第三篇水环境化学天然水的组成和性质优秀文档

第三章

水

环

境

化

学

第一节水分子结构天然水基本特征第二节水中无机污染物的迁移转化第三节水中有机污染物的迁移转化

1教学要求:1.掌握天然水的组成和性质;2.溶解和沉淀，氧化还原，配合作用及固-液界面相互作用等基本化学原理在水环境化学中的应用；3.掌握主要有毒难降解有机污染物的环境行为和归趋模式的基本原理。2一、水分子结构天然水基本特征

(一）、水和水分子结构的特异性

（二）、天然水的基本特征（三）、水体污染和自净

（四）、水中污染物的分布和存在形态

（五）、典型水污染的特征

3（一）、水和水分子结构的特异性+_

-+(H2O)2(H2O)3+--+-+

OHH++

—

(H2O)1

、水分子的结构42

、水的特异性具有较高的溶点和沸点第VI主族元素氢化物熔点比较第VI主族元素氢化物沸点比较（x轴主族周期数，y轴温度k）5热容量最大溶解和反应能力强具有很大的表面张力6

3

、水的同位素组成水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上是18种水分子的混合物C32C31=18。当然H2O是最普通的水分子（包括H216O（99.73%）、H217O（0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水是重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O、T218O）。7（二）、天然水的基本特征天然水系的类别8

1

、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化过程中，经过水文地球化学和生物地球化学的迁移、搬运到水中的地壳矿物质。包括：悬浮物质、胶体物质、溶解物质（气体、离子）、水生生物等。9（1）天然水中的主要离子组成天然水中常见的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。

10除上述的八大离子之外，还有H+、OH-、NH4+、HS-、S2-、NO2-、NO3-、HPO4-、PO43-、Fe2+、Fe3+等。11一般水体中的特征离子海水中：一般Na+、Cl-占优势；湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势；地下水硬度高，就是其中Ca2+、Mg2+含量高，苦水或咸水地区，地下水中Na+、HCO3-含量较高；河水中所含有的部分Na+和大部分的Ca2+。12硬度酸碱金属阳离子Ca2+Mg2+H+Na+HCO3-CO32-OH-SO42Cl-NO3-阴离子碱度酸根13矿化过程：天然水中主要离子成分的形成过程，称为矿化过程；矿化度：矿化过程中进入天然水体中的离子成分的总量，以溶解总固体（TDS）表示一般天然水中的TDS可以表示为：TDS=[Ca2++Mg2++Na++K++Fe2++Al3+]+[HCO3-+SO42-+Cl-+CO32-+NO3-+PO43-]14总含盐量（TDS）:TDS≈[Ca2++Mg2++Na++K+]+[HCO3-+SO42-+Cl-]（2）、天然水中溶解的金属离子水溶液中金属离子的表示式常写成Mn+,预示着是简单的水合金属阳离子M(H2O)xn+。15例如，铁可以Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Fe3+等形态存在。这些形态在中性(pH=7)水体中的浓度可以通过平衡常数加以计算：Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+[Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+]=8.9×10-4

[Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+]=4.9×10-7

[Fe2(OH)24+][H+]2/[Fe3+]2=1.23×10-3

假如存在固体Fe(OH)3(s)，则Fe(OH)3(s)+3H+=Fe3++3H2O[Fe3+]/[H+]3=9.1×103在pH=7时：[Fe3+]=9.1×103×（1.0×10-7）3=9.1×10-18mol/L

16将这个数值代入上面的方程式中，即可得出其他各形态的浓度：[Fe(OH)2+]=8.1×10-14mol/L[Fe(OH)2+]=4.5×10-10mol/L[Fe2(OH)24+]=1.02×10-23mol/L（3）、天然水中溶解的重要气体天然水中溶解的气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲烷、氮气等17水体污染由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。(25℃)带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团（羧基、羰基、羟基）的离解程度有关。（2）异体凝聚理论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。水体中pH变化为△pH=pH＇-pH，即：5、什么是电子活度pE，以及它和pH的区别。(2)开放体系：向纯水中加入CaCO3(s)，并且将此溶液暴露于含有CO2的气相清洁区：水体环境改善，又恢复至原始状态。⑧Fe2+与FeOH2+的边界。在表面吸附作用，胶体表面积愈大，所产生的表面吸附能也愈Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+lgK1至此，已导得制作Fe在水中的pE—pH图所必须的全部边界方程。天然水中本身可能发生的氧化还原反应分别是：Fe3++2H2O=Fe(OH)2++2H+lgK22，5—二甲基呋喃就是可被光敏化作用降解的一个化合物，在蒸馏水中将其暴露于阳光中没有反应，但是它在含有天然腐殖质的水中降解很快，这是由于腐殖质可以强烈地吸收波长小于500nm的光，并将部分能量转移给它，从而导致它的降解反应。122×10-10mol/L，pH=9.亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应，如：CO2+H2O=H++HCO3-SO2+H2O=H++HSO3-气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：[G(aq)]=KH·PG

18

①氧在水中的溶解例子：氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中的溶解度，可按下面步骤计算。水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa，由于干空气中氧的含量为20.95%，所以氧的分压为：=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：[O2(aq)]=KH·=1.26×10-8×0.2056×105=2.6×10-4mol/L

氧的分子量为32，因此其溶解度为。

19式中：——用绝对温度和时气体在水中的浓度；

——溶解热，J/mol;R——气体常数（mol·K）。另外，常压下，饱和溶解氧是温度的函数：（t,摄氏温度）20②CO2的溶解所以：mol/LCO2的酸离解常数（K1）计算出：CO2+H2OCO2·H2O亨利常数=3.34×10-7molL-1Pa-121

CO2·H2OHCO3-+H+

一级电离=4.45×10-7molL-1HCO3-CO32-+H+

二级电离=4.68×10-11molL-1

由于k2特别小，所以只考虑前面两个方程，可得：

[H+]=[HCO3-][H+]2/[CO2]=K1=4.45×10-7[H+]=(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2=2.14×10-6mol/L（酸雨判别标准的由来）故CO2在水中的溶解度为[CO2]+[HCO3-]=1.24×10-5mol/L。22

