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第5章 水环境中的界面过程(分配)

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第5章-水环境中的界面过程(吸附)1

第5章-水环境中的界面过程(吸附)1

第5章 水环境中旳界面过程 PHASE INTERACTIONS
界面：两不同相之间旳接触面，例：气—液
界面，油—水界面，粘土—水界面
相：指体系中物理性质和化学性质完全相同旳
均匀部分。
主要内容
5.1 天然水体中旳胶体物质 5.2 固液界面旳吸附过程 5.3 水-固体系中旳分配过程 5.4 挥发作用
一般来说，悬浮沉积物是以矿物颗粒，尤 其是粘土矿物为关键骨架，有机物和金属 水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为 各微粒间旳粘附架桥物质，把若干微粒组 合成絮状汇集体
5.2 固液界面旳吸附过程
1.胶体粒子旳性质
胶体有极大旳比表面 胶体旳表面电荷
胶体旳表面电荷
（1）表面电荷可来自表面旳化学反应
胶体粒子旳重力沉降
对于球形颗粒体在静止水体中旳沉降速率 可用斯托克斯定律描述。
4.胶体颗粒凝聚动力学
要实现凝聚，颗粒之间必须发生碰撞，同 步存在动力学和动态学方面旳条件
根据碰撞过程旳不同，有三种情况：
1）异向絮凝：由颗粒物旳热运动即布朗运动引起；
2）同向絮凝：由水流运动过程产生旳速度梯度引 起，在剪切力旳作用下使颗粒物产生不同速度而 发生碰撞；
3）差速沉降絮凝：由重力作用引起，因为颗粒物 旳密度、粒径、形状等不同使颗粒物旳沉降速度 不同而发生碰撞。
稳定；
引入电解质到足够旳浓度， 电势绝对值变化到大约
是0.03V时，胶体微粒就会开始明显汇集，而且电解质 中影响旳离子价数越高，所起旳凝聚作用越强。
3.胶体粒子旳凝聚沉降
从化学热力学角度看，胶体系统是高度分 散旳，因而是一种不稳定体系。
这种体系有降低表面能，趋于稳定旳自发 倾向，而降低表面能可经过胶粒发生凝聚 和吸附这两种基本过程来实现。
第5章 水环境中的界面过程(分配)

第5章 水环境中的界面过程(分配)

上次课主要内容
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表面 吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型（H型、F型、L型） 3.吸附作用的影响因素（金属离子的形态、 pH值、盐浓度、Eh、配合剂、吸附温度）
5.3 水-固体系中的分配作用
（有机化合物）
I.分配理论
分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
lgBCF=0.542lgKow+0.124
logKow与logBCF的相关性
5种由lgKow估算lgBCF的模型
编号
方程
n n(r2)
1
lgBCF=0.85lgKow-0.70
55 0.95
2
lgBCF=2.74lgKow-0.20(lgKow)2-4.72
43 (0.78)
3
lgBCF=2.059lgKow-0.164(lgKow)2-2.592
K1 通过鳃被动吸收 和释放（可溶态
化合物） K1：净吸收速率
代谢 KM
从胃肠道吸收
食物消化
由于生长 而设想排 泄（kg）
Ke 粪便排泄
生物积累微分速率方程
dci dt
kaicw
( W )c i,i1 i,i1 i,i1 (kei kgi )ci
式中： Cw ——生物生存水中某物质浓度； Ci ——食物链i 级生物中该物质的浓度； Wi,i-1 ——摄食率； αi,i-1 ——同化率； kai ——i 级生物对该物质的吸收速率常数； kei ——i级生物中该物质的消除速率常数； kgi ——i级生物的生长速率常数。
Kow>105-107才易发生
Bird mankind
生物积累bioaccumulation
第6章环境中的微界面过程PPT课件

第6章环境中的微界面过程PPT课件


RC NHO 3+ OHK1
RC NO HO 3+-
K2
COOR
NH2
低pH值
中等pH值
高pH值
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16
6.2 矿物微粒的界面过程
6.2.1 表面配位模型
1、金属氧化物微粒表面的配位作用 1）羟基化表面的物理化学过程 金属氧化物表面都含有≡MeOH基团，这是由于其表面离 子的配位不饱和，在水溶液中与水配位，水发生离解吸附而生 成羟基化表面。具体归纳如图2.1所示。
● 如果在四面体片层发生Si4+被Al3+同晶替代，过剩的负电荷 分布在一个四面体的三个表面氧原子上，这种电子是定域的， 因而使表面空穴具有较强的Lewis碱性，能与阳离子和偶极分子 发生较强的配位作用。K-云母和K-蛭石矿是这一配合作用的例 子。
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26
2、表面配位模型的基本要点
1）矿物微粒表面与溶质反应形成表面配合物，反应的方式类似 于均匀溶液中的配位反应；
有下列平衡：
≡MeOH + MZ+ MeOM(Z-1) + H+
*
K
s 1
2≡MeOH + MZ+ (MeO)2M(Z-2) + 2H+
*βs 2
例如：铁氧化物具有表面羟基，能够与金属离子相互作
用形成表面配位化合物
≡Fe–OH + Me2+ ≡Fe–OMe++ H+
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22
因此表面配位化合物的表观稳定常数分别为：
享顶角氧原子而形成表面空穴(图1.3)。
图1.3 硅氧四面体片层的表面空穴示意图
3）具有表面羟基
第5章水环境中的界面过程(挥发)

