重金屬在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化工作

1、 重金屬在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化工作重金屬的定義在化學(xué)中一般是指相對(duì)密度等于或大于的金屬，包括Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等45種元素。在環(huán)境污染研究中，重金屬多指Hg、Cd、Pb、Cr以及類(lèi)金屬等生物毒性顯著的元素；其次是指有一定毒性的一般元素，如Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。 污染特點(diǎn) 1 2 3 4來(lái)源廣、殘留時(shí)間長(zhǎng)、能沿著食物鏈轉(zhuǎn)移富集，有放大作用。重金屬離子在自然環(huán)境中不能被破壞。水體中的某些重金屬可在微生物作用下轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬化合物。只要有微量重金屬即可產(chǎn)生毒性效應(yīng)。重金屬的來(lái)源1大氣中的重金屬來(lái)源3土壤中的重金屬來(lái)源2水體中的重金屬來(lái)源自然來(lái)源：由宇宙天體作

2、用及地球上各種地質(zhì)作用而使某些重金屬元素進(jìn)入大氣中人為來(lái)源：工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣排放及汽車(chē)輪胎磨損產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。大氣中重金屬的來(lái)源 自然因素： 在沒(méi)有人為污染的情況下，水體中的重金屬的含量取決于水與土壤、巖石的相互作用，其值一般很低，不會(huì)對(duì)人體健康造成危害。但，導(dǎo)致水體受到重金屬污染。 人為因素： 工礦業(yè)廢水、生活污水等未經(jīng)適當(dāng)處理即向外排放，污染了土壤，廢棄物堆放場(chǎng)受流水作用以及富含重金屬的大氣沉降物輸入，都使水體重金屬含量急劇升高。 水體中的重金屬來(lái)源12 土壤中的重金屬來(lái)源污水灌溉施用化肥農(nóng)藥固體廢棄物堆積城市化礦床開(kāi)發(fā)水環(huán)境中反應(yīng)類(lèi)型吸附解吸絮凝聚沉沉淀溶解氧化還

3、原配合作用吸附解吸作用 天然水體中存在著大量黏土礦物、水合氧化物等無(wú)機(jī)高分子化合物和腐殖質(zhì)等有機(jī)高分子化合物，它們是天然水體中存在的主要膠體物質(zhì)。 由于膠體具有巨大的比表面、表面能和帶電荷，能夠強(qiáng)烈地吸附各種分子和離子，對(duì)重金屬離子在水體中的遷移有重大影響。 膠體的吸附作用是使重金屬?gòu)乃修D(zhuǎn)入固相的主要途徑。 黏土礦物對(duì)重金屬的吸附 離子交換吸附機(jī)制 水解吸附機(jī)制離子交換吸附機(jī)制 黏土礦物的微粒通過(guò)層狀結(jié)構(gòu)邊緣的羥基氫和-OM基中M+離子以及層狀結(jié)構(gòu)之間的M+離子，與水中的重金屬離子交換而將其吸附。水解吸附機(jī)制 重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦物微粒表面的羥基，形成羥基配合物而被吸附： Me2

4、+ + n H2O = Me(OH)n(2-n)+ + n H+ AOH + Me(OH)n(2-n)+= AMe(OH)n+1(1-n)+ 水合金屬氧化物對(duì)重金屬離子的吸附 一般認(rèn)為，水合金屬氧化物對(duì)重金屬離子的吸附過(guò)程是重金屬離子在這些顆粒表面發(fā)生配位化合過(guò)程，可用下式表示：nAOH + Men+= (AO)n Me + n H+式中代表微粒表面，A代表微粒表面的鐵、鋁、硅或錳，Men+為重金屬離子，箭頭代表配位鍵。 腐殖質(zhì)對(duì)重金屬離子的吸附 腐殖質(zhì)(Hum)微粒對(duì)重金屬離子的吸附，主要是通過(guò)它對(duì)金屬離子的螯合作用和離子交換作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。 例:Mn2+與腐殖質(zhì)以離子交換吸附為主，腐殖質(zhì)對(duì)Cu

5、2+、Ni2+以螯合作用為主，與Zn2+或Co2+則可以同時(shí)發(fā)生離子交換和螯合作用以離子交換為主以絡(luò)合作用為主重金屬濃度高時(shí)重金屬濃度低時(shí)離子交換機(jī)理 ： 螯合作用： 膠體微粒的吸附對(duì)金屬離子的影響 吸附作用可控制水體中金屬離子的濃度。膠體的吸附作用是使許多微量金屬?gòu)娘柡偷奶烊凰修D(zhuǎn)入固相的最重要的途徑。膠體的吸附作用在很大程度上控制著微量金屬在水環(huán)境中的分布和富集狀況。 大量資料表明，在水環(huán)境中所有富含膠體的沉積物由于吸附作用幾乎都富集有Cu2+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、Pb2+、Tl、U等金屬。絮凝聚沉 膠體微粒的聚沉是指膠體顆粒通過(guò)碰撞結(jié)合成聚集體而發(fā)生沉淀現(xiàn)象，這現(xiàn)象也稱(chēng)凝聚。影

