（环境化学）第32章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化课件.ppt

1、1第二节第二节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化2.1 颗粒物与水之间的迁移颗粒物与水之间的迁移2.2 水中颗粒物的聚集水中颗粒物的聚集2.3 溶解和沉淀溶解和沉淀2.4 氧化还原氧化还原2.5 配合作用配合作用第三章第三章 水环境化学水环境化学22.1.1 水中的颗粒物的类别水中的颗粒物的类别(1)矿物微粒和矿物微粒和粘土矿物粘土矿物 粘土矿物具有显著粘土矿物具有显著胶体化学特性胶体化学特性(2)金属水合氧化物金属水合氧化物 以无机高分子及溶胶形式存在，发挥以无机高分子及溶胶形式存在，发挥胶体化学作用胶体化学作用(3)腐殖质腐殖质 带负电荷的高分子弱电解质带负电荷的高分子弱电

2、解质(4)水体悬浮沉积物：是环境胶体物质的水体悬浮沉积物：是环境胶体物质的聚集体聚集体(5)其它藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴其它藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴第三章第三章/第二节第二节/2.1 颗粒物与水之间的迁移颗粒物与水之间的迁移3非腐殖质和腐殖质非腐殖质和腐殖质l非腐殖质非腐殖质：有：有碳水化合物碳水化合物、脂肪酸脂肪酸、蛋白质蛋白质、氨基酸、色素、氨基酸、色素、纤维，以及其它纤维，以及其它低相对分子质量低相对分子质量有机物，它们都能有机物，它们都能在生物降解在生物降解中最后生成简单无机物中最后生成简单无机物l腐殖质腐殖质：当植物残体经微生物分解时，容易为微生物利用的部：当植物

3、残体经微生物分解时，容易为微生物利用的部分迅速分解而消失，分迅速分解而消失，不易分解的部分如油类、腊、树脂及木质不易分解的部分如油类、腊、树脂及木质素等残余物与微生物之分泌物相结合素等残余物与微生物之分泌物相结合，形成一种，形成一种褐色或黑色无褐色或黑色无定形胶态定形胶态复合物称为复合物称为腐殖质。腐殖质。是一类分布很广的天然物质，它是一类分布很广的天然物质，它大量存在于土壤、底泥、湖泊、河流以及海洋中。大量存在于土壤、底泥、湖泊、河流以及海洋中。补充资料：补充资料：4腐植质的组成腐植质的组成l富里酸富里酸(Fulvic Acid,以以FA表示表示)：它既可溶于碱，又可溶于酸：它既可溶于碱，又

4、可溶于酸的部分，相对分子质量在几百到几千，有人称作黄腐酸的部分，相对分子质量在几百到几千，有人称作黄腐酸l腐植酸腐植酸(Humic Acid,以以HA表示表示)：它只可溶于稀碱中，但碱萃：它只可溶于稀碱中，但碱萃取液酸化后就沉淀，相对分子质量由几千到几万；取液酸化后就沉淀，相对分子质量由几千到几万；l胡敏酸胡敏酸(Humin)：有人称为腐黑物，它是用稀碱和稀酸都不能：有人称为腐黑物，它是用稀碱和稀酸都不能萃取出来的腐植质部分萃取出来的腐植质部分5可溶物可溶物(棕腐酸棕腐酸)腐殖质腐殖质碱萃取碱萃取不溶物不溶物可溶物可溶物胡敏酸胡敏酸X可溶物可溶物沉淀物沉淀物富里酸富里酸腐植酸腐植酸酸萃取乙醇乙

5、醇萃取萃取碱溶碱溶加电解加电解质质可溶物可溶物沉淀物沉淀物褐腐酸褐腐酸灰腐酸灰腐酸6腐殖质分子结构特征腐殖质分子结构特征l三维方向上三维方向上带有很多活性基团的芳烃带有很多活性基团的芳烃l苯羧基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、醛基、醌基和氨基等多种，苯羧基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、醛基、醌基和氨基等多种，并并以氢键组成网络以氢键组成网络l这种结构这种结构孔洞很多孔洞很多，具有特别好的吸附表面，具有特别好的吸附表面l具有收缩性和膨胀性具有收缩性和膨胀性l与脂肪族的单羟基和多羟基物质与脂肪族的单羟基和多羟基物质(如柠檬酸、酒石酸、葡糖酸如柠檬酸、酒石酸、葡糖酸)不同，腐不同，腐植质的分子是很

