、醇基和酚基。腐殖质在结构上除含大量苯环外，还含有大量羧基、醇基和酚基。pHpH与溶解度关系？与溶解度关系？.精品课件.52 一、一、颗粒物与水之间迁移颗粒物与水之间迁移 水体的悬浮沉积
37、物水体的悬浮沉积物 其他：湖泊中的藻类、污水中的细菌、病毒、表面其他：湖泊中的藻类、污水中的细菌、病毒、表面活性剂、油滴等。活性剂、油滴等。.精品课件.532、水中颗粒物的吸附作用、水中颗粒物的吸附作用表面吸附（表面吸附（物理吸附物理吸附）：由于胶体具有巨大的比表面和表面能，由于胶体具有巨大的比表面和表面能，产生表面吸附。表面分子间的力为分子间吸引力，产生表面吸附。表面分子间的力为分子间吸引力，胶体表面积愈大，所产生的表面能也愈大，吸附作胶体表面积愈大，所产生的表面能也愈大，吸附作用也愈强。用也愈强。离子交换吸附（离子交换吸附（物理化学吸附物理化学吸附）：胶体颗粒大部分带负电荷，胶体颗粒大部分
38、带负电荷，容易吸附各种阳离子；每吸附一部分阳离子，同时容易吸附各种阳离子；每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，因此叫离子交换吸附，也放出等量的其他阳离子，因此叫离子交换吸附，它属于物理化学吸附它属于物理化学吸附。专属吸附专属吸附：吸附过程中，除了有化学键，还有憎水键、范德华吸附过程中，除了有化学键，还有憎水键、范德华力、氢键等作用。力、氢键等作用。专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可使离子化合物吸附在同号电荷表面上。使离子化合物吸附在同号电荷表面上。一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移.精品课件.54吸附指溶液中溶质在
39、界面层浓度升高的现象。水体中颗粒吸附指溶液中溶质在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。物对溶质的吸附是一个动态平衡过程。在一定的温度条件下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上在一定的温度条件下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量的吸附量(G)与溶液中的溶质的平衡浓度之间的关系，可用吸附与溶液中的溶质的平衡浓度之间的关系，可用吸附等温线表示。等温线表示。Henry 型吸附等温线型吸附等温线 G=kC k-(分配分配)系数系数GCFreundlich型型 G=kC1/n logG=logk+1/nlogCCGF型型F型型lgGlgC 吸附等温线和吸附等温式吸附等温线和
40、吸附等温式.精品课件.55G=G0C/(A+C)1/G=1/G0+(A/G0)(1/C)G0-单位表面上达到饱单位表面上达到饱和时间的最大吸附量；和时间的最大吸附量；A-常数常数G0G0/2ACL型型1/G1/CL型型Langmuir型吸附等温线型吸附等温线.精品课件.56 等温线在一定程度上与实验所用溶质浓度区段有关。当溶质等温线在一定程度上与实验所用溶质浓度区段有关。当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现浓度甚低时，可能在初始区段中呈现H型，当浓度较高时，曲型，当浓度较高时，曲线可能表现为线可能表现为F型。型。影响胶体吸附的因素：影响胶体吸附的因素：a.溶液的溶液的pH 在一般情况下，颗粒
41、物对重金属的吸附量随在一般情况下，颗粒物对重金属的吸附量随pH值升高而增大。值升高而增大。当溶液当溶液pH超过某元素的临界超过某元素的临界pH值时，则该元素在溶液中的水解、值时，则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。吸附量与（沉淀起主要作用。吸附量与（G）与）与pH、平衡浓度（、平衡浓度（c）之间的关）之间的关系系。A,B为常数。为常数。.精品课件.57b.颗粒物的粒度和浓度：颗粒物的粒度和浓度：吸附量随颗粒物粒度的增大而减少，当溶质浓度范围确吸附量随颗粒物粒度的增大而减少，当溶质浓度范围确定时，吸附量随颗粒物浓度的增大而减少。此外，温度变定时，吸附量随颗粒物浓度的增大而减少。此外，温度变化
42、，几种离子共存时的竞争作用均有影响化，几种离子共存时的竞争作用均有影响。3 沉积物中重金属的释放沉积物中重金属的释放盐浓度的升高；盐浓度的升高；氧化还原条件的变化；氧化还原条件的变化；pH降低；降低；水中配合剂量的增多水中配合剂量的增多.精品课件.58胶体颗粒凝聚过程的基本原理和方式胶体颗粒凝聚过程的基本原理和方式DLVO理论，是目前对胶体稳定性解释得比较完善的理论。理论，是目前对胶体稳定性解释得比较完善的理论。该理论以溶胶粒子间的相互吸引力和相互排斥力为基础，认该理论以溶胶粒子间的相互吸引力和相互排斥力为基础，认为当粒子相互接近时，这两种相反的作用力决定了溶胶的稳为当粒子相互接近时，这两种相
43、反的作用力决定了溶胶的稳定性定性。胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。把由电介质促成的聚集称为凝聚，而由聚合物促成的聚集称把由电介质促成的聚集称为凝聚，而由聚合物促成的聚集称为絮凝。为絮凝。二、二、水中颗粒物的聚集水中颗粒物的聚集.精品课件.59（1）DLVO理论认为：理论认为：a.溶胶粒子间的相互吸引力是范德华力（溶胶粒子间的相互吸引力是范德华力（VR)，主要，主要为色散力。胶粒中含有大量分子，所以胶粒间的引力为色散力。胶粒中含有大量分子，所以胶粒间的引力是各分子所贡献的总和，这种引力与距离的三次方成是各分子所贡献的总和，这种引力与距离的三次方成反比，是一种远
