3.2水中无机污染物的迁移转化(3)

中科院研究生院硕士研究生入学考试《环境化学》考试大纲1．《环境化学》考试大纲适用于中国科学院研究生院环境科学专业硕士研究生入学考试。

《环境化学》是环境科学与工程类专业的重要基础课程，包括了环境化学研究的内容、特点和发展动向，主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程，典型污染物在环境各圈层中的归趋和效应。

本考试大纲侧重于环境污染化学，着重于各类有害物质在环境介质中的存在、行为、效应以及减少或消除其产生的理论和方法。

主要内容包括水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学及化学物质的生物效应与生态效应等经典内容。

对其中有机污染物的归趋模式、金属离子的存在形态及生物效应、化学物质结构与毒性关系，污染物的生物效应和生物浓缩机制以及全球范围内的温室效应、酸雨、臭氧层破坏等环境问题需加以重点掌握。

要求考生掌握基本概念、基本原理和计算方法，并具备综合运用所学知识分析和解决实际环境问题的能力。

考试内容：环境化学发展及基本内容1．环境化学基本概念、发展动向、研究内容及热点问题水环境化学2．天然水的基本特征组成；3．水体无机污染物的迁移转化。

着重配合作用、氧化-还原作用、沉淀和溶解、水体颗粒物的吸附作用等基本原理及其实际应用。

4．水体有机污染物的迁移转化：环境行为与归趋模式。

着重分配作用、挥发作用、水解作用等典型机制与迁移转化模式。

5．水体的富营养化问题：水体富营养化；水体富营养化的机理；营养物质的来源；富营养化的影响因素；湖水的营养化程度；水体富营养化的危害及其防治对策。

大气环境化学6．大气中污染物的特征；7．大气中污染物的迁移和转化(温室效应；气相大气化学：光化学反应、光化学烟雾、臭氧层的形成与耗损化学；液相大气化学：酸沉降化学、大气中液相反应；大气颗粒物化学)；8．重要的大气环境化学问题：光化学烟雾的定义、特征及形成条件；光化学烟雾主要参与物质；光化学烟雾形成机理；光化学烟雾危害及防治；光化学烟雾与硫酸型烟雾的对比；太阳和地球辐射间的能量平衡；温室气体；温室效应；全球变暖及防治对策；降水的化学组成；酸雨的形成；酸雨的影响因素；酸雨的危害及防治；大气平流层的组成；臭氧层的形成和耗损的化学反应；臭氧洞的危害；臭氧层破坏现状及防治。