6、好的植质的分子是很好的吸附载体吸附载体。l与金属离子和金属水合氧化物发生广泛的与金属离子和金属水合氧化物发生广泛的反应反应l离子交换、表面吸附、络合和螯合、凝结和胶溶作用离子交换、表面吸附、络合和螯合、凝结和胶溶作用7富里酸的结构富里酸的结构8腐植质的化学特征腐植质的化学特征(1)具有具有抵抗微生物降解抵抗微生物降解的能力，这是水体常产生污泥淤积的重要原因的能力，这是水体常产生污泥淤积的重要原因之一。之一。(2)很多不同来源的腐殖质，在性质上总体都是相似的很多不同来源的腐殖质，在性质上总体都是相似的l腐殖质被认为是在土壤、底泥等特殊坏境里瞬时可得的腐殖质被认为是在土壤、底泥等特殊坏境里瞬时可得

7、的酚类酚类单元单元随机随机聚集的聚集的芳香多聚物芳香多聚物。化学性质上总体相似；在相对分子质量、。化学性质上总体相似；在相对分子质量、元素和官能团含量上有差别。元素和官能团含量上有差别。l腐殖质没有完整的结构和固定的化学构型，是腐殖质没有完整的结构和固定的化学构型，是复杂的混合体系复杂的混合体系。(3)具有具有弱酸性弱酸性。9(4)是带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团的离解程度有关是带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团的离解程度有关l在在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，羟基和羧基大多较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，羟基和羧基大多离解，沿高分子呈现的负电荷相互排斥，

8、构型伸展，亲水性强，离解，沿高分子呈现的负电荷相互排斥，构型伸展，亲水性强，因而趋于溶解因而趋于溶解l在在pH较低的酸性溶液中，或有较高浓度的金属阳离子存在时，各较低的酸性溶液中，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，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因而趋于沉淀或凝聚 腐植质的化学特征腐植质的化学特征 10(5)具有同金属离子和金属水合氧化物形成络合物或螯合物的能力具有同金属离子和金属水合氧化物形成络合物或螯合物的能力 Pb2+Cu2+Ni2+Co2+Zn2+Cd2+Fe2+Mn2+Mg2+(6)具有

9、与粘土矿物和有机物相互作用的能力。具有与粘土矿物和有机物相互作用的能力。腐植质的化学特征腐植质的化学特征 11(7)具有凝聚作用。腐殖质可以看作是大离子的真溶液或带负电荷的亲具有凝聚作用。腐殖质可以看作是大离子的真溶液或带负电荷的亲水胶体。所以它们能为电解质所凝聚，水胶体。所以它们能为电解质所凝聚，l高价离子比低价离子有更高的凝聚效果。例如对高价离子比低价离子有更高的凝聚效果。例如对FeHum络合物络合物的凝聚，的凝聚，SO42-比比NO3-和和Cl-更有效更有效l不同价数离子的凝聚平均临界浓度，与其价数的六次方成反比，不同价数离子的凝聚平均临界浓度，与其价数的六次方成反比，因而有因而有一价：

10、二价：三价=(1/1)6：(1/2)6：(1/3)6 l如果是等价的阳离子，则离子半径最大者是最有效的凝聚剂如果是等价的阳离子，则离子半径最大者是最有效的凝聚剂 A13+Fe3+Cu2+Zn2+Ni2+Co2+Mn2+腐植质的化学特征腐植质的化学特征 12腐殖质对水中污染物迁移的影响腐殖质对水中污染物迁移的影响l由于由于腐植质与金属离子和水合氧化物有较强的结合能力腐植质与金属离子和水合氧化物有较强的结合能力，因而它，因而它们在很大程度上能控制水体和土壤中的微量元素和有毒物质的迁们在很大程度上能控制水体和土壤中的微量元素和有毒物质的迁移、富集和固定移、富集和固定例如：长江口海域沉积相中，例如：长