③水中溶解H2S（4）、水生生物水生生物可直接影响许多物质的浓度，其作用有代谢、摄取、转化、存储和释放等。水生生态系统生存的生物体，可以分为自养生物和异养生物。自养生物利用太阳能或化学能量，把简单、无生命的无机物元素引进至复杂的生命分子中即组成生命体。异养生物利用自养生物产生的有机物作为能源及合成它自身生命的原始物质。23

P↑↓R

生产率：水体产生生物体的能力称为生产率。生产率是由化学的及物理的因素相结合而决定的。在高生产率的水中藻类生产旺盛，死藻的分解引起水中溶解氧水平降低，这种情况常被称为富营养化。24

细菌等其他微生物细菌的特点是形体十分微小，内部组织结构简单，大多是单细胞；水环境中主要微生物：原生动物、藻类、真菌、放线菌、细菌；细菌等微生物关系到水环境自然净化和废水生物处理过程的重要的微生物群体；一般污水处理中，根据氧化过程需要氧的不同，分为：厌氧菌（油酸菌、甲烷菌）、好氧菌（醋酸菌、亚硝酸菌）、兼氧菌（乳酸菌）；252、天然水的化学特征（1）大气降水溶解的氧气、氮气、二氧化碳是饱和或过饱和的；含盐量很小，一般小于50mg/L，近海以Na+、Cl-为主，内陆以Ca2+、HCO3-、SO42-；一般含有氮的化合物，如二氧化氮、氨、硝酸、亚硝酸等（闪电、生物释放）；降水pH=5-7;26（2）海水矿化度很高，35g/L，海洋蒸发浓缩，大陆带来盐分化学组成比较恒定，海水太多，离子变化影响不大；海水pH=8-8.3;（3）河水矿化度低，一般100-200mg/L，不超过500mg/L，一般Ca2+>Na+，HCO3->SO42->Cl-；河水化学成分易变，随着时间和空间变化，例如汛期和非汛期，流经不同的地区等河水溶解氧一般夏季6-8mg/L，冬季8-10mg/L；河水二氧化碳夏季1-5mg/L，冬季20-30mg/L（光合作用减弱，补给源地下水含二氧化碳多）；27（4）湖泊水矿化度比河水高，其中内流湖又高于外流湖；不同区域湖水成分差别极大。钾盐、钠盐、铝盐、芒硝（NaNO3）、石膏(CaSO4)等等;矿化度也差别极大（淡水湖(<1g/L)、咸水湖(1-35g/L)、盐湖（>35g/L））。（5）地下水化学成分复杂，矿化度高；（与不同的岩石、土壤长时间接触）化学类型多样，深层地下水化学成分比较稳定，生物作用对地下水作用影响不大，地下水一般溶解氧含量低，水温不受大气影响。283、天然水的性质（1）碳酸盐系统①碳酸平衡的一般方程对于CO2-H2O系统，水体中存在着CO2（aq）、H2CO3、HCO3-和CO32-等四种化合态，常把CO2(aq)和H2CO3合并为H2CO3*，实际上H2CO3含量极低，主要是溶解性气体CO2(aq)。因此，水中H2CO3*-HCO3--CO32-体系可用下面的反应和平衡常数表示：CO2(g)+H2O===H2CO3*pK029其中KH=,K0=,K1=,K2=

根据K1及K2值，就可以制作以pH为主要变量的H2CO3*-HCO3--CO32-体系的形态分布图。30

碳酸平衡系统31②封闭体系的碳酸平衡=[H2CO3*]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝=[HCO3-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝=[CO32-]/｛[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-]｝

若用CT表示各种碳酸化合态的总量，则有[H2CO3*]=CT，[HCO3-]=CT和[CO32-]=CT。3233，很小，[CO32-]可以忽略不计，水中只有[CO2（aq）]、[H2CO3]、[HCO3-]，可以只考虑一级电离平衡，即此时：

所以pH=pK1-lg[H2CO3*]+lg[HCO3-]。当溶液的时，[H2CO3*]可以忽略不计，水中只存在[HCO3-]和[CO32-]，应该考虑二级电离平衡，即：，所以pH=pK2-lg[HCO3-]+lg[CO32-]34[H2CO3*]≈[CO2(aq)]=KHPCO2，所以cT=[CO2(aq)]/α0=[HCO3-][CO32-]③开放体系的碳酸平衡35pH<6，溶液中主要是[H2CO3*]，，溶液中主要是[HCO3-]，当，溶液中主要是[CO32-]。另外需要注意的是，在封闭体系中cT始终不变，但是在开放体系中，cT则是可以变化的,随着溶液pH的升高而升高。举例：自然情况下的水体：[H2CO3*]≈[CO2(aq)]=KHPCO2=3.34×10-7molL-1Pa-1×(1.01325-0.03164)×105pa×0.0314%=10-5molL-136由[HCO3-]以及pK1得到：[HCO3-]=所以在lgc—pH图上：lg[HCO3-由[CO32-]及pK2得：[CO32-]=所以在lgc—pH图上：lg[CO32-37（2）天然水中的碱度和酸度①水的碱度：水接受质子能力的量度，指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的物质总量。碱度的主要形态为：OH-、CO32-、HCO3-。38强碱，如NaOH、Ca(OH)2等，在溶液中全部电离生成OH-离子；弱碱，如NH3、C6H5NH2等，在水中一部分发生反应生成OH-离子；强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，它们水解时生成OH-或者直接接受质子H+。39碱度与生物量之间也存在着关系：简单用下式表示：CO2+H2O+hv(光能)→{CH2O}(表示生物物质的简单形式)+O2HCO3-+H2O+hv(光能)→{CH2O}(表示生物物质的简单形式)+OH-+O2在测定已知体积水样碱度时，可用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变为橙红色(pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果称为总碱度，也称为甲基橙碱度。40H++OH-H2O

H++CO32-HCO3-H++HCO3-H2CO3总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]（甲基橙碱度）此时，CT=[H2CO3*]，所有的[HCO3-]和[CO32-]全部转化为[H2CO3*]

