水环境化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

回回顾顾水循环及水分布水循环及水分布天然水中主要离子组成天然水中主要离子组成气体在水中溶解性气体在水中溶解性天然水性质（天然水性质（CO2碳酸平衡、酸度及碱度）碳酸平衡、酸度及碱度）天然水中污染物（有机污染物）天然水中污染物（有机污染物）第1页金属污染物金属污染物Cd、Hg、Pb、As、Cr、Cu、Zn、Tl、Ni、Be第2页 镉：镉：工业含镉废水排放，大气镉尘沉降。工业含镉废水排放，大气镉尘沉降。镉是水迁移性元素。在水体中镉主要以镉是水迁移性元素。在水体中镉主要以Cd2+状态存在。状态存在。悬悬浮浮物物和和沉沉积积物物对对镉镉有有较较强强吸吸附附能能力力。水水生生生生物物对对镉镉有有很强富集能力。很强富集能力。日本痛痛病就是长久食用含镉量高稻米引发中毒。日本痛痛病就是长久食用含镉量高稻米引发中毒。镉镉能能在在动动物物肾肾脏脏、动动脉脉和和肝肝脏脏内内积积累累。镉镉引引发发贫贫血血、高高血压、肾脏损害、骨质以及新陈代谢障碍。血压、肾脏损害、骨质以及新陈代谢障碍。第3页 汞：汞：天然水中不超出天然水中不超出1.0gl-1汞主要来自工业废水。化工生产中汞排放为主要污染汞主要来自工业废水。化工生产中汞排放为主要污染起源。起源。汞与其它元素等形成配合物是汞能随水流迁移主要原汞与其它元素等形成配合物是汞能随水流迁移主要原因之一。溶解在水中汞约有因之一。溶解在水中汞约有1-10转入大气中。转入大气中。悬浮物和底质对汞有强烈吸附作用。在微生物作用下，悬浮物和底质对汞有强烈吸附作用。在微生物作用下，无机汞能转变成无机汞能转变成剧毒剧毒甲基汞。甲基汞。日本著名水俣病就是食用日本著名水俣病就是食用含有甲基汞鱼造成。含有甲基汞鱼造成。第4页铅：铅：天然水中天然水中0.06-120gl-1，中值为，中值为3gl-1矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆、涂料等矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆、涂料等都是铅主要起源。都是铅主要起源。天然水中铅以二价态存在。天然水中铅以二价态存在。水体中悬浮颗粒物和沉积物对铅有强烈吸附作用。水体中悬浮颗粒物和沉积物对铅有强烈吸附作用。铅被吸收后在血液中循环，铅被吸收后在血液中循环，90%存在于骨骼中。存在于骨骼中。第5页(4)砷砷：毒性：低浓度下五价砷是无毒。三价砷是剧毒，因为亚毒性：低浓度下五价砷是无毒。三价砷是剧毒，因为亚砷酸盐与蛋白质中巯基发生反应。砷酸盐与蛋白质中巯基发生反应。淡水中砷含量为淡水中砷含量为0.2230g/L，平均为，平均为1.0g/L。砷可被颗粒物吸附、共沉淀而沉积到底部沉积物中。砷可被颗粒物吸附、共沉淀而沉积到底部沉积物中。水水体无机砷化合物还可被环境中厌氧细菌还原而产生甲基化，体无机砷化合物还可被环境中厌氧细菌还原而产生甲基化，形成有机砷化合物。形成有机砷化合物。甲基砷及二甲基砷毒性仅为砷酸钠甲基砷及二甲基砷毒性仅为砷酸钠1/200。第6页高含砷地下水蓄水层高含砷地下水蓄水层含有部分高含砷地下水源蓄水层含有部分高含砷地下水源蓄水层 第7页铬：铬：天然水中天然水中1-40gl-1冶炼、电镀、制革、印染等工业含铬废水。冶炼、电镀、制革、印染等工业含铬废水。三价铬迁移能力弱；六价铬在迁移能力强。三价铬迁移能力弱；六价铬在迁移能力强。毒性：六价铬毒性比三价铬大。毒性：六价铬毒性比三价铬大。六六价价铬铬可可被被还还原原为为三三价价铬铬，DO值值越越低低，BOD5值值和和COD值值越越高高，则则还还原原作作用用越越强强。六六价价铬铬，可可先先还还原原成成三三价价铬铬，然然后被悬浮物强烈吸附而沉降至底部颗粒物中。后被悬浮物强烈吸附而沉降至底部颗粒物中。第8页铜铜：(渔业允许浓度渔业允许浓度 0.01mg/L)铜是人体糖代谢过程中必需微量元素。铜是人体糖代谢过程中必需微量元素。起源：冶炼、金属加工、机器制造、有机合成等工业。起源：冶炼、金属加工、机器制造、有机合成等工业。