44、程作用力。反比，是一种远程作用力。b.溶胶粒子间的排斥是由于带电胶粒所具有的相同电溶胶粒子间的排斥是由于带电胶粒所具有的相同电荷之间的斥力荷之间的斥力(VA)，其大小取决于粒子电荷数目和相，其大小取决于粒子电荷数目和相互距离。互距离。.精品课件.60（1）DLVO理论理论C.胶体的稳定性取决于胶粒间吸引能和排斥能的总效应。当胶体的稳定性取决于胶粒间吸引能和排斥能的总效应。当粒子相互靠近时，如果粒子间的引力大于粒子间的排斥力，则粒子相互靠近时，如果粒子间的引力大于粒子间的排斥力，则溶胶发生聚沉，是不稳定的；反之，溶胶是稳定的。当粒子相溶胶发生聚沉，是不稳定的；反之，溶胶是稳定的。当粒子相互聚集在
45、一起时，必须克服一定的能垒。互聚集在一起时，必须克服一定的能垒。总的综合作用位能是：总的综合作用位能是：.精品课件.61（1）DLVO理论理论.精品课件.62（1）DLVO理论理论VA则只随颗粒间的距离变化，与溶液中离子强度无关。则只随颗粒间的距离变化，与溶液中离子强度无关。不同溶液离子强度有不同不同溶液离子强度有不同VR曲线，曲线，VR随田粒间的距离按随田粒间的距离按指数律下降。指数律下降。不同溶液离子强度有不同的不同溶液离子强度有不同的VT曲线。在溶液离子强度较曲线。在溶液离子强度较小时，综合位能曲线上出现较大位能峰小时，综合位能曲线上出现较大位能峰(Vmax)，此时，排斥，此时，排斥作用
46、占较大优势，颗粒借助于热运动能量不能超越此位能峰，作用占较大优势，颗粒借助于热运动能量不能超越此位能峰，彼此无法接近。彼此无法接近。当离子强度增大到一定程度时，当离子强度增大到一定程度时，Vmax：由于双电层被压缩：由于双电层被压缩而降低，则一部分颗粒有可能超越该位能蜂。当离子强度相而降低，则一部分颗粒有可能超越该位能蜂。当离子强度相当高时，当高时，Vmax可以完全消失。可以完全消失。.精品课件.63颗粒超过位能峰，由于吸引力占优势，颗粒继续接近，其达颗粒超过位能峰，由于吸引力占优势，颗粒继续接近，其达到综合位能曲线上近距离的极小值到综合位能曲线上近距离的极小值(Vmin)时峰后，则两颗粒时峰
47、后，则两颗粒就可以结合在一起。不过，此时颗粒间尚隔有水化膜。就可以结合在一起。不过，此时颗粒间尚隔有水化膜。.精品课件.64（2）异体凝聚理论）异体凝聚理论 适用于处理物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电适用于处理物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体系。位高低不等之类的分散体系。异体凝聚理论的主要论点为：如果两个电荷符号相异的胶异体凝聚理论的主要论点为：如果两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势；体微粒接近时，吸引力总是占优势；如果两颗粒电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上如果两颗粒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
48、弱而电位较低的一方。的能峰高度总是决定于荷电较弱而电位较低的一方。因此，在异体凝聚时，只要其中有一种胶体的稳定性甚低因此，在异体凝聚时，只要其中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，而不论另一种而电位达到临界状态，就可以发生快速凝聚，而不论另一种胶体的电位高低如何。胶体的电位高低如何。.精品课件.65三溶解和沉淀三溶解和沉淀 溶解和沉淀是污染物在水环境中的迁移的重要途径。一般金溶解和沉淀是污染物在水环境中的迁移的重要途径。一般金属化合物在水中迁移能力可以直观地用溶解度来衡量。溶解度属化合物在水中迁移能力可以直观地用溶解度来衡量。溶解度小者，迁移能力小。小者，迁移能力小。
49、（1）氧化物和氢氧化物）氧化物和氢氧化物.精品课件.66 溶解和沉淀溶解和沉淀可得出：可得出：a.同价金属离子的各线有相同的斜同价金属离子的各线有相同的斜率（斜率等于率（斜率等于-n）b.b.靠右边斜线代表的金属氢氧化物靠右边斜线代表的金属氢氧化物的溶解度大于靠左边的溶解度。的溶解度大于靠左边的溶解度。c.c.根据此图大致可查出各种金属离根据此图大致可查出各种金属离子在不同子在不同pHpH溶液中所能存在的最大溶液中所能存在的最大饱和浓度。饱和浓度。.精品课件.67 溶解和沉淀溶解和沉淀 考虑到羟基配合作用的情况，可以把金属氧化物或氢氧化物考虑到羟基配合作用的情况，可以把金属氧化物或氢氧化物的溶
50、解度（的溶解度（MeT）表征如下：）表征如下：如如PdO.精品课件.68PdO的溶解度与的溶解度与pH间关系间关系.精品课件.69 溶解和沉淀溶解和沉淀金属硫化物是比氢氧化物溶度积更小的一类难溶沉淀金属硫化物是比氢氧化物溶度积更小的一类难溶沉淀物对金属离子在天然水中的沉积起着重要作用，对其在水物对金属离子在天然水中的沉积起着重要作用，对其在水中的迁移贡献较小。中的迁移贡献较小。重金属硫化物在中性条件下实际上是不溶的，在盐酸中重金属硫化物在中性条件下实际上是不溶的，在盐酸中FeFe、MnMn和和CdCd的硫化物是可溶的，而的硫化物是可溶的，而NiNi和和CoCo的硫化物是难溶的。的硫化物是难溶的