11、江口海域沉积相中，Cu、Cr、Hg的富集系数分别是的富集系数分别是164500、9801100、1845。l腐植质与金属相互作用的研究受到各国学者的普遍重视腐植质与金属相互作用的研究受到各国学者的普遍重视l差不多所有重金属与腐植质的作用都被研究过或正在研究中。成差不多所有重金属与腐植质的作用都被研究过或正在研究中。成为为环境化学和环境地球化学环境化学和环境地球化学中一个中一个热门的研究领域热门的研究领域。13腐殖质的结合能力腐殖质的结合能力l卤素和碱金属卤素和碱金属：同腐植质的结合能力：同腐植质的结合能力很弱很弱l从碱土金属到过渡金属从碱土金属到过渡金属：都与腐植质有：都与腐植质有很强很强的结

12、合力，特别是三价的结合力，特别是三价金属金属l水中几乎所有的水中几乎所有的铜（铜（IB族）族）都与胡敏酸结合都与胡敏酸结合l极大部分的极大部分的铝（铝（IIIA族）和铁（族）和铁（VIII族）族）都与不溶性腐植质结合都与不溶性腐植质结合l锌（锌（IIB族）和磷（族）和磷（VA族）族）主要同不溶性腐植质和胡敏酸结合主要同不溶性腐植质和胡敏酸结合l镉镉（IIB族）族）和镍和镍（VIII族）族）倾向于同不溶性腐植酸和富里酸结合倾向于同不溶性腐植酸和富里酸结合l碳碳（IVA族）族）倾向与胡敏酸和富里酸结合倾向与胡敏酸和富里酸结合14腐殖质分子与金属络合的机理腐殖质分子与金属络合的机理l腐植质分子中参与

13、同金属络合的基团：腐植质分子中参与同金属络合的基团：l羧基羧基 (COOH）l酚羟基酚羟基(ArOH)l羰基羰基(CO)l氨基氨基(一一NH2)lSchnitzer等人对络合反应和机理进行了研究。等人对络合反应和机理进行了研究。15腐植酸和富里酸对金属络合的位置腐植酸和富里酸对金属络合的位置 ()式是由相邻的羧基和酚羟基组成的络合物；式是由相邻的羧基和酚羟基组成的络合物；()式是由两个相邻的羧基组成的络合物。式是由两个相邻的羧基组成的络合物。当金属离子浓度较低时当金属离子浓度较低时()式占优势，浓度高时式占优势，浓度高时()式占优势式占优势16腐植质分子与金属络合的机理腐植质分子与金属络合的机

14、理HumHumCOOCOO-O OH H Fe(OH)(HFe(OH)(H2 2O)O)x-1x-1 2+2+高高pHpHHumHumCOOCOOO OFeFeOHOHOHOH（H H2 2O)O)x-2x-2 2H+在高在高pH时，则从金属水合物中的水分子中再释放出一个质子时，则从金属水合物中的水分子中再释放出一个质子HumCOOOH Fe(OH)(H2O)x-12+低低pHpHHumHumCOOCOOO OFeFeOHOH(H(H2 2O)O)x-1x-1 H+-在低在低pH时，从腐植质的酸性基团中置换出一个质子时，从腐植质的酸性基团中置换出一个质子17l腐植酸和富里酸与金属发生络合时，常

15、常伴随着腐植酸和富里酸与金属发生络合时，常常伴随着体系体系中中H+的增加的增加l溶液溶液pH的降低可以作为络合物形成的标志的降低可以作为络合物形成的标志，也可以作，也可以作为络合物稳定性的一种量度。为络合物稳定性的一种量度。l如果用电位法测出溶液中释放出的质子数，就可以获如果用电位法测出溶液中释放出的质子数，就可以获得腐植质与金属形成络合物情况的信息。得腐植质与金属形成络合物情况的信息。腐植质分子与金属络合的机理腐植质分子与金属络合的机理18式中式中KA是腐植酸是腐植酸HmA的电离常数。的电离常数。K和和KA可由实验测出可由实验测出，则可求得络，则可求得络合物的稳定常数合物的稳定常数KMA。表