第5章水环境中的界面过程(挥发)


北冰洋中海水表面（010m)浓度/ng· L-1
2.5
9ห้องสมุดไป่ตู้8
air/ seawater KH air/ seawater KH
(MCF)=6.5bar· L· mol-1
(BF)=0.2bar· L· mol-1
（0℃ 时）
问题 利用以上给出的MCF和BF的浓度，试估 算当水温为0℃时，北冰洋海水表面与空气 之间这些化合物是否存在净流量，如果有， 指出流动的方向（即海水 空气或空气 海水）。
在文献报道中，常用的确定亨利常数的方法
（1） K
K
' H
' H
Ca Cw
------亨利定律常数的替换形式（无量纲）
CW ----污染物 在水中平衡浓度, mol·m-3
Ca ----污染物 在空气中的摩尔浓度, mol·m-3
KH KH ' RT
（2） 对于微溶化合物（摩尔分数≦ 0.02） 亨利定律常数也可估算： KH(Pa• m3• mol-1)=
K
' H
Ca Cw
有两种方法可估计Kv
(1) 用典型的Kl和Kg值，仅KH是独立变量，允 许至少有七个数量级的变化；
(2) 分别求出Kl和Kg值
A 根据水的蒸发速率，获取气相迁移速率
K 700 V
' g
K
' g
------水蒸气的气体迁移速率，cm· h-1
V ----- 风速，m· s-1
1 1 RT K K K V l gK H
1 1 1 ' K K K V l HK g
K
K
' H
K
l
当亨利定律常数 > 1.0130×102Pa· m3· mol-1时， 受液膜控制，属易挥发物质
第5章 水环境中的界面过程(分配挥发)PPT课件

第5章 水环境中的界面过程(分配挥发)PPT课件


确定亨利定律常数方法
（1）
K
' H
Ca Cw
K
' H
------亨利定律常数的替换形式（无量纲）
CW----污染物 在水中平衡浓度, mol·m-3
Ca----污染物 在空气中的摩尔浓度, mol·m-3
KH
'
KH RT
（2） 对于微溶化合物（摩尔分数≦ 0.02） 亨利定律常数也可估算：
KH(Pa• m3• mol-1)=
Kp
Cs Cw
Cs: 有机毒物在沉积物上的平衡浓度;
Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度.
C TCs•[p]Cw
CT： 单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物 质量的总和, µg·L-1； Cs ：有机毒物在颗粒物上的平衡浓度µg·kg-1； p ：单位溶液体积上颗粒物的浓度kg·L-1。 Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度µg·L-1,
生物放大的结果使食物链上高营养及生物机体中这 种物质的浓度显著地超过环境浓度。
2. 生物浓缩系数
生物浓缩因子：有机物在生物体某一器官 内的浓度与水中该有机物浓度之比，用符号 BCF或KB表示。
BCF值的范围从1到1000000以上。
BCF的大小与物质本身的性质以及生物和环境等因 素有关。
同一生物对不同物质的浓缩因子会有很大差别。例 如褐藻对钼的浓缩因子是11，对铅的浓缩因子却高 达70000，相差悬殊。
生物积累：
是指生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞 食等各种过程，从周围环境中蓄积有些元素或难分 解的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增 大的现象，又称生物学积累。
生物放大：是指在生态系统中，由于高营养级生物 以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物 在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大 的现象，又称为生物学放大。
环境科学概论--水体环境 ppt课件

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ppt课件 29




2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
河流水体稳定状态，污染源连续 稳定排放的条件下，污染物在某一空 间位置的浓度是不变的。


一维模型：只在河流流动x方向上存
在污染物的浓度梯度，横断面方向上 混合均匀。
ppt课件
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2.2河流水体中污染物扩散的稳态模型
二维模型：只在河流流动x方向和河
微量 溶解气 元素 体 主 要 微 量 胶体 无机 有机 生物生 成物 悬浮物质
Br, O2, F, CO2 Cl-, SO42- Na+, I,F , K+, e, HCO3 Ca2+ Cu, -, N, , CO32- Mg2+ Co
N2, CH4 , H2S
SiO2. 腐 nH2O, 殖 Fe(OH 质 )3.nH 2O, Al2O3 .nH O ppt 课件 2
ppt课件 10
南水北调工程——中线



