第5章 水环境中的界面过程(分配)
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第5章-水环境中的界面过程(吸附)1
第5章 水环境中旳界面过程 PHASE INTERACTIONS
界面：两不同相之间旳接触面，例：气—液
界面，油—水界面，粘土—水界面
相：指体系中物理性质和化学性质完全相同旳
均匀部分。
主要内容
5.1 天然水体中旳胶体物质 5.2 固液界面旳吸附过程 5.3 水-固体系中旳分配过程 5.4 挥发作用
一般来说，悬浮沉积物是以矿物颗粒，尤 其是粘土矿物为关键骨架，有机物和金属 水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为 各微粒间旳粘附架桥物质，把若干微粒组 合成絮状汇集体
5.2 固液界面旳吸附过程
1.胶体粒子旳性质
胶体有极大旳比表面 胶体旳表面电荷
胶体旳表面电荷
（1）表面电荷可来自表面旳化学反应
胶体粒子旳重力沉降
对于球形颗粒体在静止水体中旳沉降速率 可用斯托克斯定律描述。
4.胶体颗粒凝聚动力学
要实现凝聚，颗粒之间必须发生碰撞，同 步存在动力学和动态学方面旳条件
根据碰撞过程旳不同，有三种情况：
1）异向絮凝：由颗粒物旳热运动即布朗运动引起；
2）同向絮凝：由水流运动过程产生旳速度梯度引 起，在剪切力旳作用下使颗粒物产生不同速度而 发生碰撞；
3）差速沉降絮凝：由重力作用引起，因为颗粒物 旳密度、粒径、形状等不同使颗粒物旳沉降速度 不同而发生碰撞。
稳定；
引入电解质到足够旳浓度， 电势绝对值变化到大约
是0.03V时，胶体微粒就会开始明显汇集，而且电解质 中影响旳离子价数越高，所起旳凝聚作用越强。
3.胶体粒子旳凝聚沉降
从化学热力学角度看，胶体系统是高度分 散旳，因而是一种不稳定体系。
这种体系有降低表面能，趋于稳定旳自发 倾向，而降低表面能可经过胶粒发生凝聚 和吸附这两种基本过程来实现。
界面：两不同相之间旳接触面，例：气—液
界面，油—水界面，粘土—水界面
相：指体系中物理性质和化学性质完全相同旳
均匀部分。
主要内容
5.1 天然水体中旳胶体物质 5.2 固液界面旳吸附过程 5.3 水-固体系中旳分配过程 5.4 挥发作用
一般来说，悬浮沉积物是以矿物颗粒，尤 其是粘土矿物为关键骨架，有机物和金属 水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为 各微粒间旳粘附架桥物质，把若干微粒组 合成絮状汇集体
5.2 固液界面旳吸附过程
1.胶体粒子旳性质
胶体有极大旳比表面 胶体旳表面电荷
胶体旳表面电荷
（1）表面电荷可来自表面旳化学反应
胶体粒子旳重力沉降
对于球形颗粒体在静止水体中旳沉降速率 可用斯托克斯定律描述。
4.胶体颗粒凝聚动力学
要实现凝聚，颗粒之间必须发生碰撞，同 步存在动力学和动态学方面旳条件
根据碰撞过程旳不同，有三种情况：
1）异向絮凝：由颗粒物旳热运动即布朗运动引起；
2）同向絮凝：由水流运动过程产生旳速度梯度引 起，在剪切力旳作用下使颗粒物产生不同速度而 发生碰撞；
3）差速沉降絮凝：由重力作用引起，因为颗粒物 旳密度、粒径、形状等不同使颗粒物旳沉降速度 不同而发生碰撞。
稳定；
引入电解质到足够旳浓度， 电势绝对值变化到大约
是0.03V时，胶体微粒就会开始明显汇集，而且电解质 中影响旳离子价数越高，所起旳凝聚作用越强。
3.胶体粒子旳凝聚沉降
从化学热力学角度看，胶体系统是高度分 散旳，因而是一种不稳定体系。
这种体系有降低表面能，趋于稳定旳自发 倾向，而降低表面能可经过胶粒发生凝聚 和吸附这两种基本过程来实现。
第5章 水环境中的界面过程(分配)
上次课主要内容
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表面 吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型（H型、F型、L型） 3.吸附作用的影响因素（金属离子的形态、 pH值、盐浓度、Eh、配合剂、吸附温度）
5.3 水-固体系中的分配作用
（有机化合物）
I.分配理论
分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
lgBCF=0.542lgKow+0.124
logKow与logBCF的相关性
5种由lgKow估算lgBCF的模型
编号
方程
n n(r2)
1
lgBCF=0.85lgKow-0.70
55 0.95
2
lgBCF=2.74lgKow-0.20(lgKow)2-4.72
43 (0.78)
3
lgBCF=2.059lgKow-0.164(lgKow)2-2.592
