水环境化学4--水环境中配合作用及吸附作用(11.20)
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水环境化学4--水环境中配合作用及吸附作用(11.20)
进入水中。
一般悬浮沉积物以矿物微粒， 一般悬浮沉积物以矿物微粒 ， 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 核心骨架，
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。
水体悬浮沉积物
水环境中硅、铝、铁的氧化物和氢氧化物是悬浮 沉积物的主要成分。 湖泊中藻类，污水中的细菌、病毒及废水中排出 的表面活性剂、油滴等也有胶体化学表现，起类 似的作用。
（二）腐殖质与重金属的配合作用
(a)一般来说，重金属与腐殖质配合作用 一般来说， 一般来说
Hg2+ Cu2+ 最强 Zn2+ Cd2+ 其次 Ca2+ Mg2+ 最差
以上这一效应在许多天然条件下都有表现。 eg:沼泽地土壤严重缺乏有效铜，原因是该土壤有 机质含量很高，绝大多数的Cu2+ 与腐殖酸形成稳 定的螯合物。
响。
Ex2: 重金属从沉积物中释放出来的四个主要过程
是________、 ________、 ________、 ________。 、 、 、 。
Ex3 ：
上海吴泾某化工厂的含汞废水经化学 处理后排入黄浦江中， 处理后排入黄浦江中，排污口附近水中汞 的含量为0.4 0.4～ mg/L，而在下流500 的含量为0.4～0.5 mg/L，而在下流500 m 处汞的含量只有3 4μg/L，试分析原因？ 处汞的含量只有3～4μg/L，试分析原因？
(3)腐殖质对重金属离子的吸附 (3)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 离子交换作用 螯合作用和离子交换作用 螯合作用 离子交换作用来实现。
(a)腐殖质的离子交换机理可用下式表示：
一般悬浮沉积物以矿物微粒， 一般悬浮沉积物以矿物微粒 ， 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 核心骨架，
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。
水体悬浮沉积物
水环境中硅、铝、铁的氧化物和氢氧化物是悬浮 沉积物的主要成分。 湖泊中藻类，污水中的细菌、病毒及废水中排出 的表面活性剂、油滴等也有胶体化学表现，起类 似的作用。
（二）腐殖质与重金属的配合作用
(a)一般来说，重金属与腐殖质配合作用 一般来说， 一般来说
Hg2+ Cu2+ 最强 Zn2+ Cd2+ 其次 Ca2+ Mg2+ 最差
以上这一效应在许多天然条件下都有表现。 eg:沼泽地土壤严重缺乏有效铜，原因是该土壤有 机质含量很高，绝大多数的Cu2+ 与腐殖酸形成稳 定的螯合物。
响。
Ex2: 重金属从沉积物中释放出来的四个主要过程
是________、 ________、 ________、 ________。 、 、 、 。
Ex3 ：
上海吴泾某化工厂的含汞废水经化学 处理后排入黄浦江中， 处理后排入黄浦江中，排污口附近水中汞 的含量为0.4 0.4～ mg/L，而在下流500 的含量为0.4～0.5 mg/L，而在下流500 m 处汞的含量只有3 4μg/L，试分析原因？ 处汞的含量只有3～4μg/L，试分析原因？
(3)腐殖质对重金属离子的吸附 (3)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 离子交换作用 螯合作用和离子交换作用 螯合作用 离子交换作用来实现。
(a)腐殖质的离子交换机理可用下式表示：
颗粒物与水之间的迁移水环境中颗粒物的吸附作用水环境中胶体PPT学习教案
(2)氧化还原条件的变化：在湖泊、河
口及近岸沉积物中一般均有较多的耗氧物质，使 一定深度以下沉积物中的氧化还原电位急剧降低， 并将使铁、锰氧化物可部分或全部溶解，故被其 吸附或与之共沉淀的重金属离子也同时释放出来。