16、。表2-16是某些金属与富里酸形成的络合物稳定常是某些金属与富里酸形成的络合物稳定常数。数。mHMAAHMmnmnAMAmmnmmmnmnmmnKKAHAMAHMAAHMHMAK理论上讲，这类络合物的稳定常数KMA可用下法求得：1920在低在低pH时富里酸与金属形成络合物的稳定顺序是：时富里酸与金属形成络合物的稳定顺序是：Fe3+Al3+Cu2+Ni2+Co2+Pb2+=Ca2+Zn2+Mn2+Mg2+2.1 颗粒物与水之间的迁移212.1.2 水环境中颗粒物的吸附作用水环境中颗粒物的吸附作用（1）表面吸附）表面吸附（2）离子交换吸附）离子交换吸附（3）专属吸附）专属吸附2.1 颗粒物与水之间

17、的迁移第三章第三章/第二节第二节/2.1 颗粒物与水之间的迁移颗粒物与水之间的迁移水环境中胶体颗粒的吸附方式：水环境中胶体颗粒的吸附方式：22（1）表面吸附）表面吸附v产生原因产生原因v水体中的颗粒物大都具有水体中的颗粒物大都具有胶体胶体的化学性质的化学性质v胶体具有巨大的胶体具有巨大的比表面和表面能比表面和表面能v因此，固液界面存在表面吸附作用因此，固液界面存在表面吸附作用v吸附：吸附：是指溶液中的溶质在界面层是指溶液中的溶质在界面层浓度升高浓度升高的现象的现象v影响因素：影响因素：表面积表面积越大，吸附作用越强越大，吸附作用越强v特点：特点：表面吸附属于表面吸附属于物理吸附物理吸附23吸附

18、等温线和等温式吸附等温线和等温式v吸附等温线吸附等温线：在固定的温度下，当在固定的温度下，当吸附达到平衡吸附达到平衡时，时，颗粒物表面上的颗粒物表面上的吸附量（吸附量（G）与溶液中溶质与溶液中溶质平衡浓度平衡浓度（C）之间的关系，可用吸附等温线来表示。之间的关系，可用吸附等温线来表示。v吸附等温线类型吸附等温线类型：vHenry型（型（H型）型）vFreundlich型（型（F型）型）vLangmuir型（型（L型）型）24H型型等温式为：等温式为：G kc k:分配系数；等温线为直线型分配系数；等温线为直线型吸附量吸附量平衡浓度平衡浓度F型型等温式为：等温式为：G kc(1/n)1）k 是是

19、c=1的吸附量，大致表示的吸附量，大致表示吸附能力的强弱；吸附能力的强弱；2）1/n为斜率，表示吸附量随为斜率，表示吸附量随浓度增长的强度；浓度增长的强度；3）该等温线不能给出饱和吸附）该等温线不能给出饱和吸附量。量。lgG=lgk +1/n lgc1/G=1/G0+(A/G0)(1/c)当当C时时 G G0 G=G0c/(A+c)G kc(1/n)G kc L型型等温式：等温式：G=G0c/(A+c)G0单位面积上达到饱和时的单位面积上达到饱和时的最大吸附量；最大吸附量；A常数。常数。P17425胶体表面的电荷胶体表面的电荷l离子吸附离子吸附通过氢键或范德华力，把离子粘附在胶体表通过氢键或范

20、德华力，把离子粘附在胶体表面，从而使胶体得到电荷。面，从而使胶体得到电荷。l胶体表面的化学反应（见下页胶片）胶体表面的化学反应（见下页胶片）（2）离子交换吸附）离子交换吸附26胶体表面的化学反应胶体表面的化学反应l是氢氧化物和氧化物的典型行为是氢氧化物和氧化物的典型行为l与与pH值有关值有关l在酸性介质中在酸性介质中lM(OH)n(s)+H+M(OH)n-1(H2O)+(s)l粒子带粒子带净正电荷净正电荷l在碱性介质中在碱性介质中lM(OH)n(s)MO(OH)n-1-(s)+H+l粒子带粒子带净负电荷净负电荷27等点电荷或零点电荷等点电荷或零点电荷ZPC（Zero Point of Char