从长江中游及其主要支流汉水引水，沿伏牛 山及太行山东侧开渠送水，可向北京及黄淮海平 原大部分地区自流送水。 中线全长 1000多公里，年引水量300亿立方 米。其优点是可自流输水，引水量大，还可利用 落差兴建水力发电站。 问题是丹江口水库的大坝需要加高，并且最 终要与三峡水库联系在一起；另外沿山麓输水， 与山地流入平原的河流交叉，输水渠的大交叉就 有200多处。这些山麓地带又是我国著名的暴雨 地区，处理较为困难。
ppt课件 25
1.4水体污染源和污染物

总有机碳，水体中溶解性和悬浮性有机物含碳
的总量，常以“TOC”表示。 TOC是一个快速检定的综合指标，它以碳的数量表 示水中含有机物的总量。由于它不能反映水中有 机物的种类和组成，因而不能反映总量相同的总 有机碳所造成的不同污染后果。 通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。
水环境化学 第五章 水环境中的界面过程

水环境化学 第五章 水环境中的界面过程


M
(OH
)n
(S
)
MO(OH
) n1
(S
)
H
M(OH)n-1(H2O)+的数目=MO(OH)n-1-的数目
在该pH值发生的情况称为等电点或零电荷点 （Zero Point of Charge，ZPC)。
pHZPC对于不同金属氧化物有不同数值，而且每种 氧化物均是固定常数。
表5-1 典型矿物的等电点（pHZPC)
大多数情况下，天然水中有机胶体或无机胶体微 粒都带有负电荷。
但一些胶体如水合氧化铁、铝等矿物在水pH值偏 酸下也可以带正电荷。
胶体表面电荷的来源？？？
（1）表面电荷可来自表面的化学反应 （2）离子置换 （3）离子吸附
（1）表面电荷可来自表面的化学反应
• 此类电荷的产生是由于无机胶体表面上的羟基或 有机质胶体的一些基团如-OH,-COOH,-C6H4OH,-NH2 等获得或失去质子所致。
胶体种类 气溶胶 液溶胶 固溶胶
分散剂状态 气体 液体 固体
实例 雾、云、烟、霾 Fe(OH)3胶体、牛奶、豆浆 烟水晶、有色玻璃
天然水体中的胶体一般可分为三大类： （按分散质分类） 无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种
金属水合氧化物； 有机胶体，包括天然的和人工合成的高分
子有机物、蛋白质、腐殖质等； 有机无机胶体复合体。
如气-液、气-固、液-液、液-固和固-固等界面。
5.1 天然水体中的胶体物质 5.2 固液界面的吸附过程 5.3 水-固体系中的分配过程 5.4 挥发作用
5.1 天然水体中的胶体物质
胶体是分散质的大小介于1～100nm之间的分散系。 胶体有丁达尔效应，能发生布朗运动，有电泳和聚
沉现象。
水处理工程=清华大学第五章过滤课件(第一篇)

水处理工程=清华大学第五章过滤课件(第一篇)

第五章 57 第五章 58
水头损失和冲洗流速的关系
第3节 滤池的基本构造
4．冲洗水排出与供给 1) 冲洗排水槽与集水槽
第3节 滤池的基本构造
2）冲洗水塔与水泵
槽总面积占滤池面积25%以内
第五章
59
第五章
60
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第3节 滤池的基本构造 本节思考题
(1) 滤池有哪些基本构成？ (2) 如何选择滤料？滤料的d80, d10和K80的物理意义是 什么？ (3) 配水系统有几种？各自什么特点？如何消除配水 的不均匀性？ (4) 反冲洗强度如何确定？主要受什么因素的影响？
第五章 23
4座滤池进水渠相通，在任 何时间水位基本上相等。
一座滤池冲 洗完毕
减速过滤（一组4座滤池） 一座滤池滤速的变化 如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为 近似连续下降曲线。 每一格滤池在反洗间隔之间，按等速过滤方式，水位 略有升高。 第五章
24
4
第2节 滤池的运行
等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较 好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速 度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而 当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止 悬浮物穿透滤层。
第五章 7 第五章 8
第1节 过滤概述
涉及两个过程：迁移和粘附
范德华引力、 静电力、 特殊化学吸附力 粘附过程与 澄清池泥渣 的类似。
第1节 过滤概述
应用： •给水处理 原水混凝沉淀/澄清过滤 原水微絮凝过滤（微絮凝过滤） 直接 原水加药过滤（接触过滤） •废水处理 原水生物处理过滤 原水生物处理混凝沉淀过滤
第五章 44
第5章 水环境中的界面过程PPT课件

