7、 请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？★★★★

8.什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作用？并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别。★★★★

（1）表面吸附：由于胶体表面具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用。胶体表面积越大，吸附作用越强。

（2）离子交换吸附：环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附。该反应是可逆反应，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。

（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点荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。 （4）水合氧化物对金属离子的专属吸附与非金属吸附的区别如下表所示。

项目 发生吸附的表面净电荷的符号 金属离子所起的作用 吸附时所发生的反应 发生吸附时要求体系的pH值 吸附发生的位置 对表面电荷的影响 动力学可逆性

8、 请说明胶体的凝聚和絮凝之间的区别。

诱发沉积物中重金属的释放的因素分五类：（1）pH值降低：既有H+离子的竞争吸附作用，也有金属在低pH条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解。（2）还原条件增强：还原条件下，Fe、Mn等的氧化物溶解，其吸附的金属离子被释放出来。（3）盐浓度升高：竞争吸附和交换释放作用。碱金属或碱土金属对阳离子对重金属的交换是释放的重要途径之一，悬浮物中的铅、铜、锌被钙离子交换的能力不同，其顺序为Zn>Cu>Pb。（4）水中配合剂的含量增加：天然或合成的配合剂能和重金属形成可溶性配合物，使重金属从固体颗粒上解吸下来。（5）生物化学迁移过程：引起重金属从沉积物中迁移到动、植物体内，沿食物链富集，或直接进入水体，或通过动植物残体的分解产物进入水体。

水中胶体颗粒物凝聚的基本原理：

1、凝聚或絮凝：克服静电斥力，分散胶体粒子结合过程称为凝聚；而由凝聚物进一步促成的聚集称为絮凝 胶体颗粒长期处于分散状态还是相互作用聚集成为更粗粒子，将影响到其迁移输送和沉降归宿

2、相关基础理论：（1)经典胶体相互作用理论-DLVO（胶体稳定性理论）理论。两颗粒相互接近时产生几种作用力，即分子范德华力、静电排斥力。这几种力相互作用的综合位能随相隔距离发生变化。(2 )异体凝聚理论，主要论点：如果两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势；如果两颗粒电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高度总是决定于荷电较弱而电位较低的一方（扩散层厚）。也就是说，只要颗粒动能可以超过荷电较弱而电位较低的颗粒的Vmax，就可以实现凝聚 天然水环境和水处理过程中的颗粒聚集方式：

1) 压缩双电层凝聚：电解质浓度增大,离子强度升高，压缩扩散层。

2) 专属吸附凝聚：胶体颗粒专属吸附异电的离子化合态，降低表面电位，产生电中和，使颗粒脱稳而凝聚。 3) 胶体相互凝聚：两种电荷符号相反的胶体相互中和而凝聚，或者其中一种荷电低而相互凝聚。

4) ―边对面‖絮凝：粘土矿物颗粒板面荷负电而边缘荷正电，颗粒边与面间由静电引力结合，结合力较弱，且具有可逆性。 5) 第二极小值絮凝：若颗粒较粗或在某一维方向上较长，有可能产生距离较大第二极小值，颗粒相互聚集。比较松散，具有可逆

性

6) 聚合物粘结架桥絮凝：聚合物具有链状分子，它也可以同时吸附在若干个胶体微粒上，在微粒之间架桥粘结，使它们聚集成团。

7) 无机高分子的絮凝：无机高分子化合物尺度远低于有机高分子，除对胶体颗粒有专属吸附电中和作用外，也可结合起来在较近距离起粘结架桥作用。

8) 絮团卷扫絮凝：已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。

9) 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。吸附强烈时，可对凝聚过程起强化作用，使在溶液中不能凝聚的颗粒得到凝聚。

10) 生物絮凝：藻类、细菌等微小生物在水中也具有胶体性质，带电荷，可以发生凝聚。特别是它们往往可以分泌出某种高分子物质，发挥絮凝作用，或形成胶团状物质

水环境中颗粒絮凝主要有三种机理：

专属吸附 -、0、+ 配位离子 配位体交换 任意值 内层 负电荷减少，正电荷增加 不可逆慢过程 非专属吸附 - 反离子 阳离子交换 ＞零电位点 扩散层 无 快速可逆 ? 异向絮凝机理：颗粒热运动粒径均一；不同方向随机热运动-布朗运动；二级动力学