K1 通过鳃被动吸收 和释放（可溶态
化合物） K1：净吸收速率
代谢 KM
从胃肠道吸收
食物消化
由于生长 而设想排 泄（kg）
Ke 粪便排泄
生物积累微分速率方程
dci dt
kaicw
( W )c i,i1 i,i1 i,i1 (kei kgi )ci
式中： Cw ——生物生存水中某物质浓度； Ci ——食物链i 级生物中该物质的浓度； Wi,i-1 ——摄食率； αi,i-1 ——同化率； kai ——i 级生物对该物质的吸收速率常数； kei ——i级生物中该物质的消除速率常数； kgi ——i级生物的生长速率常数。
Kow>105-107才易发生
Bird mankind
生物积累bioaccumulation
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表面 吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型（H型、F型、L型） 3.吸附作用的影响因素（金属离子的形态、 pH值、盐浓度、Eh、配合剂、吸附温度）
5.3 水-固体系中的分配作用
（有机化合物）
I.分配理论
分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
lgBCF=0.542lgKow+0.124
logKow与logBCF的相关性
5种由lgKow估算lgBCF的模型
编号
方程
n n(r2)
1
lgBCF=0.85lgKow-0.70
55 0.95
2
lgBCF=2.74lgKow-0.20(lgKow)2-4.72
43 (0.78)
3
lgBCF=2.059lgKow-0.164(lgKow)2-2.592
K1 通过鳃被动吸收 和释放（可溶态
化合物） K1：净吸收速率
代谢 KM
从胃肠道吸收
食物消化
由于生长 而设想排 泄（kg）
Ke 粪便排泄
生物积累微分速率方程
dci dt
kaicw
( W )c i,i1 i,i1 i,i1 (kei kgi )ci
式中： Cw ——生物生存水中某物质浓度； Ci ——食物链i 级生物中该物质的浓度； Wi,i-1 ——摄食率； αi,i-1 ——同化率； kai ——i 级生物对该物质的吸收速率常数； kei ——i级生物中该物质的消除速率常数； kgi ——i级生物的生长速率常数。
Kow>105-107才易发生
Bird mankind
生物积累bioaccumulation
第6章环境中的微界面过程PPT课件
RC NHO 3+ OHK1
RC NO HO 3+-
K2
COOR
NH2
低pH值
中等pH值
高pH值
精选PPT课件
16
6.2 矿物微粒的界面过程
6.2.1 表面配位模型
1、金属氧化物微粒表面的配位作用 1）羟基化表面的物理化学过程 金属氧化物表面都含有≡MeOH基团，这是由于其表面离 子的配位不饱和，在水溶液中与水配位，水发生离解吸附而生 成羟基化表面。具体归纳如图2.1所示。
● 如果在四面体片层发生Si4+被Al3+同晶替代，过剩的负电荷 分布在一个四面体的三个表面氧原子上，这种电子是定域的， 因而使表面空穴具有较强的Lewis碱性，能与阳离子和偶极分子 发生较强的配位作用。K-云母和K-蛭石矿是这一配合作用的例 子。
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26
2、表面配位模型的基本要点
1）矿物微粒表面与溶质反应形成表面配合物，反应的方式类似 于均匀溶液中的配位反应；
有下列平衡：
≡MeOH + MZ+ MeOM(Z-1) + H+
*
K
s 1
2≡MeOH + MZ+ (MeO)2M(Z-2) + 2H+
*βs 2
例如：铁氧化物具有表面羟基，能够与金属离子相互作
用形成表面配位化合物
≡Fe–OH + Me2+ ≡Fe–OMe++ H+
精选PPT课件
22
因此表面配位化合物的表观稳定常数分别为：
享顶角氧原子而形成表面空穴(图1.3)。
图1.3 硅氧四面体片层的表面空穴示意图
3）具有表面羟基
第5章水环境中的界面过程(挥发)
北冰洋中海水表面（010m)浓度/ng· L-1
2.5
9ห้องสมุดไป่ตู้8
air/ seawater KH air/ seawater KH
(MCF)=6.5bar· L· mol-1
(BF)=0.2bar· L· mol-1
（0℃ 时）
问题 利用以上给出的MCF和BF的浓度，试估 算当水温为0℃时，北冰洋海水表面与空气 之间这些化合物是否存在净流量，如果有， 指出流动的方向（即海水 空气或空气 海水）。