污染物迁移和转化规律研究及其对环境的影响随着人类社会的发展，工业、农业、交通等活动产生了大量污染物，它们对环境的影响日益严重。

其中，污染物迁移和转化规律的研究是解决环境污染问题的重要途径之一。

本文将从污染物的定义、污染物的迁移和转化规律以及污染物对环境的影响等方面进行探讨。

一、污染物的定义污染物是指有害物质或能够危害环境和生态系统的物质，主要包括有机物、无机物、微生物等。

它们的来源可以是生产、生活、交通等活动，也可以是自然界中本就存在的物质。

污染物对环境的影响主要表现为水、土和空气污染，其中水污染是最为严重的。

二、污染物的迁移和转化规律污染物的迁移和转化是指污染物经过环境因素的作用而改变其状态和位置的过程。

这个过程既受污染物自身特性的影响，也受环境因素（如水、气、土壤等）的影响。

具体来说，它包括以下几个方面：1. 水环境中的污染物迁移和转化水是污染物迁移和转化的主要载体之一。

水环境中的污染物主要通过水流、沉淀和沉积等方式向周围环境扩散。

同时，包括悬浮、溶解等方式使污染物转移。

根据化学反应的性质，污染物也会发生最终处理、降解、微生物氧化、光化学反应等变化以实现转化。

2. 土壤环境中的污染物迁移和转化土壤是自然环境中污染物迁移和转化的重要载体。

污染物首先通过雨水等渗入土壤，然后通过土壤孔隙和土壤结构向周围的空气或水中扩散。

在土壤环境中，污染物的迁移和转化受到土壤的物理、化学、生物等因素的影响。

污染物会通过吸附、分解等过程来实现转化。

3. 大气环境中的污染物迁移和转化大气是污染物中转的环境之一。

污染物通过气流和降水等途径进入大气环境，进而经过物理、化学、生物等过程实现迁移和转化。

在大气环境中，光化学反应、电化学反应等化学反应起到了重要的作用。

三、污染物对环境的影响污染物的迁移和转化不仅对环境自身造成了不利影响，还对人类健康产生了危害。

污染物进入人体，会导致多种疾病的发生，如呼吸系统疾病、胃肠疾病等。

此外，污染物还会对环境中的生态系统产生不利影响。

污染物在水体中的迁移转化方式主要有以下三种途径：
(1)氧化-还原作用。

天然水体中有许多无机和有机氧化剂和还原剂，如溶解氧、Fe3+、Mn4+、Fe2+、S2-及有机化合物等，这些物质对污染物的转化起重要作用。

如环境中重金属在一定氧化-还原条件下，容易发生价态变化，结果是其化学性质改变，迁移能力也会发生改变。

水体中的氧化-还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要溶质和污染物的性质。

如在一个厌氧湖泊中，湖下层的元素以还原态存在：碳还原成CH4，氮还原成[*]等，而表层水由于可被大气中氧补充，成为氧化性介质，达到热力学平衡时，碳成为CO2，氮成为[*]。

显然这种变化对水生生物和水质影响很大。

(2)络合作用。

天然水体中有许多无机配位体，如OH-、Cl-[*]、[*]和有机配位体如氨基酸、腐殖酸，以及洗涤剂、农药、大分子环状化合物等，它们可以与水中的污染物，特别是重金属发生络合反应，改变其性质和存在状态，影响污染物在水体中发生、迁移、反应和生物效应。

(3)生物降解作用。

水体中的微生物，特别是底泥中的厌氧微生物，可以使一些污染物发生转化，如把无机汞转变为有机汞。

第二节水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物特别是重金属污染物进入水体，不能被生物降解，主要是通过沉淀－溶解、氧化－还原、配合作用、胶体形成、吸附－解吸等作用进行迁移转化。

一、颗粒物与水之间的迁移1、矿物颗粒物和黏土颗粒物常见矿物颗粒物为石英、长石、云母及黏土矿物等硅酸盐矿物，主要由物理作用形成。

2、金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属以无机高分子及溶胶等形态存在。

例：铝在岩土中是丰量元素，在水中浓度低，<0.1mg/L。

水解，主要形态是：Al3+Al(OH)2+Al2(OH)24+Al(OH)22+Al(OH)3+等铁水合氧化物：Fe3+Fe(OH)2+Fe(OH)2+ Fe2(OH)24+Fe(OH)3等硅酸聚合物：Si n O2n-m(OH)2m3、腐殖质是一种代负电的高分子弱电解质。

4、水体悬浮沉积物是以矿物微粒为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，经絮凝成为较粗颗粒而沉积在底部。