第5章 水环境中的界面过程PPT课件

在水体中添加天然或合成的配合剂，能使 重金属形成可溶性的配合物，有时这种配合 物稳定性较大，可以溶解态存在，导致重金 属从固体颗粒上解吸下来。
（6）吸附温度
在一般情况下，吸附作用为放热反应，温 度升高有利于金属离子从颗粒物上解吸。
4.氧化物表面吸附的配合模式
这一模式的基本点是把氧 化物表面对H＋、OH－、金 属离子、阳离子等的吸附 看作是一种表面配合反应
实质
把具体表面看作一种聚 合酸，其大量羟基可 以产生表面配合反应
将实验求得吸附等温式的吸附过程转化为定量计算过程 （理论计算的重大改进）
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
总的综合作用位能为
VT＝VR＋VA 1.不同溶液有不同的VR
曲线
2.VR随颗粒间的距离按 指数规律下降
3.VA则只随颗粒间的距 离变化，与溶液中的 离子强度无关
4.不同溶液离子强度有 不同的VT曲线
由静电排斥力所产生的位能
由范德华力所产生的 位能
异体凝聚理论
➢ 电荷不同的胶体微粒接近时，吸引力占优势
• 挥发过程 • 在颗粒物和沉积物上的吸附交换过程 • 生物浓缩过程 • ……
• 5.1 天然水体中的 胶体物质（P128）
• 天然水体中的胶体一般可分为三大类：即 无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种金 属水合氧化物；
• 有机胶体，包括天然的和人工合成的高分子 有机物、蛋白质、腐殖质等；
• 有机无机胶体复合体。
5.2.1 胶体粒子的性质 1. 胶体的表面电荷
传质过程(化工基础,化学)

传质过程(化工基础,化学)


不同气体在同一 吸收剂中的溶解度有 很大差异。相同温度 下，二氧化硫的溶解 度较小，氨气和氯化 氢的溶解度较大。
氨在水中的溶解度 总压一定，温度下降，在同一溶剂中， 溶质的溶解度随之增加，有利于吸收 。
温度一定时，总压增 加，在同一溶剂中，
溶质的溶解度x随之
增加，有利于吸收 。
20℃下SO2在水中的溶解度
由于相组成的表示方法有多种，亨利定 律也有多种不同的数学表达形式： p*=c/H H－溶解度系数。 y*=mx m一相平衡常数。 Y*=mX
吸收过程中，气相中的吸收质进入液相，气、 液相的量都发生变化，使吸收计算变得复杂。为简 化计算，工程上采用在吸收过程中数量不发生变化 的气相中的惰性组分和液相中的纯吸收剂为基准。 以混合物中吸收质摩尔数与惰性物质摩尔数的 比来表示气相中吸收质的含量，称为气相摩尔比， 用Y表示； 以液相中吸收质摩尔数与纯吸收剂摩尔数的比 来表示液相中吸收质的含量，称为液相摩尔比，用X 表示。 摩尔比与摩尔分数的关系是： Y=y/(1-y) X=x/(1-x)
（2）传质过程的方向与极限 相间传质和相际平衡所共有的几点规律： ①一定条件下，处于非平衡状态的 两相体系内组分会自动地进行旨在使体 系的组成趋于平衡态的传递。经过足够 长的 时间，体系最终将达到平衡态，此 时相间没有净的质量传递； ② 条件的改变可破坏原有的平衡状 态。如改变后的条件保持恒定，一定时 间后，体系又可达到新的平衡。 ③在一定条件下（如温度、压力）， 两相体系必然存在着一个平衡关系。
5.1传质过程及塔设备简介
1.传质过程的类型 两相间的传质过程，根据相态不同，可分 为流体相间和流固相间的传质两类。 （l）流体相间的传质过程 ①气相—液相：包括气体的吸收、液体的蒸馏、 气体的增湿等单元操作。 ②液相一液相：在均相液体混合物中加入具有选 择性的溶剂，系统形成两个液相。 由于原溶液中各组分在溶剂中溶解度的不 同，它们将在两个液相之间进行分配，即发生 相间传质过程，这就是通常所说的液一液萃取。
第5章 水环境中的界面过程(吸附)2PPT课件

第5章 水环境中的界面过程(吸附)2PPT课件


固液界面吸附的应用
液相物质的分离提纯 液相色谱 洗涤作用 矿物浮选 制备LB膜 ……
固-液吸附在环境领域中的应用
(1):活性碳用于水和废水的处理
活性碳的吸附机理 活性碳吸附对废水处理的方式
(2): 粘土矿物吸附的应用
主要内容
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表 面吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型 3.吸附作用的影响因素
实验结果表明MnO2胶体吸附金属离子符合 Langmuir公式，对于二价金属离子，饱和吸附 量相当接近，为0.100mol/mol(Mg2+)至 0.180mol/mol(Ba2+)。但对于Mn2+，饱和吸附 量为0.284mol/mol。
长江中下游浅水湖沉积物对磷的吸附特征--吸附等温线和吸附/解吸平衡质量浓度
（3）专属吸附
指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强 的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不但可 以使表面电荷改变符号，还可以使离子化合物吸 附在同号电荷的表面上。
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，或是在强酸性条件下解吸。
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。
氧化物表面吸附的配合模式
重金属离子在水合金属氧化物颗粒表面发生配位 化合过程，可用下式表示：
n≡AOH + Men+=== (≡AO)n → Me + n H+
式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面 的铁、铝、硅或锰，Men+为重金属离子， 箭头代表配位键。
例：高岭石对重金属的吸附作用的研究