铜含量与形态与铜含量与形态与OH-、CO32-和和Cl-等浓度相关，同时受等浓度相关，同时受pH影响。影响。迁移：铜离子能强烈被吸附或螯合，最终进入底部沉迁移：铜离子能强烈被吸附或螯合，最终进入底部沉积物中。河流对铜有显著自净能力。积物中。河流对铜有显著自净能力。第9页锌：锌：人必需微量元素。人必需微量元素。天然水中锌含量为天然水中锌含量为2-330g/L，工业废水排入引发锌污染。，工业废水排入引发锌污染。天然水中锌以二价离子状态存在，能水解生成多核羟基配天然水中锌以二价离子状态存在，能水解生成多核羟基配合物，如合物，如Zn(OH)NN-2。迁移：锌可被悬浮颗粒物吸附，或生成化学沉积物向底部迁移：锌可被悬浮颗粒物吸附，或生成化学沉积物向底部沉积物迁移。水生生物对锌有很强吸收能力，因而可使锌沉积物迁移。水生生物对锌有很强吸收能力，因而可使锌向生物体内迁移，富集倍数达向生物体内迁移，富集倍数达103-105倍。倍。第10页镍：镍：0.02mgl-1（生活饮用水地表水源标准）（生活饮用水地表水源标准）岩岩石石风风化化、镍镍矿矿开开采采、冶冶炼炼及及使使用用镍镍化化合合物物各各个个工工业业部部门门排放废水等，均可造成水体镍污染。排放废水等，均可造成水体镍污染。天然水中镍含量约为天然水中镍含量约为1.0g/L。水水中中可可溶溶性性离离子子能能与与水水结结合合形形成成水水合合离离子子Ni(H20)62+，或或形形成成可可溶溶性性有有机机配配合合离离子子随随水水流流迁迁移移。镍镍也也可可被被悬悬浮浮颗颗粒粒物吸附、沉淀。物吸附、沉淀。第11页铊：铊：以以分分散散状状态态同同晶晶形形杂杂质质存存在在于于铅铅、锌锌、铜铜等等硫硫化化物物和和硅硅酸酸盐矿物中，黄铁矿和白铁矿中有最大含铊量。盐矿物中，黄铁矿和白铁矿中有最大含铊量。天天然然水水中中铊铊含含量量为为1.0g/L。水水中中铊铊可可被被粘粘土土矿矿物物吸吸附附迁迁移移到底部沉积物中。到底部沉积物中。环环境境中中一一价价铊铊化化合合物物比比三三价价铊铊化化合合物物稳稳定定性性大大。TlOH是是强强碱，碱，Tl2O3不溶于水，可溶于酸。不溶于水，可溶于酸。铊对人体和动植物都是有毒元素。铊对人体和动植物都是有毒元素。第12页（10）铍：铍：铍只是局部污染，主要来自生产铍矿山、冶炼及加工厂排铍只是局部污染，主要来自生产铍矿山、冶炼及加工厂排放废水和粉尘。放废水和粉尘。天然水中铍含量很低，在天然水中铍含量很低，在0.0052.0g/L之间。之间。铍在靠近中性或酸性天然水中以铍在靠近中性或酸性天然水中以Be2+形态存在为主，当水形态存在为主，当水体体pH7.8时，则主要以不溶时，则主要以不溶Be(OH)2形态存在，并聚集在形态存在，并聚集在悬浮物表面，沉降至底部沉积物中。悬浮物表面，沉降至底部沉积物中。第13页 优优先先污污染染物物：在在众众多多污污染染物物中中筛筛选选出出潜潜在在危危险险大大作作为为优优先研究和控制对象，称为优先污染物。先研究和控制对象，称为优先污染物。共共68种种第14页水水体体污污染染危危害害是是多多方方面面，这这里里简简单单介介绍绍一一下下水水体污染对人体健康影响。体污染对人体健康影响。L引引发发急急性性和和慢慢性性中中毒毒。水水体体受受有有毒毒有有害害化化学学物物质质污污染染后后，经经过过饮饮水水或或食食物物链链便便可可能能造造成成中中毒毒。著著名名水水俣病、痛痛病是由水体污染引发。俣病、痛痛病是由水体污染引发。L致致癌癌作作用用。一一些些有有致致癌癌作作用用化化学学物物质质如如砷砷、铬铬、镍镍、铍铍、苯苯胺胺、苯苯并并(a)芘芘和和其其它它多多环环芳芳烃烃、卤卤代代烃烃污污染染水水体体后后，可可被被悬悬浮浮物物、底底泥泥吸吸附附，也也可可在在水水生生生生物物体体内内积积累累，长长久久饮饮用用含含有有这这类类物物质质水水，或或食食用用体体内内蓄积有这类物质生物蓄积有这类物质生物(如鱼类如鱼类)就可能诱发癌症。就可能诱发癌症。3、水体污染对人体健康影响、水体污染对人体健康影响第15页L发发生生以以水水为为媒媒介介传传染染病病。