在文献报道中，常用的确定亨利常数的方法
（1） K
K
' H
' H
Ca Cw
------亨利定律常数的替换形式（无量纲）
CW ----污染物 在水中平衡浓度, mol·m-3
Ca ----污染物 在空气中的摩尔浓度, mol·m-3
KH KH ' RT
（2） 对于微溶化合物（摩尔分数≦ 0.02） 亨利定律常数也可估算： KH(Pa• m3• mol-1)=
K
' H
Ca Cw
有两种方法可估计Kv
(1) 用典型的Kl和Kg值，仅KH是独立变量，允 许至少有七个数量级的变化；
(2) 分别求出Kl和Kg值
A 根据水的蒸发速率，获取气相迁移速率
K 700 V
' g
K
' g
------水蒸气的气体迁移速率，cm· h-1
V ----- 风速，m· s-1
1 1 RT K K K V l gK H
1 1 1 ' K K K V l HK g
K
K
' H
K
l
当亨利定律常数 > 1.0130×102Pa· m3· mol-1时， 受液膜控制，属易挥发物质
第5章 水环境中的界面过程(分配挥发)PPT课件
确定亨利定律常数方法
（1）
K
' H
Ca Cw
K
' H
------亨利定律常数的替换形式（无量纲）
CW----污染物 在水中平衡浓度, mol·m-3
Ca----污染物 在空气中的摩尔浓度, mol·m-3
KH
'
KH RT
（2） 对于微溶化合物（摩尔分数≦ 0.02） 亨利定律常数也可估算：
KH(Pa• m3• mol-1)=
Kp
Cs Cw
Cs: 有机毒物在沉积物上的平衡浓度;
Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度.
C TCs•[p]Cw
CT： 单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物 质量的总和, µg·L-1； Cs ：有机毒物在颗粒物上的平衡浓度µg·kg-1； p ：单位溶液体积上颗粒物的浓度kg·L-1。 Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度µg·L-1,
生物放大的结果使食物链上高营养及生物机体中这 种物质的浓度显著地超过环境浓度。
2. 生物浓缩系数
生物浓缩因子：有机物在生物体某一器官 内的浓度与水中该有机物浓度之比，用符号 BCF或KB表示。
BCF值的范围从1到1000000以上。
BCF的大小与物质本身的性质以及生物和环境等因 素有关。
同一生物对不同物质的浓缩因子会有很大差别。例 如褐藻对钼的浓缩因子是11，对铅的浓缩因子却高 达70000，相差悬殊。
生物积累：
是指生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞 食等各种过程，从周围环境中蓄积有些元素或难分 解的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增 大的现象，又称生物学积累。
生物放大：是指在生态系统中，由于高营养级生物 以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物 在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大 的现象，又称为生物学放大。
环境科学概论--水体环境 ppt课件
ppt课件 29
2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
河流水体稳定状态，污染源连续 稳定排放的条件下，污染物在某一空 间位置的浓度是不变的。
一维模型：只在河流流动x方向上存
在污染物的浓度梯度，横断面方向上 混合均匀。
ppt课件
30
2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
二维模型：只在河流流动x方向和河
微量 溶解气 元素 体 主 要 微 量 胶体 无机 有机 生物生 成物 悬浮物质
Br, O2, F, CO2 Cl-, SO42- Na+, I,F , K+, e, HCO3 Ca2+ Cu, -, N, , CO32- Mg2+ Co
N2, CH4 , H2S
SiO2. 腐 nH2O, 殖 Fe(OH 质 )3.nH 2O, Al2O3 .nH O ppt 课件 2
ppt课件 10
南水北调工程——中线