? 同向絮凝机理：水流速度梯度剪切力；水平，同一运动方向；水力速度存在梯度差异—水平流速剪切力；颗粒运动速度不一，

碰撞絮凝；二级动力学

? 差速沉降絮凝：重力沉降速度差异；重力作用；垂直沉降速度不一，碰撞絮凝；假设密度形状相同，粒径不同；多级动力学

电子活度和氧化还原电位：

(1) 电子活度：酸碱反应和氧化还原反应之间存在着概念上的相似性。仿pH的定义：pH = –lg(aH+)。式中：aH+—氢离子在水溶液

中的活度。

相似pE的定义：pE = –lg(ae) 式中：ae—水溶液中电子的活度。

pE表示平衡状态下(假想)的电子活度，它衡量溶液接收或迁移电子的相对趋势，在还原性很强的溶液中(PE越小，还原型越强，反之，氧化性越强)，其趋势是给出电子。

由于aH+可以在好几个数量级范围内变化，所以pH可以很方便地用来表示aH+ 。同样，一个稳定的水系统的电子活度可以在20个数量级范围内变化，所以也可以很方便地用pE来表示ae。

有机化合物在土壤(沉积物)中的分配(吸着)存在着二种主要机理：

①溶解分配，即在水溶液中，土壤有机质(包括水生生物脂肪以及植物有机质等)对有机化合物的溶解作用，而且在溶质的整个溶解范围内，与表面吸附位无关，只与有机化合物的溶解度相关。

②吸附分配，即在非极性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用，主要靠范德华力，各种化学键力如氢键、离子偶极键、配位键及π键作用的结果。

光解过程可分为三类：

直接光解：化合物本身直接吸收了太阳能而进行分解；（初级光化学）

敏化光解：水体中存在的天然物质(如腐殖质等)被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致分解；（次级光化学）

氧化光解：天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧(又称单一氧)等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物。（自由基反应，次级光化学） 直接光解

(1)水环境中光的吸收作用：光以具有能量的光子与物质作用.；光子被吸收的可能性强烈地随着光的波长而变化；阳光与大气相互作用改变了太阳辐射的谱线分布；太阳辐射到水体表面的光强随波长而变化；当太阳光束射到水体表面，有一部分以与入射角z相等的角度反射回大气，从而减少光在水柱中的可利用性，一般情况下，这部分光的比例小于10%，另一部分光由于被水体中颗粒物、可溶性物质和水本身散射，因而进入水体后发生折射从而改变方向。 敏化光解(间接光解)

一个光吸收分子可能将它的过剩能量转移到一个接受体分子，导致接受体反应，这种反应就是光敏化作用。

例：2，5—二甲基呋喃就是可被光敏化作用降解的一个化合物，在蒸馏水中将其暴露于阳光中没有反应，但是它在含有天然腐殖质的水中降解很快，这是由于腐殖质可以强烈地吸收波长小于500nm的光，并将部分能量转移给它，从而导致它的降解反应

生物降解作用

有机物生长代谢存在两种代谢模式：生长代谢和共代谢 生物降解是引起有机污染物分解的最重要的环境过程之一。

水环境中化合物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物。

当微生物代谢时，一些有机污染物作为食物源提供能量和提供细胞生长所需的碳；另一些有机物，不能作为微生物的唯一碳源和能源，必须由另外的化合物提供碳源和能源,他们才能被降解。 有机物生物降解存在两种代谢模式：生长代谢和共代谢

1）．生长代谢 只要用这些有毒物质作为微生物培养的唯一碳源便可鉴定是否属生长代谢。在生长代谢过程中微生物可对有毒物质进行较彻底的降解或矿化，因而是解毒生长基质。这种物质对环境威胁小。

一个化合物在开始使用之前，必须使微生物群落适应（驯化），一般需要2—50天的滞后期，一旦微生物群体适应了，生长基质的降解是相当快的。

2）．共代谢 某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源，而必须有另外的化合物存在提供碳源或能源时，该有机污染物才能被降解——共代谢。

共代谢在那些难降解的化合物代谢过程中起着重要作用，展示了通过几种微生物的一系列共代谢作用，可使某些特殊有机污染物彻底降解的可能性。

微生物共代谢的动力学明显不同于生长代谢的动力学，共代谢没有滞后期，降解速度一般比完全驯化的生长代谢慢。 共代谢并不提供微生物体任何能量，不影响种群多少。然而，共代谢速率直接与微生物种群的多少成正比。 总之：

影响生物降解的主要因素是有机化合物本身的化学结构和微生物的种类。

此外，一些环境因素如温度、pH、反应体系的溶解氧等也能影响生物降解有机物的速率。

6.土壤吸附性

土壤胶体的阳离子交换吸附：

土壤胶体吸附的阳离子，可与土壤溶液中的阳离子等价交换,因素: ① 电荷数:离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。

② 离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，吸附交换能力越强。 土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序如下：

Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+。

土壤的可交换性阳离子有两类： 一类是致酸离子，包括H+和Al3+；

一类是盐基离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤。当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度=交换性盐基总量/阳离子交换总量。 土壤胶体的阴离子交换吸附：

土壤中阴离子交换吸附是指带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用。

阴离子的交换吸附比较复杂，它可与胶体微粒(如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝)或溶液中阳离子(Ca2+、Al3+、Fe3+)形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。