人人畜畜粪粪便便等等生生物物污污染染物物污污染染水水体体，可可能能引引发发细细菌菌性性肠肠道道传传染染病病如如伤伤寒寒、痢痢疾疾、肠肠炎炎、霍霍乱乱等等；肠肠道道内内常常见见病病毒毒如如脊脊髓髓灰灰质质类类病病毒毒、柯柯萨萨奇奇病病毒毒、传传染染性性肝肝炎炎病病毒毒等等，皆皆可可经经过过水水体体污污染染引引发发对对应应传传染染病病。1989年年上上海海“甲甲肝肝事事件件”，就就是是由由水水体体污污染染引引发发。在在发发展展中中国国家家，每年约有每年约有6000万人死于腹泻，其中大部分是儿童。万人死于腹泻，其中大部分是儿童。L间间接接影影响响。水水体体污污染染后后，常常可可引引发发水水感感官官性性状状恶恶化化，如如一一些些污污染染物物在在一一定定浓浓度度下下，对对人人健健康康虽虽无无直直接接危危害害，但但可可使使水水发发生生异异臭臭、异异色色，展展现现泡泡沫沫和和油油膜膜等等，妨妨碍碍水水体体正正常常利利用用。铜铜、锌锌、镍镍等等物物质质在在一一定定浓浓度度下下能能抑抑制制微微生生物物生生长长和和繁繁殖殖，从从而而影影响响水水中中有有机机物物分分解解和和生生物物氧氧化化，使使水水体体自自净净能力下降，影响水体卫生情况。能力下降，影响水体卫生情况。第16页3.2水中无机污染物迁移转化水中无机污染物迁移转化无机污染物，尤其是无机污染物，尤其是重金属和准金属重金属和准金属等污染物，进入水等污染物，进入水环境后均环境后均不能被生物降解不能被生物降解，主要经过，主要经过沉淀溶解、氧化沉淀溶解、氧化还原、配合作用、胶体形成、吸附解吸还原、配合作用、胶体形成、吸附解吸等一系列物理化等一系列物理化学作用进行迁移转化，参加和干扰各种环境化学过程和物学作用进行迁移转化，参加和干扰各种环境化学过程和物质循环过程，最终以一个或各种形态长久存留在环境中，质循环过程，最终以一个或各种形态长久存留在环境中，造成永久性潜在危害。本节将侧重介绍造成永久性潜在危害。本节将侧重介绍重金属污染物重金属污染物在水在水环境中迁移转化基本原理。环境中迁移转化基本原理。第17页3.2.1颗粒物与水之间迁移颗粒物与水之间迁移水中颗粒物类别水中颗粒物类别矿物微粒和黏土矿物矿物微粒和黏土矿物金属水合氧化物金属水合氧化物腐殖质腐殖质悬浮沉积物悬浮沉积物其它，如藻类、细菌、病毒、表面活性剂等其它，如藻类、细菌、病毒、表面活性剂等第18页矿物微粒和粘土矿物：矿物微粒和粘土矿物：矿物微粒（非粘土矿物）：矿物微粒（非粘土矿物）：石英、长石等，晶体交织、坚石英、长石等，晶体交织、坚固、颗粒粗，不易碎裂，缺乏粘结性。固、颗粒粗，不易碎裂，缺乏粘结性。粘土矿物：粘土矿物：天然水中常见为云母、蒙脱石、高岭石，含有天然水中常见为云母、蒙脱石、高岭石，含有晶体层状结构，易于碎裂，颗粒较细，含有粘结性，能够晶体层状结构，易于碎裂，颗粒较细，含有粘结性，能够生成稳定聚集体。生成稳定聚集体。其中粘土矿物是天然水中最主要、最复杂无机胶体，粘土矿其中粘土矿物是天然水中最主要、最复杂无机胶体，粘土矿物层状晶体基本由两种原子层组成，一个是物层状晶体基本由两种原子层组成，一个是硅氧四面体（硅硅氧四面体（硅氧片），氧片），另一个是另一个是铝氢氧原子层（水铝片），铝氢氧原子层（水铝片），其间主要靠其间主要靠氢氢键键连接，所以易于断裂开来。连接，所以易于断裂开来。第19页石英（紫水晶洞）石英（紫水晶洞）第20页正长石正长石6第21页高岭石土状光泽高岭石土状光泽第22页云母极完全解理云母极完全解理第23页蒙脱石蒙脱石第24页金属水合氧化物：金属水合氧化物：以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥主要以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥主要胶体化学作用。胶体化学作用。铝：铝：铝在天然水中浓度普通不超出铝在天然水中浓度普通不超出0.1mg/L。主要形。主要形态随态随pH值改变而改变。铝可发生聚合反应，最终生成值改变而改变。铝可发生聚合反应，最终生成Al(OH)3无定形沉淀物。无定形沉淀物。铁：铁：铁是丰量元素，水解反应和形态与铝类似。铁是丰量元素，水解反应和形态与铝类似。锰：锰：锰与铁类似，其丰度不如铁，但溶解度比铁高。锰与铁类似，其丰度不如铁，但溶解度比铁高。