从长江中游及其主要支流汉水引水，沿伏牛 山及太行山东侧开渠送水，可向北京及黄淮海平 原大部分地区自流送水。 中线全长 1000多公里，年引水量300亿立方 米。其优点是可自流输水，引水量大，还可利用 落差兴建水力发电站。 问题是丹江口水库的大坝需要加高，并且最 终要与三峡水库联系在一起；另外沿山麓输水， 与山地流入平原的河流交叉，输水渠的大交叉就 有200多处。这些山麓地带又是我国著名的暴雨 地区，处理较为困难。
ppt课件 25
1.4水体污染源和污染物
总有机碳，水体中溶解性和悬浮性有机物含碳
的总量，常以“TOC”表示。 TOC是一个快速检定的综合指标，它以碳的数量表 示水中含有机物的总量。由于它不能反映水中有 机物的种类和组成，因而不能反映总量相同的总 有机碳所造成的不同污染后果。 通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。
2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
河流水体稳定状态，污染源连续 稳定排放的条件下，污染物在某一空 间位置的浓度是不变的。
一维模型：只在河流流动x方向上存
在污染物的浓度梯度，横断面方向上 混合均匀。
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2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
二维模型：只在河流流动x方向和河
微量 溶解气 元素 体 主 要 微 量 胶体 无机 有机 生物生 成物 悬浮物质
Br, O2, F, CO2 Cl-, SO42- Na+, I,F , K+, e, HCO3 Ca2+ Cu, -, N, , CO32- Mg2+ Co
N2, CH4 , H2S
SiO2. 腐 nH2O, 殖 Fe(OH 质 )3.nH 2O, Al2O3 .nH O ppt 课件 2
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南水北调工程——中线
从长江中游及其主要支流汉水引水，沿伏牛 山及太行山东侧开渠送水，可向北京及黄淮海平 原大部分地区自流送水。 中线全长 1000多公里，年引水量300亿立方 米。其优点是可自流输水，引水量大，还可利用 落差兴建水力发电站。 问题是丹江口水库的大坝需要加高，并且最 终要与三峡水库联系在一起；另外沿山麓输水， 与山地流入平原的河流交叉，输水渠的大交叉就 有200多处。这些山麓地带又是我国著名的暴雨 地区，处理较为困难。
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1.4水体污染源和污染物
总有机碳，水体中溶解性和悬浮性有机物含碳
的总量，常以“TOC”表示。 TOC是一个快速检定的综合指标，它以碳的数量表 示水中含有机物的总量。由于它不能反映水中有 机物的种类和组成，因而不能反映总量相同的总 有机碳所造成的不同污染后果。 通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。
水环境化学 第五章 水环境中的界面过程
M
(OH
)n
(S
)
MO(OH
) n1
(S
)
H
M(OH)n-1(H2O)+的数目=MO(OH)n-1-的数目
在该pH值发生的情况称为等电点或零电荷点 （Zero Point of Charge，ZPC)。
pHZPC对于不同金属氧化物有不同数值，而且每种 氧化物均是固定常数。
表5-1 典型矿物的等电点（pHZPC)
大多数情况下，天然水中有机胶体或无机胶体微 粒都带有负电荷。
但一些胶体如水合氧化铁、铝等矿物在水pH值偏 酸下也可以带正电荷。
胶体表面电荷的来源？？？
（1）表面电荷可来自表面的化学反应 （2）离子置换 （3）离子吸附
（1）表面电荷可来自表面的化学反应
• 此类电荷的产生是由于无机胶体表面上的羟基或 有机质胶体的一些基团如-OH,-COOH,-C6H4OH,-NH2 等获得或失去质子所致。
胶体种类 气溶胶 液溶胶 固溶胶
分散剂状态 气体 液体 固体
实例 雾、云、烟、霾 Fe(OH)3胶体、牛奶、豆浆 烟水晶、有色玻璃
天然水体中的胶体一般可分为三大类： （按分散质分类） 无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种
金属水合氧化物； 有机胶体，包括天然的和人工合成的高分
子有机物、蛋白质、腐殖质等； 有机无机胶体复合体。
如气-液、气-固、液-液、液-固和固-固等界面。
5.1 天然水体中的胶体物质 5.2 固液界面的吸附过程 5.3 水-固体系中的分配过程 5.4 挥发作用
5.1 天然水体中的胶体物质
胶体是分散质的大小介于1～100nm之间的分散系。 胶体有丁达尔效应，能发生布朗运动，有电泳和聚
沉现象。
