水体中重金属的迁移转化途径及影响因素
环境中重金属污染物的迁移与转化研究
环境中重金属污染物的迁移与转化研究重金属污染是当前环境问题中的一大难题，对人类健康和生态环境造成了严重威胁。
为了探索和理解重金属污染物在环境中的迁移与转化规律，科学家们进行了大量的研究。
本文将针对重金属污染物的迁移途径、影响因素以及转化过程展开探讨。
1. 迁移途径重金属污染物在环境中的迁移主要通过以下几种途径：1.1 土壤迁移：重金属通过地下水和土壤孔隙水的流动迁移到地下水中，进而进入河流、湖泊等水体，形成水环境的污染。
1.2 大气迁移：重金属通过颗粒物悬浮在空气中，通过降雨沉降到地表，导致土壤和水体的污染。
1.3 水体迁移：重金属可以直接溶解在水中，通过水流迁移到其他地方，并对水生生物造成直接毒害。
1.4 生物迁移：重金属通过生物体的吸收、积累和迁移，从而进入食物链，对生物体造成间接毒害。
2. 影响因素重金属污染物的迁移与转化受到多种因素的影响，包括但不限于以下几个方面：2.1 pH值：土壤和水体的酸碱度对重金属的迁移和转化有重要影响。
低pH值条件下，重金属更容易释放并迁移至地下水中。
2.2 有机质含量：有机质对重金属的吸附、解吸和转化起着重要作用。
有机质含量高的土壤和水体能够有效地限制重金属的迁移和转化。
2.3 土壤类型：不同类型的土壤具有不同的吸附和保持能力，影响重金属在土壤中的迁移和转化速率。
2.4 温度和湿度：温度和湿度的变化可导致土壤和水体中重金属的溶解度和迁移速率发生变化。
2.5 微生物活动：微生物在环境中的活动可以促进重金属的转化和迁移，包括还原、氧化和沉积等过程。
3. 转化过程重金属污染物在环境中经历多个转化过程，包括溶解、沉降、吸附、解吸、络合等。
这些转化过程对重金属的迁移和生物有效性起着重要作用。
3.1 溶解：重金属在水中可以以溶解态存在，溶解度与温度、酸碱度、络合等因素有关。
溶解态的重金属可以直接对生物体造成毒害。
3.2 沉降：重金属通过颗粒物和悬浮物的沉降进入土壤和水体中，从而影响环境的质量。
重金属在水环境中的迁移转化
利用萃取剂将重金属离子从水中萃取出来，再通过分离、回收等方法 处理。
化学法治理
氧化还原法
通过向水中添加氧化剂或还原剂，将重金属离子转化为更易去除的 形态。
沉淀法
通过向水中添加化学物质，使重金属离子转化为不溶性沉淀物，再 通过过滤、沉降等方法去除。
酸碱调节法
通过调节水体的酸碱度，使重金属离子形成溶解度较小的沉淀物。
火山活动和地震
这些自然现象可以释放土壤和岩石中的重金属，使其 进入水体。
人为来源
01
采矿和冶炼
采矿和冶炼过程中会产生大量含有重金属的废水和废渣，这些废水和废
渣如果未经处理直接排放，会导致重金属进入水体。
02 03
工业生产
许多工业生产过程中会使用重金属，如电镀、电池制造、油漆制造等， 这些工业生产过程中会产生含有重金属的废水，如果未经处理直接排放 ，会导致重金属进入水体。
02
重金属在水环境中的迁移
物理迁移
悬浮态迁移
01
重金属以悬浮颗粒的形式在水体中迁移，受水流、风力等因素
影响。
沉积-再悬浮迁移
02
重金属在沉积物中沉积，当水动力条件改变时，沉积物重新悬
浮，携带重金属重新进入水体。
吸附-解吸迁移
03
重金属在底泥、悬浮颗粒等表面吸附、解吸，影响其在水体中
的分布。
化学迁移
重金属在水环境中的迁移转化
• 重金属的来源 • 重金属在水环境中的迁移 • 重金属在水环境中的转化 • 重金属对水生生物的影响 • 重金属对人类健康的影响 • 重金属污染的治理与控制
01
重金属的来源
自然来源
土壤侵蚀
土壤中的重金属元素在侵蚀过程中随雨水冲刷进入水 体。
第二节 水中无机污染物的迁移转化
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。
一、颗粒物与水之间的迁移1、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。
2、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，<0.1mg/L。
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：Si n O2n-m(OH)2m3、腐殖质是一种代负电的高分子弱电解质。