如果滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的pH值降到时，表示OH-被中和，CO32-全部转化为HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此得到酚酞碱度（碳酸盐碱度）：酚酞碱度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]（碳酸盐碱度）此时所有的[CO32-]被中和，转化为[HCO3-]，因此又称为碳酸盐碱度。41苛性碱度表达式为：苛性碱度=[OH-]-[HCO3-]-2[H2CO3*]-[H+]（强碱碱度）。即：苛性碱度=2×酚酞碱度-总碱度苛性碱度=2×（[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]）-（[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]）=[OH-]-[HCO3-]-2[H2CO3*]-[H+]当滴定到CT=[CO32-]，此时所有的[OH-]都被中和，因此称为苛性碱度，此时的pH在10-11之间。42②和碱度相反，酸度：是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经过水解能产生H+的物质的总量。而pH是水中氢离子的活度表示，因此也不同。酸度的主要形态为：H+、H2CO3*、HCO3-。43强酸，如HCl、H2SO4、HNO3等；弱酸，如CO2及H2CO3、H2S、蛋白质以及各种有机酸类；强酸弱碱盐，如FeCl3、Al2(SO4)3等。OH-+H+H2OOH-+H2CO3*HCO3-+H2OOH-+HCO3-CO32-+H2O44水的酸度对于水处理具有重要意义，对于酸性废水，常需要测定水中的酸度以确定需要加入水中的石灰或其他化学药剂的量。以强碱滴定含碳酸水溶液测定其酸度时，其反应过程与上述相反。以甲基橙为指示剂滴定到pH=4.3,得到无机酸度无机酸度=[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]（甲基橙酸度）45以酚酞为指示剂滴定到，得到游离CO2酸度。CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-]（酚酞酸度）总酸度应在处得到。总酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]-[OH-]总酸度=2×CO2酸度-无机酸度=2×（[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-]）-（[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]）=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]-[OH-]46钾盐、钠盐、铝盐、芒硝（NaNO3）、石膏(CaSO4)等等;矿化度也差别极大（淡水湖(<1g/L)、咸水湖(1-35g/L)、盐湖（>35g/L））。富里酸单位重量含有的含氧官能团数量较多，因而亲水性也较强。[Me2+]=Ksp/[S2－]=Ksp[H+]2/Ksp’=Ksp[H+]21·K2)2m×10%=2m3=2×106cm3水环境中主要微生物：原生动物、藻类、真菌、放线菌、细菌；式中：cs、cw—分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度。而且：，，所以可用试算法求解pE0(5)苯酚类：具有高的水溶性、低辛醇—水分配系数等性质，大多数酚主要残留在水中。21×105Pa，以[H+]=1.(一）、水和水分子结构的特异性放射性污染物放射性污染是由放射性物质进入水体造成。2，5—二甲基呋喃就是可被光敏化作用降解的一个化合物，在蒸馏水中将其暴露于阳光中没有反应，但是它在含有天然腐殖质的水中降解很快，这是由于腐殖质可以强烈地吸收波长小于500nm的光，并将部分能量转移给它，从而导致它的降解反应。下面首先讨论外来光强是如何到达水体表面的。所以氧的分压为：=(1.已知其标准自由能Gf0值(kJ/mol)S042-：-742.在水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子和无机高分子的专属吸附作用特别强烈。④酸碱度和pH的关系总碱度=酚酞碱度=苛性碱度=总酸度=CO2酸度=无机酸度=47[举例]若一个天然水的pH为，碱度为，求需加多少酸才能把水体的pH降低到？解：

令

当pH在5-9范围内、[碱度]≥10-3mol/L或pH在6-8范围内、[碱度]≥10-4mol/L时，[H+]、[OH-]项可忽略不计，得到简化式CT=α[碱度]当时，查表（或者计算）得α1=0.816,α2=3.83×10-4,则α=1.22,CT=α[碱度]=1.22×1.4=1.71mmol/L,若加强酸将水的pH降低到，其CT值并不变化，而α为，可得：[碱度]=CT48碱度降低值就是应加入酸量：△碱化时的计算与此类似。

举例：已知某碳酸盐系统的水样的，测定总碱度时，对于100mL水样用-1的HCl滴定，到甲基橙指示剂变色时消耗盐酸。求水中总无机碳的浓度，CT。解：其中，对于总碱度可以计算：总碱度=（13.7×10-3-1）/（100×10-3L）=2.74×10-3molL-149当时，水中主要的碳酸盐类为HCO3-和H2CO3*。因为K1==10,所以此时：所以α0α1α2所以，可以得到：2.74×10-3=CT×α1+=CT×0.9657+所以CT=2.84×10-3molL-150（3）天然水的缓冲能力天然水体的pH值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。对于碳酸水体系，当时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH值可由下式确定：51

如果向水体投入△B量的碱性废水时，相应由△B量H2CO3*转化为HCO3-，水体pH升高为pH＇,则：水体中pH变化为△pH=pH＇-pH，即：52由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是[HCO3-]，因此经常情况下，可以把[HCO3-]作为碱度。若把[HCO3-]作为水的碱度，[H2CO3*]作为水中游离碳酸[CO2]，就可推出：△B=[碱度][10△pH-1]/(1+K1×10pH+△pH)△pH即为相应改变的pH值。53举例：在一个pH为、碱度为的水体中，用NaOH进行碱化，需多少碱能使pH上升至8.0?解：△pH=8-6.5=1.5,pH=6.5,碱度所以△B=[碱度][10△pH-1]/(1+K1×10pH+△pH)=1.6×（10-1）/(1+10×10)=1.6×（10-1）=1.08mmol/L54在天然水环境中重要的一元酸碱体系有HCN-CN—、NH4+—NH3等，二元酸碱体系有H2S-HS—S2—、H2SO3—HSO3——SO32—、H2CO3—HCO3——CO32—等，三元酸碱体系有：H3PO4—H2PO4——HPO42——PO43—等。55（4）酸碱化学理论在水处理中的应用对于碱性废水，可采用酸碱废水相互中和、加酸中和或烟道气中和的方法处理，因为烟道气中含有CO2，SO2，H2S等酸性气体，故利用烟道气中和碱性废水是一种经济有效的方法。例如，印染废水(一般碱性)常采用加酸的方法处理。常用的酸有硫酸和盐酸，其中工业硫酸价格较低，应用较多。56在用强酸中和碱性废水时，当水的缓冲强度较小时，pH难于控制，英国采用CO2取代工业硫酸，取得很好的效果。二氧化碳的费用较无机酸更为低廉，还有许多优点：安全、灵活、可靠、易操作和便于工艺管理。57操作简便