硅：硅：硅酸能生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。硅酸能生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。2Si(OH)4 H6SiO7+H2O (SinO2n-m(OH)2m)第25页腐殖质腐殖质：当植物残体经微生物分解时，不易被分解部分与微生物当植物残体经微生物分解时，不易被分解部分与微生物分泌物相结合形成一个无定形胶态复合物称为腐殖质。分泌物相结合形成一个无定形胶态复合物称为腐殖质。腐殖质腐殖质碱萃取碱萃取不溶物不溶物胡敏酸胡敏酸可溶物可溶物X酸萃取酸萃取可溶物可溶物富里酸富里酸沉淀物沉淀物乙醇乙醇萃取萃取腐殖酸腐殖酸可溶物可溶物（棕腐酸棕腐酸）碱溶碱溶加电加电解质解质可溶物可溶物褐腐酸褐腐酸沉淀物沉淀物灰腐酸灰腐酸第26页腐腐殖殖质质是是一一个个带带负负电电高高分分子子弱弱电电解解质质，带带有有很很多多活活性性基基因因芳芳烃烃，含含有有尤尤其其好好吸吸附附表表面面，它它们们能能与与金金属属离离子子和和金金属属水水合合物物发发生生离离子子交交换换、表表面面吸吸附附、络络合合和和螯螯合合、凝凝结结和和胶胶溶溶等等反反应应。它它们们在在很很大大程程度度上上控控制制了了水水体体和和土土壤壤中中微微量量元素和有毒物质迁移、富集和固定。元素和有毒物质迁移、富集和固定。第27页第28页腐殖质特征：腐殖质特征：含有抵抗微生物降解能力；含有抵抗微生物降解能力；含含有有同同金金属属离离子子和和金金属属水水合合物物氧氧化化物物形形成成络络合合物物或或螯螯合合物物能能力；力；Pb2+Cu2+Ni2+Co2+Zn2+Cd2+Fe2+Mn2+Mg2+含有与粘土矿物和有机物相互作用能力；含有与粘土矿物和有机物相互作用能力；含有弱酸性；含有弱酸性；含含有有凝凝聚聚作作用用。高高价价离离子子比比低低价价离离子子有有更更高高凝凝聚聚作作用用，等等价价离子，半径大则凝聚效果好；离子，半径大则凝聚效果好；不不一一样样起起源源腐腐殖殖质质含含有有总总体体上上性性质质相相同同性性，但但不不含含有有确确切切结结构和固定化学组成。构和固定化学组成。第29页水体悬浮沉积物：水体悬浮沉积物：悬悬浮浮沉沉积积物物是是以以矿矿物物微微粒粒，尤尤其其是是粘粘土土矿矿物物为为关关键键骨骨架架，有有机机物物和和金金属属水水合合氧氧化化物物结结合合在在矿矿物物微微粒粒表表面面上上，成成为为各各微微粒粒间间粘粘附附架架桥桥物物质质，把把若若干干微微粒粒组组合合成成絮絮状状聚聚集集体体（聚聚集集体体在在水水体体中中悬悬浮浮颗颗粒粒粒粒度度普普通通在在数数十十微微米米以以下下），经经絮絮凝凝成成为为较较粗粗颗颗粒粒就就沉沉积积到到水水体体底底部部，也也可可重重新再悬浮进入水中。新再悬浮进入水中。第30页其它：其它：湖湖泊泊中中藻藻类类，污污水水中中细细菌菌、病病毒毒，废废水水排排出出表表面面活活性性剂剂、油滴等，也都有类似胶体化学表现。油滴等，也都有类似胶体化学表现。第31页水环境中颗粒物吸附作用水环境中颗粒物吸附作用表表面面吸吸附附：因因为为胶胶体体含含有有巨巨大大比比表表面面和和表表面面能能，所所以以固固液液界界面面存存在在表表面面吸吸附附作作用用，胶胶体体表表面面积积愈愈大大，所所产产生生表表面面吸吸附附能能也也愈愈大大，胶胶体体吸吸附附作作用用也也就就愈愈强强，它它是是属属于于一一个个物物理吸附理吸附。离离子子交交换换吸吸附附：因因为为大大部部分分胶胶体体带带负负电电荷荷，轻轻易易吸吸附附各各种种阳阳离离子子，在在吸吸附附过过程程中中，胶胶体体每每吸吸附附一一部部分分阳阳离离子子，同同时时也放出等量其它阳离子。它属于也放出等量其它阳离子。它属于物理化学吸附物理化学吸附。专专属属吸吸附附：是是指指吸吸附附过过程程中中，除除了了化化学学键键作作用用外外，还还有有加加强憎水键和范德华力或氢键主起作用。强憎水键和范德华力或氢键主起作用。第32页吸附等温线和等温式吸附等温线和等温式在在固固定定温温度度下下，当当吸吸附附到到达达平平衡衡时时，颗颗粒粒物物表表面面上上吸吸附附量量（G）与与溶溶液液中中溶溶质质平平衡衡浓浓度度（C）之之间间关关系系，可可用用吸吸附附等等温温线线来来表表示。