3.水体中重金属迁移转化

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第三节水中重金属的迁移转化 transportation and turnover of inorganic pollutants in water

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1金属污染的特点重金属元素很多,在环境污染研究中所说的重金属主要是指汞,镉,铅,铬以及类金属砷等生物毒性显著的元素,也指具有一定毒性的重金属,如锌,铜,镍,钴,锡等.其中最引起人们重视的是汞,镉,铅,铬等.

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1金属污染的特点重金属污染的特点是: (1)天然水中的微量重金属就可产生毒性效应. (2)微生物不仅不能降解重金属. (3)生物体对重金属有富集作用. (4)重金属可通过食物,饮水,呼吸等多种途径进入人体.

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水体中重金属的迁移

重金属迁移:指的是重金属在自然环境中随着时间的改变而发生的空间位置的改变.重金属的转化:指的是随着介质条件的改变而使重金属的存在状态发生变化.按照物质的运动形式,重金属在水环境中的迁移可分为机械迁移,物理化学迁移和生物迁移.机械迁移:是指重金属离子以溶解态或颗粒态的形式被水流搬运.

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水体中重金属的迁移

物理化学迁移:是指重金属以简单离子,络离子或可溶性分子在水环境中通过一系列物理化学作用所实行的迁移和转化过程.生物迁移:指重金属通过生物体的新陈代谢,生长,死亡等过程所实现的迁移,这是一种复杂的迁移,正是由于这种迁移,才使重金属被有机体(如鱼类)富集起来,再经由食物链,构成对人体的威胁.

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用

天然水体中悬浮颗粒物类别:黏土矿物,水合氧化物等无机高分子化合物;腐殖质等有机高分子化合物;水体悬浮沉积物等它们是天然水体中存在的主要胶体物质.

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用

胶体的吸附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应有重要影响: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.胶体的吸附作用是使重金属从水中转入固相的主要途径.在天然水体中,重金属在水相中含量极微,而主要富集于固相中,在很大程度上与胶体的吸附作用有关.

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3水体中胶体物质对重金属的吸附作用-吸附概念吸附:溶液中的溶质在界面层浓度升高现象,是动态平衡过程.水中胶体颗粒物吸附:非专属吸附和专属吸附.非专属吸附:表面吸附;离子交换吸附表面吸附:胶体巨大的比表面和表面能;物理吸附.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.

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3水体中胶体物质对重金属的吸附作用-吸附概念

专属吸附:除化学键作用外,憎水键和范德华力或者氢键在起作用.专属吸附可以改变表面电荷符号,可以使离子化合物吸附在同号

电荷表面上.在中性甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面也能进行吸附

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3水体中胶体物质对重金属的吸附作用-吸附概念

影响吸附的因素比表面积:单位重量吸附剂的表面称比表面积孔结构:孔径大则比表面小孔径小则不利于扩散表面化学性质:环境条件:吸附量(G)与pH,平衡浓度(c)关系: G=A.c.10BpH (A B常数)

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3)水体中胶体物质对重金属的吸附作用-吸附概念

吸附动力学吸附过程包括三个阶段:溶质扩散通过水膜而到达颗粒物表面吸附质在空隙内扩散溶质在颗粒物表面发生吸附总的速率由第一,二阶段控制

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用

●水体中胶体物质的种类

天然水体中的胶体一般可分为三大类:无机胶体:有机胶体;有机无机胶体复合体.

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用

●胶体物质对污染物的吸附作用 (1)黏土矿物对重金属的吸附一种是离子交换吸附机制,即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+这个过程也可用下式示意:以及层状结构之间的M≡ AOH+ Me2+≡ AOMe+ H+ (或M+)离子,与水中的重金属显然,重金属离子的价态越离子交换而将其吸附高,水化离子半径越小,浓 (见图3-3).度越大就越有利于和黏土矿物微粒进行离子交换而被吸附.

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用----胶体物质对污染物的吸附作用

(1)黏土矿物对重金属的吸附另一种机理是重金属离子先水解,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: Me2++ n H2O=== Me(OH)n(2-n)++ n H+≡ AOH+ Me(OH)n(2-n)+===≡AMe(OH)n+1(1-n)+

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用----胶体物质对污染物的吸附作用

(2)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属离子的吸附过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位化合过程,可用下式表示: n≡AOH+ Men+=== (≡AO)n→ Me+ n H+

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用----胶体物质对污染物的吸附作用

(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和离子交换作用来实现.腐殖质的离子交换机理可用右式表示:

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用----胶体物质对污染物的吸附作用

(3)腐殖质对重金属离子的吸附若要了解重金属与腐殖质离子交换吸附或螯合作用的相对大小,可用NH4Ac或EDTA溶液解吸吸附在腐殖质上的金属离子,计算可得定量结果. NH4Ac能与腐殖酸-金属体系进行下列反应:

所以,NH4Ac解吸的重金属离子是腐殖酸通过离子交换吸附的离子,解吸的重金属数量,可以表示腐殖酸离子交换吸附的强弱,解吸数

量大,离子交换吸附强.反之,亦然.而被 EDTA解吸的则是被腐殖酸螯合吸附的那一部分金属离子.

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用

●吸附量与吸附速率 (1)吸附量及吸附等温式

吸附量:在一定条件下吸附达到平衡后,单位质量吸附剂所吸附的吸附物的量称为吸附量,以Q表示,它表示吸附剂的吸附能力.吸附等温线:在恒温等条件下,吸附量 Q与吸附物平衡浓度c的关系曲线称为吸附等温线,其相应的数学方程式称为吸附等温式.

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用

●吸附量与吸附速率 (1)吸附量及吸附等温式

Henry型简称H型,H型等温线为直线型,等温式为:G=k c

K分配系数G:颗粒物表面上的吸附量 C:溶液中溶质平衡浓度图:P122

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3)水体中胶体物质对重金属的吸附作用

●吸附量与吸附速率 (1)吸附量及吸附等温式

Freundlich型简称F型等温式为 G=kc1/nlgG=lgk+1/n lgc以lgG对lgc做图,直线 lgk为截距,

1/n斜率:表示吸附量随浓度增长的强度作图P122

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水体中胶体物质对重金属的吸附作用

●吸附量与吸附速率 (1)吸附量及吸附等温式

Langmuir型等温式为 G=G0c/(A+c) G0单位表面上达到饱和时间的最大吸附量; A常数转化形式: 1/G=1/G0+(A/G0)(1/c) 1/G对1/c做图同样得到直线

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