CO2能自动地从储藏容器中分布到各注入点。它不同于无机酸，在使用前不需稀释。改善工艺流程使用CO2中和时，pH值曲线变化缓慢，与之相反，用H2S04中和时曲线在pH=10-7迅速下降(几乎为垂直)。这是无机酸的特点，因为它破坏了水的自然缓冲能力。可见用无机酸准确地控制pH值通常是困难的，而用CO2可以使pH值下降速率达到较平稳的状态。58设备效率高因为CO2系统可移动部件少，不用计量泵，维修方便，可靠性也高。气态CO2无腐蚀性，所以该系统可长期稳定地运转。有利于环境在水中，CO2由植物、鱼类等呼吸作用产生，仅对水的酸度产生影响。它不增加对环境有额外影响的阴子，如SO42-、Cl-等。费用低商品CO2不是制造的，而是从废气中获得的，而是一种较纯的可循环的产品。594、天然水的水质①水质指标l

水质、水量和水能是度量水资源可利用价值的三个重要指标。水质指标指水样中除水分子外所含杂质的种类和数量或浓度。天然水(也兼及各种用水、废水)的水质指标，可分为物理、化学、生物、放射性四大类。60物理指标：水温，pH值、色度、浊度、悬浮物化学指标：硫酸盐、氯化物、总铁(TFe)、总砷(TAs)、总锌(TZn)、总氮(TN)、总磷（TP）、总铅（TPb）、总氰化物（TCN）、溶解氧、电导率、硬度、碱度、CODMn(高锰酸盐法)、CODcr（重铬酸钾法）、BOD5、BOD20、TOD(总需氧量)、TOC。生物指标：细菌总数、藻类、总大肠杆菌。放射性指标：放射性物质浓度水平（60Co（钴）、90Sr（锶）、106Rn（氡）、137Cs(铯)）。总α放射性（Bq/L）、总β放射性（Bq/L）61②水质标准

《地面水环境质量标准》中的分类Ⅰ类：适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类：适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场；Ⅲ类：适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；Ⅳ类：适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类：适用于农业用水区及一般景观要求水域。62三、水体污染和自净（一）、水体污染与自净水体污染由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。水体自净指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经物理自净污染物进入水体一段时间后恢复到受污染前状态的过程。63化学自净污染物进入水体后经络合、氧化还原、沉淀反应等而得到净化。

生物自净在生物的作用下，污染物的数量减少，浓度下降，毒性减轻或消失.水体中的污染物水体污染包括无机和有机有毒物质、耗氧有机物、石油类、放射性物质、热污染以及病原微生物等。64病原体污染物生活污水、畜禽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水，常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫。病原体污染的特点（1）数量大，（2）分布广，（3）存活时间较长，（4）繁殖速度快，（5）易产生抗药性，很难绝灭，（6）传统的二级生化污水处理及加氯消毒后，某些病原微生物、病毒仍能大量存活。耗氧污染物耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程所消耗的氧量表示，即以生化需氧量(BOD5)表示。65植物营养物植物营养物主要指氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化，使BOD5升高的物质。富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象。66有毒污染物质

是指进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或特久的病理状态，甚至危及生命的物质。有毒污染物类型：（1）重金属（2）无机阴离子（3）致癌有机物质（4）一般有机物质。石油污染石油是烷烃、烯烃和芳香烃混合物。石油污染物主要来自工业排放，清洗石油运输船只的船舱、机件及发生意外事故，海上采油等均可造成石油污染。6768放射性污染物放射性污染是由放射性物质进入水体造成。放射性污染物主要来源于核动力工厂排出的冷却水，向海洋投弃的放射性废物，核爆炸降落到水体的散落物，核动力船舶事故泄漏的核燃料；开采、提炼和使用放射性物质时，如果处理不当，也会造成放射性污染。69酸、碱、盐无机物污染：热污染热污染是一种能量污染，是由工矿企业向水体排放高温废水造成。水环境中污染物，总体上可划分为金属污染物和有机污染物两大类。

70四、水中污染物的分布和存在形态1、20世纪60年代美国学者曾把水中污染物大体划分为八类：①耗氧污染物(一些能够较快被微生物降解成为二氧化碳和水的有机物)；②致病污染物(一些可使人类和动物患病的病原微生物与细菌)；③合成有机物；④植物营养物；⑤无机物及矿物质；⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物；⑦放射性物质；⑧热污染。712、污染物毒性取决于形态3、难降解有机物和金属污染物有机污染物(摘要介绍)(1)农药：水中常见的农药主要为有机氯和有机磷农药，此外还有氨基甲酸酯类农药。它们通过喷施农药、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。72例：美国密执安湖中DDT富集过程的含量变化环境介质DDT浓度（mg/L）浓缩倍数湖水0.000002-底泥0.0147.000虾0.04120.500鱼类3-61.500.000-3.000.000海鸥9949.500.00073(2)多氯联苯(PCBs)：多氯联苯是联苯氯化而成。极难溶于水，不易分解，但易溶于有机溶剂和脂肪，具有高的辛醇—水分配系数，能强烈的分配到沉积物有机质和生物脂肪中，因此，即使它在水中浓度很低时，在水生生物体内和沉积物中的浓度仍然可以很高。

(3)卤代脂肪烃：大多数卤代脂肪烃可挥发至大气，并进行光解。在地表水中能进行生物或化学降解，但与挥发速率相比，其降解速率是很慢的。74(4)单环芳香族化合物：多数单环芳香族化合物与卤代脂肪烃一样，在地表水中主要是挥发，然后是光解。总的来说，单环芳香族化合物在地表水中不是持久性污染物，其生物降解和化学降解速率均比挥发速率低(个别除外)，因此，对这类化合物吸附和生物富集均不是重要的迁移转化过程。(5)苯酚类：具有高的水溶性、低辛醇—水分配系数等性质，大多数酚主要残留在水中。75(6)多环芳烃类(PAHs)：在水中溶解度很小，辛醇—水分配系数高，是地表水中滞留性污染物，主要累积在沉积物、生物体内和溶解的有机质中。金属污染物(1)镉：工业含镉废水的排放，大气镉尘的沉降和雨水对地面的冲刷，都可使镉进入水体。镉是水迁移性元素，除了硫化镉外，其他镉的化合物均能溶于水。76(2)汞：天然水体中汞一般不超过。污染主要来自生产汞的厂矿、有色金属冶炼以及使用汞的生产部门排出的工业废水。(3)铅：目前几乎在地球上每个角落都能检测出铅。矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆、涂料等都是环境中铅的主要来源。岩石风化及人类的生产活动，使铅不断由岩石向大气、水、土壤、生物转移，从而生物转移，从而对人体的健康构成潜在威胁。77(4)砷：岩石风化、土壤侵蚀、火山作用以及人类活动都能使砷进入天然水中。淡水中砷含量为0.2—230ug/L，平均为／L。天然水中砷可以H3AsO3、H2AsO3-、H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-、AsO43-等形态存在，在适中的Eh值和pH呈中性的水中，砷主要以H3AsO3为主。但在中性或弱酸性富氧水体环境中则以H2AsO4-、HAsO42-为主。78