水处理工程=清华大学第五章过滤课件(第一篇)
第五章 57 第五章 58
水头损失和冲洗流速的关系
第3节 滤池的基本构造
4．冲洗水排出与供给 1) 冲洗排水槽与集水槽
第3节 滤池的基本构造
2）冲洗水塔与水泵
槽总面积占滤池面积25%以内
第五章
59
第五章
60
10
第3节 滤池的基本构造 本节思考题
(1) 滤池有哪些基本构成？ (2) 如何选择滤料？滤料的d80, d10和K80的物理意义是 什么？ (3) 配水系统有几种？各自什么特点？如何消除配水 的不均匀性？ (4) 反冲洗强度如何确定？主要受什么因素的影响？
第五章 23
4座滤池进水渠相通，在任 何时间水位基本上相等。
一座滤池冲 洗完毕
减速过滤（一组4座滤池） 一座滤池滤速的变化 如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为 近似连续下降曲线。 每一格滤池在反洗间隔之间，按等速过滤方式，水位 略有升高。 第五章
24
4
第2节 滤池的运行
等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较 好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速 度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而 当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止 悬浮物穿透滤层。
第五章 7 第五章 8
第1节 过滤概述
涉及两个过程：迁移和粘附
范德华引力、 静电力、 特殊化学吸附力 粘附过程与 澄清池泥渣 的类似。
第1节 过滤概述
应用： •给水处理 原水混凝沉淀/澄清过滤 原水微絮凝过滤（微絮凝过滤） 直接 原水加药过滤（接触过滤） •废水处理 原水生物处理过滤 原水生物处理混凝沉淀过滤
第五章 44
水头损失和冲洗流速的关系
第3节 滤池的基本构造
4．冲洗水排出与供给 1) 冲洗排水槽与集水槽
第3节 滤池的基本构造
2）冲洗水塔与水泵
槽总面积占滤池面积25%以内
第五章
59
第五章
60
10
第3节 滤池的基本构造 本节思考题
(1) 滤池有哪些基本构成？ (2) 如何选择滤料？滤料的d80, d10和K80的物理意义是 什么？ (3) 配水系统有几种？各自什么特点？如何消除配水 的不均匀性？ (4) 反冲洗强度如何确定？主要受什么因素的影响？
第五章 23
4座滤池进水渠相通，在任 何时间水位基本上相等。
一座滤池冲 洗完毕
减速过滤（一组4座滤池） 一座滤池滤速的变化 如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为 近似连续下降曲线。 每一格滤池在反洗间隔之间，按等速过滤方式，水位 略有升高。 第五章
24
4
第2节 滤池的运行
等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较 好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速 度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而 当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止 悬浮物穿透滤层。
第五章 7 第五章 8
第1节 过滤概述
涉及两个过程：迁移和粘附
范德华引力、 静电力、 特殊化学吸附力 粘附过程与 澄清池泥渣 的类似。
第1节 过滤概述
应用： •给水处理 原水混凝沉淀/澄清过滤 原水微絮凝过滤（微絮凝过滤） 直接 原水加药过滤（接触过滤） •废水处理 原水生物处理过滤 原水生物处理混凝沉淀过滤
第五章 44
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lg Kow 5.00 0.67 lg(Sw 10 3 / M )
式中： Sw为有机物在水中的溶解度，mg/L; M为有机物的分子量
Ranges in octanol-water partition constants(Kow) for some important classes of organic compounds
II. 分配系数
分配系数
在分配达到平衡的条件下，有机化合物在沉积 物（土壤）/水中的浓度比值称为分配系数
Kp
Cs Cw
Cs: 有机毒物在沉积物上的平衡浓度;
Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度.
