文档介绍：重金属在水环境中的迁移转化
本章内容
一、概述
1 不同学科对“重金属”的界定
1 重金属环境行为特点
2 迁移过程的复杂性与当前研究的局限性
二、重金属在环境中的迁移过程
1 重金属的水解平衡、沉淀-溶解平衡、羟基络合过程、及三者之间的关系
2 环境胶体对重金属的吸持作用
3 环境物质的氧化-还原平衡与重金属迁移
三、重金属污染评价问题
1 重金属的形态与毒性关系及金属的甲基化问题
2 沉积物在重金属污染评价研究中的应用
3 水环境重金属质量标准与基准问题
不同学者视野中的重金属
(1) 物理定义:密度大于5 g/cm3的金属(45种元素)
密度大于4 g/cm3的金属(60种元素)
(2) 化学定义:原子序数大于20的金属。
(3) 在毒理学上泛指有毒金属。
(4) 在环境研究中,指Hg、Cd、Pb、Cr等对人体有毒性的金属以及类金属中的As等生理毒性显著的元素;也指其他对生态系统有一定毒性影响的Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。
重金属环境行为的基本特征
(1)是构成地壳的组分,在各环境介质中均有背景含量,在污染物分类中被视为永久性污染物。
(2)有广泛的污染源(采矿、冶金、某些化工产业、燃媒、及其他人为释放源)。
重金属环境行为的基本特征
(1)是构成地壳的组分,在各环境介质中均有背景含量,在污染物分类中视为是永久性污染物。(中国环境背景值研究的理论和应用意义)
(2)有广泛的污染源(采矿、冶金、某些化工产业、燃媒等)(人为释放与风化释放的关系现状)。
(3)多数为周期表中的过渡元素,有特殊电子构层,最外的S层的电子数为1~2,次外层D电子层未被充满,易于接收外来电子,使重金属的环境行为有以下特点:
•有广泛价态,可在多种Eh-pH条件下存在。不同电价的
重金属有不同的迁移性和生物有效性;
•易形成络合物,有利于其在环境中迁移扩散;
•易与OH-、S2-、CO3-生成沉淀,可抑制其迁移扩散
(4)微量即可致毒,有长期性累积效应,有生物放大作用,可通过母乳和遗传对新生儿产生影响。(水俣病骨痛病成因,中国松花江汞污染研究)
重金属与合成有机物环境行为和毒性的差别
合成有机物
重金属与类金属
Source
人为引入
自然产生,人为加强释放
Fate
或多或少降解
不会降解,主要为转化过程
Bio-availability
与其亲脂性有关
与其化学形态有关
Toxicity
单阈值
双阈值(补充有关知识)
Positive effects
无
基本的,有;非基本的,无
“No”effects
可能
非基本的,无;非基本的,有
Adverse effects
有
在含量不足或过多时有
重金属在环境中迁移的复杂性和人们研究的局限性
水环境是多相电介质,存在多种反应,包括:离子-离子的反应、离子-溶剂的反应、离子-固体的反应、水解-水合、络合、沉淀-溶解、氧化-还原、生化反应。水环境是开放的、非平衡的和非线性的系统。重金属在水环境中的迁移和转化极为复杂。
但目前,人们一般只能将水环境作为平衡系统对其进行研究,且多为研究平衡系统的某些环节。
pH值对重金属迁移的影响
与pH影响有关的几个相互关联的问题:
金属氢氧化物的沉淀-溶解反应
金属的水解作用
羟基( OH- )对金属的络合作用
金属氢氧化物的溶解度图
重金属氢氧化物的溶解-沉淀平衡
溶解反应式:M(OH)n = 2OH- + Mn+
浓度积常数: Ksp = [M+] [OH-]n
达溶解平衡时溶液中金属的浓度与[OH-] n的关系: [M+] = Ksp / [OH-] n
根据水的离子积常数将[OH-] 以pH表示
Kw = [H+] [OH-]
log [M+] = log Ksp - n log Kw - n pH
改为负对数:pM = n pH - log Ksp - 14