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(3)降低pH值：pH值降低， 导致碳酸盐和氢氧化物 的溶解，H+的竞争作 用增加了金属离子的解 吸量。在一般情况下， 沉积物中重金属的释放 量随着反应体系pH的 升高而降低
这里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。
胶体颗粒是长期处于分散状态还是相互作用聚集结
合成为更粗粒子，将决定着水体中胶体颗粒及其上面的
污染物的粒度分布变化规律，影响到其迁移输送和沉降
归宿的距离和去向。
第12页/共17页
1．胶体颗粒凝聚的基本原理和 方式
典型胶体的相互作用是以DLVO物理理论为定量基础。
第13页/共17页
第14页/共17页
1．胶体颗粒凝聚的基本原理和方式
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。
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；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
一、颗粒物与水之间的迁移
2．水环境中颗粒物的吸附作用
水环境中胶体颗粒的吸附作用大体可分为: 表面吸附、离子交换吸附和专属吸附等。
表面吸附：属于物理吸附，胶体具有巨大的比表面和表
面能
离子交换吸附：属于物理化学吸附 专属吸附: 除化学键的作用外，范德华力或氢键起作用，
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的表面上。
口及近岸沉积物中一般均有较多的耗氧物质，使 一定深度以下沉积物中的氧化还原电位急剧降低， 并将使铁、锰氧化物可部分或全部溶解，故被其 吸附或与之共沉淀的重金属离子也同时释放出来。
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(3)降低pH值：pH值降低， 导致碳酸盐和氢氧化物 的溶解，H+的竞争作 用增加了金属离子的解 吸量。在一般情况下， 沉积物中重金属的释放 量随着反应体系pH的 升高而降低
这里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。
胶体颗粒是长期处于分散状态还是相互作用聚集结
合成为更粗粒子，将决定着水体中胶体颗粒及其上面的
污染物的粒度分布变化规律，影响到其迁移输送和沉降
归宿的距离和去向。
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1．胶体颗粒凝聚的基本原理和 方式
典型胶体的相互作用是以DLVO物理理论为定量基础。
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1．胶体颗粒凝聚的基本原理和方式
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。
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；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
一、颗粒物与水之间的迁移
2．水环境中颗粒物的吸附作用
水环境中胶体颗粒的吸附作用大体可分为: 表面吸附、离子交换吸附和专属吸附等。
表面吸附：属于物理吸附，胶体具有巨大的比表面和表
面能
离子交换吸附：属于物理化学吸附 专属吸附: 除化学键的作用外，范德华力或氢键起作用，
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的表面上。
第三章 水环境化学-水中有机污染物的迁移转化
二、挥发作用
挥发作用是有机物质从溶解态转入气相的一种重要迁移 过程。挥发速率依赖于有毒物质的性质和水体的特征。
有机毒物挥发速率的预测
Kv c p p ' (c ) K v (c ) t Z KH KH
式中：c—溶解相中有机毒物的浓度； KV—挥发速率常数； KV’—单位深度混合水体的挥发速率常数； Z—水体的混合深度； p—水体上面有机毒物在大气中的分压； KH——亨利定律常数。
E c E c I j ( E c) j K E I j
已知I I d (1 10 Ld ) I s (1 10 Ls ) I ' I