(5)铬：广泛存在于环境中。冶炼、电镀、制革、印染等工业将含铬废水排入水体，均会使水体受到污染。

(6)铜：冶炼、金属加工、机器制造、有机合成及其他工业排放含铜废水是造成水体铜污染的重要原因。(7)锌：天然水中锌含量为2—330ug／L，但不同地区和不同水源的水体，锌含量有很大差异。各种工业废水的排放是引起水体锌污染的主要原因。794、水中主要化学污染物的污染特征序号污染类型污染物污染特征废水来源1酸碱污染无机酸碱或有机酸碱PH异常矿山、石油、化工、化肥、造纸、电镀、酸洗、酸雨2重金属污染Hg、Cr、Cd、Pb、Zn毒性矿山、冶金、电镀、仪表、颜料3非金属污染As、CN、F、S、Se毒性化工、火电站、农药、化肥等工业4需氧有机物污染糖类、蛋白类、油脂、木质素耗氧、缺氧食品、纺织、造纸、制革、化工、生活污水、农田排水5农药污染有机氯农药、PCBs、有机磷农药严重时生物灭绝农药、化工、炼油、农田排水6易分解有机物污染酚类、苯、醛类耗氧、异味、毒性制革、炼油、化工、煤矿、化肥、生活污水、地面径流7油类污染石油及其制品飘浮、乳化、颜色石油开采、炼油、油轮80五、典型水污染的特征1、病原微生物污染病原微生物污染主要指的是含有各种细菌、病毒等各类病原菌的工业废水和生活污水所造成的污染，如生物制品、洗毛、制革、屠宰等工厂和医院排出的工业废水和粪便污水。病原微生物污染特点是，数量大，分布广，存活时间长，繁殖速度快，易产生抗药性而很难灭绝。即使经二级生化污水处理及加氯消毒，某些病原微生物及病毒仍能存活。81举例：古罗马瘟疫为何如此猖獗：古罗马曾经流行过几次瘟疫。公元前33年、公元65年、公元79年和公元162年瘟疫曾多次光顾罗马，使鼎盛时期有100万人口的城市经常变得萧条冷落。当时罗马远郊的几个大坑是专门埋葬死于瘟疫的人。原来，当时整个罗马城没有完善的排水设施，只有一条大排水沟接纳城市所有的生活污水，并且经常担当着垃圾箱的角色。人们不仅往沟里倒污水，还把垃圾和粪便一并倒在里面，使这条流动的大壕沟成了各种病原体的携带者。它流到哪里，就把疾病带到哪里。于是，罗马就成了瘟疫等流行病的多发区。82

2、需氧有机物污染某些工业废水和生活污水中往往含有大量的有机物质，如蛋白质、脂肪、糖、木质素等，它们在排入水体后，在有溶解氧的情况下，经水中需氧微生物的生化氧化最后分解成C02和硝酸盐等，或者是有些还原性的无机化合物如亚硫酸盐、硫化物、亚铁盐和氨等，在水中经化学氧化变成高价离子存在。在上述这些过程中，均会大量消耗水中的溶解氧，给鱼类等水生生物带来危害，并可使水发生恶臭现象。因此，这些有机物和无机物统称为需氧污染物。83(1)溶解氧(简称DO)溶解于水中的氧气称为“溶解氧”。(2)生化需氧量(BOD)水中微生物摄取有机物使之氧化分解时所消耗的氧量。(3)化学需氧量(COD)用化学氧化剂(如重铬酸钾或高锰酸钾)氧化水中有机物(芳香族化合物在反应中不能被完全氧化应除去)及某些还原性离子所消耗的氧化剂的氧量，用CODMn，(称为化学需氧量COD)或CODM。(称为高锰酸盐指数)表示。84(4)总有机碳(TOC)和总需氧量(TOD)

由于采用BOD5测试方法不能准确反映水体被需氧有机质污染的程度，而用总有机碳和总需氧量测定方法比较准确快速。(5)理论需氧量(ThOD)

根据化学方程式计算的有机物完全氧化时所需要氧的量。这是一个对废水作全化学分析以后的理论计算值。废水中氧参数间关系:ThOD=100%,TOD=92%,CODcr=83%,BOD20=65%，BOD5=58%85富营养化是指水流缓慢和更新期长的地表水中，由于接纳大量的生物所需要的氮磷等营养物引起藻类等浮游生物迅速繁殖，最终可能导致鱼类和其他生物大量死亡的水体污染现象。

3、富营养化污染86举例：触目惊心的赤潮中毒事件1971年春夏季节，在美国佛罗里达州中西部沿岸水域发生过一次短裸甲藻赤潮，使1500km2海域内的生物几乎全部灭绝。这种短裸甲藻含有神经性贝毒，人们若食用含有这种毒素的软体动物，可在3h内出现中毒症状。在有毒赤潮细胞中，有一种西加鱼毒。目前，全球因误食西加鱼毒而中毒的患者每年达万人。此类病情一般在食用有毒鱼类后1—6h内发作，也有些人因呼吸衰竭或血液循环破坏而急性死亡。87恶臭是一种普遍的污染危害，恶臭是指引起多数人不愉快感觉的气味，它是典型的公害之一。人能嗅到的恶臭物多达4000多种，危害大的有几十种。恶臭产生的原因是由于发臭物质都具有“发臭团”的分子结构，例如硫代(＝S)、巯基(一SH)、硫氰基(一SCN)等等。因发臭团的不同，臭气也各有不同：腐败的鱼臭(胺类)、臭腐类(硫化氢)、刺激臭(氨、醛类)等。4、感官性污染物(含恶臭污染)885、酸、碱、盐污染污染水体的酸主要来自于矿山排水及人造纤维、酸法造纸、酸洗废液等工业废水，雨水淋洗含酸性氧化物的空气后，汇入地表水体也能造成酸污染。矿石排水中酸由硫化矿物的氧化作用而产生，无论是在地下或露天开采中，酸形成的机制是相同的。896、毒污染