标化分配系数
用沉积物有机质含量对分配系数Kp进行归一化处 理得到Koc
Koc = Kp / Xoc
Koc： 标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； Xoc：沉积物中有机碳的质量分数。
II.分配系数
沉积物（土壤）/水分配系数Kp 沉积物（土壤）/水标化分配系数Koc 生物浓缩系数（因子）BCF或KB
I.分配理论
① 分配理论的提出 实验现象一、二
几种疏水性有机化合物在土壤-水体系中的吸 附——线性等温线
几种疏水有机物在活性炭-水体系中 的吸 附——非线性等温线
理论提出
有机化合物在土壤中的吸着作用（sorption）主要 是两种机制：
可从以下过程求得某一种有机污染物的分配系数：
Sw
Kow
Koc
Kp
例：
某有机物的分子量为192，溶解在含有悬浮物的水体 中，若悬浮物中85%为细颗粒，有机碳含量为5%， 其余粗颗粒物有机碳含量为1%，已知该有机物在水 中溶解度为0.05mg/L。
上次课主要内容
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表面 吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型（H型、F型、L型） 3.吸附作用的影响因素（金属离子的形态、 pH值、盐浓度、Eh、配合剂、吸附温度）
5.3 水-固体系中的分配作用
（有机化合物）
I.分配理论
分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
颗粒（沉积物、土壤）有机质对吸附的影响
根据分配理论，在沉积物（土壤）-水体系中，吸附疏 水性有机化合物的主要是沉积物（土壤）有机质，即 这种过程主要与其中有机质含量有关，而与其中的矿 物质多少无关。
解释：
极性水分子占据了表面大量的吸附位，使得疏水性有机化 合物分子很难再吸附在矿物表面 疏水性有机化合物在水中的溶解度一般较小，却很容易溶 解（或称分配）到有机质中 沉积物（土壤）-水体系中，这种吸着作用的特征是高分配 （有机质），弱吸附（矿物表面）
颗粒物大小对分配系数的影响
考虑颗粒物大小对分配系数Kp影响：
K
p
Koc [ 0.2(1
f
)
X
s oc
fX
f oc
]
f： 细颗粒的质量分数（d＜ 50μm)；
X
s oc
：粗沉积物组分的有机碳含量；
X
f oc
ห้องสมุดไป่ตู้
：细沉积物组分的有机碳含量。
粗颗粒对有机污染物的分配能力只有细颗粒的20%。
Karichoff等（1979）描述了Koc与有机物的
分配作用是有机物通过分子间作用力将溶 质分配到沉积物（土壤）的有机质中。这 种作用主要靠范德华力。
吸附作用包括通常物理吸附和化学吸附， 作用力有氢键、分子间力、配位键等
② “分配作用”与“吸附作用”的比较
吸附热 吸附等温线
竞争吸附
分配作用 反应热小 线性等温线 无竞争吸附
吸附作用 反应热大 非线性等温线 存在竞争吸附
一是分配作用（paritition），即在水溶液中，沉积物 （土壤）有机质对有机化合物的溶解作用。
二是吸附作用（adsoption），即在疏水性有机溶剂中， 土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。
疏水性有机化合物从水到土壤的吸着作用主要是溶 质的分配（溶解）过程，即溶解到土壤有机质中。
② “分配作用”与“吸附作用”的比较
Kow
-
醇一
水 分 配 系 数
些 重 要 有 机 物
的
范正
围辛
Kow： 辛醇-水分配系数
定义：平衡状态下化合物在正辛醇和水相 中浓度的比值
注意：Kow值不同于某化合物在正辛醇中的溶解度 与其在水中的溶解度之比。 因为在平衡条件下，正辛醇相含有2.3mol/L的水， 而水相则含有4.5×10-3mol/L的正辛醇
LD50毒性
Sw水中溶解度
Kow正辛醇-水分配系数
BCF生物富集因子
Koc土壤、沉积物吸附系数
图1 分配系数与有机污染物在环境中行为的相关性
Kow值表示了化合物分配在有机相（如鱼类、土壤）和水相之 间的倾向。