4、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。
二、水环境中颗粒物的吸附作用1、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。
2、离子吸附：由于胶体表面的电荷引力。
3、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。
4、吸附理论――有效层流脱理论5、吸附方向和推动力6、吸附等温线和等温式（1） 等温吸附经验式――弗罗因德利希式Freundlich 型等温式为： G =kC 1/n两边取对数： log G =log k +1/nlog C,nkP P k n Γ=Γ--吸附量－吸附压力常数（2） 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φ被吸附质分子覆盖的吸附表面积覆盖率（）＝吸附剂的总表面积 Langmuir 型吸附等温线：G =G 0C /(A +C ) 1/G =1/G 0+(A /G 0)(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。
水体中重金属的迁移转化过程
水体中重金属的迁移转化过程水体中重金属的迁移转化过程是一个复杂而重要的环境问题。
重金属是一类具有高密度和毒性的金属元素，包括铅、铬、汞、镉等。
它们广泛存在于自然界中，但由于人类活动的不当处理和排放，导致了重金属在水体中的积累与污染。
重金属在水体中的迁移转化过程主要取决于以下几个因素：水体的物理化学性质、重金属的溶解度、环境条件、微生物影响等。
首先，重金属通过人类活动进入水体后，会发生溶解、沉积和交换等过程。
溶解是指重金属以离子形式存在于水中，其中溶解度是决定其迁移能力的重要因素。
溶解的重金属可以通过水流的推动和扩散作用，迁移到较远的地方。
此外，沉积是指重金属与水体中的沉积物结合，从而沉积到水中的底部或沉积层中。
这可以降低水中重金属的浓度，但也会导致重金属在底部沉积物中的积累。
其次，环境条件对重金属迁移转化也起着重要作用。
水体的pH值、溶解氧、温度等因素都可以影响重金属的溶解度和反应速率。
酸性环境通常会增加重金属的溶解度，使其更容易被水体吸收和迁移。
而高温环境可能促进重金属的挥发和氧化反应，加快其迁移转化的速度。
此外，微生物在重金属迁移转化中扮演着重要角色。
部分微生物可以利用重金属作为能源和营养来源，通过生物吸附、解毒、还原等作用影响重金属的迁移。
一些微生物还能够合成特定物质，与重金属形成复合物，从而减少其毒性和迁移能力。
综上所述，了解水体中重金属的迁移转化过程对于环境保护和水体污染防治具有重要意义。
在实际工作中，应采取措施减少重金属的排放和输入，通过有效的处理和监测手段降低水体中重金属的浓度，尽量避免对自然生态系统和人类健康带来的风险。
同时，可以利用微生物等生物技术探索水体重金属的净化方法，促进生态环境的持续改善。
通过对水体中重金属的迁移转化过程的研究，可以为水质管理和环境保护提供科学依据，为减少重金属污染问题做出有针对性的解决方案。
我们每个人都应该关注并参与到重金属污染的治理中，保护和恢复水体健康，构建可持续发展的环境。
水体中重金属迁移转化途径及影响因素护理课件
工业排放
废水处理不彻底
工业废水处理过程中，如果处理 不彻底，会导致重金属残留，进
而排入水体。
工业废弃物
工业废弃物如果处理不当，其中的 重金属会随着雨水冲刷进入水体。
事故排放
工业事故发生时，可能会导致大量 含有重金属的物质泄漏进入水体。
02
重金属在水体中的迁移 转化途径
物理迁移
悬浮态迁移
重金属以悬浮颗粒的形式在水体中迁 移，受到水流、风力等物理因素的影 响。
岩石风化
岩石中的重金属在风化过 程中会释放进入水体。
火山活动
火山喷发时，岩浆中的重 金属会释放进入大气和水 体。
人为来源
采矿
采矿活动会释放大量重金 属进入水体。
工业生产
工业生产过程中使用的重 金属原料和化学物质，如 电镀、冶炼等，会通过废 水排放进入水体。
农业活动
农药和化肥的使用会导致 土壤中重金属的积累，进 而通过雨水冲刷进入水体 。
富集和释放
水生生物可将重金属富集在体内 ，并在死亡后将富集的重金属重