21、ge）l在中等在中等pH值，所产生的氢氧化物胶粒的净电荷为零，在该值，所产生的氢氧化物胶粒的净电荷为零，在该pH发生的情况称发生的情况称为为等点电荷或零点电荷等点电荷或零点电荷ZPC，该该pH为为pHZPCl不同金属氧化物不同金属氧化物pHZPC值不同，相同氧化物为常数值不同，相同氧化物为常数l在环境胶体化学中，在环境胶体化学中，pHZPC是一种很重要的特征值是一种很重要的特征值l 某些常见典型矿物的某些常见典型矿物的pHZPC值：值：lMgO：12.4 刚玉刚玉Al2O3：9.1 Fe(OH)3：8.5 l高岭石：高岭石：4.6 石英石英SiO2：2.0 蒙脱石：蒙脱石：2.5l水铝矿水铝矿

22、Al(OH)3：5.0 水锰矿水锰矿MnO2：2.8 钠长石：钠长石：2.028离子交换吸附的特点离子交换吸附的特点l在中性在中性pH值附近，大多数胶粒均带负电荷值附近，大多数胶粒均带负电荷l吸附阳离子吸附阳离子l释放出等量的其它阳离子释放出等量的其它阳离子l物理化学吸附物理化学吸附l交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂性质有关交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂性质有关2.1 颗粒物与水之间的迁移？问题：？问题：离子化合物吸附在离子化合物吸附在同号电荷同号电荷颗粒物表面上的现象无法解释。颗粒物表面上的现象无法解释。提出提出专属吸附专属吸附29胶体的双电层结构胶体的双电层结构l处在溶液中的带电固体

23、表面，由于静电吸引力的作用，必处在溶液中的带电固体表面，由于静电吸引力的作用，必然要引起等电量、与固体表面上带有相反电荷的离子（反然要引起等电量、与固体表面上带有相反电荷的离子（反离子）环绕在固体粒子的周围，在固液两相之间形成双电离子）环绕在固体粒子的周围，在固液两相之间形成双电层层l斯特恩（斯特恩（Stern）双电层模型）双电层模型1924年年2.1 颗粒物与水之间的迁移（3）专属吸附）专属吸附30斯特恩双电层模型斯特恩双电层模型l在靠近溶胶固体微粒表面在靠近溶胶固体微粒表面12个分子厚的区域内，个分子厚的区域内，反离子受到强烈吸引，会牢固的结合在表面形成一反离子受到强烈吸引，会牢固的结合在

24、表面形成一个紧密的吸附层，称为个紧密的吸附层，称为固定吸附层或固定吸附层或Stern层层l其余的反离子扩散分布在溶液中，构成双电层的其余的反离子扩散分布在溶液中，构成双电层的扩扩散层散层31电位离子反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或吸附层或Stern层层胶核胶核32溶胶的胶团结构溶胶的胶团结构l由分子、原子或离子形成的固态微粒，称为由分子、原子或离子形成的固态微粒，称为胶核胶核；l滑动面所包围的带电体，称为滑动面所包围的带电体，称为胶粒胶粒，通常所说的溶，通常所说的溶胶带正电或负电系指胶粒而言；胶带正电或负电系指胶粒而言；l整个扩散层所包围的胶体粒子，则构成电中性的

25、整个扩散层所包围的胶体粒子，则构成电中性的胶胶团团。2.1 颗粒物与水之间的迁移33实例：实例：AgI胶团的结构胶团的结构AgIm nI-(n-x)K+x-xK+胶体粒子胶体粒子胶核胶核胶团胶团m 胶核中所含胶核中所含AgI的分子数，约的分子数，约103n胶体所吸附的胶体所吸附的I-离子数，离子数，n比比m小得多小得多x扩散层的相反电荷离子数扩散层的相反电荷离子数n-x吸附层中相反电荷离子数吸附层中相反电荷离子数34专属吸附的特点专属吸附的特点l位置：位置：发生在发生在双电层的双电层的Stern层层中，其它的吸附如中，其它的吸附如离子交换吸附发生在扩散层；离子交换吸附发生在扩散层；l释放释放：