5、其它藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等。

二、水环境中颗粒物的吸附作用1、表面吸附：胶体具有巨大的表面积和表面能；属物理吸附，胶体表面积越大，吸附越强。

2、离子吸附：由于胶体表面的电荷引力。

3、专属吸附：除了化学键以外，尚有加强的憎水键及范德华力或氢键起作用。

水锰矿对Co、Cu、Ni、K和Na离子的吸附及其随pH的变化图：对于碱金属离子，在低浓度时，体系pH在水锰矿ZPC以上时发生吸附。

表明其为离子吸附。

而Co 、Cu 、Ni 等在体系pH 在ZPC 处或小于时都能进行吸附，这表明不带电荷或带正电均能吸附过渡金属。

4、吸附理论――有效层流脱理论5、吸附方向和推动力6、吸附等温线和等温式（1） 等温吸附经验式――弗罗因德利希式Freundlich 型等温式为： G =kC 1/n两边取对数： log G =log k +1/nlog C,nkP P k n Γ=Γ--吸附量－吸附压力常数（2） 单分子层吸附理论――兰格缪尔吸附等温式单分子层吸附吸附剂表面是均匀被吸附的分子与其它同气体分子无作用力吸附是一个动态平衡φ被吸附质分子覆盖的吸附表面积覆盖率（）＝吸附剂的总表面积 Langmuir 型吸附等温线：G =G 0C /(A +C ) 1/G =1/G 0+(A /G 0)(1/C )G0------单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A-------常数（3）Henry 型吸附等温线为直线，等温式为： G =kCk------分配系数影响吸附作用的因素：(a) pH 值的影响：一般情况下，吸附量随pH 升高而增大。

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1．水中颗粒物的类别（1）矿物微粒和粘土矿物 硅酸盐矿物（2）金属水合氧化物 Al 、Fe 、Mn 、Si 等（3）腐殖质 带负电荷的高分子弱电解质，多含有–COOH 、–OH 等（4）水体悬浮沉积物 胶体物质的聚集物，结构组成不固定（5）其他 藻类、细菌、病毒、表面活性剂或油滴。

2．水环境中颗粒物的吸附作用表面吸附—物理吸附，与胶体的比表面积有关。

离子交换吸附—物理化学吸附，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量其它阳离子。

可逆，不受温度影响，在酸碱条件下均可进行，交换吸附能力与溶质的性质、浓度及吸附剂性质等有关。

专属吸附—吸附过程中，除了受化学键作用外，尚有加强的憎水键、 范德华力或氢键等在起作用。

可使表面电荷改变符号或使离子化合物吸附在同号电荷的表面上；吸附作用发生在胶体双电层的Stern 层中，作用力较大。

配合离子、有机离子、 有机和无机高分子的专属吸附强烈；水合氧化物胶体对金属离子有较强的专属吸附。

（1）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。

在固定的温度下，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) 之间的关系用吸附等温式表达。

H 型（ Henry ）等温式（直线型）式中：K ——分配系数F 型（Freundlich ）等温式:用对数表示：Langmuir 型吸附等温线G =G 0C /(A +C )1/G =1/G 0+(A /G 0)(1/C ) G 0------单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A-------常数kC G =n kCG 1=C nk G lg 1lg lg +=（2）氧化物表面吸附的配合模式金属氧化物表面都含有≡MeOH 集团；把具体表面看作一种聚合酸，其大量羟基可发生表面配合反应。

在配合平衡过程中需将邻近集团的电荷影响考虑在内。

3.沉积物中重金属的释放1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属离子可将吸附在颗粒物表面的重金属离子置换出来，重金属解吸的重要途径之一。

水体污染物的迁移转化摘要：水是人类生存所必须，因而水体遭到污染则人类生存的环境品质就会大大的受损。

本文探讨了水体污染物的概念，总结了一下目前世界上所发现的水体污染物的主要种类，并且总结了水体污染物迁移转化的过程和方法，从中得出对水体污染物处理的一些解决方法。

关键词：迁移转化水体污染物1.水体污染物的概念水体污染物是指造成水体水质、水中生物群落以及水体底泥质量恶化的各种有害物质（或能量）。

水体污染物从化学角度可分为无机有害物、无机有毒物、有机有害物、有机有毒物4类。

2.水体污染物的分类和介绍2.1 耗氧污染物在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。

这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。

在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。

这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。

水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质进一步恶化。

2.2 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。

水体中营养物质过量所造成的"富营养化"对于湖泊及流动缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严重问题。

富营养化(eutrophication)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，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，后变为陆地。

这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。

而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象，可以在短期内出现。

植物营养物质的来源广、数量大，有生活污水(有机质、洗涤剂)、农业(化肥、农家肥)、工业废水、垃圾等。