新释放到水体中。
Hale Waihona Puke 转化和代谢水生生物可将重金属转化为毒性 更强的形态，或通过代谢过程将 其转化为更稳定、更难溶的形态
。
03
影响重金属迁移转化的 因素
水体pH值
酸性环境
重金属离子易形成可溶性络合物 ，促进溶解和迁移。
碱性环境
重金属离子易形成沉淀物，降低 溶解度和迁移能力。
沉积迁移
吸附解吸
重金属在水中可吸附到悬浮颗粒物或 水体中的胶体物质上，也可从这些物 质上解吸下来，影响其在水体中的迁 移能力。
重金属在水中经过物理过程沉积到水 底，进而通过沉积物的再悬浮或被底 栖生物摄取而重新释放到水体中。
谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征
谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征（武汉大学）一，前言铅是一种重金属，由铅组成的盐类大部分是不溶于水的，当水体中铅的浓度达到一定范围时就会对人体、渔业、农业灌溉等等都会产生极大的危害，铅在人体内富集可以使铅中毒。
伴随着社会上出现的一系列铅污染问题，例如儿童铅中毒、孕妇铅中毒等，科学家对铅的了解和研究进一步的加深。
水圈与大气圈和岩石圈共同组成了生物圈，可见水环境的重要，铅在水体中的迁移与转化也必然随之成为社会的焦点问题。
二，铅在水体中的存在形态关于铅元素在水体中的存在形态，一般按其总量分为“可溶态”和“颗粒态”，一些+2价铅和+4价铅离子都是可溶态的，可溶态的铅毒性较大，可以为人、生物直接吸收，储积性强。
悬浮物和沉积物中的铅是颗粒态的。
三，铅在水体中迁移转化的类型和规律和其他重金属一样，铅在水体中不能为生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化、分散和富集，这就是铅的迁移与转化，按照其运动的形式可以分为机械迁移转化、物理化学迁移转化、生物迁移转化。
⑴对于铅的机械迁移转化，主要是铅在水体中被包含于矿物质或是有机胶体中，或是被吸附在悬浮物上，以溶解态或是颗粒态的形态随水流迁移转化。
⑵铅在水体中的物理化学迁移转化主要分为沉淀作用、吸附作用和氧化还原作用。
在此笔者详细的讨论一下其转化过程。
从高中的知识我们知道铅盐的溶解度都非常小，在偏酸性的水体中Pb 的浓度被PbSO 和PbS等限制着，水体中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，Pb +SO ─PbSO (沉淀)，Pb +S ─PbS(沉淀)，生成的PbSO ,PbS不溶于酸；在偏碱性的水体中铅的浓度受Pb(OH) 的限制，Pb(OH)─Pb + 2OH ，此反应是可逆的，水中OH 较多，使得平衡向逆向移动，又水解反应Pb +2H O─Pb(OH)+H ，OH 中和H 使得平衡向正向移动。
另外铅离子在水体中会发生络合反应生成一些络合物，所以铅通过沉淀作用可以使铅在水体中的扩散速度和范围得到限制。
水体中重金属的迁移转化过程
水体中重金属的迁移转化过程1.迁移途径：重金属在水体中的迁移主要通过水动力作用、沉积物的扩散、悬浮物的迁移和生物活动等途径。
其中，水动力作用是最主要的迁移途径，包括水流的输运、河流的冲刷和泥沙的搬运等。
2.形态转化：水体中的重金属可以以多种形态存在，包括溶解态、胶结态和颗粒态等。
这些形态的转化能够影响重金属的迁移与生物有效性。
a)水溶态：重金属以溶解态存在时，其浓度较高，易被生物吸收和富集。
溶解态的土壤和岩石中的重金属可以通过风化和酸碱作用释放到水体中。
b)胶结态：重金属可以与溶液中的胶体、有机物或无机化合物形成胶结态。
这种形态的重金属迁移较慢，但在一定条件下可能会释放出溶解态。
c)颗粒态：重金属也可以以颗粒状存在于水体中的沉积物或悬浮物中。
这些颗粒可以通过沉降、沉积和再悬浮等过程进行迁移，对水体环境造成污染的风险。
3.转化过程：a)溶解解离：一些重金属能够以溶解态存在于水体中，其离子化程度受pH值和溶液中的其他离子浓度等因素的影响。
更高的pH值和高浓度的某些离子（如铁离子）有助于重金属的解离。
b)配位反应：重金属离子可以与水分子和其他配体形成络合物。
这些络合物的稳定性常常与溶液的pH值和配体浓度等因素有关。