既, I ' K c,
j —单位转换系数，当I 的单 位为光子／cm2· s分子，C 的单位为mol/L时， j=6.02×10-20
有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比定义为生物浓缩因子，用 BCF 或 KB 表示。 由于生物浓缩有机物的过程十分复杂，影响有机物与生物相之间平衡的到 达。 一般采用平衡法和动力学方法来测量BCF. 尽管测定是在某些受控条件下 得到的，但可明显的看出各种生物内浓缩的相对趋势。 同一种生物对不同物质的浓缩系数会有很大差别。金枪鱼对铜的浓缩系数 是100,对镁的浓缩系数却是0.3;褐藻对钼的浓缩系数是11，对铅的浓缩系数却高 达70000,相差悬殊。 生物的不同器官对同一种物质的浓缩能力也往往不同。含脂肪较多的器官 的浓缩能力一般高于含脂肪较少的器官。 物质或元素的价态，以及在介质中的溶解度等，对浓缩系数也都有直接影响 。
2. 挥发作用的双膜理论
图3-29 双膜理论示意图
2. 挥发作用的双膜理论
RT pci K H ci ci Fz K gi ( pc pci ) K Li (c ci )
ch4.水环境中的配合作用
第四章水环境中的配合作用
4-1天然水体中的配合作用
一、配合物(络合物)概念 *配合物——由中心原子（或离子）M和周围若干个配位体L通过 配位键结合而成的化合物。 *M——通常是具有空轨道的金属原子或离子 *L——通常是具有孤对电子的分子或离子 路易斯酸碱理论： 凡是能接受电子对而成键的物质（分子、原子或离子）——酸 凡是能给出电子对而成键的物质（分子、原子或离子）——碱 M——路易斯酸 L——路易斯碱 *配位反应——酸碱反应 M L
MLn
n
[ MLn ] K1 K 2 K 3 K n n [ M ][L]
应用举例
Zn2 NH3 ZnNH3
2
2
Zn2 2NH3 Zn(NH 3 )2
2
2
2
ZnNH3 NH3 Zn(NH 3 )2
[ZnNH3 ] K1 3.9 102 1 2 [Zn ][NH3 ]
富里酸(fulvic acid) ：可溶于酸又可溶于碱的部分；
胡敏素(腐黑物，Humin)：不能被酸和碱提取的部分。
二、腐殖质的结构特点和性质
*结构特点： 含有大量苯环； 含有大量羟基、羧基、羰基等活性基团。
பைடு நூலகம்
环境性质 金属离子与羧基形成配合物； 金属离子在羧基与羟基间形成螯合物；
金属离子在羧基与羰基间形成螯合物；
-
[ Me(OH )3 ] 3 K1 K 2 K3 2 3 [ Me ][OH ]
2[Me(OH ) 2 4 ] 4 K1 K 2 K3 K 4 4 [Me2 ][OH ]4
Me +4OH
-
Me(OH)
水体中Me2+各种型体的总浓度
4-1天然水体中的配合作用
一、配合物(络合物)概念 *配合物——由中心原子（或离子）M和周围若干个配位体L通过 配位键结合而成的化合物。 *M——通常是具有空轨道的金属原子或离子 *L——通常是具有孤对电子的分子或离子 路易斯酸碱理论： 凡是能接受电子对而成键的物质（分子、原子或离子）——酸 凡是能给出电子对而成键的物质（分子、原子或离子）——碱 M——路易斯酸 L——路易斯碱 *配位反应——酸碱反应 M L
MLn
n
[ MLn ] K1 K 2 K 3 K n n [ M ][L]
应用举例
Zn2 NH3 ZnNH3
2
2
Zn2 2NH3 Zn(NH 3 )2
2
2
2
ZnNH3 NH3 Zn(NH 3 )2
[ZnNH3 ] K1 3.9 102 1 2 [Zn ][NH3 ]
富里酸(fulvic acid) ：可溶于酸又可溶于碱的部分；
胡敏素(腐黑物，Humin)：不能被酸和碱提取的部分。
二、腐殖质的结构特点和性质
*结构特点： 含有大量苯环； 含有大量羟基、羧基、羰基等活性基团。
பைடு நூலகம்
环境性质 金属离子与羧基形成配合物； 金属离子在羧基与羟基间形成螯合物；
金属离子在羧基与羰基间形成螯合物；
-
[ Me(OH )3 ] 3 K1 K 2 K3 2 3 [ Me ][OH ]
2[Me(OH ) 2 4 ] 4 K1 K 2 K3 K 4 4 [Me2 ][OH ]4
Me +4OH
