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习 题 课

习 题 课. 上海交通大学环境科学与工程学院 程金平. 例 1 ： 吴泾某化工厂的含汞废水经化学处理后排入黄浦江中，排污口附近水中汞的含量为 0.4 ～ 0.5 mg/L ，而在下流 500 m 处汞的含量只有 3 ～ 4μg/L ，试分析原因？. 原 因：. (1) 含汞废水的稀释、扩散； （ 2 ）水体中胶体物质对重金属的吸附作用 ： 无机胶体： 次生黏土矿物；铁、铝、硅、锰等水合氧化物； 有机胶体：蛋白质、腐殖质。 （ 3 ）氧化－还原转化：各价态之间的相互转化；

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Presentation Transcript

  1. 习 题 课 上海交通大学环境科学与工程学院 程金平

  2. 例 1 ： 吴泾某化工厂的含汞废水经化学处理后排入黄浦江中，排污口附近水中汞的含量为0.4～0.5 mg/L，而在下流500 m处汞的含量只有3～4μg/L，试分析原因？

  3. 原 因： (1)含汞废水的稀释、扩散； （2）水体中胶体物质对重金属的吸附作用 ： 无机胶体： 次生黏土矿物；铁、铝、硅、锰等水合氧化物； 有机胶体：蛋白质、腐殖质。 （3）氧化－还原转化：各价态之间的相互转化； （4）溶解和沉淀反应 ： 汞与水中的阴离子生成HgCO3、HgSO4、Hg(OH)2等难溶物； (5)配合反应:无机配体：OH- Cl- CO32- HCO3- F- S2- 有机配体:氨基酸、糖、腐殖酸 生活废水中的洗涤剂、清洁剂、NTA、EDTA 、农药等 (6)生物甲基化作用 . （7）生物富集作用 • 所以自工厂排放出来的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成为次生污染源。

  4. (1)含汞废水的稀释、扩散； • 横向 • 纵向

  5. （2）水体中胶体物质对重金属的吸附作用 ：－无机胶体 • 黏土矿物对重金属的吸附 • A：

  6. （2）水体中胶体物质对重金属的吸附作用 ：－无机胶体 • 黏土矿物对重金属的吸附 • B 另一种机理是重金属离子先水解，然 后夺取黏土矿物微粒表面的羟基，形成羟基配合物而被吸附： Me2+ + n H2O === Me(OH)n(2-n)++ n H+       ≡ AOH + Me(OH)n(2-n)+=== ≡AMe(OH)n+1(1-n)+

  7. （2）水体中胶体物质对重金属的吸附作用 ：－无机胶体 • 水合金属氧化物对重金属离子的吸附 • 一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸附过程是重金属离子在这些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。

  8. （2）水体中胶体物质对重金属的吸附作用 ：－有机胶体 腐殖质对重金属离子的吸附 • 腐殖质(Hum)微粒对重金属离子的吸附，主要是通过它对金属离子的螯合作用和离子交换作用来实现。 • 腐殖质分子中含有羧基(-COOH)、羟基(-OH)、羰基(C=O)及氨基(NH2)。在一定条件下这些基团可以质子化，故能与重金属起交换吸附作用。腐殖质的离子交换机理可用右式表示：

  9. （3）氧化－还原转化：各价态之间的相互转化；（3）氧化－还原转化：各价态之间的相互转化； 汞形态分为：金属汞 无机结合汞 有机结合汞 无机汞：HgS HgO HgCO3 HgSO4 HgCl2 Hg(NO3)2 有机汞：甲基汞 腐殖酸结合态汞 有机汞农药 醋酸苯汞 水环境的Eh PH 决定着汞的存在形态，三价态相互之间的转化反应为： 氧化作用：Hg0----Hg22++Hg2+ 还原作用： Hg22+－－Hg2++Hg0 微生物作用：Hg2+－－－Hg0

  10. （4）溶解和沉淀反应 ： • 天然水体中的主要阴离子有HCO3-、Cl-、SO42-及少量NO-离子，在厌氧条件下还可能有H2S、HS-、S2-存在。 • 汞与水中的阴离子生成HgCO3、HgSO4、HgS、Hg(OH)2等难溶物；

  11. (5)配合反应: • 天然水体中无机配体：OH- Cl- CO32- HCO3- F- S2- • 有机配体：动植物组织的天然降解产物，如氨基酸、糖、腐殖酸 生活废水中的洗涤剂、清洁剂、NTA、EDTA 、农药等。 Hg2+-OH-配离子的形态分布

  12. (6)生物甲基化作用.