水体中常见吸附等温线有三类：示。水体中常见吸附等温线有三类：H、F、L型型 H型型（Henry）等温式（直线型）等温式（直线型）G kc k:分配系数分配系数H型吸附等温线cG溶质在吸附剂与溶液之溶质在吸附剂与溶液之间按固定比值分配间按固定比值分配第33页 F型型（Freundlich）等温式等温式 G kC1/n lgG=lgk +1/n lgC lgG对对lgC作图可得一直线。作图可得一直线。k值是值是C=1吸附量，能够大致表示吸附能力强弱，吸附量，能够大致表示吸附能力强弱，1/n为斜为斜率，表示吸附量随浓度增加强度。率，表示吸附量随浓度增加强度。该等温线只适合用于浓该等温线只适合用于浓度适中溶液，不能给出饱和吸附量。度适中溶液，不能给出饱和吸附量。lgGlgCF型吸附等温线型吸附等温线第34页L型型（Langmuir）等温式等温式 G=G0C/(A+C)G0：单位面积上到达饱和时最单位面积上到达饱和时最大吸附量；大吸附量；A：常数。常数。G对对C作图得到一条双曲线作图得到一条双曲线当当C时，时，G G01/G=1/G0+(A/G0)(1/C)L型吸附等温线型吸附等温线第35页等等温温线线在在一一定定程程度度上上反反应应了了吸吸附附剂剂与与吸吸附附物物特特征征，其其形形式式在在许许多多情情况况下下与与试试验验所所用用溶溶质质浓浓度度区区段段相相关关。当当溶溶质质浓浓度度甚甚低低时时，可可能能在在初初始始区区段段中中展展现现H型型，当当浓浓度度较较高高时时，曲曲线线可可能能表表现现为为F型型，但统一起来仍属于但统一起来仍属于L型不一样区段。型不一样区段。第36页吸附作用强弱主要决定于吸附作用强弱主要决定于吸附剂吸附剂和和吸附质吸附质性质；性质；同系物同系物有机溶质，分子量越大吸附量越大；有机溶质，分子量越大吸附量越大；溶解度越小，即疏水性越高溶质越轻易被吸附；溶解度越小，即疏水性越高溶质越轻易被吸附；极极性性吸吸附附剂剂轻轻易易吸吸附附极极性性溶溶质质，非非极极性性吸吸附附剂剂轻轻易易吸吸附非极性溶质；附非极性溶质；当当分分子子大大小小相相同同时时，普普通通是是芳芳香香族族化化合合物物比比脂脂肪肪族族化化合物更轻易被吸附；合物更轻易被吸附；（2）影响吸附原因影响吸附原因第37页有支链化合物比直链化合物轻易吸附；有支链化合物比直链化合物轻易吸附；吸吸附附剂剂粒粒度度越越小小，吸吸附附量量越越大大，即即富富集集能能力力越越强强，但在直径为几微米时有一个临界值；但在直径为几微米时有一个临界值；温温度度对对溶溶液液中中吸吸附附有有两两种种不不一一样样效效应应：吸吸附附为为放放热热过过程程，温温度度升升高高，吸吸附附量量应应降降低低；但但温温度度升升高高可使溶质溶解度降低，因而吸附量增大；可使溶质溶解度降低，因而吸附量增大；pH对对水水体体中中物物质质吸吸附附有有主主要要影影响响，普普通通是是pH增增大大吸附量增高。吸附量增高。第38页沉积物中重金属释放沉积物中重金属释放沉沉积积物物中中重重金金属属可可能能重重新新进进入入水水体体，这这是是产产生生二二次次污污染染主主要要原原因因。不不但但对对于于水水生生生生态态系系统统，而且对于饮用水供给都是很危险。而且对于饮用水供给都是很危险。第39页诱发释放主要原因有：诱发释放主要原因有：盐浓度升高盐浓度升高：碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属阳阳离离子子可可将将被被吸吸附附在在固固体体颗颗粒粒上上金金属属离离子子交交换换出出来来，这这是是金金属属从从沉沉积积物物中中释释放放出出来来主主要要路路径径之一。之一。如如Ca2+,Na+,Mg2+离离子子对对悬悬浮浮物物中中铜铜、铅铅和和锌锌交交换换释释放放作作用用。在在0.5mg/L Ca2+离离子子作作用用下下，悬悬浮浮物物中中铅铅、铜铜、锌锌能能够够解解吸吸出出来来，这这三三种种金金属属被被钙钙离离子子交交换换能能力力不不一一样样，其其次序为次序为ZnCuPb。