-
Me(OH)
水体中Me2+各种型体的总浓度
污水处理中的吸附过程与应用
开发新型高效吸附剂
新型吸附剂材料
探索和开发具有高吸附性能的新型吸附 剂材料，如纳米材料、复合材料等。
VS
废弃物资源化利用
利用工业废弃物、农业废弃物等资源开发 高效吸附剂，实现废物资源化利用。
优化吸附工艺，降低成本
吸附工艺优化
深入研究吸附机理，优化吸附工艺参数，提 高吸附效率，降低能耗和物耗。
吸附剂再生与循环利用
去除重金属离子的吸附效果受多种因素影响，如pH值、离子浓度、吸附剂的种类和 用量等。在实际应用中，需要根据具体情况进行吸附剂的选择和优化。
脱色与除臭
脱色与除臭也是吸附技术在污水处理中的重要应用之一。对于含有染料 、颜料等有色物质的污水，通过吸附法能够有效降低其色度，提高水质 。
常用的脱色与除臭吸附剂包括活性炭、硅藻土、膨润土等。这些吸附剂 能够通过物理或化学作用机制吸附有色物质和异味物质，从而达到脱色
03
吸附在污水处理中的应用
去除有机污染物
01
去除有机污染物是吸附技术在污水处理中的重要应用之一。活性炭、硅藻土、 膨润土等吸附剂能够有效地吸附和去除水中的有机污染物，如苯酚、苯胺、氯 代烃等有害物质。
02
吸附剂的孔径和比表面积是影响有机污染物吸附效果的关键因素。孔径越小、 比表面积越大，吸附剂的吸附能力越强。此外，吸附剂表面的化学性质也会影 响其对有机污染物的吸附效果。
。
适用范围有限
对于某些特定类型的污染物， 吸附法的处理效果可能不佳。
05未来研Leabharlann 方向与展望提高吸附剂的吸附性能
活性炭改性
通过物理或化学方法对活性炭进行改 性，提高其吸附性能，如氧化、还原 、负载金属或非金属元素等。
生物吸附剂
利用微生物或其代谢产物的吸附性能 ，通过生物培养等方法提高吸附剂的 吸附容量和选择性。
废水处理中的化学协同作用与其应用
废水处理中的化学协同作用与其应用一、引言废水处理是解决环境污染问题的关键环节之一。
随着全球环境污染问题的日益严重，废水处理技术也得到了越来越多的关注和研究。
其中，化学协同作用的应用成为了废水处理技术中的关键环节。
本文将重点阐述化学协同作用的概念、机理及其在废水处理中的应用现状。
二、化学协同作用的概念和机理化学协同作用指的是在化学反应中，两种或两种以上的物质通过相互作用和影响，从而促进或抑制反应的发生。
在废水处理中，化学协同作用是指化学试剂和废水中的有机或无机物之间的化学作用强化了处理效果。
常见的化学协同作用有以下几种机理：（1）增效作用：通过在化学反应中加入适当的试剂，能够增加反应物的反应活性，从而促进反应速率的提高。
（2）催化作用：催化物能够加速化学反应，以较低的温度和较短的反应时间完成反应过程。
（3）络合作用：通过在化学反应中加入适量的络合试剂，能够形成络合物，使得废水中的Heavy metal等重金属离子发生复合并沉淀。
（4）氧化还原作用：通过增加氧化性或还原性，能够促进污染物的氧化还原反应，使得其转化成更安全的物质。
（5）偶联作用：两种或两种以上的反应物通过交换它们的化学团或离子，使得废水中的污染物得以去除。
三、化学协同作用在废水处理中的应用现状在废水处理领域，化学协同作用的应用已经得到了广泛的应用。
下面将分别从不同角度介绍其应用现状：（1）氧化还原作用氧化还原作用可以将废水中的有机物、重金属等有害物质转化成为更安全的物质，被广泛地应用于废水处理领域。
例如，高级氧化过程（AOP）技术通过加入臭氧、过氧化氢等氧化剂，氧化可生物难降解的有机物，使其转化成更容易被生物降解的物质。
针对重金属的处理，螯合剂可以与重金属离子发生络合作用，使重金属离子形成沉淀，从而达到去除的目的。
（2）催化作用化学催化作用由于其高效、环保等特点，在废水处理中也得到了广泛的应用。
例如，自生氧化法（Fenton法）可以在较低的温度和较短的反应时间内完成氧化过程。
配合作用和水体污染PPT课件
(4)植物营养素 (6)毒物污染
(7)放射性物质污染
(8)废热水污染
3. 水体污染及水体污染源
3.2 水体污染源
水体污染源含义
水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是指 向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。