c)沉积物吸附：重金属离子可以通过电吸引力、螯合作用或颗粒表面化学反应与沉积物颗粒结合。
这种吸附过程通常受沉积物的特性、颗粒大小和水体中的离子浓度等因素的影响。
d)还原-氧化反应：在水体中，还原条件下，一些重金属（如铁、锰）可以以较低的价态存在，而在氧化条件下，会转化为高价态。
e)螯合：重金属离子与有机物或无机化合物形成螯合物，这些螯合物可以影响重金属的生物可利用性和迁移性。
总之，水体中重金属的迁移与转化过程受多个因素的影响，包括水动力作用、溶解度、pH值、配体浓度和沉积物性质等。
了解和控制这些过程对于水体重金属污染的治理和保护环境具有重要意义。
重金属在水体中的迁移转化
更严重的受害者：交警、司机、儿童。2008年，深圳交警的体检结果 显示，他们体内的铅含量高出常人100多倍。儿童排铅能力差，汽车尾 气是最主要的毒源。
人为来源：
工业生产、汽车 尾气排放及汽车 轮胎磨损产生的 大量含重金属的 有害气体和粉尘 等。
水体中的重金属来源
1
自然因素：
在没有人为污染的 情况下，水体中的重金属 的含量取决于水与土壤、 岩石的相互作用，其值一 般很低，不会对人体健康 造成危害。但，导致水体 受到重金属污染。
2
人为因素：
工矿业废水、生 活污水等未经适当处理 即向外排放，污染了土 壤，废弃物堆放场受流 水作用以及富含重金属 的大气沉降物输入，都 使水体重金属含量急剧 升高。
主要危害：铅在废气中呈微粒状态，随风扩散，可随呼吸进入血液，并 迅速地蓄积到人体的骨骼和牙齿中，它们干扰血红素的合成、侵袭红细 胞，引起贫血；损害神经系统，严重时损害脑细胞，引起脑损伤。当儿 童血中铅浓度达0.6～0.8ppm时，会影响儿童的生长和智力发育，甚至 出现痴呆症状。铅还能透过母体进入胎盘，危及胎儿。
办公室
主要重金属：铬、铅、镉、汞，来自油墨、液晶显示器等 “服毒”过程：打印、复印、整理文件资料，接收和分发报
纸、杂志等印刷品。这些纸张的油墨中，含有铅、铬、镉、 汞等重金属，如果不注意卫生，很容易进入人体。
主要危害：铬对皮肤有刺激和致敏作用，皮肤会出现红斑、 水肿、溃疡；它的烟雾和粉尘对呼吸道有明显损害，可引起 鼻黏膜溃疡、咽炎、肺炎胃肠道溃疡等。
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H2S === H+ + HS-
K1 = [H+][HS-]/[H2S]
HS- === H+ + S2-
K2 = [H+][S2-]/[HS-]
Me2+ + S2-=== MeS(s) Ksp =[Me2+][S2-]
HCO3-是天然水体中主要阴离子之一，它能与金属离 子形成碳酸盐沉淀，从而影响水中重金属离子的迁移。水 中碳酸盐的溶解度，在很大程度上取决于其中二氧化碳的 含量和水体pH。水体中二氧化碳能促使碳酸盐的溶解：
Me2+ + n H2O == Me(OH)n(2-n)+ + n H+ ≡ AOH + Me(OH)n(2-n)+== ≡AMe(OH)n+1(1-n)+
水合金属氧化物对重金属离子的吸附
一般认为，水合金属氧化物对重金过程，可用下式表示：
n≡AOH + Men+== (≡AO)n → Me + n H+ 式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的铁、铝、
土壤中的重金属来源
施用化肥 农药
污水灌溉 矿床开发
城市化
固体废弃 物堆积
水环境中反应类型
吸附解吸 絮凝聚沉 沉淀溶解 配合作用 氧化还原
吸附解吸作用
天然水体中存在着大量黏土矿物、水合氧化物等无机高 分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是天然水 体中存在的主要胶体物质。
由于胶体具有巨大的比表面、表面能和带电荷，能够强 烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移 有重大影响。
一般说来，如果水体中没有其他配位体，大 部分金属离子氢氧化物在pH较高时，其溶解度 较小，迁移能力较弱；若水体pH较小，金属氢 氧化物的溶解度升高，金属离子的迁移能力也 就增大
硫化物
在中性条件下大多数重金属硫化物不溶于水。当天然水体中存在
硫化氢时，重金属离子等就可能形成金属硫化物。在硫化氢和金属硫 化物均达到饱和的水中，同时存在着两种平衡：
