第十章 水中的重金属 ppt课件

第10课：第一部分：海水中微量元素
常量元素的定义，11种组分。
微量元素是指元素的含量低于1 mg/dm3的元 素，或痕量元素。含量非常低，仅占海水总 含盐量的 0.1％ ，但种类却比常量组分多得多。
微量元素与常量元素的差异
1. 常量元素含量高、性质稳定，而且它们之间具有
恒比关系。在各大海区这种恒比关系恒定。
溶的，出现最大值，例如Mn(II)和Fe(II)；
②当元素的还原形式相对来说是比较难溶的，或易 于与固相结合的，就出现最小值，例如Cr(Ⅲ)。
7. 与缺氧水体有关的最大值或最小值型
在水循环受限制的区域，例如卡里亚科海沟和萨亚
尼茨海湾，由于SO42-—H2S氧化还原电对能产生缺 氧，即产生还原条件： ①当痕量元素的还原形式比在氧化条件下存在的形 式更为易溶时就出现最大值，例如Mn(Ⅱ)和Fe(II)； ②当还原形式相对来说是比较难溶的，或易于与固
元素从颗粒物的释放或颗粒物对元素的清除。
大气的输入
How?
大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多
项体系称为大气气溶胶。
岩石、土壤的风化产物以沙尘等形式扩散到大气中，
与工业，农业、生活排放的粉尘、燃烧产物、水蒸
气等物质便组成一个多相体系。
陆源的重金属元素通过这个体系，经过长距离输送
沉降于海洋中。
浮游植物通过光合作用和呼吸作用控制着这些 营养元素的分布及变化。 有些微量元素在海水中的分布，与某种营养元 素十分相似，如Cu和Cd的分布与N和P的分布 相似，而Ba，Zn，Cr的分布与Si相似。这都
说明生物过程很可能是控制海水中Cu，Cd，
Ba，Zn，Cr等元素分布的因素之一。
2 吸附过程：
悬浮在海水中的黏土矿物、铁和锰的氧化 物、腐殖质等颗粒在下沉过程中，大量吸

⑤ 水的盐度及Ca2+、Mg2+、Cl-等常量离子 含量。水中常量离子对腐殖质与金属离子的 螯合作用产生影响，有研究表明，湖水中大 多数Hg2+以与腐殖质螯合形态存在；但在海 水中由于盐度增加，离子强度增大， Ca2+、 Mg2+含量较高，与金属离子产生对腐殖质争 夺，而含量较高的Cl-又成为腐殖质配位螯合 的有力竞争者，而使海水中腐殖质与Hg2+的 螯合作用显著减弱，再由于海水的腐殖质浓 度比淡水低，所以，海水中汞的基本形态是 汞(II)氯络合物。
第六节 水中的重金属
教学目的与要求：
1.了解天然水中重金属的来源 2.掌握天然水中重金属的存在形式及影响因素 3.掌握重金属对水产养殖的影响
一、水中主要重金属污染物的来源
一般来说，环境中重金属的污染源主要有5类，即 1.地质风化作用 地质风化作用 2.采矿废水 采矿废水主要来自采矿场采矿过程中以及 采矿废水 废石堆、尾矿场。另外，黄铁矿和其他硫化矿物经开 采后暴露于空气中被氧化生成强酸也将促进矿物中金 属的淋溶作用。 3.工业废水 在大多数的工业生产所产生的废水中均含 工业废水 有重金属污染物，尤其是一些传统的工业生产，如石 油精练、钢铁与化肥生产、制革工业、电镀工业等。 如铬的主要污染源是大量使用铬酸盐及重铬酸盐的纺 织工业和制革工业废水。
4.水体中的悬浮颗粒物 水体中的悬浮颗粒物
天然水是一个多相分散系统，其中的分散相分为3大类即， ① 无机粒子。主要是岩石风化经水流冲刷进入水中的石英及 粘土矿物微粒和铁、铝、锰、硅水合氧化物。铁、铝、锰、 硅水合氧化物大多是水中相应成分通过反应形成的，基本组 成有(FeO)OH、Fe(OH)3、Al(OH)3、MnOOH、MnO2、 Si(OH)4、SiO2等，结构不定形或呈微晶型，在水中属胶体 Si(OH)4 SiO2 系统。② 有机粒子。主要包括天然和人工合成的高分子化合 物以及肥皂、表面活性剂等有机化合物，拥有较多的种类， 如腐殖质、氨基酸等。③ 无机和有机聚合体。主要是以粘土 矿物微粒为中心，再结合其它无机或有机颗粒，尤其是腐殖 质构成的聚合体。这些微粒在水中的一个最重要的性质是吸 附水中的污染物，使污染物的存在形态、环境行为发生明显 改变，污染物的生物效应也将受到影响。