如PO43-、HPO42-与Ca2+，Fe3+、Al3+可形成CaHPO4·2H2O、Ca3(PO4)2、FePO4、AlPO4难溶性沉淀。由于Cl-、NO3-、NO2-等离子不能形成难溶盐，故它们不被或很少被土壤吸附。

各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：F->草酸根>柠檬酸根> PO43-≥AsO43-≥硅酸根>HCO3->CH3COO-> SO42-> Cl->

NO3-。

9、 请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集？

10、请叙述水环境中促成颗粒物絮凝的机理。 11、请叙述有机配体对重金属迁移的影响。 12、什么是电子活度pE，以及它和pH的区别。

13、有一个垂直湖水，pE随湖的深度增加将起什么变化？★★★★

14、请叙述有机物在水环境中的迁移,转化存在哪些重要过程. ★★★

(1)负载过程:污水排放速率,大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直接影响污染物在水中的浓度. (2)形态过程:

①酸碱平衡:天然水中pH决定着有机酸或碱以中性态存在的分数,因而影响挥发及其他作用. ②吸着作用:疏水有机化合物吸着至悬浮物上,由于悬浮物质的迁移而影响它们以后的归趋. (3)迁移过程:

①沉淀-溶解作用:污染物的溶解度范围可限制污染物在迁移,转化过程中的可利用性或者实质上改变其迁移速率. ②对流作用:水力流动可迁移溶解的或者被悬浮物吸附的污染物进入或排出特定的水生生态系统. ③挥发作用:有机污染物可能从水体进入大气,因而减少其在水中的浓度.

④沉积作用:污染物被吸附沉积于水体底部或从底部沉积物中解吸,均可改变污染物的浓度. (4)转化过程:

①生物降解作用:微生物代谢污染物并在代谢过程中改变它们的毒性. ②光解作用:污染物对光的吸收有可能导致影响它们毒性的化学反应的发生. ③水解作用:一个化合物与水作用通常产生较小的,简单的有机产物.

④氧化还原作用:涉及减少或增加电子在内的有机污染物以及金属的反应都强烈地影响环境参数. (5)生物累积过程:

①生物浓缩作用:通过可能的手段如通过鱼鳃的吸附作用,将有机污染物摄取至生物体.

②生物放大作用:高营养级生物以消耗摄取有机毒物进入生物体低营养级生物为食物,使生物体中有机毒物的浓度随营养级的提高而增大.请叙述有机物水环境归趋模式的基本原理。

1．在通常天然水中微生物降解丙氨酸的过程如下，在其括号内填写有关的化学式和生物转化途径名称，并说明这一转化过程将对水质带来什么影响。

O2CH3CH(NH2)COOH(1)(3) + (2)(4)(13途径)酶(5)(12)(6)(7)(8)(9)(10)(11途径)CO2 , H2O解：有关的化学式和生物

转化途径如下：

(1)CO2；(2)CH3COOH；(3)NH3；(4)CoASH；(5)H2O；(6)CH3COCoASH；(7)CH3COCOOH；(8)H2O；(9)CoASH；(10)(CH2COOH)2C(OH)COOH；(11)三羧酸循环；(12)NO2-；(13)硝化。

该过程将氮由不能被植物吸收利用的有机态转化为无机氮，利于植物利用；且此过程是耗氧过程，可能引起水体富营养化，使水质变差。

2．比较下列各对化合物中微生物降解的快慢，指出所依据的定性判别规律。

NO2OH（1）

CH3CH2CH3

（2）CH3 (CH2)5CH3

（3）SO3NaCH3CH(CH2)3CH3

答：（1）硝基苯降解要慢于苯酚，根据取代规律，在芳香族化合物中羟基取代基加快其降解，硝基取代基使其降解减缓。

（2）庚烷的降解要快于丙烷，根据链长规律，在一定范围内，碳链越长，降解越快。

（3）前者降解要快于后者，根据链分支规律，在烷基苯磺酸盐中，分支程度越大，降解越慢。

5．在水体底泥中有下图所示反应发生，填写图中和有关分解反应中所缺的化学式或辅酶简式。图中的转化对汞的毒性有何影响。

答：（1）Hg；（2）HgCl2；（3）CH4；（4）NADH；（5）NAD+；（6）HCl；（7）NADH + H+；（8）CH4；（9）HCl；（10）NADH + H+；（11）HCl；（12）CH4；（13）C2H6；（14）Hg

可溶性无机汞在生物体内一般容易排泄，而烷基汞具有高脂溶性，且在生物体内分解速度缓慢，因而其毒性比可溶性无机汞化合物大10到100倍。

图中所示的氯化甲基汞变成金属汞的转化过程，是微生物以还原作用转化汞的主要途径，是降低毒性的过程。