水环境化学讲义水环境中的界面过程学时4学时教学目标了解

铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物。 水中颗粒物的类型 3）腐殖质和有机胶体
腐殖酸与金属离子相结合的盐类。黄腐酸（富里酸）、褐腐酸（胡敏 酸）、黑腐酸（胡敏素）。
4）水体沉积物
包括泥沙、有机物、矿物质等 5）其它
藻类、细菌 、表面活性剂、油滴形成的乳浊液 。 2. 胶体的凝聚和固液界面的吸附过程 （1）水中胶体颗粒物的性质和聚集 凝聚：在外来因素（如电解质）作用下降低胶粒的静电斥力，从而使胶粒聚集。 絮凝：借助某种架桥物质（聚合物），通过化学键联结胶体粒子，使凝聚的粒子 更大。
分散系的划分： 小于 1nm 溶质：真溶液； 大于 1um 溶质：粗分散系统； 1-100nm 溶质：胶体分散系统。 水中颗粒物的类型 1）矿物微粒和黏土矿物 伊利石、蒙脱石和高岭石均属薄片层状结晶构造，即均由硅氧片和水 铝片相重叠而成，但是由于重叠的情况各不相同，故每种矿物的特性也异。 水中颗粒物的类型 2）金属水合氧化物
影响专性吸附的因素 pH：pH 增加，有利专性吸附发生 ①易产生 MOH+ ②专性吸附会释放 H+ 胶体类型：氧化锰＞有机质＞氧化铁＞埃浴石＞伊＞蒙＞高非晶态氧化
物＞晶态氧化物 2）吸附等温线和等温式
吸附量—温度一定的条件下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上吸附的吸附 质的量与溶液中溶质的平衡浓度之间关系。
絮团卷扫絮凝：已经发生凝聚或絮凝的聚集体絮团物，在运动中以其巨大表 面吸附卷带胶体微粒，生成更大絮团，使体系失去稳定而沉降。
颗粒层吸附絮凝：水溶液透过颗粒层过滤时，由于颗粒表面的吸附作用，使 水中胶体颗粒相互接近而发生凝聚或絮凝。
生物絮凝：藻类、细菌等微小生物分泌出某种高分子物质，发挥絮凝作用， 或形成胶团状物质。
水环境化学 讲义 第五章 水环境中的界面过程

第六章水环境中的胶体与界面作用

第六章水环境中的胶体与界面作用第六章水环境中的胶体与界面作用天然水体是个多相体系，在水与气体、水与底质、水与生物、水与悬浊物质、胶体粒子相互接触之处，都有巨大的界面。

物质在界面处的行为与均相溶液内不同，水中的化学反应，大多发生在相间不连续的界面上，在很大程度上为发生在界面上的各种现象所制约。

界面上的化学过程极其复杂，本章主要讨论与水生生物活动较为密切相关的液—固及气—液之间的若干重要的物理、化学及生物的作用。

第一节胶体胶体是物质存在的一种特殊状态，它普遍存在于自然界中，与人类的生活密切相关。

胶体由于其具有巨大的比表面、表面能和电荷，能够强烈地吸附各种分子和离子。

天然水体悬浮物和底泥中均含有丰富的胶体，这些胶体与水生生物关系较为密切的是对重金属离子、持久性有机物的吸附作用和凝聚作用。

胶体粒子固有的物理化学特性，使其在海洋化学、环境化学和生物地球化学等研究工作中成为研究热点，许多研究者就环境中胶体粒子的作用及重要性进行了大量的研究，取得了不少成果。

一、胶体的基本知识1、胶体的基本概念（1）胶体的分类在常见的物理化学教科书中，胶体被定义为“任何线形直径在10-9m到10-6m间的粒子”，即胶体粒径大小范围为1-1000nm，故也可称其为“纳米粒子”。