26、被吸附的金属离子进入：被吸附的金属离子进入Stern层后，层后，不能不能被被通常提取通常提取交换性阳离子的提取剂交换性阳离子的提取剂提取，只能被提取，只能被亲亲和力更强和力更强的金属离子取代；的金属离子取代；l电荷：电荷：在在中性中性表面甚至与吸附离子带表面甚至与吸附离子带相同电荷相同电荷符符号的表面也能进行吸附作用号的表面也能进行吸附作用35专属吸附的实例专属吸附的实例l水锰矿水锰矿MnO2lpH大于大于pHZPC（2.8）：）：吸附碱金属，属于离子交吸附碱金属，属于离子交换吸附换吸附lpH在在pHZPC或小于或小于pHZPC：吸附吸附Co、Cu和和Ni等过等过渡金属元素，属于专属吸附渡金属

27、元素，属于专属吸附36专属与非专属吸附的区别专属与非专属吸附的区别项目项目非专属吸附非专属吸附专属吸附专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号发生吸附的表面净电荷的符号金属离子所起的作用金属离子所起的作用吸附时发生的反应吸附时发生的反应发生吸附时体系的发生吸附时体系的pH值值吸附发生的位置吸附发生的位置对表面电荷的影响对表面电荷的影响反离子反离子阳离子交换阳离子交换ZPC扩散层扩散层无无、0、配位离子配位离子配位体交换配位体交换任意值任意值吸附层（也称吸附层（也称Stern层）层）负电荷减少，正电荷增多负电荷减少，正电荷增多注：据自陈静生，注：据自陈静生，1987372.1.3 沉积物中金属的释放沉

28、积物中金属的释放环境效应环境效应v悬浮物和底质沉积物对大多数重金属都有较强烈的吸附，悬浮物和底质沉积物对大多数重金属都有较强烈的吸附，对重金属污染物的去除有利对重金属污染物的去除有利v水体条件的改变可以使已吸附的重金属重新释放到水体水体条件的改变可以使已吸附的重金属重新释放到水体中中v造成二次污染，对水生生态系统和饮用水有害造成二次污染，对水生生态系统和饮用水有害第三章第三章/第二节第二节/2.1 颗粒物与水之间的迁移颗粒物与水之间的迁移38诱发释放的主要因素诱发释放的主要因素(1)盐浓度升高盐浓度升高l碱金属和碱土金属阳离子可将吸附在固体颗粒上的金属离子碱金属和碱土金属阳离子可将吸附在固体颗

29、粒上的金属离子交换出来；交换出来；le.g.Ca2+、Na+、Mg2离子对悬浮物中铅、铜和锌的交换离子对悬浮物中铅、铜和锌的交换释放作用；释放作用；l在在0.5mol/L的的Ca2+离子的作用下，悬浮物中的铅、铜和锌可离子的作用下，悬浮物中的铅、铜和锌可以解吸出来。交换顺序以解吸出来。交换顺序ZnCuPb39(2)增加水中配合剂的含量增加水中配合剂的含量l配合剂与重金属形成可溶性配合物配合剂与重金属形成可溶性配合物l使重金属从固体颗粒上解吸下来使重金属从固体颗粒上解吸下来(3)氧化还原条件的变化氧化还原条件的变化l耗氧物质使氧化还原电位降低耗氧物质使氧化还原电位降低l铁、锰氧化物部分或全部溶解

30、铁、锰氧化物部分或全部溶解l被其吸附或与之共沉淀的金属离子释放被其吸附或与之共沉淀的金属离子释放(4)pH值的降低值的降低l导致碳酸盐和氢氧化物溶解导致碳酸盐和氢氧化物溶解lH 离子的竞争吸附作用增加了金属离子的解吸量离子的竞争吸附作用增加了金属离子的解吸量40重金属的释放量随着反应体系重金属的释放量随着反应体系pH的降低而升高的降低而升高释放量释放量41第二节第二节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化2.1 颗粒物与水之间的迁移颗粒物与水之间的迁移2.2 水中颗粒物的聚集水中颗粒物的聚集2.3 溶解和沉淀溶解和沉淀2.4 氧化还原氧化还原2.5 配合作用配合作用422.2.1