具有较低Kow值的化合物(如小于10)，可认为是比较亲水的， 因此它们具有较高的水溶性，因而在土壤或沉积物中的吸附 系数Koc值以及在水生生物中的富集因子BCF相应就小。
正辛醇-水分配系数Kow的关系
Koc = 0.63Kow
Kow：表示有机物的正辛醇-水分配系数，
即分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中 浓度的比例
脂肪烃、芳烃、芳香酸、有机氯和有机林农药、多 氯联苯等辛醇-水分配系数和水中溶解度之间的关系
Chiou等（1977）曾广泛研究了有机化合物 的Kow值和水溶解度Sw的关系，发现二者之 间存在着很好的相关性，结果可表示为：
Kow参数始于对化合物定量结构—活性相关关系（QSAR， P245）的研究，最初是药物学的研究。许多研究表明，Kow 与药物分子结构的变化以及观察到的某些生物学、生物化学 或毒性效果的变化有关。
有机污染物在环境中的行为，诸如水溶性、毒性、土壤沉积 物吸附系数和生物富集因子均与Kow有相关性，这可用图1表 示。
如果化合物具有较大的Kow值(如大于104)，那么，它就是 非常憎水或疏水的，它在土壤或沉积物中的吸附系数以及在 水生生物中的富集因子相应就大。
最利于植物根部吸收的污染物的logKow在0.5-3之间
Kp
Cs Cw
CT Cs [ p] Cw
CT k pCw [ p] Cw
CT： 单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总 和, µg·L-1； Cs ：有机毒物在颗粒物上的平衡浓度µg·kg-1； p ：单位溶液体积上颗粒物的浓度kg·L-1。 Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度µg·L-1
式中： Sw为有机物在水中的溶解度，mg/L; M为有机物的分子量
Ranges in octanol-water partition constants(Kow) for some important classes of organic compounds
II. 分配系数
分配系数
在分配达到平衡的条件下，有机化合物在沉积 物（土壤）/水中的浓度比值称为分配系数
Kp
Cs Cw
Cs: 有机毒物在沉积物上的平衡浓度;
Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度.
标化分配系数
用沉积物有机质含量对分配系数Kp进行归一化处 理得到Koc
Koc = Kp / Xoc
Koc： 标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； Xoc：沉积物中有机碳的质量分数。
II.分配系数
沉积物（土壤）/水分配系数Kp 沉积物（土壤）/水标化分配系数Koc 生物浓缩系数（因子）BCF或KB
I.分配理论
① 分配理论的提出 实验现象一、二
几种疏水性有机化合物在土壤-水体系中的吸 附——线性等温线
几种疏水有机物在活性炭-水体系中 的吸 附——非线性等温线
理论提出
有机化合物在土壤中的吸着作用（sorption）主要 是两种机制：
可从以下过程求得某一种有机污染物的分配系数：
Sw
Kow
Koc
Kp
例：
某有机物的分子量为192，溶解在含有悬浮物的水体 中，若悬浮物中85%为细颗粒，有机碳含量为5%， 其余粗颗粒物有机碳含量为1%，已知该有机物在水 中溶解度为0.05mg/L。
上次课主要内容
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表面 吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型（H型、F型、L型） 3.吸附作用的影响因素（金属离子的形态、 pH值、盐浓度、Eh、配合剂、吸附温度）
5.3 水-固体系中的分配作用
（有机化合物）
I.分配理论
分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
颗粒（沉积物、土壤）有机质对吸附的影响
根据分配理论，在沉积物（土壤）-水体系中，吸附疏 水性有机化合物的主要是沉积物（土壤）有机质，即 这种过程主要与其中有机质含量有关，而与其中的矿 物质多少无关。
