重金属污染物在水体中的迁移转化
重金属在水环境中的配合作用
难溶物
铬，矾，硫化合物
易溶物
还原条件
氧化条件
易溶物
铁，锰化合物
难溶物
氧化还原的化学意义
氧化环境与还原环境的交界线可以成为许多元 素的富集地 在还原条件占优势的地下水中含有丰富的Fe2+， 当其流入具氧化性的湖沼时，二价铁变为三价铁化 合物(Fe2O3· nH2O)自溶液中沉淀出来，可以大量 地富集成“湖铁矿”。
有机配位体与重金属离子的配合作用
腐殖质是起配合作用的主要物质
腐殖质与金属离子的螯合反应示意如下：
氧化还原反应
水体中常见的氧化剂
Fe(Ⅲ )、Mn(Ⅳ)、S(Ⅵ)、Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)、溶解氧等
常见的还原剂 Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、S2 －和有机化合物
水体氧化还原条件对重金属的存在形态及其 迁移能力有很大的影响。
无机配位体 羟基的配合作用 氯离子的配合作用 有机配位体
配合作用
无机配位体对重金属的配合作用
羟基对重金属离子的配合作用 羟基对重金属的配合作用实际上是重金属离子的水解反应。 重金属与碱金属、碱土金属不同，能在较低的pH值下水解。 以二价离子为例，羟基与其的配合反应可表示如下： Me2++ OH- === MeOH+ MeOH+ + OH- === Me(OH)2 Me(OH)2 + OH-=== Me(OH)3Me(OH) 3-+ OH- === Me(OH)42K1 K2 K3 K4
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。
重金属污染物的迁移转化及生态效应研究
重金属污染物的迁移转化及生态效应研究重金属污染是全球亟待解决的环境问题之一。
虽然重金属元素是地球上普遍存在的自然元素，但是工业化进程中对环境中的重金属元素释放造成了不可逆转的污染，人体长期暴露于超标的重金属含量环境中会对人体健康产生严重影响。
所以研究重金属污染物的迁移转化及其生态效应具有重要意义。
重金属污染物的迁移转化当人类活动增加地下水、水体、土壤中重金属的浓度时，重金属元素会经由吸附、离子交换等方式从溶液相吸附到土壤粒子上。
被吸附的重金属元素分为可逆性和不可逆性，不可逆性是指重金属污染物已经和土壤颗粒完全结合，不再容易溶解或被拆解。
重金属元素还会经由土壤颗粒之间的滞留或流失进入地下水和水道。
此外，重金属污染物还会进入空气中，在空气中通过粉尘、自然表面反射等方式进入水体、土壤和植被中。
重金属污染物的生态效应土壤中超标的重金属含量会严重影响农作物的生长和发育，进而影响农产品的质量和产量。
此外，被污染的土壤会使植物吸收重金属元素，重金属元素会进入动物体内，这会危及动物的生命和生殖力。
重金属的长期积累会对食物链和食物网产生影响，进而危及整个生态系统的健康和稳定性。
重金属污染物的治理方法为了解决重金属污染问题，需要采取多种治理方法。
目前比较有效的治理方法包括化学法、物理法、生物法等。
化学法主要是用化学物质浸染土壤，以改变孔隙度和 CEC 以及 pH 值，而使受污染的土壤变成无重金属元素。
物理法则是运用电化学、过滤、蒸腾等方法将土壤中的重金属元素除去。
生物治理则是通过微生物和植物修复污染土壤，微生物和植物具有吸收和修复重金属元素的能力，可以将土壤中的重金属元素转化成较安全的化合物。
虽然生物法处理时间较长，但是对土壤和生态环境的影响较小。
需要注意的是，防止重金属污染的最佳方法依然是预防。
通过工业和农业活动的规范，以及工艺技术的提升，减少或避免重金属污染的形成才是根本性的解决方法。
总之，重金属污染带来的危害是长远的，治理起来也比较困难，因此需要从源头着手，严格控制重金属的流出，保护土壤、水和大气的生态环境，保障公众的健康和社会的可持续发展。
污染物在水体中的迁移转化方式
污染物在水体中的迁移转化方式主要有以下三种途径：
(1)氧化-还原作用。
天然水体中有许多无机和有机氧化剂和还原剂，如溶解氧、Fe3+、Mn4+、Fe2+、S2-及有机化合物等，这些物质对污染物的转化起重要作用。
如环境中重金属在一定氧化-还原条件下，容易发生价态变化，结果是其化学性质改变，迁移能力也会发生改变。
水体中的氧化-还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要溶质和污染物的性质。