  13. （7）生物富集 • 水体中的甲基汞可通过食物链而富集于生物体内。 • 例如，藻类对甲基汞的富集系数可高达5000～10000倍。在甲基汞为ng/mL级的水中，水生生物能直接吸收甲基汞。

  14. 原 因： (1)含汞废水的稀释、扩散； （2）水体中胶体物质对重金属的吸附作用 ： 无机胶体： 次生黏土矿物；铁、铝、硅、锰等水合氧化物； 有机胶体：蛋白质、腐殖质。 （3）氧化－还原转化：各价态之间的相互转化； （4）溶解和沉淀反应 ： 汞与水中的阴离子生成HgCO3、HgSO4、Hg(OH)2等难溶物； (5)配合反应:无机配体：OH- Cl- CO32- HCO3- F- S2- 有机配体:氨基酸、糖、腐殖酸 生活废水中的洗涤剂、清洁剂、NTA、EDTA 、农药等 (6)生物甲基化作用 . （7）生物富集作用 • 所以自工厂排放出来的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成为次生污染源。

  15. 例2 • 2005年11月13日位于吉林省吉林市的中石油吉化公司双苯厂爆炸后造成松花江水体污染。为了确保哈尔滨市生产、生活用水安全，哈尔滨市政府决定于2005年11月23日零时起，关闭松花江哈尔滨段取水口，停止向市区供水，（该取水口位于爆炸现场下游）。11月24日国家环保总局宣布该水体污染物主要为苯、苯胺和硝基苯，并确定为重大环境污染事件。试分析苯、苯胺和硝基苯在水环境中迁移转化途径？

  16. 途 径： 1 机械迁移 2 分配作用 分配作用；吸附作用 3 化学降解 氧化、水解、还原 4 光化学降解 直接光解；敏化光解；氧化反应 5 生物降解 6 挥发作用 7 生物富集

  17. 例 3 • 下图是洛杉矶市1965年7月19日一天之内，某些污染物的实测含量变化情况，该天是晴朗天气，横坐标是时间，纵坐标是污染物的浓度。依据下图分析改日发生的环境化学现象？并分析其机制。

  18. 解 答： 1 光化学烟雾事件；定义 • 污染物特征 • 机制（12）

  19. 1 光化学烟雾事件；定义 • 光化学烟雾：汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光中紫外线照射下发生光化学反应生成一些氧化性很强的O3、醛类、PAN、HNO3等二次污染物。人们把参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物(其中有气体和颗粒物)所形成的烟雾，称为光化学烟雾。

  20. 2 污染物特征 • 污染物的浓度变化与交通量和日照等气象条件有密切联系。CO和NO的浓度最大值出现在上午7时左右，即一天中车辆来往最频繁时刻，碳氢化合物的浓度也有类似的变化。 • 值得指出的是NO2的峰值要比NO、CO的峰值推迟3 h，而O3峰值推迟5 h出现，同时NO和CO的浓度随之相应降低。说明 NO2和O3并非一次污染物，而是日光照射下光化学作用产生的二次污染物。傍晚车辆虽然也较频繁，但由于阳光太弱，NO2和O3值不出现明显峰值，不足以发生光化学反应而生成烟雾。

  21. 3 机 制 • 引发反应： NO2 + hν →NO+O O + O2 + M →O3 + MNO + O3 →NO2 + O2链传递反应： RH +·OH →RO2·+ H2O RCHO +·OH →RC(O)O2·+ H2O RCHO + hν →RO2·+ HO2·+ CO HO2·+ NO →NO2 + ·OH RO2·+ NO →NO2 + R′CHO + HO2·RC(O)O2·+ NO →NO2 + RO2· + CO2终止反应： ·OH + NO2 →HNO3 RC(O)O2·+ NO2 →RC(O)O2NO2 RC(O)O2NO2 →RC(O)O2·+ NO2

  22. 例 题4 • 从地球与大气能量平衡方面分析温室效应产生的原因。

  23. 解 答： • 1 温室效应定义 • 2 太阳辐射 • 3 大气成分对太阳辐射的吸收 • 4 地球与大气的能量平衡 地球辐射；大气逆辐射

  24. 例 5 • 优先污染物：在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制的对象，称为优先污染物。例如 汞 • 温室气体：引起温室效应的气体叫温室气体，主要有CO2、CH4、N2O、CFCs。

  25. 例 题 6 • 简述大气污染物的汇的机制

  26. 解答： • 重力沉降，与植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被捕获(被表面吸附或吸收)的过程，统称为干沉降。 • 大气中的物质通过降水而落到地面的过程称为湿沉降。 • 污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消失的过程，称为化学去除

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