第二节 水中无污染物的迁移转化.doc

第二节水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物特别是重金属污染物进入水体,不能被生物降解,主要是通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等作用进行迁移转化。颗粒物与水之间的迁移矿物颗粒物和黏土颗粒物常见矿物颗粒物为石英、长石、云母及黏土矿物等硅酸盐矿物,主要由物理作用形成。金属水合氧化物:铝、铁、锰、硅等金属以无机高分子及溶胶等形态存在。例:铝在岩土中是丰量元素,在水中浓度低,<。水解,主要形态是:Al3+Al(OH)2+Al2(OH)24+Al(OH)22+Al(OH)3+等铁水合氧化物:Fe3+Fe(OH)2+Fe(OH)2+Fe2(OH)24+Fe(OH)3等硅酸聚合物:SinO2n-m(OH)2m腐殖质是一种代负电的高分子弱电解质。水体悬浮沉积物是以矿物微粒为核心骨架,有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上,经絮凝成为较粗颗粒而沉积在底部。5、其它藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等。水环境中颗粒物的吸附作用表面吸附:胶体具有巨大的表面积和表面能;属物理吸附,胶体表面积越大,吸附越强。离子吸附:由于胶体表面的电荷引力。专属吸附:除了化学键以外,尚有加强的憎水键及范德华力或氢键起作用。水锰矿对Co、Cu、Ni、K和Na离子的吸附及其随pH的变化图:对于碱金属离子,在低浓度时,体系pH在水锰矿ZPC以上时发生吸附。表明其为离子吸附。而Co、Cu、Ni等在体系pH在ZPC处或小于时都能进行吸附,这表明不带电荷或带正电均能吸附过渡金属。吸附理论――有效层流脱理论吸附方向和推动力吸附等温线和等温式等温吸附经验式――弗罗因德利希式Freundlich型等温式为:G=kC1/n两边取对数:logG=logk+1/nlogC单分子层吸附理论――兰格缪尔吸附等温式单分子层吸附吸附剂表面是均匀被吸附的分子与其它同气体分子无作用力吸附是一个动态平衡Langmuir型吸附等温线:G=G0C/(A+C)1/G=1/G0+(A/G0)(1/C)G0------单位表面上达到饱和时间的最大吸附量;A-------常数(3)Henry型吸附等温线为直线,等温式为:G=kCk------分配系数影响吸附作用的因素:(a)pH值的影响:一般情况下,吸附量随pH升高而增大。当溶液pH超过某元素的临界pH时,则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。(b)颗粒物的粒度和浓度的影响吸附量随粒度增大而减少,吸附量随颗粒物浓度增大而减少。(2)氧化物表面吸附的配合模式:由于表面离子配位不饱和,金属氧化物与水配位,水发生离解吸附而生成羟基化表面。≡MeOH2+≡MeOH+H+Ksa1={≡MeOH}[H+]/{≡MeOH2+}≡MeOH≡MeO-+H+Ksa2={≡MeO-}[H+]/{≡MeOH}表面的≡MeOH基团在溶液中可以与金属离子和阴离子生成表面配位配合物,表现出***表面特性,相应的表面配合反应为:≡MeOH+MZ+≡MeOM(Z-1)++H+*K1s2≡MeOH+MZ+(≡MeO)2M(Z-2)++2H+*β2s≡MeOH+AZ-≡MeA(Z-1)-+OH-K1s2≡MeOH+AZ-(≡Me)2A(Z-2)-+2OH-β2s图3-4氧化物表面配合模式氧化物表面配合模式已成为广泛的吸附模式。表面配合模式的实质内容:就是把具体表面看作一种聚合酸,其大量羟基可以发生表面配合反应,但在配合平衡过程中需将邻近基团的电荷影响考虑在内,由此区别于溶液中的配合反应。表面配合常数与溶液中配合常数的相关性:≡MeOH+MZ+≡MeOM(Z-1)++H+*K1sH2O+MZ+MeOH(Z-1)++H+*K1≡MeOH+H2A≡MeHA+H2O*K1sMeOH2++H2A≡MeHA2++H2O*K14、沉积物中重金属的释放(1)盐浓度的升高(2)氧化还原条件的变化(3)pH降低(4)水中配合剂量的增多二、水中颗粒物的聚集聚集分散凝聚——利用电解质促成。絮凝——利用聚合物(桥联作用)1、胶体颗粒凝聚的基本原理和方式:溶胶的经典稳定理论——DLVO理论(理想化简单体系)以斥力势能ER,吸力势能EA和总势能E(=ER+EA)对粒子间距离x作图,得到如图所示的势能曲线。图3-8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、电位高低不等之类的分散体系。主要论点:(1)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。(2)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取决于荷电较弱而电位较低的一方。所以,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,而不论另一种胶体的电位高低如何。天然水环境和水处理过程中颗粒聚集方式:(1)压缩双电层凝聚(2)专属吸附凝聚(3)胶体相互凝聚(4)“边对面”絮凝