第40页氧化还原条件改变：氧化还原条件改变：在在湖湖泊泊、河河口口及及近近岸岸沉沉积积物物中中普普通通都都有有较较多多耗耗氧氧物物质质，使使一一定定深深度度以以下下沉沉积积物物中中氧氧化化还还原原电电位位急急剧剧降降低低，使使铁铁、锰锰氧氧化化物物可可部部分分或或全全部部溶溶解解，故故被被其其吸吸附附或或与与之之共共沉沉淀淀重重金属离子也同时释放出来。金属离子也同时释放出来。第41页（3）降低降低pH值值 pH值降低，造成碳酸盐和氢氧值降低，造成碳酸盐和氢氧化物溶解，化物溶解，H竞争作用增加了金竞争作用增加了金属离子解吸量。属离子解吸量。普普通通情情况况下下，沉沉积积物物中中重重金金属属释放量随释放量随pH升高而降低。升高而降低。现现有有H离离子子竞竞争争吸吸附附作作用用，也也有有在在低低pH条条件件下下致致使使金金属属难难溶溶盐类以及络合物溶解。盐类以及络合物溶解。在受纳酸性废水排放水体中，水中金属浓度往往很高。在受纳酸性废水排放水体中，水中金属浓度往往很高。第42页增加水中络合剂含量：增加水中络合剂含量：络络合合剂剂使使用用量量增增加加，能能和和重重金金属属形形成成可可溶溶性性络络合合物物，有有时时这这种种络络合合物物稳稳定定度度较较大大，能能够够溶溶解解态态形形式式存存在在，使使重重金金属从固体颗粒上解吸下来。属从固体颗粒上解吸下来。第43页3.2.2 水中颗粒物聚集水中颗粒物聚集凝聚：由电介质促成聚集；凝聚：由电介质促成聚集；絮凝：由聚合物促成聚集絮凝：由聚合物促成聚集.第44页电位离子扩散层扩散层胶团边界胶团边界滑动面滑动面胶粒胶粒吸附层吸附层胶核胶核电位电位电位电位反离子胶体双电层结构胶体双电层结构 第45页胶体结构：胶体结构：按照以上描述胶体粒子结构式可写为：按照以上描述胶体粒子结构式可写为：胶核胶核电位形成离子，电位形成离子，束缚反离子束缚反离子自由反离子自由反离子吸附层吸附层扩散层扩散层胶粒胶粒胶团胶团第46页胶体颗粒凝聚基本原理和方式胶体颗粒凝聚基本原理和方式胶体稳定性理论（胶体稳定性理论（DLVO理论）理论）把范德华吸引力和扩散双电把范德华吸引力和扩散双电层排斥力考虑为仅有作用原因，而且假设颗粒是粒度均等、层排斥力考虑为仅有作用原因，而且假设颗粒是粒度均等、球体形状理想状态。球体形状理想状态。总综合作用位能为：总综合作用位能为：VT=VR+VA VA由范德华力产生位能；由范德华力产生位能；VR由静电斥力产生位能由静电斥力产生位能第47页不不一一样样溶溶液液有有不不一一样样VR曲曲线线，VR随随颗颗粒粒间间距距离按指数律下降。离按指数律下降。VA只只随随颗颗粒粒间间距距离离改改变变，与与溶溶液液中中离离子子强强度度无关。无关。不不一一样样溶溶液液离离子子强强度度有不一样有不一样VT 曲线曲线。第48页离离子子强强度度较较小小时时，综综合合位位能能曲曲线线上上出出现现较较大大位位能能峰峰Vmax，排排斥斥作作用用占占较较大大优优势势，体体系系保持分散稳定状态。保持分散稳定状态。当当离离子子强强度度增增大大到到一一定定程程度度时时，Vmax降降低低，甚甚至至完完全全消消失失。一一部部分分颗颗粒粒有有可可能能超超越越该该位位能能峰峰，当当到到达达位位能能极极小小值值Vmin时，颗粒结合在一起。时，颗粒结合在一起。第49页天然水环境和水处理过程中所碰到颗粒聚集方式：天然水环境和水处理过程中所碰到颗粒聚集方式：压缩双电层凝聚：压缩双电层凝聚：因因为为水水中中电电解解质质浓浓度度增增大大而而离离子子强强度度升升高高，压压缩缩扩扩散散层层，使颗粒相互吸引结合凝聚。使颗粒相互吸引结合凝聚。实质：电解质加入与反离子同电荷离子实质：电解质加入与反离子同电荷离子压缩双压缩双电层电层电位电位凝聚凝聚对于水中负电荷胶体，投入电解质对于水中负电荷胶体，投入电解质混凝剂应是正电荷混凝剂应是正电荷或聚合离子，如或聚合离子，如Na+、Ca2+、Al3+等，其作用是压缩胶体等，其作用是压缩胶体双电层。双电层。第50页 专属吸附凝聚：专属吸附凝聚：胶胶体体颗颗粒粒专专属属吸吸附附异异电电离离子子化化合合态态，降降低低表表面面电电位位，即即产产生电中和现象，使颗粒脱稳而凝聚。生电中和现象，使颗粒脱稳而凝聚。胶体相互凝聚：胶体相互凝聚：两两种种电电荷荷符符号号相相反反胶胶体体相相互互中中和和而而凝凝聚聚，或或者者其其中中一一个荷电很低而相互凝聚，都属于异体凝聚。