所以在透过0.45μm微孔膜的水样中，除了真正的溶解态组分外，还存在着胶体，此时水中某化学要素的含量，实际上也包括了胶体部分。

在海洋科学中，用0.45μm微孔膜来区分颗粒态与溶解态，膜上截留的为颗粒态，通过滤膜的为溶解态。

故在实际研究工作中，可将胶体粒子定义为“能透过0.45μm 微孔膜，但却能被可截留分子质量1000Dalton以上物质的超滤膜所保留的粒子”。

上世纪初，人们把胶体分为两类：亲液胶体和憎液胶体。

如蛋白质、明胶等容易与水形成胶体的溶液叫做亲液胶体，而那些本质上不溶于介质的物质，必须经过适当处理后，才可将它分散在某种介质中的，叫做憎液胶体。

如金溶胶等，都是典型的憎液胶体。

三农田水利设施三农田水生态环境保护方案

三农田水利设施三农田水生态环境保护方案第1章引言 (3)1.1 三农田水利设施概述 (3)1.2 三农田水生态环境保护的重要性 (4)第2章三农田水利设施现状分析 (4)2.1 水利设施基本情况 (4)2.2 水利设施存在的问题 (4)2.3 水生态环境保护现状 (4)第3章三农田水利设施规划与设计 (5)3.1 规划原则与目标 (5)3.1.1 规划原则 (5)3.1.2 规划目标 (5)3.2 水利设施布局 (5)3.2.1 灌溉设施 (5)3.2.2 防洪排涝设施 (6)3.2.3 水质保护设施 (6)3.3 水利设施设计 (6)3.3.1 灌溉设施设计 (6)3.3.2 防洪排涝设施设计 (6)3.3.3 水质保护设施设计 (6)第4章水资源合理配置 (7)4.1 水资源供需分析 (7)4.1.1 分析方法 (7)4.1.2 供需现状 (7)4.1.3 供需预测 (7)4.2 水资源优化配置 (7)4.2.1 配置原则 (7)4.2.2 配置方案 (7)4.2.3 配置效果评估 (7)4.3 水资源保障措施 (8)4.3.1 工程措施 (8)4.3.2 非工程措施 (8)第5章水生态环境保护措施 (8)5.1 水质保护 (8)5.1.1 农业面源污染控制 (8)5.1.2 生活污水治理 (8)5.1.3 生态缓冲带建设 (8)5.2 水生态修复 (8)5.2.1 河道整治与生态恢复 (8)5.2.2 水生生物多样性保护 (9)5.3 水环境监测与管理 (9)5.3.1 水环境监测 (9)5.3.2 水环境管理 (9)5.3.3 信息化管理 (9)第6章农田水利设施建设与维护 (9)6.1 农田水利设施建设 (9)6.1.1 建设原则 (9)6.1.2 建设内容 (9)6.1.3 建设标准 (10)6.2 农田水利设施维护 (10)6.2.1 维护内容 (10)6.2.2 维护制度 (10)6.3 农田水利设施管理 (10)6.3.1 管理体制 (10)6.3.2 管理措施 (10)6.3.3 激励机制 (10)第7章农田水土保持 (10)7.1 水土流失现状分析 (10)7.1.1 水土流失类型 (11)7.1.2 水土流失分布 (11)7.1.3 水土流失程度 (11)7.1.4 影响因素 (11)7.2 水土保持措施 (11)7.2.1 农业水土保持措施 (11)7.2.2 工程水土保持措施 (11)7.2.3 生态水土保持措施 (11)7.3 水土保持效益评估 (11)7.3.1 生态效益 (12)7.3.2 农业效益 (12)7.3.3 社会经济效益 (12)第8章农田水利信息化建设 (12)8.1 信息化建设目标与内容 (12)8.1.1 建设目标 (12)8.1.2 建设内容 (12)8.2 信息化技术与应用 (12)8.2.1 信息化技术 (12)8.2.2 应用场景 (13)8.3 信息化管理平台 (13)8.3.1 平台架构 (13)8.3.2 功能模块 (13)8.3.3 运行维护 (14)第9章农田水利与生态环境保护政策法规 (14)9.1 政策法规体系 (14)9.1.2 地方层面政策法规 (14)9.1.3 部门规章与规范性文件 (14)9.2 政策法规实施与监管 (14)9.2.1 政策法规宣传与培训 (14)9.2.2 监管体系构建 (14)9.2.3 跨部门协作 (15)9.3 政策法规完善与建议 (15)9.3.1 完善政策法规体系 (15)9.3.2 强化政策法规实施保障 (15)9.3.3 建立健全激励机制 (15)9.3.4 加强政策法规宣传教育 (15)第10章实施保障与效果评估 (15)10.1 实施保障措施 (15)10.1.1 政策保障 (15)10.1.2 组织保障 (15)10.1.3 资金保障 (15)10.1.4 技术保障 (16)10.1.5 监管保障 (16)10.2 效果评估方法 (16)10.2.1 评价指标体系 (16)10.2.2 数据收集与分析 (16)10.2.3 评估方法 (16)10.3 长效机制建设与优化建议 (16)10.3.1 完善政策法规 (16)10.3.2 强化监督管理 (16)10.3.3 提高技术水平 (16)10.3.4 加强人才培养 (16)10.3.5 推进公众参与 (16)10.3.6 建立激励机制 (17)第1章引言1.1 三农田水利设施概述三农田水利设施是指在我国农业生产中具有重要地位的三种农田水利基础设施，包括灌溉设施、排水设施和农田水土保持设施。