还原条件 氧化条件
难溶物
铬，矾，硫化合物
易溶物
还原条件
氧化条件
易溶物
铁，锰化合物
难溶物
氧化还原的化学意义
氧化环境与还原环境的交界线可以成为许多元 素的富集地 在还原条件占优势的地下水中含有丰富的Fe2+， 当其流入具氧化性的湖沼时，二价铁变为三价铁化 合物(Fe2O3· nH2O)自溶液中沉淀出来，可以大量 地富集成“湖铁矿”。
有机配位体与重金属离子的配合作用
腐殖质是起配合作用的主要物质
腐殖质与金属离子的螯合反应示意如下：
氧化还原反应
水体中常见的氧化剂
Fe(Ⅲ )、Mn(Ⅳ)、S(Ⅵ)、Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)、溶解氧等
常见的还原剂 Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、S2 －和有机化合物
水体氧化还原条件对重金属的存在形态及其 迁移能力有很大的影响。
无机配位体 羟基的配合作用 氯离子的配合作用 有机配位体
配合作用
无机配位体对重金属的配合作用
羟基对重金属离子的配合作用 羟基对重金属的配合作用实际上是重金属离子的水解反应。 重金属与碱金属、碱土金属不同，能在较低的pH值下水解。 以二价离子为例，羟基与其的配合反应可表示如下： Me2++ OH- === MeOH+ MeOH+ + OH- === Me(OH)2 Me(OH)2 + OH-=== Me(OH)3Me(OH) 3-+ OH- === Me(OH)42K1 K2 K3 K4
黏土矿物对重金属的吸附
离子交换吸附机制
水解吸附机制
离子交换吸附机制
黏土矿物的微粒通过层状结构边缘的羟基氢和-OM基中 M+离子以及层状结构之间的M+离子，与水中的重金属离子 交换而将其吸附。

化学方法适用于处理各种类型的重金属污染，特 别是对于高浓度、大面积的重金属污染治理效果 显著。
详细描述
化学方法包括沉淀法、氧化还原法、化学萃取法 等。这些方法通过向污染环境中添加化学试剂， 使重金属离子转化为不易溶于水的物质，从而降 低其生物可利用性。
优缺点
化学方法具有操作简便、处理效率高等优点，但 同时也存在成本较高、可能产生二次污染等缺点 。
研究新型的重金属捕集剂，能够更有效地从土壤、水体等环境中提 取和分离重金属，降低其对生态系统的危害。
智能化监控与管理
利用物联网、大数据和人工智能等技术，实现对重金属污染的实时 监测、预警和智能化管理，提高防治的及时性和准确性。
加强国际合作与交流
1 2 3
参与国际重金属污染防治项目
积极加入国际组织，参与全球性的重金属污染防 治项目，共享国际先进技术和经验。
合作开展科研项目
加强与国外科研机构和大学的合作，共同开展重 金属污染防治的科研项目，推动技术创新和知识 共享。
举办国际学术交流活动
定期举办国际学术会议、研讨会等活动，促进各 国在重金属污染防治领域的交流与合作。
提高公众环保意识与参与度
加强宣传教育
01
通过媒体、教育机构等途径，加强对公众的重金属污染防治宣
传教育，提高公众对重金属污染的认识和环保意识。
鼓励公众参与
02
建立公众参与机制，鼓励公众参与重金属污染防治工作，如志
愿者活动、社区共建等。
倡导绿色生活
03
倡导绿色生产方式和生活方式，减少重金属排放，从源头上预
防重金属污染的发生。
THANKS
感谢降、水 体恶化，破坏生态平衡，影响植物和 动物的生长和繁殖。
对生物的影响