个荷电很低而相互凝聚，都属于异体凝聚。第51页（4）“边对面边对面”絮凝絮凝 粘粘土土矿矿物物颗颗粒粒形形状状呈呈板板状状，其其板板面面荷荷负负电电而而边边缘缘荷荷正正电电，各各颗颗粒粒边边与与面面之之间间可可由由静静电电引引力力结结合合，这这种种聚聚集集方方式式结结协协力力较较弱弱，且且含含有有可可逆逆性性，因因而而，往往往往生生成成涣涣散散絮絮凝凝体体，再再加加上上”边边对对边边”、”面面对对面面”结结合合，组组成成水水中中粘粘土土颗颗粒粒自自然絮凝主要方式。然絮凝主要方式。第52页（5）第二极小值絮凝第二极小值絮凝 在在普普通通情情况况下下，位位能能综综合合曲曲线线上上第第二二极极小小值值较较微微弱弱，不不足足以以发发生生颗颗粒粒间间结结合合，但但若若颗颗粒粒较较粗粗或或在在某某一一维维方方向向上上较较长长，就就有有可可能能产产生生较较深深第第二二极极小小值值，使使颗颗粒粒相相互互聚聚集集。这这种种聚聚集集属属于于较较远远距距离离接接触触，颗颗粒粒本本身身并并未未完完全全脱脱稳稳，因因而而比比较较涣涣散散，含含有有可可逆逆性性。这这种种絮絮凝凝在在实实际际体体系系中中有有时时是是存存在。在。第53页（6）聚合物粘结架桥絮凝：聚合物粘结架桥絮凝：胶胶体体微微粒粒吸吸附附高高分分子子电电解解质质而而凝凝聚聚，专专属属吸吸附附类类型型，主主要要是是异异电电中中和和作作用用。假假如如聚聚合合物物能能够够同同时时发发挥挥电电中中和和及及粘结架桥作用，就表现出较强絮凝能力。粘结架桥作用，就表现出较强絮凝能力。（7）无机高分子絮凝：无机高分子絮凝：无无机机高高分分子子除除对对胶胶体体颗颗粒粒有有专专属属吸吸附附电电中中和和作作用用外外，也可结合起来在较近距离起粘结架桥作用。也可结合起来在较近距离起粘结架桥作用。第54页（8）絮团卷扫絮凝：絮团卷扫絮凝：已已经经发发生生凝凝聚聚或或絮絮凝凝聚聚集集体体絮絮团团物物，在在运运动动中中以以其其巨巨大大表表面面吸吸附附卷卷带带胶胶体体微微粒粒，生生成成更更大大絮絮团团，使使体体系系失失去去稳稳定定而沉降。而沉降。第55页（9）颗粒层吸附絮凝：颗粒层吸附絮凝：水水溶溶液液经经过过颗颗粒粒层层过过滤滤时时，因因为为颗颗粒粒表表面面吸吸附附作作用用，使使水水中中胶胶体体颗颗粒粒相相互互靠靠近近而而发发生生凝凝聚聚或或絮絮凝凝。吸吸附附作作用用强强烈烈时时，可可对对凝凝聚聚过过程程起起强强化化作作用用，使使在在溶溶液液中中不不能能凝凝聚聚颗颗粒得到凝聚。粒得到凝聚。（10）生物絮凝生物絮凝 藻藻类类、细细菌菌等等微微小小生生物物在在水水中中也也含含有有胶胶体体性性质质，带带有有电电荷荷，能能够够发发生生凝凝聚聚。尤尤其其是是它它们们往往往往能能够够分分泌泌某某种种高高分分子物质，发挥絮凝作用，或形成胶团状物质。子物质，发挥絮凝作用，或形成胶团状物质。第56页v水中悬浮物去除方法：v 固体悬浮物主要为粘性颗粒，表面带负电，互相排斥，不易聚结、下沉。为使这些固体悬浮物易于聚结、下沉，可利用混凝剂。v混凝剂起两方面作用：v 一是能中和固体悬浮物表面负电性；其次是使失去电性固体悬浮物迅速聚结、下沉。起前一个作用化学剂为混凝剂；起后一个作用化学剂为助凝剂。第57页3.2.3溶解和沉淀溶解和沉淀普普通通金金属属化化合合物物在在水水中中迁迁移移能能力力，能能够够用用溶溶解解度度来来衡衡量量。溶溶解解度度小小者者，迁迁移移能能力力小小；溶溶解解度度大大者者，迁迁移移能能力力大大。溶溶解解反反应应时时常常是是一一个个多多相相化化学学反反应应，在在固固一一液液平平衡衡体体系系中中，普通需用普通需用溶度积溶度积来表征溶解度。来表征溶解度。第58页1氢氧化物氢氧化物Me(OH)n Men+nOH-依据溶度积：依据溶度积：Ksp=Men+OH-n Kw=H+OH-可转换为：可转换为：Men+Ksp/OH-n Ksp H+n/Kwn -lg Men+-lg Ksp n lg H+n lg Kwpc=pKsp n pKw+n pH (pc=-lgMen+)金属氧化物和氢氧化物溶解度与溶液金属氧化物和氢氧化物溶解度与溶液pH值呈线性关系。