31、胶体颗粒物聚集的重要意义胶体颗粒物聚集的重要意义l影响影响粒度分布粒度分布分散状态还是聚集结合成更粗的粒子，将决定水体中胶体颗粒物分散状态还是聚集结合成更粗的粒子，将决定水体中胶体颗粒物及其上面污染物的粒度分布变化规律及其上面污染物的粒度分布变化规律l影响影响迁移迁移/沉降过程沉降过程（天然水体）（天然水体）影响污染物迁移输送和沉降归宿的距离和方向影响污染物迁移输送和沉降归宿的距离和方向l是水处理的是水处理的原理原理之一（水处理）之一（水处理）利用胶体脱稳和絮凝进行水处理利用胶体脱稳和絮凝进行水处理2.2 水中颗粒物的聚集第三章第三章/第二节第二节/2.2 水中颗粒物的聚集水中颗粒物的聚集43

32、l聚集类型：凝聚和絮凝聚集类型：凝聚和絮凝l由由电解质电解质促成的聚集称为促成的聚集称为凝聚凝聚(Coagulation)瞬瞬时完成时完成l由由聚合物聚合物促成的聚集称为促成的聚集称为絮凝絮凝(Flocculation)需需要一定的时间要一定的时间 2.2 水中颗粒物的聚集2.2.2 胶体颗粒物聚集的类型胶体颗粒物聚集的类型第三章第三章/第二节第二节/2.2 水中颗粒物的聚集水中颗粒物的聚集442.2.3 胶体颗粒物凝聚的基本原理胶体颗粒物凝聚的基本原理DLVO原理：原理：物理化学物理化学下册下册P.316v理论提出：理论提出：1941年，年，Derjaguim、Landau、Verwey和和

33、Overbeek提出带电胶体粒子的提出带电胶体粒子的稳定理论稳定理论v理论要点理论要点v胶团之间存在胶团之间存在斥力斥力势能，也存在势能，也存在引力引力势能势能v斥力、引力和总势能随斥力、引力和总势能随粒子间距离粒子间距离的变化而变化的变化而变化v溶胶的溶胶的相对稳定性和凝聚相对稳定性和凝聚取决于斥力势能和引力势能的相对大小取决于斥力势能和引力势能的相对大小v加入加入电解质电解质对斥力势能的影响明显，从而导致总势能发生很大变对斥力势能的影响明显，从而导致总势能发生很大变化，影响溶胶的稳定性。化，影响溶胶的稳定性。第三章第三章/第二节第二节/2.2 水中颗粒物的聚集水中颗粒物的聚集45vDLVO

34、理论假设和适用范围理论假设和适用范围vDLVO理论把理论把范德华吸引力范德华吸引力和和扩散双电层排斥力扩散双电层排斥力考虑为考虑为仅有的作用因素仅有的作用因素v假设颗粒是假设颗粒是粒度均等、球体形状粒度均等、球体形状的理想状态的理想状态v适用于适用于没有化学专属吸附作用没有化学专属吸附作用的电解质溶液中的电解质溶液中46斥力势能、引力势能及总势能曲线图斥力势能、引力势能及总势能曲线图0斥力斥力引力引力d dVRVAVT式中：式中：VA由范德华引力所产生的势能；由范德华引力所产生的势能；VR由静电排斥力所产生的势能。由静电排斥力所产生的势能。总势能：总势能：VTVR十十VA 47 溶液离子强度不

35、同，溶液离子强度不同，VR曲线也曲线也不同不同，VR随颗随颗粒间距离按指数律下降粒间距离按指数律下降颗粒超过势能峰后，由于吸引力占优势，使颗粒间继续接近，当其达到总势能曲线上颗粒超过势能峰后，由于吸引力占优势，使颗粒间继续接近，当其达到总势能曲线上近距离的极小值近距离的极小值(V Vminmin)时，两颗粒就可以结合在一起。时，两颗粒就可以结合在一起。VA只随颗粒间距离而变化，与溶液中离子只随颗粒间距离而变化，与溶液中离子强度无关强度无关 溶液离子强度不同，有不同的溶液离子强度不同，有不同的VT 曲线曲线 当溶液离子强度较小时，总势能曲线上出现当溶液离子强度较小时，总势能曲线上出现较大势能峰（

