水环境中的重金属(1)

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1、重金属在水环境中的迁移转化本章内容一、概述1不同学科对“重金属”的界定1重金属环境行为特点2迁移过程的复杂性与当前研究的局限性二、重金属在环境中的迁移过程1重金属的水解平衡、沉淀-溶解平衡、羟基络合过程、及三者之间的关系2环境胶体对重金属的吸持作用3环境物质的氧化-还原平衡与重金属迁移三、重金属污染评价问题1重金属的形态与毒性关系及金属的甲基化问题2沉积物在重金属污染评价研究中的应用3水环境重金属质量标准与基准问题不同学者视野中的重金属（1）物理定义：密度大于5g/cm3的金属(45种元素)密度大于4g/cm3的金属（60种元素）（2）化学定义：原子序数大于20的金属。（3）在毒理学上泛指

2、有毒金属。（4）在环境研究中，指Hg、Cd、Pb、Cr等对人体有毒性的金属以及类金属中的As等生理毒性显著的元素；也指其他对生态系统有一定毒性影响的Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。重金属环境行为的基本特征（1）是构成地壳的组分，在各环境介质中均有背景含量，在污染物分类中被视为永久性污染物。（2）有广泛的污染源（采矿、冶金、某些化工产业、燃媒、及其他人为释放源）。重金属环境行为的基本特征（1）是构成地壳的组分，在各环境介质中均有背景含量，在污染物分类中视为是永久性污染物。（中国环境背景值研究的理论和应用意义）（2）有广泛的污染源（采矿、冶金、某些化工产业、燃媒等）（人为释放与风化释放的关系现状

3、）。（3）多数为周期表中的过渡元素，有特殊电子构层，最外的S层的电子数为1～2，次外层D电子层未被充满，易于接收外来电子，使重金属的环境行为有以下特点：•有广泛价态，可在多种Eh-pH条件下存在。不同电价的重金属有不同的迁移性和生物有效性；•易形成络合物，有利于其在环境中迁移扩散；•易与OH-、S2-、CO3-生成沉淀，可抑制其迁移扩散（4）微量即可致毒，有长期性累积效应，有生物放大作用，可通过母乳和遗传对新生儿产生影响。（水俣病骨痛病成因，中国松花江汞污染研究）重金属与合成有机物环境行为和毒性的差别合成有机物重金属与类金属Source人为引入自然产生，人为加强释放Fate或多或少降解不会降

4、解，主要为转化过程Bio-availability与其亲脂性有关与其化学形态有关Toxicity单阈值双阈值（补充有关知识）Positiveeffects无基本的，有；非基本的，无“No”effects可能非基本的，无；非基本的，有Adverseeffects有在含量不足或过多时有重金属在环境中迁移的复杂性和人们研究的局限性水环境是多相电介质，存在多种反应，包括：离子－离子的反应、离子－溶剂的反应、离子－固体的反应、水解－水合、络合、沉淀－溶解、氧化－还原、生化反应。水环境是开放的、非平衡的和非线性的系统。重金属在水环境中的迁移和转化极为复杂。但目前，人们一般只能将水环境作为平衡系统对其进

5、行研究，且多为研究平衡系统的某些环节。pH值对重金属迁移的影响与pH影响有关的几个相互关联的问题：金属氢氧化物的沉淀-溶解反应金属的水解作用羟基（OH-）对金属的络合作用金属氢氧化物的溶解度图重金属氢氧化物的溶解-沉淀平衡溶解反应式：M(OH)n＝2OH-+Mn+浓度积常数：Ksp＝[M+][OH-]n达溶解平衡时溶液中金属的浓度与[OH-]n的关系：[M+]＝Ksp/[OH-]n根据水的离子积常数将[OH-]以pH表示Kw＝[H+][OH-]log[M+]＝logKsp-nlogKw-npH改为负对数：pM＝npH-logKsp-14重金属水解作用从原子之间的关系看，金属离子的水解作用可以

6、看成是金属离子和H+对OH-的争夺作用。离子电位高（离子半径大与电价小）的金属离子(如K+,Na+,Ca2+,Sr2+等)对H+的吸引力小于OH-对H+的吸引力，因此这类离子不易水解，或者说要在很高的pH值时才能水解。它们往往以简单的水合离子，Men+(H2O)n,形式存在于水中。水中的Ca,Mg等即如此。而离子电位低（离子半径小与电价高的金属离子对H+的吸引力决定于溶液的pH值，因为这些离子对H+的吸引力与OH-相匹敌。在pH值较低（H+的浓度高时），则H+可把OH-争夺过来，使金属以水合金属离子的形式存在（Men+(H2O)n。如果pH值较高（OH-的浓度高时），OH-较易与金属离子形成

7、羟基金属离子。金属的水解过程实际上等同于羟基对金属离子的络合过程重金属离子的水解平衡M2++H2O=MOH++H+水解平衡常数K1=[MOH+]+[H+]/[M2+]改为对数表达式：pK1=-log[MOH+]/-log[M2+]+pH当pK1=pH时，log[MOH+]/-log[M2+]=0[MOH+]/-log[M2+]=1重金属离子水解平衡常数M2+＋H2O=MOH＋+H+K1M2+＋2H2O