如在一个厌氧湖泊中，湖下层的元素以还原态存在：碳还原成CH4，氮还原成[*]等，而表层水由于可被大气中氧补充，成为氧化性介质，达到热力学平衡时，碳成为CO2，氮成为[*]。
显然这种变化对水生生物和水质影响很大。
(2)络合作用。
天然水体中有许多无机配位体，如OH-、Cl-[*]、[*]和有机配位体如氨基酸、腐殖酸，以及洗涤剂、农药、大分子环状化合物等，它们可以与水中的污染物，特别是重金属发生络合反应，改变其性质和存在状态，影响污染物在水体中发生、迁移、反应和生物效应。
(3)生物降解作用。
水体中的微生物，特别是底泥中的厌氧微生物，可以使一些污染物发生转化，如把无机汞转变为有机汞。
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。
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。
水体重金属污染及处理技术
水体重金属污染研究现状及治理技术摘要：随着人口的日益增长和工业的迅猛发展，大量污染物被排放到水体中，造成了严重的环境污染和生态破坏，特别是水体重金属污染是危害最严重的的水污染问题之一。
本文介绍了水体重金属污染现状及危害，论述了水体重金属污染的研究进展，并着重介绍了水体重金属污染处理方法和修复技术。
关键字：水体污染；重金属；治理方法；修复技术引言水环境是一个开放和动态的体系，其中生物与非生物环境是相互关联和相互作用的[1]。
未经达标处理的废水排入自然水体中，可导致污染物（如重金属）浓度超过其环境容量，进而破坏水体生态功能，造成水环境污染[2]。
水体中的重金属污染主要来自两部分：自然源和人为源[3]。
自然源主要是岩石风化的碎屑产物，通过自然途径进入水体中的重金属。
人为污染源主要包括矿山开采、金属冶炼加工及化工生产废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源。
其中人为污染源使得重金属污染物事故性的排放，对水体的危害最为严重[4]。
水体中的重金属具有稳定性、难降解性、亲脂性、持久性和高度危害性等特点[5-8]，并且随着人类的活动造成水体污染的重金属的数量和种类急剧增多，引起了严重的生态系统问题[9]。
因此针对水体重金属污染问题，各国政府都已经采取相应的手段进行处理和修复。
但是，目前如何正确的、有效的处理水体重金属的污染仍是科研工作者和各广大环保工作者研究的热点之一。
本文主要对水体重金属污染现状及危害，研究进展及治理方法和处理修复技术进行综述。
1 水体重金属污染现状及危害大量重金属的存在给水体生态系统造成了严重的危害，使得环境重金属污染日趋严重，水体重金属污染已经成为国内外亟需解决的环境问题[10,11]。
中国首次严重的水体重金属污染出现在1983年的京杭运河的杭州段[12]，根据不同文献的报道和研究[13-15]显示中国七大水系：珠江水系、长江水系、太湖水系、淮河水系、黄河水系、海河水系、松辽水系都不同程度的受到重金属的污染。
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黏土的吸附作用 与表面羟基氢发生离子交换 金属离子先水解，夺取羟基，形成羟基配合物 水合氧化物的吸附 与颗粒表面羟基氢发生离子交换 腐殖质的吸附 腐殖质表面带羧基和羟基与金属发生交换氢的螯合 螯合与交换作用的主次与重金属离子的性质密切关 系
二、配合作用
包括配位反应和螯合反应 主要配体有：羟基、氯离子、碳酸根、硫酸根、 氟离子和磷酸根离子，以及带羧基、胺基、酚羟 基的有机物。
汞的甲基化等有机反应
水体中二价汞，在某些微生物的作用下，转化为甲基 汞的反应，称为汞的甲基化反应 甲基钴胺素是微生物产生汞的甲基化的必要条件
水体中的有机汞除了发生配合反应外，还发生脱汞反 应 脱汞反应指在有机汞化合物中脱除汞的反应，包括反 甲基化反应、酸解、水解、卤解
水环境中的螯合体（洗涤剂、农药及各种表面活 性剂）能与重金属生成一系列稳定的可溶性或不 溶性螯合物，故有机配体的影响决定于螯合物或 配合物的溶解性 腐殖质能起配合作用的基团主要是分子侧链上的 多种含氧官能团，如羧基、羟基、羰基等 当羧基部位有酚羟基，或两个羧基相邻，会发生 螯合 配位数与金属的电子排布有关