7
痕量元素研究方面的两大改进：
1. 仪器分析和分析化学的重大改进：从1975年以 来，重新测量的痕量元素的浓度已被证实比以 前工人的浓度低10~100倍，并发现这些痕量元 素的垂直分布图与海洋中已知的生物、物理和 地质过程相一致。 2. 在取样、贮存和分析期间污染的消除和控制： 在海洋断面地球研究计划(GEOSECS)期间，许 多学者利用装在一个罩盘上的30升的尼斯金采 水器采集样品，已在海洋学上获得许多痕量元 素的一致结果。
• 2 海洋中微量元素的生物地球化学 • 3 海洋重金属污染
2
1.1 微量元素的定义及特点
•微量元素(或痕量元素)： 海水中元素的含量低于1 mg/dm3的元素。不包括溶解气体、营养盐 和放射性核素。它们在海水中的含量非常低，仅占海水总含盐量的0.1％， 但其种类却比常量组分多得多。
•微量元素与常量元素的差异 常量元素含量高、性质稳定(保守性)，与盐度关系密切，浓度随物 理过程变化。 痕量元素含量低而易变 (非保守性)，大部分与盐度关系不密切，浓 度受进入或迁出溶液的各种物理、化学、生物及地质过程的影响。 微量或痕量是相对于常量元素而言的，因所处的体系不同而不同， 如Al在地壳中是主量元素，但它在海水中为微量元素
4
海水中微量元素的特点
2. 含量低
海水中微量元素的含量小于1 mg kg-1，其总量小于总盐量 的0.1%。
3. 循环和迁移变化复杂
• 水动力迁移 物理因素，如潮汐、海流和涡动扩散等多变量综合作用。 • 化学过程引起的迁移 物理(界面)化学、光化学过程 • 生物地球化学作用与生物迁移 生物地球化学过程
• 从50年代开始才对海水微量元素进行地球化学研究。 • 1952年Barth(巴尔特)提出并计算了元素在海水中的停留时 间； • 1954年Goldberg(戈德堡)发表了微量元素从海水向海底转 移的研究结果； • 1956年Krauskopf(克劳斯科普夫)对海水中13种微量元素 的浓度和影响因素，进行了实验室模拟试验。 • 但是早期测定的数据，有一些是不可靠的，只有在P.G. Breuer(布鲁尔)于1975年总结并发表了海水微量元素的含 量、可能的化学形式和停留时间的估算表之后，微量元素 的测定，才有一些准确度很高的结果。

17
土壤污染物的来源及危害
大气沉降物：大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗 粒物，通过沉降和降水而降落到地面。20年来， 北欧的南部、北美的东北部等地区，雨水酸度增 大，引起土壤酸化，土壤盐基饱和度降低。大气 层核试验的散落物可造成土壤的放射性污染。放 射性散落物中，90Sr、137Cs的半衰期较长，易 被土壤吸附，滞留时间也较长。
氮、磷等化学肥料，凡未被植物吸收利用和 未被根层土壤吸附固定的养分，都在根层以下积 累，或转入地下水，成为潜在的环境污染物。土 壤侵蚀是使土壤污染范围扩大的一个重要原因。
16
土壤污染物的来源及危害
牲畜排泄物和生物残体：禽畜饲养场的厩肥和屠 宰场的废物，其性质近似人粪尿。利用这些废物 作肥料，如果不进行物理和生化处理，则其中的 寄生虫、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染， 并通过水和农作物危害人群健康。
物理自净作用：污染物渗滤、挥发、扩散等 化学和物理化学(physical chemistry)自净作用
土壤中污染物经过吸附、配位、沉淀、氧化还原等使其毒性 浓度降低的过程。粘粒和有机物是主要载体；酸碱反应和氧化还 原反应起重要作用。
生物化学净化作用(biochemical purification)
土壤镉污染来源：污水灌溉 磷肥等
24
镉是银白色有光泽的金属， 加热时表面形成棕色的氧化物 层。高温下镉与卤素反应激烈， 形成卤化镉。也可与硫直接化 合，生成硫化镉。镉可溶于酸， 严重，日本因镉中毒曾出 现“痛痛病”。
镉会对呼吸道产生刺激，长期 暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑 或渐成黄圈，镉化合物不易被肠道 吸收，但可经呼吸被体内吸收，积 存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾 脏损害最为明显。还可导致骨质2疏5 松和软化。
镉污染致使大量农田荒废，原本收割稻子的季节， 如今只能见到牛羊在田间放养。

主要危害：氟中毒是一种慢性病，表现为氟斑牙和氟骨症；铬和镍超 标对内脏、神经系统都有危害，很难降解。
防范措施：茶叶不宜多饮，应洗茶后再喝。我国对饮水机产品实行 3C认证，为确保健康，最好别只看认证，还是得购买非贴牌生产的大 品牌饮水机。
更严重的受害者：燃用无烟煤者。贵州中西部地区因燃用氟含量过高 的的无烟煤，污染了水源和食物，当地1650万群众出现不同程度的氟 中毒症状。
主要危害：重金属污染物会在肝脏中储积。铬可导致呼吸系统癌症；砷 中毒表现为疲劳、乏力、心悸、惊厥，还可能致癌。甲基汞在人体内极 易被肝和肾吸收，其中15%被脑吸收，脑组织一旦受损难以治疗。
防范措施：食物是重金属侵害人体的最主要途径，我们每天吃的食物， 对于个人来说，无法追查其是否安全。相对来说，动物的肝脏、贝类海 鲜含重金属量普遍较高，应减少摄入量。
汞：食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大。天然水每升
水中含0.01毫克，就会导致人中毒。
镉：导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭 铅：是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。能直
接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下
钴：能对皮肤有放射性损伤。 钒：伤人的心、肺，导致胆固醇代谢异常。 锑：与砷能使银手饰变成砖红色，对皮肤有放射性损伤。 铊：会使人多发性神经炎。 锰：超量时会使人甲状腺机能亢进。也能伤害重要器官。 砷：是砒霜的组分之一，有剧毒，会致人迅速死亡。长期接触少量，会
23.57%：国家疾控中心曾对1000余名0-6岁儿童铅中毒情况进 行免费筛查、监测。结果显示，23.57%的儿童血铅水平超标。