按污染源的来源可分为天然污染源和人为污染源。 按污染源排入水体的形式，分为点污染源、面污染源两 种。
净化机理
物理作用：稀释、混合、沉淀与挥发 化学作用：氧化还原、酸碱反应、吸附凝聚 生物化学净化：分解转化
4. 水体的自净作用与水环境容量
4.2 水体自净特征
• 水体中的污染物在自净过程中浓度是逐渐下降的； • 大多数有毒污染物转变为低毒或无毒化合物； • 重金属从溶解状态被吸附或转变为不溶性化合物，沉淀入底泥； • 复杂的有机物都能被微生物利用和分解； • 不稳定的污染物变为稳定的化合物； • 水中溶解氧急剧下降到最低点后又缓慢上升，并恢复到正常水平； • 水中生物种类和个体数量大量减少，然后生物种类和个体数量也 逐渐随之回升，最终趋于正常的生物分布。
K1 K2
8.2 104
这里将K1,K2称为逐级生成常数(或逐级稳定常数)，
称2为积累稳定常数(积累生成常数)
5.配合作用
5.2 羟基对重金属离子的配合作用
Me2 OH MeOH
( K1
[MeOH ] [Me2 ][OH
) ]
MeOH OH Me(OH)20
(K2
[Me(OH)20 ] [Me(OH) ][OH
) ]
Me(OH)02 OH Me(OH)3-
( K3
[Me(OH)3 ] [Me(OH)02 ][OH
]
第二章 水环境化学 配合作用 (2011)
金属的电荷越高，其配合趋势越强
金 属 与 配 体 的 配 合 作 用
③ 水体中常见的配位剂
水体中重要的无机配体 水体中重要的有机配体
OH-、Cl-、CO32-、HCO3-、F-、S2- 等。
天然配体:氨基酸、腐殖酸、糖类等。 人工配体：洗涤剂、EDTA、STP、NTA、羧酸以 及其它的脂数(形态分布系数)以ψ表示，它与逐级 稳定常数、pH值有关。经推导得： ψ0= [Me2+]/[Me]总=1/α ψ1=[Me(OH)-]/[Me]总=β1[Me2+][OH-]/[Me2+]· α=ψ0β1[OH-] ψ2=[Me(OH)2-]/[Me]总=ψ0β2[OH-]2
海水中金属离子竞争配位情况下汞和锌的形态分布
⑤ 有机配位体与重金属离子的配合作用
水体中的有机配位体包括动植物组织的天然降解产物，
如氨基酸、腐殖酸以及生活废水中的洗涤剂、农药和
大分子环状化合物。它们能与重金属生成一系列稳定 的可溶性或不溶性的螯合物。腐殖质是天然水体中最 重要的有机配体（螯合剂）。河水中腐殖质的平均含 量为10～50mg/L，底泥中腐殖质含量更为丰富，约占 底泥1%～3%。
它的阴离子是弱碱，因此使水碱化。
P3O105- + H2O ---->H P3O104- + OH 当废水中排入STP时，过量的聚磷酸盐与水反应， 缓慢地转化为磷酸根离子PO43- ，也称为正磷酸盐 （orthophosphate）。 P3O105- + 2 H2O ----> 3 PO43- + 4H+
第二章 水环境化学
二、天然水中无机污染物的迁移转化
1. 2. 3. 4. 水环境中的固液界面作用 水环境中的沉淀溶解作用 水环境中的氧化还原作用 水环境中的配合作用
《水的吸附法》PPT课件
（三）操作条件
1 废水的pH值: 溶液的pH值影响到溶质的存在状态（分子、离子、络合
物），也影响到吸附剂表面的电荷特性和化学特性，进而影 响到吸附效果. 2 温度: 吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温有利于脱附.
3 共存物质:对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物 质时的吸附要差。 4 接触时间:应保证吸附达到平衡时的时间，而该时间的大小 取决于吸附速度V，V大则所需时间短。
衡量 指标
吸附能力 吸附速度
固体吸附剂用吸附量衡量 单位质量吸附剂在单位 时间内所吸附的物质量
吸附过程一般分为3个阶段： 颗粒外部 扩散阶段 吸附 阶段 吸附质从溶液中扩散到吸附 剂表面
孔隙扩散 阶段
吸附反应 阶段
吸附质在吸附剂孔隙中继续 向吸附点扩散
吸附质被吸附在吸附剂孔隙 内的吸附点表面
吸附反应阶段非常快，V主要取决于第I、II阶段速度
expKN 0 h / V >>1，上式等号右边括号内的1可忽 略不计，则工作时间t：
