颗粒物与水之间的迁移

颗粒物与水之间的迁移颗粒物与水之间的迁移第二节第二节 水中无机污染物的迁移转水中无机污染物的迁移转化化一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移 1 1水中颗粒物的类别水中颗粒物的类别 (1)(1)矿物微粒和粘土矿物：矿物微粒和粘土矿物：(2)(2)金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属的金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物水合氧化物 (3)(3)腐殖质：腐殖质是一种带负电的高分子弱电腐殖质：腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质解质 (4)(4)水体中悬浮沉积物水体中悬浮沉积物 (5)(5)其它：藻类、细菌、病毒、油滴等。其它：藻类、细菌、病毒、油滴等。一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移 2 2水环境中颗粒物的吸附作用水环境中颗粒物的吸附作用 水环境中胶体颗粒的吸附作用大体可分为水环境中胶体颗粒的吸附作用大体可分为:表面吸附、离子交换吸附和专属吸附等。表面吸附、离子交换吸附和专属吸附等。表面吸附：表面吸附：属于物理吸附，胶体具有巨大的比表面和表属于物理吸附，胶体具有巨大的比表面和表面能面能 离子交换吸附离子交换吸附：属于物理化学吸附属于物理化学吸附 专属吸附专属吸附:除化学键的作用外，范德华力或氢键起除化学键的作用外，范德华力或氢键起作用，作用，专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移 2 2水环境中颗粒物的吸附作用水环境中颗粒物的吸附作用 吸附等温线和等温式：吸附吸附是指溶液中的溶质在界面层浓是指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。度升高的现象。水体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡水体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过程，在一定温度下当吸附达到平衡时，颗粒物过程，在一定温度下当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量（表面上的吸附量（G G）与溶液中溶质平衡浓度）与溶液中溶质平衡浓度（c c）之间的关系，可用吸附等温线表示。）之间的关系，可用吸附等温线表示。吸附等温线和等吸附等温线和等温式：温式：水体中水体中常见的吸附等温常见的吸附等温线有三类：线有三类：即即HenryHenry型、型、FreundlichFreundlich型、型、LangmuirLangmuir型，型，简称简称H,F,LH,F,L型型l吸附等温线和等温式：吸附等温线和等温式：Gl 等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式在许多情况下在许多情况下 与实验所用溶质浓度区段有关。当溶质浓度甚与实验所用溶质浓度区段有关。当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现低时，可能在初始区段中呈现H H型，当浓度较高时，曲线可能表型，当浓度较高时，曲线可能表现为现为F F型，但统一起来仍属于型，但统一起来仍属于L L型的不同区段。型的不同区段。影响吸附作用的因素影响吸附作用的因素l溶液溶液pHpH值对吸附作用的影响。在一般情况下，颗值对吸附作用的影响。在一般情况下，颗粒物对重金属的吸附量随粒物对重金属的吸附量随pHpH值升高而增大。值升高而增大。当溶当溶液液pHpH超过某元素的临界超过某元素的临界pHpH值时，则该元素值时，则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。在溶液中的水解、沉淀起主要作用。l 溶液溶液pHpH值对吸附作用的影响。在一般情况下，值对吸附作用的影响。在一般情况下，颗粒物对重金属的吸附量随颗粒物对重金属的吸附量随pHpH值升高而增大。值升高而增大。l 颗粒物的粒度和浓度对重金属吸附量的影响。颗粒物的粒度和浓度对重金属吸附量的影响。颗粒物对重金属的吸附量随粒度增大而减少，并颗粒物对重金属的吸附量随粒度增大而减少，并且，当溶质浓度范围固定时，吸附量随颗粒物浓且，当溶质浓度范围固定时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。度增大而减少。l 此外，温度变化、几种离子共存时的竞争作此外，温度变化、几种离子共存时的竞争作用均对吸附产生影响。用均对吸附产生影响。