36、较大势能峰（Vmax）,此时，排斥作用占较大此时，排斥作用占较大优势，颗粒借助于热运动不能超越此势能峰，优势，颗粒借助于热运动不能超越此势能峰，彼此无法接近，体系保持分散稳定状态。彼此无法接近，体系保持分散稳定状态。P180P180颗粒物凝聚原理颗粒物凝聚原理当溶液离子强度增大到一定程度时，一部分颗粒有当溶液离子强度增大到一定程度时，一部分颗粒有可能超越该势能峰。当离子强度相当高时，势能峰可能超越该势能峰。当离子强度相当高时，势能峰（Vmax）可以完全消失。）可以完全消失。48溶胶颗粒凝聚方式溶胶颗粒凝聚方式了解了解（自学（自学P181-182）l压缩双电层凝聚压缩双电层凝聚l专属吸附凝聚专属

37、吸附凝聚l胶体相互凝聚胶体相互凝聚l“边对面边对面”絮凝絮凝l492.2.4 水中悬浮物去除方法水中悬浮物去除方法絮凝絮凝l固体悬浮物沉降特性固体悬浮物沉降特性：固体悬浮物主要为粘性颗粒，表面带负固体悬浮物主要为粘性颗粒，表面带负电，互相排斥，电，互相排斥，不易聚结、下沉不易聚结、下沉。l絮凝剂作用絮凝剂作用：使固体悬浮物：使固体悬浮物易于聚结、下沉易于聚结、下沉，可利用，可利用絮凝剂絮凝剂。l中和中和固体悬浮物表面的固体悬浮物表面的负电性负电性混凝剂混凝剂；l使使失去电性失去电性的固体悬浮物的固体悬浮物迅速聚结、下沉迅速聚结、下沉助凝剂助凝剂。第三章第三章/第二节第二节/2.2 水中颗粒物的

38、聚集水中颗粒物的聚集50混凝剂混凝剂l种类：种类：l无机无机阳离子阳离子型聚合物，型聚合物，l如：聚合铝、聚合铁、三氯化铝、硫酸铝、铝酸钠、钾明矾、如：聚合铝、聚合铁、三氯化铝、硫酸铝、铝酸钠、钾明矾、三氯化铁等。三氯化铁等。l作用：作用：无机阳离子型聚合物都可无机阳离子型聚合物都可在水中解离在水中解离，给出，给出多多核羟桥络离子核羟桥络离子，中和中和固体悬浮物表面的固体悬浮物表面的负电性负电性51助凝剂助凝剂l种类：种类：l有机有机非离子非离子型和型和阴离子阴离子型的水溶性型的水溶性聚合物聚合物，l例如：例如：聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二

39、醇、聚乙烯醇、羟甲基淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、羟乙基纤烯醇、羟甲基淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等，维素等，目前最常用的是聚丙烯酰胺目前最常用的是聚丙烯酰胺。l作用：作用：水溶性聚合物都是线型聚合物，可通过水溶性聚合物都是线型聚合物，可通过吸附而吸附而桥接桥接在固体悬浮物表面上，使它们聚结在一起而迅速在固体悬浮物表面上，使它们聚结在一起而迅速下沉。下沉。52混凝剂的选择和用量混凝剂的选择和用量l取一定量的废水，分别加入不同量的混凝剂，测定悬浮物的去取一定量的废水，分别加入不同量的混凝剂，测定悬浮物的去除率，以混凝剂浓度对悬浮物去除率作图，求出混凝剂的最佳除率，以混凝剂浓度对悬浮物去除率作图，求出混凝剂的最佳加入量。选择处理效果好、价格便宜的混凝剂。加入量。选择处理效果好、价格便宜的混凝剂。