N0 1 t h lnC 0 / C e 1 C 0V C0 K
临界高度ho：当t=0时，保证出水吸附质浓度C不超 过Ca（穿透浓度）时的吸附剂层的理论高度
V h0 ln C 0 / C e 1 KN 0
从底部排出的吸附剂都是接近饱和的，从而充分利 用了吸附剂的吸附容量。
溢流管 进料斗 通气阀 直流式 衬胶阀 出水
滤头α =60°
活性炭
溢流水
进 水 α =60° 截止阀 直流式 衬胶阀 压力水 水射器
冲洗水
图 10-3
移动床吸附塔构造示意图
4 吸附塔的设计
博哈特——亚当斯计算法 1.博哈特——亚当斯方程式
环境化学水环境化学第二节
(α1 ≈1， α2=K2[HCO3-]/[H+])，HCO3-为主
lg[Ca2+] = 0.5lgKSP–0.5lgk2–0.5lgpH 当pH < pK1时， α2 ≈ K1K2 / [H+]2，H2CO3为主， lg[Ca2+] = 0.5lgKSP – 0.5lgK1k2 – lgpH
四、氧化还原
2、异体凝聚理论
（1）适用条件：适用于物质本性不同、粒径不等、电荷符
号不同、电位高低不等的分散体系。
（2）主要论点：
A、电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势； B、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弱而电位较低的一方。 因此异体凝聚时，只要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。
（2）理论描述
总的综合作用位能：VT = VR + VA
VA——由范德华力产生的位能 VR——由静电排斥力所产生的位能
V VR VT
Vmax
d
VA
两个离子靠得很 近时，要考虑水 化膜阻力
①不同离子强度有不同VR曲线，呈指数下降； ②VA与粒子强度无关，只随颗粒间的距离变化； ③不同离子强度有不同的VT曲线；离子强度较小时，综合位能曲 线上出现较大位能峰，排斥力占优势，体系保持分散稳定状态； 离子强度较大时，双电层被压缩，Vmax 降低，一部分颗粒可能超 越该能峰。
（4）增加水中配合剂的含量：天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属
形成可溶性配合物，有时这种配合物稳定度较大，可以溶解态形态存在， 使重金属从固体颗粒上解吸下来。
二、水中颗粒物的聚集（自学）
1、物理凝聚理论 凝聚 coagulation 电介质促成的聚集 絮凝 flocculation 聚合物促成的聚集 （1）前提：①颗粒粒度均等、球体 ②范德化引力和静电排斥力是仅有的作用因素 ③没有化学专属吸附作用 颗粒在水溶液中进行热运动，其平均动能为3/2 KT
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(2) 在 pH 较低的酸性溶液或者有较高浓度的金属阳 pH较低的酸性溶液或者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 离子存在时 子趋于卷缩成团，亲水性弱，趋于沉淀或凝聚。 趋于沉淀或凝聚。 趋于沉淀或凝聚
水体悬浮沉积物
天然水体中的各种胶体物质相互结合成为某种聚 集体， 集体 ， 它们可以沉降进入水体底部，也可以重新再悬浮
可见，羟基配合作用促进重金属的溶解和迁移是 不容置疑的。
(2)氯离子对重金属离子的配合作用 氯离子对重金属离子的配合作用
氯与重金属配合作用的程度决定于Cl-的浓度及重金属离子 对Cl-的亲和力。Cl-对Hg2+的亲和力最强。 氯离子配合作用对重金属迁移的影响主要表现为： (a)大大提高了难溶重金属化合物的溶解度。 大大提高了难溶重金属化合物的溶解度。 大大提高了难溶重金属化合物的溶解度 当[Cl-]为1 mol/L时，Zn、Cd、Pb化合物的溶解度分别 增加2～77倍； Hg(OH)2和HgS的溶解度分别增加105倍和3.6×107倍。 (b)由于氯络重金属离子的生成，减弱了胶体对重金属离子 由于氯络重金属离子的生成， 由于氯络重金属离子的生成 的吸附作用。 的吸附作用。 可见，氯离子的配合作用可以提高重金属的迁移能力。
吸附