13水环境中的界面过程(挥发)

有机污染物在水环境中的迁移转化
• 吸附作用
• 挥发作用
• 水解作用
•挥发作用
• 在环境水体中，挥发是有机污染物的重要迁
移途径之一，尤其是对亨利常数大于 1.0130×10-3atm· m3· mol-1的高挥发性有机物
亨利定律
• 亨利定律的一般表示式：
p＝KHcw
的扩散）；
界面
气相 主体
组分
组分
液相 主体
双膜理论
• 化学物质从水中挥
发时必须克服来自 近水表层和空气层 的阻力 • 气膜和液膜控制了 化学物质由水向空 气中迁移的速率
•
•
有两种方法可估计Kv
• (1) 用典型的Kl和Kg值，仅KH是独立变
量，允许至少有七个数量级的变化
1.013×105 1.013×104 1.013×103 1.013×102 10.13 1.013 0.1013 0.01013 41.6 4.2 4.2×10-1 4.2×10-2 4.2×10-3 4.2×10-4 4.2×10-5 4.2×10-6 20 20 19.7 17.3 1.7 1.2 0.1 0.01
BF 0.05
9.8 0.2
北冰洋中海水表面（0-10m)浓度 /ng〃L-1
问题
• 利用以上给出的MCF和BF的浓度，试
估算当水温为0℃时，北冰洋海水表面 与空气之间这些化合物是否存在净流量， 如果有，指出流动的方向（即海水 → 空气或空气 →海水）
二、挥发速率方程
•
•
•
挥发半衰期
•
三 挥发作用的双膜理论
KH ＝p/cw
式中：p——污染物在水面大气中的平衡分压，Pa； cw ——污染物在水中平衡浓度，mol/m3； KH ——亨利定律常数，Pa•m3/mol

水环境系统模型PPT课件

物的离散程度越好，在弥散系数增大时， Cmax将下降，且延长污染物的通过时间。
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二维流场中的分布特征 对于二维稳态的污染物分布，如果令
即在排污点下游X断面上污染物在横向 呈正态分布。
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三、天然水体水质数学模型（考虑多污染指标因
素）
1、河流中的基本水质问题。
一是由其自身的运动变化规律决定的， 如：放射性物质的蜕变。
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另一种是在环境因素的作用下，由 于化学的或生物的反应而不断衰减。如： 可生化降解的有机物在大气或水体中的微 生物作用下的氧化分解过程。试验和实际 观测数据都证明，该衰减符合一级反应动 力学规律，即：
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2、环境质量基本模型（现象模型中扩散方程的进一步简
Kc——BOD降解速度常数，与温度有 关。
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K K θ ， c，T=
T-20 c，20
θ在1.047左右（T=100~350C）
系来估K计c可。由试验室中测定生化需氧量和时间关
生
河流中BOD衰 物降解还包括沉
减速 淀作
度常 用（
数KsK）r故不：仅
包括
Kr=Kc+Ks， Kr可由下式估算：
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（二）一维河流水质模型的解析解 1、稳态模型：
（C为对时间对断面的平均值） 若边界条件为：
C |x=0=C0
C |x =∞=C0
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则解为：
一般来说，非潮汐河流其弥散作用影 响很小，即Dx=0，则控制方程为：
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2、瞬时源一维方程解析解：（非稳态） 对于瞬时突然排放污染物的情况，方
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lg Kow 5.00 0.67 lg(Sw 10 3 / M )
式中： Sw为有机物在水中的溶解度，mg/L; M为有机物的分子量
Ranges in octanol-water partition constants(Kow) for some important classes of organic compounds
II. 分配系数
分配系数
在分配达到平衡的条件下，有机化合物在沉积 物（土壤）/水中的浓度比值称为分配系数
Kp