影响吸附作用的因素影响吸附作用的因素3 3沉积物中重金属的释放沉积物中重金属的释放(1)(1)盐浓度升高盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来，这是金吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来，这是金属从沉积物中释放出来的主要途径之一。属从沉积物中释放出来的主要途径之一。(2)(2)氧化还原条件的变化氧化还原条件的变化：在湖泊、河口及近岸在湖泊、河口及近岸沉积物中一般均有较多的耗氧物质，使一定深度沉积物中一般均有较多的耗氧物质，使一定深度以下沉积物中的氧化还原电位急剧降低，并将使以下沉积物中的氧化还原电位急剧降低，并将使铁、锰氧化物可部分或全部溶解，故被其吸附或铁、锰氧化物可部分或全部溶解，故被其吸附或与之共沉淀的重金属离子也同时释放出来。与之共沉淀的重金属离子也同时释放出来。(3)(3)降低降低pHpH值：值：pHpH值降低，值降低，导致碳酸盐和氢氧化物导致碳酸盐和氢氧化物的溶解，的溶解，H H+的竞争作用的竞争作用增加了金属离子的解吸增加了金属离子的解吸量。在一般情况下，沉量。在一般情况下，沉积物中重金属的释放量积物中重金属的释放量随着反应体系随着反应体系pHpH的升高的升高而降低而降低(4)(4)增加水中配合剂的含量增加水中配合剂的含量：天然或合成的配合剂使天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，有形成可溶性配合物，有时这种配合物稳定度较时这种配合物稳定度较大，可以溶解态形态存大，可以溶解态形态存在，使重金属从固体颗在，使重金属从固体颗粒上解吸下来。粒上解吸下来。二、水中颗粒物的聚集二、水中颗粒物的聚集l 胶体颗粒的聚集胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。在讨论亦可称为凝聚或絮凝。在讨论聚集的化学概念时，这两个名词时常交换使用。这里聚集的化学概念时，这两个名词时常交换使用。这里把把由电介质促成的聚集称为凝聚，而由聚合物促成由电介质促成的聚集称为凝聚，而由聚合物促成的聚集称为絮凝的聚集称为絮凝。l 胶体颗粒是长期处于分散状态还是相互作用聚集结合胶体颗粒是长期处于分散状态还是相互作用聚集结合成为更粗粒子，成为更粗粒子，将决定着水体中胶体颗粒及其上面的污染将决定着水体中胶体颗粒及其上面的污染物的粒度分布变化规律，影响到其迁移输送和沉降归宿的物的粒度分布变化规律，影响到其迁移输送和沉降归宿的距离和去向。距离和去向。1 1胶体颗粒凝聚的基本原理和方式胶体颗粒凝聚的基本原理和方式 典型胶体的相互作用是以典型胶体的相互作用是以DLVO物理理论为物理理论为定量基础。定量基础。1 1胶体颗粒凝聚的基本原理和方式胶体颗粒凝聚的基本原理和方式l 异体凝聚理论：异体凝聚理论：适用于处理物质本性不同、粒径不等、适用于处理物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体系。电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体系。l 异体凝聚理论异体凝聚理论的主要论点为：的主要论点为：如果两个电荷符号相异的如果两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势；如果两颗粒电荷符号胶体微粒接近时，吸引力总是占优势；如果两颗粒电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高度总是决定于相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高度总是决定于荷电较弱而电位较低的一方。因此，在异体凝聚时，只要其荷电较弱而电位较低的一方。因此，在异体凝聚时，只要其中有一种胶体的稳定性甚低而电位达到临界状态，就可以发中有一种胶体的稳定性甚低而电位达到临界状态，就可以发生快速凝聚，而不论另一种胶体的电位高低如何。生快速凝聚，而不论另一种胶体的电位高低如何。l 天然水环境和水处理过程中所遇到的颗粒聚集天然水环境和水处理过程中所遇到的颗粒聚集方式，大体可概括如下：方式，大体可概括如下：(1)(1)压缩双电层凝聚压缩双电层凝聚;(2);(2)专属吸附凝聚专属吸附凝聚;(3);(3)胶体相互凝聚胶体相互凝聚(4)“(4)“边对面边对面”絮凝絮凝;(5);(5)第二极小值絮凝第二极小值絮凝;(6);(6)聚合物粘结架桥聚合物粘结架桥絮凝絮凝;(7);(7)无机高分子的絮凝无机高分子的絮凝;(8);(8)絮团卷扫絮凝絮团卷扫絮凝;(9)(9)颗粒层吸附絮凝颗粒层吸附絮凝;(10);(10)生物絮凝生物絮凝第二节第二节 水中无机污染物的迁移转水中无机污染物的迁移转化化l一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移l二、水中颗粒物的聚集二、水中颗粒物的聚集l三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀l四、氧化和还原四、氧化和还原l五、配合作用五、配合作用