吸附：溶液中的溶质在界面层浓度升高 界面层浓度升高现象，是 界面层浓度升高 动态平衡过程。 水中胶体颗粒物吸附:非专属吸附和专属吸附。 非专属吸附： 非专属吸附：表面吸附；离子交换吸附 (a)表面吸附:胶体巨大的比表面和表面能;(物理 吸附)。 (b)离子交换吸附:胶体带负电荷,容易吸附各种阳 离子,放出等量的其他阳离子;(物理化学吸附)。
有人认为，金属离子配位化合物的溶解度可能是影响重 有人认为，金属离子配位化合物的溶解度可能是影响重 溶解度可能是 金属迁移最重要的因素。 金属迁移最重要的因素。
1.1配合物及稳定常数 配合物及稳定常数
M + L = ML
M L ML L ML2 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ L MLn → → → − − − − − − − − − − β 2 → − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − β n →
响。
Ex2: 重金属从沉积物中释放出来的四个主要过程
是________、 ________、 ________、 ________。 、 、 、 。
Ex3 ：
上海吴泾某化工厂的含汞废水经化学 处理后排入黄浦江中， 处理后排入黄浦江中，排污口附近水中汞 的含量为0.4 0.4～ mg/L，而在下流500 的含量为0.4～0.5 mg/L，而在下流500 m 处汞的含量只有3 4μg/L，试分析原因？ 处汞的含量只有3～4μg/L，试分析原因？
1.3有机配位体对重金属的配合作用 有机配位体对重金属的配合作用
（一）NTA对重金属的配合作用 （二）腐殖质与重金属的配合作用
（二）腐殖质与重金属的配合作用
腐殖质是天然水体中最重要的有机配体。 水体中几乎所有金属离子都能与腐殖质形成螯合 物。 天然水体中对水质影响最大的有机物是腐殖质。 腐殖质由生物残体在水、土、沉积物等介质中转 化而来的。 重金属在天然水体中主要以腐殖质的配合物形式 存在。
天然水体胶体离子对有机物和金属元素离子的吸附 一般符合Freundlich吸附等温式。 Freundlich吸附等温式 Freundlich吸附等温式。
2.3水体中胶体物质对重金属的吸附作用 水体中胶体物质对重金属的吸附作用
(1)黏土矿物对重金属的吸附 (2)水合金属氧化物对重金属离子的吸附 (3)腐殖质对重金属离子的吸附 (3)腐殖质对重金属离子的吸附 腐殖质对重金属离子的吸附
[ MLn ] Kn = [ MLn −1 ][ L]
[ MLn ] βn = n [ M ][ L]
1.2无机配位体对重金属的配合作用 无机配位体对重金属的配合作用
天然水中常见的无机配位体有OH-、Cl-、CO32-、 HCO3-、SO42-、F-、S2-和PO43-。 近年来，人们特别注意羟基和氯离子 羟基和氯离子的配合作用， 羟基和氯离子 认为这两者是影响重金属难溶盐类溶解度的重要因 素，能大大促进重金属在环境中的迁移。
化物可部分或全部溶解，被其吸附或共沉淀的重金属离子被释放.
(3)降低pH值:氢离子的竞争吸附作用，增加了金属的解吸量. 降低pH值 pH 增加水中配合剂的含量: (4)增加水中配合剂的含量:能与重金属形成可溶性配合物，使重金
属从固体颗粒上解析下来.
(5)生物化学迁移过程
Ex1:请说明水体中存在有机配体对重金属迁移的影
（二）腐殖质与重金属的配合作用
(b)水体中的 2+ Mg2+ Cl-等离子的含量对腐殖质的 水体中的Ca 水体中的 螯合作用有一定的影响。 螯合作用有一定的影响。 (c)重金属与腐殖质的螯合作用 重金属与腐殖质的螯合作用
若生成难溶螯合物，降低重金属的迁移能力； 若生成易溶螯合物，促进重金属的迁移能力。 总的来说， 腐殖酸将金属更多地积蓄在水体底泥中； 富里酸将金属更多地保存在水相中。
腐殖质含有羟基、羰基、羧基、氨基、酚羟基、 腐殖质 醌基等多种有机基团。有机胶体粒子表面性质主 要由表面有机官能团的性质决定。
由于腐殖质是一种弱阴性高分子电解质 由于腐殖质是一种弱阴性高分子电解质,其形态构 弱阴性高分子电解质 型与官能团的离解程度有关。 pH较高的碱性溶液或离子强度低的条件下 较高的碱性溶液或离子强度低的条件下， (1) 在 pH 较高的碱性溶液或离子强度低的条件下 羟基和羧基大多离解，沿高分子呈现的负电荷相 互排斥，构形伸展，呈现亲水性较强，趋于溶解； 趋于溶解； 趋于溶解