MeCO3(s) + Co2+ H2O === Me2+ +2HCO3-
可见，水体pH升高，碳酸盐溶解度下降，金属离子的 迁移能力也就减小。
沉淀溶解的作用
沉淀溶解作用能使水体中重金属离子与相应 的阴离子生成硫化物、碳酸盐等难溶化合物，大 大限制了重金属污染物在水体中的扩散范围，使 重金属主要富集于排污口附近的底泥中，降低了 重金属离子在水中的迁移能力，在某种程度上可 以对水质起净化作用。
胶体的吸附作用是使重金属从水中转入固相的主要途径。
黏土矿物对重金属的吸附
❖ 离子交换吸附机制 ❖ 水解吸附机制
离子交换吸附机制
黏土矿物的微粒通过层状结构边缘的羟基氢和-OM基中 M+离子以及层状结构之间的M+离子，与水中的重金属离子 交换而将其吸附。
水解吸附机制
重金属离子先水解，然后夺取黏土矿物微粒 表面的羟基，形成羟基配合物而被吸附：
LOGO
水体中重金属的迁移转化途 径及影响因素
重金属的定义
汞、镉、铅、铬以 及类金属砷等生物 毒性显著的重金属
环境污染 方面
化学上
重金属
密度大于4.5g/cm3 的金属称为重金属
人体毒害最大的有5 种：铅、汞、铬、
砷、镉
毒理学
污染特点
1
2
3
4
来源广、 残留时间 长、能沿 着食物链 转移富集， 有放大作 用。
离子交换机理 ： 螯合作用：
胶体微粒的吸附对金属离子的影响
❖ 吸附作用可控制水体中金属离子的浓度。
❖ 胶体的吸附作用是使许多微量金属从饱和的天然水中 转入固相的最重要的途径。
❖ 胶体的吸附作用在很大程度上控制着微量金属在水环 境中的分布和富集状况。
大量资料表明，在水环境中所有富含胶体的沉积物由 于吸附作用几乎都富集有Cu2+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、 Pb2+、Tl、U等金属。
溶解度大者迁移能力大，溶解度小者迁移能力小。
重金属的氯化物和硫酸盐(AgCl、Hg2Cl2、PbSO4等除外) 基本上是可溶的，重金属的碳酸盐、硫化物、氢氧化物却是 难溶的。
沉淀溶解反应
主要包括以下几种化合物的沉淀溶解平衡反应
1. 氢氧化物 2. 硫化物 3. 碳酸盐
氢氧化物
Me(OH)n=== Men+ + nOH溶度积为： Ksp=[Men+][OH-]n
絮凝聚沉
胶体微粒的聚沉是指胶体颗粒通过碰撞结合成 聚集体而发生沉淀现象，这现象也称凝聚。
影响胶体聚沉的两个主要因素：
微粒电荷：大量阳离子的存在，可促进胶体凝 聚。
水化膜：水化膜使有机胶体微粒距离增大，分 子间作用力变弱，难以聚沉。
沉淀溶解反应
重金属化合物在水中的溶解度可直观地体现它在水环境 中的迁移能力。
硅或锰，Men+为重金属离子，箭头代表配位键。
腐殖质对重金属离子的吸附
腐殖质(Hum)微粒对重金属离子的吸附，主要是通过它对金属离子的螯 合作用和离子交换作用来实现。
重金属浓度高时 重金属浓度低时
以离子交换为主 以络合作用为主
例:Mn2+与腐殖质以离子交换吸附为主，腐殖质对Cu2+、Ni2+以螯合作 用为主，与Zn2+或Co2+则可以同时发生离子交换和螯合作用
配合作用
水体中存在着各种各样的无机配位体、有机
配位体，它们能与重金属离子形成各种络合物或 螯合物，对水体中重金属迁移及生物效应有很大 的影响。
配合作用
无机配位体 有机配位体
人为来源：
工业生产、汽车 尾气排放及汽车 轮胎磨损产生的 大量含重金属的 有害气体和粉尘 等。
水体中的重金属来源
1
自然因素：
在没有人为污染的情况 下，水体中的重金属的含 量取决于水与土壤、岩石 的相互作用，其值一般很 低，不会对人体健康造成 危害。但，导致水体受到 重金属污染。
2
人为因素：
工矿业废水、生活污水 等未经适当处理即向外排 放，污染了土壤，废弃物 堆放场受流水作用以及富 含重金属的大气沉降物输 入，都使水体重金属含量 急剧升高。
重金属 离子在 自然环 境中不 能被破 坏。
水体中的 某些重金 属可在微 生物作用 下转化为 毒性更强 的金属化 合物。
只要有 微量重 金属即 可产生 毒性效 应。
重金属的来源
1
大气中的重 金属来源
2
水体中的重 金属来源
3
土壤中的重 金属来源
大气中重金属的来源
自然来源：
由宇宙天体作用及 地球上各种地质作 用而使某些重金属 元素进入大气中