(1)非金属无机毒物

CN—、F—等是非金属无机毒物类的代表。(2)重金属与类金属无机毒物主要有Hg、Cd、Pb、Cr、As等。(3)易分解有机毒物：水中易分解有机毒物主要有挥发性酚、醛、苯等。(4)难分解有机毒物难分解有机毒物主要有有机氯农药、有机磷农药和有机汞农药。907、油污染石油进入海洋后造成的危害是非常明显的，主要有以下几方面。(1)破坏优美的滨海风景，降低其作为疗养、旅游等的使用价值。(2)严重危害水生生物，尤其是海洋生物。

（3)组成成分中含有毒物质，特别是其中沸点在300—400'E间的稠环芳烃，大多是致癌物，如苯并芘、苯并葸等。(4)油膜厚4—10cm就会阻碍水的蒸发和氧气进入，鱼类难以生存。(5)引起河面火灾，危及桥梁、船舶等。91第二节、水中无机污染物的迁移转化

一、颗粒物与水之间的迁移二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式三、溶解和沉淀四、氧化—还原

五、配合作用

92无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一旦进入水环境，不能被生物降解;主要通过吸附—解吸、沉淀—溶解、氧化—还原、配合作用、胶体形成等一系列物理化学作用进行迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程；最终以一种或多种形式长期存留在环境中，造成永久性的潜在危害。重点介绍重金属污染物在水环境中迁移转化的基本原理。93一、颗粒物与水之间的迁移

1、水中颗粒物的类别天然水中颗粒物主要包括五大类：矿物、金属水合氧化物、腐殖质、悬浮物、其他泡沫、表面活性剂等半胶体以及藻类、细菌、病毒等生物胶体。（1）非粘土矿物和粘土矿物：都是原生岩石在风化过程中形成的。非粘土矿物：天然水中常见为石英(SiO2)、长石(KalSi3O8)等，晶体交错，结实、颗粒粗，不易碎裂，缺乏粘结性（例如沙子主要成分为：SiO2）。94粘土矿物：天然水中常见为云母、蒙脱石、高岭石，层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘结性，可以生成稳定的聚集体。其中的粘土矿物是天然水中最重要、最复杂的无机胶体，是天然水中具有显著胶体化学特性的微粒。主要成分为铝或镁的硅酸盐，具有片状晶体结构；95粘土矿物的层状晶体基本由两种原子层构成，一种是硅氧四面体（硅氧片），另一种是铝氢氧原子层（水铝片），其间主要靠氢键连接，因此易于断裂开来。SiOOOOAlOOHOOHOHOH96（2）金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。天然水中几种重要的容易形成金属水合氧化物的金属：铝在岩石和土壤中是大量元素，在天然水中浓度低，不超过。铝水解，主要形态AL3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、Al(OH)2+、Al(OH)3和Al(OH)4－，随pH值变化而改变形态浓度比例。一定条件下会发生聚合，生成多核配合物或无机高分子，最终生成[Al(OH)3]n的无定形沉淀物。97铁是广泛分布元素，水解反应和形态与铝类似。在不同pH值下，Fe(Ⅲ)的存在形态是Fe3+、Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+和Fe(OH)3。固体沉淀物可转化为FeOOH的不同晶形物。同样，它也可以聚合成为无机高分子和溶胶。锰与铁类似，其丰度虽然不如铁，溶解度比铁高，也是常见的水合金属氧化物。硅酸的单体H4SiO4，若写成Si(OH)4，则类似于多价金属，是一种弱酸，过量的硅酸将会生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。98重要的水合氧化物主要有：褐铁矿：Fe2O3﹒nH2O水化赤铁矿：2Fe2O3﹒H2O得到具有重要胶体作用的：针铁矿：Fe2O3﹒H2O水解[Al(OH)3]∞聚合无机高分子水铝石：Al2O3﹒H2O[FeOOH]∞聚合无机高分子三水铝石：Al2O3﹒3H2O[MnOOH]∞聚合无机高分子二氧化硅凝胶：SiO2﹒nH2O[Si(OH)4]∞聚合无机高分子水锰矿：Mn2O3﹒H2O

所有的金属水合氧化物都能结合水中微量物质，同时其本身又趋向于结合在矿物微粒和有机物的界面上。99（3）腐殖质：最早由土壤学研究者所发现，主要就是腐殖酸，例如富里酸、胡敏酸等。属于芳香族化合物，有机弱酸性，分子量从700-200000不等；带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团（羧基、羰基、羟基）的离解程度有关。在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，溶液中的OH-将腐殖质理解出的H+中和掉，因而分子间的负电性增强，排斥力增加，亲水性强，趋于溶解。在pH较低的酸性溶液（H+多，正电荷多），或有较高浓度的金属阳离子存在时，各官能团难于离解而电荷减少，高分子趋于卷缩成团，亲水性弱，因而趋于沉淀或凝聚。100（4）水体悬浮沉积物：天然水体中各种环境胶体物质相互作用结合成聚集体，即为水中悬浮沉积物，它们可以沉降进入水体底部，也可重新再悬浮进入水中。一般悬浮沉积物是以矿物微粒，特别是粘土矿物为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为各微粒间的粘附架桥物质，把若干微粒组合成絮状聚集体（聚集体在水体中的悬浮颗粒粒度一般在数十微米以下），经絮凝成为较粗颗粒而沉积到水体底部。101（5）其他：湖泊中的藻类，污水中的细菌、病毒、废水排出的表面活性剂、油滴等，也都有类似的胶体化学表现，起类似的作用。2、水环境中颗粒物的吸附作用主要有表面吸附、离子交换吸附、专属吸附三种类型。（1）表面吸附：是一种物理吸附，其吸附过程不发生化学变化，发生的关键是胶体颗粒具有巨大的比表面积，因此胶体具有巨大的表面能。102单位比表面积(ρ为密度)=面积（球）/重量==（cm2/g）表面能（又称为表面吸附能）：任何分子之间均存在引力，在物体内部，某分子受到各方面作用力相等，因而处于平衡状态，但是在胶体表面上，分子受力不均匀（因为表面分子周围的分子数量不相等），因而产生了所谓的表面能。计算实例：某湖泊底泥3，10%为直径D=1um（10-4cm）的颗粒物，求面积S=100m2，深度的底泥中，所有直径D=1um（10-4cm）的颗粒物比表面积？103