解释：
极性水分子占据了表面大量的吸附位，使得疏水性有机化 合物分子很难再吸附在矿物表面 疏水性有机化合物在水中的溶解度一般较小，却很容易溶 解（或称分配）到有机质中 沉积物（土壤）-水体系中，这种吸着作用的特征是高分配 （有机质），弱吸附（矿物表面）
颗粒物大小对分配系数的影响
考虑颗粒物大小对分配系数Kp影响：
K
p
Koc [ 0.2(1
f
)
X
s oc
fX
f oc
]
f： 细颗粒的质量分数（d＜ 50μm)；
X
s oc
：粗沉积物组分的有机碳含量；
X
f oc
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：细沉积物组分的有机碳含量。
粗颗粒对有机污染物的分配能力只有细颗粒的20%。
Karichoff等（1979）描述了Koc与有机物的
分配作用是有机物通过分子间作用力将溶 质分配到沉积物（土壤）的有机质中。这 种作用主要靠范德华力。
吸附作用包括通常物理吸附和化学吸附， 作用力有氢键、分子间力、配位键等
② “分配作用”与“吸附作用”的比较
吸附热 吸附等温线
竞争吸附
分配作用 反应热小 线性等温线 无竞争吸附
吸附作用 反应热大 非线性等温线 存在竞争吸附
一是分配作用（paritition），即在水溶液中，沉积物 （土壤）有机质对有机化合物的溶解作用。
二是吸附作用（adsoption），即在疏水性有机溶剂中， 土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。
疏水性有机化合物从水到土壤的吸着作用主要是溶 质的分配（溶解）过程，即溶解到土壤有机质中。
② “分配作用”与“吸附作用”的比较
Kow
-
醇一
水 分 配 系 数
些 重 要 有 机 物
的
范正
围辛
Kow： 辛醇-水分配系数
定义：平衡状态下化合物在正辛醇和水相 中浓度的比值
注意：Kow值不同于某化合物在正辛醇中的溶解度 与其在水中的溶解度之比。 因为在平衡条件下，正辛醇相含有2.3mol/L的水， 而水相则含有4.5×10-3mol/L的正辛醇
LD50毒性
Sw水中溶解度
Kow正辛醇-水分配系数
BCF生物富集因子
Koc土壤、沉积物吸附系数
图1 分配系数与有机污染物在环境中行为的相关性
Kow值表示了化合物分配在有机相（如鱼类、土壤）和水相之 间的倾向。
具有较低Kow值的化合物(如小于10)，可认为是比较亲水的， 因此它们具有较高的水溶性，因而在土壤或沉积物中的吸附 系数Koc值以及在水生生物中的富集因子BCF相应就小。
正辛醇-水分配系数Kow的关系
Koc = 0.63Kow
Kow：表示有机物的正辛醇-水分配系数，
即分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中 浓度的比例
脂肪烃、芳烃、芳香酸、有机氯和有机林农药、多 氯联苯等辛醇-水分配系数和水中溶解度之间的关系
Chiou等（1977）曾广泛研究了有机化合物 的Kow值和水溶解度Sw的关系，发现二者之 间存在着很好的相关性，结果可表示为：
Kow参数始于对化合物定量结构—活性相关关系（QSAR， P245）的研究，最初是药物学的研究。许多研究表明，Kow 与药物分子结构的变化以及观察到的某些生物学、生物化学 或毒性效果的变化有关。
有机污染物在环境中的行为，诸如水溶性、毒性、土壤沉积 物吸附系数和生物富集因子均与Kow有相关性，这可用图1表 示。
如果化合物具有较大的Kow值(如大于104)，那么，它就是 非常憎水或疏水的，它在土壤或沉积物中的吸附系数以及在 水生生物中的富集因子相应就大。
最利于植物根部吸收的污染物的logKow在0.5-3之间
Kp
Cs Cw
CT Cs [ p] Cw
CT k pCw [ p] Cw
CT： 单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总 和, µg·L-1； Cs ：有机毒物在颗粒物上的平衡浓度µg·kg-1； p ：单位溶液体积上颗粒物的浓度kg·L-1。 Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度µg·L-1