pH不同，氧化还原条件不同，重金属的价态会变 化，发生一系列化学反应： 要么成为易溶于水的化合物，随水迁移 要么成为难溶的化合物，沉淀进入底质 要么被吸附到水中的悬浮物或胶体上，在不同pH 条件下，随着胶体发生凝聚（进入底质）或消散 作用（存在于水中） 由溶胶转为凝胶，称为凝聚作用；相反由凝胶分 散为溶胶，称为消散作用
可能成为次生污染源
五、几种重金属的水环境化学行为
1. 汞的水环境化学行为
以废水、废气形式排出，常以二价汞的无机汞化合 物和有机化合物存在。 来源：工业排放，尤其是碱工业，包括仪表、电器 、催化剂、造纸、金属炼制、燃料燃烧等。
汞的吸附作用
水中胶体对汞的吸附及其化合物溶解度较小 ，决定了各污染源排放出得汞主要沉积在排 污口附近的底泥。 天然水体中的各种胶体（无论是絮状物、悬 浮物，还是最终成为沉积物）对汞的束缚力 与环境条件和这些物质的成分（表面基团） 有一定关系。
2.硫化物 在硫化氢和金属硫化物均达到饱和的水中，同时 存在硫化氢的解离平衡和硫化物沉淀平衡 由于硫化物的溶解度甚小，当水中出现少量硫离 子时，即可出现金属硫化物沉淀，使重金属离子 的迁移能力大大降低 厌氧水体，硫离子浓度相对较大，对重金属的迁 移影响更大（Cu/Cd/Pb/Zn/Hg etc.）
主要指的是重金属离子的水解反应 所需要的pH较低（相对于轻金属） 重金属离子的水解是分步进行的， 或者说与羟基的配位是分级进行的 由此大大增加了重金属氢氧化物的溶解度，影响 重金属迁移
氯离子是较稳定的配合剂 配合程度取决于氯离子浓度和金属的本性 结果：大大提高难溶金属化合物的溶解度，如 PbSO4、ZnCO3
重金属的来源
1 2 3
大气中的重 中的重 金属来源
一、吸附作用
天然水中含有丰富的胶体颗粒物 胶体颗粒物，比表面大，带电荷(Fe(OH)3)，能吸附 金属离子 颗粒物被吸附后会在表面发生多种物理化学反应 颗粒物分为三大类： 1、无机粒子（包括石英、黏土矿及Fe、Al、Mn、Si 等水合物 2、有机粒子（高分子有机物、蛋白质、腐殖质） 3、无机与有机粒子的复合体
三、氧化还原作用
用水体电位(E)来描述水环境的氧化还原性质 电位高，显氧化性；电位低，显还原性 它直接影响金属的存在形式（形态）及迁移能力
重金属在高电位水中被氧化，而在低电位水中被 还原或与水中H2S反应成难溶硫化物 易溶化合物迁移能力强，难溶化合物迁移能力弱
四、溶解沉淀作用
重金属污染特征
重金属是构成地壳的元素、在自然界中分布广泛。
重金属作为有色金属，在人类上产活动中被广泛 应用，污染源遍布。 重金属大多属于过渡元素，在自然界中有不同价 态，具有活性和毒性效应。
重金属对人类和生物的危害特点
重金属具有毒性效应 不能被降解，却能将某些重金属转化成毒性更强 的金属有机化合物。 通过食物链富集放大。 通过各种途径进入人体，并能富集在某些器官中 ，形成慢性中毒。
沉淀和溶解是水溶液中常见的化学平衡现象
溶度积：Ksp
重金属化合物的溶解度与体系中阴离子的种类、 浓度及pH有关。
1. 氢氧化物 氢氧化物的溶解度与pH值有关，沉淀有最适宜pH （Cr3+） 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较高时溶解度较小，迁移能力弱 若水体pH较小，金属氢氧化物溶解度升高，迁移 能力增大 控制pH值，使重金属离子生成氢氧化物沉淀，以 除去废水中的重金属
汞的配合作用
有机汞离子和二价汞离子在水体中可与多种配离子 发生配合作用 配位体是任何能提供电子的离子
S2-、HS-、CN-及含-HS基的化合物对汞离子亲和力 很强，形成的化合物很稳定，这是还原性沉积物固 定汞的主要途径
pH值对汞形态影响
pH值不同，汞的存在形态不同，Hg(OH)2溶 解度较大：
3.碳酸盐 水中碳酸盐的溶解度，很大程度取决于水中CO2 含量和水体pH CO2促进碳酸盐溶解
pH升高，碳酸盐溶解度降低，迁移能力减弱
难溶化合物沉淀的结果： 大大限制了重金属污染的扩散范围， 使重金属主要富集于排污口附近的底泥中， 降低了重金属在水中迁移能力， 在某种程度上可以对水质起净化作用
重金属的定义
在化学中一般是指相对密度等于或大于5.0的金属， 包括Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等45 种元素。 也有学者定为周期表中原子序数大于钙者即从钪 以后的为重金属。 在环境污染研究中，重金属多指Hg、Cd、Pb、 Cr以及类金属等生物毒性显著的元素；其次是指 有一定毒性的一般元素，如Zn、Cu、Ni、Co、 Sn等。