解：先计算单位比表面积(ρ为密度)=面积（球）/重量==

=2.264×104（cm2/g）

其次计算总体积=100m2×0.2m×10%=2m3=2×106cm3所以总重量=总体积×比重=2×106cm33=5.3×106g所以总比表面积=5.3×106g×2.264×104（cm2/g）=12×1010cm3=12万m3104由于胶体具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用，胶体表面积愈大，所产生的表面吸附能也愈大，胶体的吸附作用也就愈强，它是属于一种物理吸附。一般么蒙脱石单位比表面积=800m2/g左右，伊利石=30-80m2/g，高岭石=10-50=800m2/g，腐殖质=400-900m2/g，无定型氢氧化铁[Fe(OH)3]∞=300m2/g左右。（2）离子交换吸附：是一种物理化学吸附，主要是胶体对各种介质离子的吸附，曾有人称之为“极性吸附”。105一般情况下，环境中大部分胶体（包括粘土矿物、有机胶体、含水氧化物等）带负电荷，容易吸附各种阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，因此把这种吸附称为离子交换吸附，它属于物理化学吸附。需要说明的是，这种负电荷一部分是永久负电荷，主要是由于晶格中离子的同晶替代造成的，例如硅氧四面体中的Si4+被Al3+所取代，或者铝氢氧八面体中的Al3+被Mg2+所取代等，都会产生这种永久负电荷。另一部分为可变电荷，主要随着环境pH的改变而发生改变，原因是Si-OH中的H+在碱性溶液中的离解。Si-OH+OH-=Si-O-+H2O。106特征：这种吸附是一种可逆反应，能够迅速达到平衡。不受温度影响，酸碱条件下均可进行，其交换吸附能力与溶质的性质、浓度及吸附剂性质等有关。对于那些具有可变电荷表面的胶体，当体系pH高时，也带负电荷并能进行交换吸附。离子交换吸附对于从概念上解释胶体颗粒表面对水合金属离子的吸附是有用的，但是对于那些在吸附过程中表面电荷改变符号，甚至可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上的现象无法解释。因此，近年来有学者提出了专属吸附作用。107（3）专属吸附：是指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。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。在水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子和无机高分子的专属吸附作用特别强烈。例如，简单的Al3+、Fe3+高价离子并不能使胶体电荷因吸附而变号，但其水解产物却可达到这种效果，这就是发生专属吸附的结果。水合氧化物胶体对重金属离子有较强的专属吸附作用，这种吸附作用发生在胶体双电层的Stern层中，被吸附的金属离子进入Stern层后。不能被通常提取交换性阳离子的提取剂提取，只能被亲和力更强的金属离子取代，或在强酸性条件下解吸。108专属吸附的另一特点是它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面也能进行吸附作用。例如，水锰矿对碱金属(K、Na)的吸附作用属于离子交换吸附，而对于Co、Cu、Ni等过渡金属元素离子的吸附则属于专属吸附。下表列出水合氧化物对重金属离子的专属吸附机理与交换吸附的区别。水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别项目非专属吸附专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号金属离子所起的作用吸附时所发生的反应发生吸附时要求体系的pH值吸附发生的位置—反离子阳离子交换>零电位点扩散层—、0、+配位离子配位体交换任意值内层注：本表摘自陈静生主编，1987。1093、吸附等温线吸附等温线和等温式：吸附是指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。水体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过程，在固定的温度条件下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量(G)与溶液中溶质平衡浓度(c)之间的关系，可用吸附等温线来表达。水体中常见的吸附等温线有三类：Henry型、Freundlich型、Langmuir型，简称为H、F、L型。H型等温线为直线型，其等温式为：G=kC式中：k—分配系数。该等温式表明溶质在吸附剂与溶液之间按固定比值分配。F型等温式为：G=kC1/n

若两侧取对数，则有：

110以lgG对lgc作图可得一直线。lgk为截距，因此，k值是c=1时的吸附量，它可以大致表示吸附能力的强弱。为斜率，它表示吸附量随浓度增长的强度。该等温线不能给出饱和吸附量。

L型等温式为：G=G0c/(A+c)式中：G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量；

A——常数。G对c作图得到一条双曲线，其渐近线为G=G0,即当c→∞时，G→G0。在等温式中A为吸附量达到时溶液的平衡浓度。转化为：1/G=1/G0+(A/G0)(1/c)111以对作图，同样得到一直线。

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H型，当浓度较高时，曲线可能表现为F型，但统一起来仍属于L型的不同区段。