6、響膠體聚沉的兩個(gè)主要因素： 微粒電荷：大量陽(yáng)離子的存在，可促進(jìn)膠體凝聚。 水化膜：水化膜使有機(jī)膠體微粒距離增大，分子間作用力變?nèi)?，難以聚沉。 沉淀溶解反應(yīng) 重金屬化合物在水中的溶解度可直觀地體現(xiàn)它在水環(huán)境中的遷移能力。溶解度大者遷移能力大，溶解度小者遷移能力小。重金屬的氯化物和硫酸鹽(AgCl、Hg2Cl2、PbSO4等除外)基本上是可溶的，重金屬的碳酸鹽、硫化物、氫氧化物卻是難溶的。沉淀溶解反應(yīng)主要包括以下幾種化合物的沉淀溶解平衡反應(yīng)1. 氫氧化物2. 硫化物3. 碳酸鹽 氫氧化物 金屬氫氧化物的溶解平衡可表示為：Me(OH)n= Men+ + nOH-溶度積為： Ksp=Men+OH-n

7、一般說(shuō)來(lái)，如果水體中沒(méi)有其他配位體，大部分金屬離子氫氧化物在pH較高時(shí)，其溶解度較小，遷移能力較弱；若水體pH較小，金屬氫氧化物的溶解度升高，金屬離子的遷移能力也就增大硫化物 在中性條件下大多數(shù)重金屬硫化物不溶于水。當(dāng)天然水體中存在硫化氫時(shí)，重金屬離子等就可能形成金屬硫化物。在硫化氫和金屬硫化物均達(dá)到飽和的水中，同時(shí)存在著兩種平衡： H2S = H+ + HS- K1 = H+HS-/H2S HS- = H+ + S2- K2 = H+S2-/HS- Me2+ + S2-= MeS(s) Ksp =Me2+S2-碳酸鹽 HCO3-是天然水體中主要陰離子之一，它能與金屬離子形成碳酸鹽沉淀，從而影

8、響水中重金屬離子的遷移。水中碳酸鹽的溶解度，在很大程度上取決于其中二氧化碳的含量和水體pH。水體中二氧化碳能促使碳酸鹽的溶解： MeCO3(s) + Co2+ H2O = Me2+ +2HCO3- 可見(jiàn)，水體pH升高，碳酸鹽溶解度下降，金屬離子的遷移能力也就減小。 沉淀溶解的作用 沉淀溶解作用能使水體中重金屬離子與相應(yīng)的陰離子生成硫化物、碳酸鹽等難溶化合物，大大限制了重金屬污染物在水體中的擴(kuò)散范圍，使重金屬主要富集于排污口附近的底泥中，降低了重金屬離子在水中的遷移能力，在某種程度上可以對(duì)水質(zhì)起凈化作用。 配合作用 水體中存在著各種各樣的無(wú)機(jī)配位體、有機(jī)配位體，它們能與重金屬離子形成各種絡(luò)合物或

9、螯合物，對(duì)水體中重金屬遷移及生物效應(yīng)有很大的影響。 羥基的配合作用 氯離子的配合作用無(wú)機(jī)配位體有機(jī)配位體配合作用無(wú)機(jī)配位體對(duì)重金屬的配合作用 羥基對(duì)重金屬離子的配合作用 羥基對(duì)重金屬的配合作用實(shí)際上是重金屬離子的水解反應(yīng)。重金屬與堿金屬、堿土金屬不同，能在較低的pH值下水解。以二價(jià)離子為例，羥基與其的配合反應(yīng)可表示如下： Me2+ OH- = MeOH+ K1MeOH+ + OH- = Me(OH)2 K2Me(OH)2 + OH-= Me(OH)3- K3Me(OH) 3-+ OH- = Me(OH)42- K4 氯離子的配合作用氯離子是天然水體中最常見(jiàn)的陰離子之一，被認(rèn)為是較穩(wěn)定的配合劑，它與金屬離子(以Me2+為例)的反應(yīng)主要有：Me2+ Cl- MeCl+Me2+ 2Cl- MeCl2Me2+ 3Cl- MeCl3-氯離子配合作用對(duì)重金屬遷移的影響主要表現(xiàn)為： 大大提高了難溶重金屬化合物的溶解度。 由于氯絡(luò)重金屬離子的生成，減弱了膠體對(duì)重金屬離子的吸附作用。 有機(jī)配位體與重金屬離子的配合作用 腐殖質(zhì)是起配合作用的主要物質(zhì)腐殖質(zhì)與金屬離子的螯合