文档介绍：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。
颗粒物与水之间的迁移
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。
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,<。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: SinO2n-m(OH)2m
腐殖质
是一种代负电的高分子弱电解质。
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。
水环境中颗粒物的吸附作用
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。
离子吸附:由于胶体表面的电荷引力。
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。
吸附理论――有效层流脱理论
吸附方向和推动力
吸附等温线和等温式
等温吸附经验式――弗罗因德利希式
Freundlich型等温式为: G=kC1/n
两边取对数: logG=logk+1/nlogC
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
Langmuir型吸附等温线:G=G0C/(A+C) 1/G=1/G0+(A/G0)(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=kC
k------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。当溶液pH超过某元素的临界pH时,则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。
(b) 颗粒物的粒度和浓度的影响
吸附量随粒度增大而减少,吸附量随颗粒物浓度增大而减少。
(2) 氧化物表面吸附的配合模式:
由于表面离子配位不饱和,金属氧化物与水配位,水发生离解吸附而生成羟基化表面。
≡MeOH2+ ≡MeOH + H+
Ks a1 = {≡MeOH }[ H+] / {≡MeOH2+ }
≡MeOH ≡MeO- + H+
Ks a2 = {≡MeO-}[ H+] / {≡MeOH }
表面的≡MeOH 基团在溶液中可以与金属离子和阴离子生成表面配位配合物,表现出***表面特性,相应的表面配合反应为:
≡MeOH + MZ+ ≡MeOM(Z-1)+ + H+ *K1s
2 ≡MeOH + MZ+ (≡MeO)2M(Z-2)+ +2 H+ *β2s
≡MeOH + AZ- ≡MeA(Z-1)- +OH- K1s
2 ≡MeOH + AZ- (≡Me)2 A(Z-2)- + 2 OH- β2s
图3-4 氧化物表面配合模式
氧化物表面配合模式已成为广泛的吸附模式。
表面配合模式的实质内容: 就是把具体表面看作一种聚合酸,其大量羟基可以发生表面配合反应,但在配合平衡过程中需将邻近基团的电荷影响考虑在内,由此区别于溶液中的配合反应。
表面配合常数与溶液中配合常数的相关性:
≡MeOH + MZ+ ≡MeOM(Z-1)+ + H+ *K1s
H2O + MZ+ MeOH(Z-1)+ + H+ *K1
≡MeOH + H2A ≡MeHA + H2O *K1s
MeOH2+ + H2A ≡MeHA2+ + H2O *K1
4、沉积物中重金属的释放
(1)盐浓度的升高
(2)氧化还原条件的变化
(3)pH降低
(4)水中配合剂量的增多
二、水中颗粒物的聚集
聚集分散
凝聚——利用电解质促成。
絮凝——利用聚合物(桥联作用)
1、胶体颗粒凝聚的基本原理和方式:
溶胶的经典稳定理论——DLVO理论(理想化简单体系)
以斥力势能ER, 吸力势能EA 和总势能E(= ER+EA)对粒子间距离x作图