影响吸附作用的因素有以下几种：首先是溶液pH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pH值升高而增大。当溶液pH超过某元素的临界pH值时，则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。吸附量(G)与pH、平衡浓度(C)之间的关系可用下式表示：G=A·C·10BpH式中：A、B—常数。1126、某水体中含有300mg/L的悬浮颗粒物，其中70％为细颗粒(d<50um)，有机碳含量为10％，其余的粗颗粒有机碳含量为5％。013Pa·m3／mol时，挥发作用主要受气膜控制，此时可用Kv=KH’Kg这个简化方程。01×10-9mol/L，。因此光解速率只正比于单位时间所吸收的光子数，而不是正于所吸收的总能量。在溶解和沉淀现象的研究中，平衡关系和反应速率两者都是重要的。同样，对于Zn(NH3)32+的β3=K1·K2·K3，Zn(NH3)42+的β4=K1·K2·K3·K4。危害对水生生物无直接毒害，但是降解耗氧，引起水体缺氧，水质恶化；pE=20.实验表明，水解速率与pH有关。带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团（羧基、羰基、羟基）的离解程度有关。氧化过程：失去电子，结果是元素化合价升高；4、水中主要化学污染物的污染特征一般认为，在用氯化作用消毒原始饮用水过程中，腐殖质的存在，可以形成可疑的致癌物质——三卤甲烷(THMS)。其次是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。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。4、解吸作用（以沉积物中重金属的释放为例）重金属从悬浮物或沉积物中重新释放属于二次污染问题，不仅对于水生生态系统，而且对于饮用水的供给都是很危险的。诱发释放的主要因素有：113（1）pH值降低：pH值降低，导致碳酸盐和氢氧化物的溶解，H+的竞争作用增加了金属离子的解吸量，H+被吸附而导致一些带正电荷的金属离子被释放。在一般情况下，沉积物中重金属的释放量随着反应体系pH的升高而降低。其原因既有H+离子的竞争吸附作用，也有金属在低pH条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解等。因此，在受纳酸性废水排放的水体中，水中金属的浓度往往很高。114（2）还原条件增强：还原条件下，Fe、Mn等的氧化物溶解，其吸附的金属离子被释放出来，因此在湖泊、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，故被其吸附或与之共沉淀的重金属离子也同时释放出来。（3）盐浓度升高：盐度变化可以增加离子的吸附交换量，碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的其他金属离子交换出来，这是金属从沉积物中释放出来的主要途径之一。例如：水体中碱金属和碱土金属Ca2+、Na+、Mg2+离子对悬浮物中铜、115铅和锌的交换释放作用。在2+离子作用下，悬浮物中的铅、铜、锌可以解吸出来，这三种金属被钙离子交换的能力不同，其顺序为Zn>Cu>Pb。（4）水中配合剂的含量增加：天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，有时这种配合物稳定度较大，可以溶解态形态存在，使重金属从固体颗粒上解吸下来。（5）一些生物化学迁移过程也能引起金属的重新释放，从而引起重金属从沉积物中迁移到动、植物体内—可能沿着食物链进一步富集，或者直接进入水体，或者通过动植物残体的分解产物进入水体。116二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式

1、概述胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。在讨论聚集的化学概念时，这两个名词常交换使用。这里把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。胶体颗粒长期处于分散状态还是相互作用聚集结合成为更粗粒子，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距离和去向。2、基本理论（1）典型胶体的相互作用理论是以DLVO物理理论为定量基础。DLVO理论把范德华吸引力和扩散双电层排斥力考虑为仅有的作用因素，它适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中，而且假设颗粒是粒度均等、球体形状的理想状态。这种颗粒在溶液中进行热运动，其平均功能为KT，两颗粒在相互接近时产生几种作用力，即分子范德华力、静电排斥力和水化膜阻力。这几种力相互作用的综合位能随相隔距离所发生的变化。117总的综合作用位能为：VT=VR+VA式中：VA—由范德华力（引力）所产生的位能；VR—由静电排斥力所产生的位能。++--距离d位能V由图中曲线可见：①不同溶液离子强度有不同VR曲线（离子强度越小，双电层较厚，斥力越大），VR随颗粒间的距离按指数律下降。②VA则只随颗粒间的距离变化，与溶液中离子强度无关。③不同溶液离子强度有不同的VT曲线。在溶液离子强度较小时，综合位能曲线上出现较大位能峰(Vmax)，此时，排斥作用占较大优势，颗粒借助于热运动能量不能超越此位能峰，彼此无法接近，体系保持分散稳定状态。当离子强度增大到一定程度时，Vmax由于双电层被压缩而降低，则一部分颗粒有可能超越该位能峰。当离子强度相当高时，Vmax可以完全消失。118颗粒超过位能峰后，由于吸引力占优势，促使颗粒间继续接近，当其达到综合位能曲线上近距离的极小值(Vmin)时，则两颗粒就可以结合在一起。不过，此时颗粒间尚隔有水化膜。凝聚物理理论说明了凝聚作用的因素和机理，但它只适用于电解质浓度升高压缩扩散层造成颗粒聚集的典型情况，即一种理想化的最简单的体系，天然水或其他实际体系中的情况则要复杂得多。（2）异体凝聚理论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。异体凝聚理论的主要论点为：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。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：119压缩双电层凝聚：由于水中电解质浓度增大而离子强度升高，压缩扩散层，使颗粒相互吸引结合凝聚。专属吸附凝聚：胶体颗粒专属吸附异电的离子化合态，降低表面电位，即产生电中和现象，使颗粒脱稳而凝聚。这种凝聚可以出现超荷状况，使胶体颗粒改变电荷符号后，又趋于稳定分散状况。胶体相互凝聚：两种电荷符号相反的胶体相互中和而凝聚，或者其中一种荷电很低而相互凝聚，都属于异体凝聚。“边对面”絮凝：粘土矿物颗粒形状呈板状，其板面荷负电而边缘荷正电，各颗粒的边与面之间可由静电引力结合，这种聚集方式的结合力较弱，且具有可逆性，因而，往往生成松散的絮凝体，再加上”边对边”、”面对面”的结合，构成水中粘土颗粒自然絮凝的主要方式。120三、溶解和沉淀

溶解表示了污染物在水环境中的迁移能力，水对许多物质具有很强的溶解能力，原因是水分子是极性分子，他对极性大的离子键化合物比极性小的共价键化合物具有更强的溶解能力；例如水对硫酸盐(金属与SO42-)的溶解能力远远大于对硫化物（金属与S2-）的溶解能力。一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。溶解度小者，迁移能力小。溶解度大者，迁移能力大。不过，溶解反应时常是一种多相化学反应，在固—液平衡体系中，一般需用溶度积来表征溶解度。天然水中各种矿物质的溶解度和沉淀作用也遵守溶度积原则。溶解度小于水的物质称为“难溶物”。在溶解和沉淀现象的研究中，平衡关系和反应速率两者都是重要的。知道平衡关系就可预测污染物溶解或沉淀作用的方向，并可以计算平衡时溶解或沉淀的量。但是经常发现用平衡计算所得结果与实际观测值相差甚远，造成这种差别的原因很多，但主要是自然环境中非均相沉淀溶解过程影响因素较为复杂所致。

121下面着重介绍金属氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐及多种成分共存时的溶解—沉淀平衡问题。1、氧化物和氢氧化物：Al(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2、Hg(OH)2、Pb(OH)2金属氢氧化物沉淀有好几种形态，它们在水环境中的行为差别很大。氧化物可看成是氢氧化物脱水而成