值呈线性关系。第59页第60页F在在实实际际应应用用中中，人人们们经经常常控控制制水水体体pH，使使其其中中重重金金属属离离子生成氢氧化物沉淀，以除去废水中重金属。子生成氢氧化物沉淀，以除去废水中重金属。F若若要要除除去去废废水水中中两两性性金金属属离离子子，则则必必须须严严格格控控制制其其pH值值。如如在在pH5时时，Cr3+以以水水合合络络离离子子形形式式存存在在；pH9时时，则则生生成成羟羟基基络络离离子子；只只有有在在pH为为8时时，Cr3+最最大大程程度度地地生生成成Cr(OH)3，水水中中Cr3+量量最最小小。即即去去除除污污水水中中Cr3+，应应控控制制pH为为8。第61页硫化物硫化物S2-几几乎乎可可使使全全部部重重金金属属从从水水中中除除去去。当当水水中中有有H2S时，溶于水中呈二元酸状态，其分级电离为：时，溶于水中呈二元酸状态，其分级电离为：H2S H+HS-K1=8.910-8 HS-H+S2-K2=1.310-15两式相加可得：两式相加可得：H2S 2H+S2-K12 K1K2 1.1610-22=H+2S2-/H2S第62页在饱和水溶液中，可认为在饱和水溶液中，可认为H2S0.1mol/L，则：，则：H+2S2-=1.1610-23=0.1K1K2=Ksp可把可把Ksp看成是一个溶度积。看成是一个溶度积。在任一在任一pH值水中，值水中，S2-=1.1610-23/H+2=Ksp/H+2溶溶液液中中促促成成硫硫化化物物沉沉淀淀是是S2-，若若溶溶液液中中存存在在二二价价金金属属离离子子M2+，则有：，则有：M2+S2-=Ksp所所以以在在硫硫化化氢氢和和硫硫化化物物均均到到达达饱饱和和溶溶液液中中，可可算算出出溶溶液液中中金属离子饱和浓度为：金属离子饱和浓度为：M2+=Ksp/S2-=KspH+2/(0.1K1K2)第63页因因为为硫硫化化物物溶溶解解度度甚甚小小，当当水水中中出出现现少少许许硫硫离离子子时时，即即可可出出现现金金属属硫硫化化物物沉沉淀淀，使使重重金金属属离离子子迁迁移移能能力力大大大大降降低低。比比如如，当当含含有有10-10 mol/L硫硫离离子子时时，水水体体中中Cu2+、Cd2+、Pb2+离离子子平平衡衡浓浓度度分分别别为为610-26、810-17和和10-18mol/L，说说明明这这些些离离子子完完全全被被沉沉淀淀出出来来。其其它它金金属属离离子子如如Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Hg2+等等，在在S2-=10-10 mol/L情情况况下下，也也完完全全能能够够从从水水中中沉沉淀淀出出来来。可可见见硫硫离离子子对对重重金金属属在在水水体体中中迁迁移有较大影响。移有较大影响。第64页碳酸盐碳酸盐在在M2+-H2O-CO2体体系系中中，碳碳酸酸盐盐沉沉淀淀实实际际上上是是二二元元酸酸在在三三相中平衡分布问题。以相中平衡分布问题。以CaCO3为例：为例：CT常数，常数，CaCO3溶解度：溶解度：CaCO3(S)Ca2+CO32-Ksp=Ca2+CO32-=10-8.32 Ca2+=KSP/(CT2)CT-总碳酸量，总碳酸量，-分布系数分布系数第65页第66页 CaCO3（s）在纯水中溶解：在纯水中溶解：溶溶液液中中溶溶质质为为Ca2+、H2CO3*、HCO3-、CO32-、H+和和OH-。假假如如考考虑虑全全部部溶溶解解出出来来Ca2+在在浓浓度度上上必必定定等等于于溶溶解解碳酸化合态总和，就可得到方程式：碳酸化合态总和，就可得到方程式：Ca2+=CT 另外，溶液必须满足电中性条件：另外，溶液必须满足电中性条件：2Ca2+H+HCO3-+2CO32-+OH-到达平衡时，能够用到达平衡时，能够用CaCO3(s)溶度积来考虑：溶度积来考虑：第67页Ca2+CO32-=KSPCa2+=KSP/CO32-=KSP/(CT2)=KSP/(Ca2+2)Ca2+=(KSP/2)1/2-lg Ca2+=0.5p KSP 0.5p 2对于其它金属碳酸盐则可写成：对于其它金属碳酸盐则可写成：-lg M2+=0.5p KSP 0.5p 2 第68页第69页