LOGO
第六节 重金属在水体中的迁移转化

③破坏骨骼系统 ④破坏内分泌系统 ⑤破坏生殖系统 ⑥破坏泌尿系统 ⑦破坏消化系统 ⑧破坏免疫系统
Pb中毒
砷（As）
①对人体健康的危害
以皮肤损害为主的全身性疾病，包括皮肤、呼吸、消化、泌尿、心血
管、神经、造血等系统。
②砷的基因作用 ③致癌的细胞特异性
铬（Cr）
①抑制铁的吸收 ②铬与糖尿病
参与人体的糖和脂肪代谢。作为胰岛素的“协同激素”。
（1）电动修复
在电场的作用下，通过电流的作用，土壤中的重金属离子(如Pb、Cd、 Cr、Zn等)和无机离子以电透渗和电迁移的方式向电极运输，然后进行集中 收集处理。
（2）电热修复 利用高频电压产生电
磁波，产生热能，对土壤 进行加热，使污染物从土 壤颗粒内解吸出来，加快 一些易挥发性重金属从土 壤中分离，从而达到修复 的目的。该技术主要修复 被Hg和Se等重金属污染的 土壤。
3、随固体废弃物进入土壤的重金属
矿业和工业废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、 水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散 。例如：沈阳冶炼厂冶炼锌的过程中产生的矿渣主要含Zn、Cd， 1971年开始堆放在一个洼地场所，其浸入液中Zn、Cd含量分别达 6.6 g/L和75mg/L，目前已扩散到离堆放场700米以外的范围，重金 属污染物浓度是以同心圆状分布。
白化症状；根的伸长受阻或地上部出现代谢紊乱的褐斑、细胞生长发育 停止；
② 随着积累，农作物的体内代谢平衡收到破坏，细胞停止发育，造
成农作物的生长障碍。
毒性作用：As＞B＞Ni＞Co＞Cr＞Zn＞Pb＞Mn
重金属污染导致畸形
重金属污染的特点：
33
-
重金属污染修复治理---土壤重金属污染

八、电导率
电导率表示的是水溶液传导电流的能力。电导率 的大小取决于溶液中所含离子的种类，总浓度，迁 移性和价态，还与测定时的温度有关。温度每升高 1℃，电导率增加约2％，通常规定25℃为测定电导 率的标准温度。
意义
❖ 因水溶液中绝大部分无机化合物都有良 好的导电性，而有机化合物分子难以离 解，基本不具备导电性，因此，电导率 又可以间接表示水中溶解性总固体的含 量和含盐量。
2）电位滴定法
原理：以pH玻璃电极为指示电极，甘汞电极为参比电极，
与被测水样组成原电池并接入电位计，用氢氧化钠标准溶 液滴定至一定的电位差值（相当于pH3.7、8.3），据其相 应消耗的氢氧化钠量分别计算酸度。
本方法适用于各种水 体酸度的测定，不受水样 有色、浑浊的限制。测定 时应注意温度、搅拌状态、 响应时间等因素的影响。
4、测定碱度的方法
酸碱批示剂滴定法（酸度类似）
用标准酸溶液滴定水样（酚酞指示剂）由红色变为 无色（pH≈8.3）时，所测得的碱度称为酚酞碱度；
硬度一般以CaCO3计，以mg/L为单位。
硬度的测定方法
(1）计算法
用原子吸收光谱法分别测定水中的Ca和Mg的含量， 然后用公式计算总硬度。计算公式如下：
总硬度（mg/L，以CaCO3计）＝2.497[Ca，mg/L] ＋4.118[Mg，mg/L]
（2）EDTA滴定法(GB7477-87)
在pH为10的条件下，用乙二胺四乙酸 （EDTA）或其钠盐作为滴定剂，以铬黑T （EBT）作为指示剂与水样进行反应，根据 所消耗的EDTA的量，可求得水样的总硬度。
铂钴标准比色法标准色列
（二）稀释倍数法（A）
❖ 该方法适用于受工业废水污染的地面水和 工业废水颜色的测定。测定时，首先用文 字描述水样颜色的种类和深浅程度，如深 蓝色、棕黄色、暗黑色等。然后取一定量 水样，用蒸馏水稀释到刚好看不到颜色， 根据稀释倍数表示该水样的色度，单位为 倍。