例如： 例如：微生物的作用导致生成沉积物
当水体中氧化还原电位发生改变时， 当水体中氧化还原电位发生改变时，水中溶解性Fe2+可被 氧化生成Fe(OH)3沉淀物： 4Fe2+ +10H2O+O2 = 4Fe(OH)3(s)+8H+ 在水底沉积区的厌氧条件下， 在水底沉积区的厌氧条件下，由不同厌氧微生物参与发生 如下反应：Fe(OH)3－ Fe2+ Fe(OH) 最后生成黑色FeS沉积物： 最后生成黑色FeS沉积物： FeS沉积物 Fe2+＋H2S=FeS(s)+2H+ 冬天水温较低， 不易挥发， 冬天水温较低，H2S不易挥发，因此更容易在水底形成黑 色沉积物。 色沉积物。 SO42-－H2S
(3)腐殖质对重金属离子的吸附 (3)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 离子交换作用 螯合作用和离子交换作用 螯合作用 离子交换作用来实现。
(a)腐殖质的离子交换机理可用下式表示：
(b)腐殖质也可以与重金属离子起螯合作用：
腐殖质与重金属离子的两种吸附作用的相对大小 与水中重金属离子的浓度及性质密切相关。 一般认为: 一般认为:
进入水中。
一般悬浮沉积物以矿物微粒， 一般悬浮沉积物以矿物微粒 ， 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 核心骨架，
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。
水体悬浮沉积物
水环境中硅、铝、铁的氧化物和氢氧化物是悬浮 沉积物的主要成分。 湖泊中藻类，污水中的细菌、病毒及废水中排出 的表面活性剂、油滴等也有胶体化学表现，起类 似的作用。
2.5 沉积物中重金属的释放
重金属从悬浮物或沉积物中重新释放属于二次污染，诱发 释放的原因包括： 盐浓度升高: (1)盐浓度升高:碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的
金属离子交换出来，这是金属从沉积物中释放出来的主要途径之一。 如钙钠镁离子对锌铜铅离子的置换。
氧化还原条件的变化: (2)氧化还原条件的变化:沉积物中氧化还原电位降低， 羟基对重金属离子的配合作用
羟基与金属离子的配合作用可大大提高某些重 金属氢氧化物的溶解度。
Hahne等人(1973)的研究表明，水中只能0.861µg/mL 的Zn2+和0.039 µg/mL的Hg2+； 而当生成Zn(OH)2与Hg(OH)2和其他羟基配离子时， Zn(OH) Hg(OH) 水中Zn2+的总溶解度可达160µg/mL， Hg2+的总溶解度可达107µg/mL。
（二）腐殖质与重金属的配合作用
(a)一般来说，重金属与腐殖质配合作用 一般来说， 一般来说
Hg2+ Cu2+ 最强 Zn2+ Cd2+ 其次 Ca2+ Mg2+ 最差
以上这一效应在许多天然条件下都有表现。 eg:沼泽地土壤严重缺乏有效铜，原因是该土壤有 机质含量很高，绝大多数的Cu2+ 与腐殖酸形成稳 定的螯合物。
2.水中胶体物质及其吸附作用 水中胶体物质及其吸附作用
(1).天然水中的胶体物质 天然水中的胶体物质 (1)矿物微粒和黏土矿物 (2)金属水合氧化物 (3)腐殖质和有机胶体 腐殖质和有机胶体 (4)水体悬浮沉积物 (2).水体中胶体物质的吸附作用 水体中胶体物质的吸附作用
腐殖质
天然水体中的有机胶体 有机胶体主要由腐殖质 腐殖质组成。 有机胶体 腐殖质
水环境中的配合作用 水体中胶体物质及其吸附作用
陈娟荣 2009.11.20
水中无机污染物的迁移转化
沉淀、 沉淀、溶解反应 配合反应 氧化还原反应 吸附作用
1.水环境中的配合作用 水环境中的配合作用
水体中的重金属除了进行沉淀-溶解、 水体中的重金属除了进行沉淀-溶解、氧化还原 反应外，还可以与很多配体发生配合反应。 反应外，还可以与很多配体发生配合反应。 配合反应 水体中各式各样的配体与金属离子形成配合物， 水体中各式各样的配体与金属离子形成配合物， 对水体中重金属迁移及生物效应有很大的影响。 对水体中重金属迁移及生物效应有很大的影响。 重金属迁移及生物效应有很大的影响