Cs Cw
Cs: 有机毒物在沉积物上的平衡浓度;
Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度.
标化分配系数
用沉积物有机质含量对分配系数Kp进行归一化处 理得到Koc
Koc = Kp / Xoc
Koc： 标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； Xoc：沉积物中有机碳的质量分数。
II.分配系数
沉积物（土壤）/水分配系数Kp 沉积物（土壤）/水标化分配系数Koc 生物浓缩系数（因子）BCF或KB
I.分配理论
① 分配理论的提出 实验现象一、二
几种疏水性有机化合物在土壤-水体系中的吸 附——线性等温线
几种疏水有机物在活性炭-水体系中 的吸 附——非线性等温线
理论提出
有机化合物在土壤中的吸着作用（sorption）主要 是两种机制：
可从以下过程求得某一种有机污染物的分配系数：
Sw
Kow
Koc
Kp
例：
某有机物的分子量为192，溶解在含有悬浮物的水体 中，若悬浮物中85%为细颗粒，有机碳含量为5%， 其余粗颗粒物有机碳含量为1%，已知该有机物在水 中溶解度为0.05mg/L。
上次课主要内容
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表面 吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型（H型、F型、L型） 3.吸附作用的影响因素（金属离子的形态、 pH值、盐浓度、Eh、配合剂、吸附温度）
5.3 水-固体系中的分配作用
（有机化合物）
I.分配理论
分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
颗粒（沉积物、土壤）有机质对吸附的影响
根据分配理论，在沉积物（土壤）-水体系中，吸附疏 水性有机化合物的主要是沉积物（土壤）有机质，即 这种过程主要与其中有机质含量有关，而与其中的矿 物质多少无关。
解释：
极性水分子占据了表面大量的吸附位，使得疏水性有机化 合物分子很难再吸附在矿物表面 疏水性有机化合物在水中的溶解度一般较小，却很容易溶 解（或称分配）到有机质中 沉积物（土壤）-水体系中，这种吸着作用的特征是高分配 （有机质），弱吸附（矿物表面）
颗粒物大小对分配系数的影响
考虑颗粒物大小对分配系数Kp影响：
K
p
Koc [ 0.2(1
f
)
X
s oc

fX
f oc
]
f： 细颗粒的质量分数（d＜ 50μm)；
X
s oc
：粗沉积物组分的有机碳含量；
X
f oc
ห้องสมุดไป่ตู้
：细沉积物组分的有机碳含量。
粗颗粒对有机污染物的分配能力只有细颗粒的20%。
Karichoff等（1979）描述了Koc与有机物的
分配作用是有机物通过分子间作用力将溶 质分配到沉积物（土壤）的有机质中。这 种作用主要靠范德华力。
吸附作用包括通常物理吸附和化学吸附， 作用力有氢键、分子间力、配位键等
② “分配作用”与“吸附作用”的比较
吸附热 吸附等温线
竞争吸附
分配作用 反应热小 线性等温线 无竞争吸附
吸附作用 反应热大 非线性等温线 存在竞争吸附
一是分配作用（paritition），即在水溶液中，沉积物 （土壤）有机质对有机化合物的溶解作用。
二是吸附作用（adsoption），即在疏水性有机溶剂中， 土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。
疏水性有机化合物从水到土壤的吸着作用主要是溶 质的分配（溶解）过程，即溶解到土壤有机质中。
② “分配作用”与“吸附作用”的比较
Kow
-
醇一
水 分 配 系 数
些 重 要 有 机 物
的
范正
围辛
Kow： 辛醇-水分配系数
定义：平衡状态下化合物在正辛醇和水相 中浓度的比值
注意：Kow值不同于某化合物在正辛醇中的溶解度 与其在水中的溶解度之比。 因为在平衡条件下，正辛醇相含有2.3mol/L的水， 而水相则含有4.5×10-3mol/L的正辛醇
LD50毒性
Sw水中溶解度
Kow正辛醇-水分配系数
BCF生物富集因子
Koc土壤、沉积物吸附系数
图1 分配系数与有机污染物在环境中行为的相关性
Kow值表示了化合物分配在有机相（如鱼类、土壤）和水相之 间的倾向。
具有较低Kow值的化合物(如小于10)，可认为是比较亲水的， 因此它们具有较高的水溶性，因而在土壤或沉积物中的吸附 系数Koc值以及在水生生物中的富集因子BCF相应就小。
正辛醇-水分配系数Kow的关系
Koc = 0.63Kow
Kow：表示有机物的正辛醇-水分配系数，
即分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中 浓度的比例
脂肪烃、芳烃、芳香酸、有机氯和有机林农药、多 氯联苯等辛醇-水分配系数和水中溶解度之间的关系
Chiou等（1977）曾广泛研究了有机化合物 的Kow值和水溶解度Sw的关系，发现二者之 间存在着很好的相关性，结果可表示为：
Kow参数始于对化合物定量结构—活性相关关系（QSAR， P245）的研究，最初是药物学的研究。许多研究表明，Kow 与药物分子结构的变化以及观察到的某些生物学、生物化学 或毒性效果的变化有关。
有机污染物在环境中的行为，诸如水溶性、毒性、土壤沉积 物吸附系数和生物富集因子均与Kow有相关性，这可用图1表 示。
如果化合物具有较大的Kow值(如大于104)，那么，它就是 非常憎水或疏水的，它在土壤或沉积物中的吸附系数以及在 水生生物中的富集因子相应就大。
最利于植物根部吸收的污染物的logKow在0.5-3之间
Kp

Cs Cw
CT Cs [ p] Cw
CT k pCw [ p] Cw
CT： 单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总 和, µg·L-1； Cs ：有机毒物在颗粒物上的平衡浓度µg·kg-1； p ：单位溶液体积上颗粒物的浓度kg·L-1。 Cw: 有机毒物在水中的平衡浓度µg·L-1