三章-水环境化学4市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第三节水中有机污染物迁移转化第三节水中有机污染物迁移转化有机污染物普通经过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进行迁移转化一分配作用一分配作用1分配理论分配理论分配系数分配系数 物质在不一样介质中溶解度比值。有机化合物在土壤中吸着主要机理有机化合物在土壤中吸着主要机理i分配作用分配作用ii吸附作用吸附作用即在水溶液中，土壤有机质对有机化合物溶解作用，而且在溶质整个溶解范围内，吸附等温线都是线性，与表面吸附位无关，只与溶解度相关只与溶解度相关。即在非极性有机溶剂中，土壤对有机化合物表面吸附作用。即存在范德华力或氢键、配位键、键等。其吸附等温线是非线性，并存在着竞争吸附。第1页分配系数（分配系数（Kp）有机毒物在沉积物与水之间分配，往往可用分配系数（Kp）表示：2标化分配系数标化分配系数引入引入(悬浮悬浮)颗粒物浓度颗粒物浓度水中有机毒物平衡浓度水中有机毒物平衡浓度第2页3生物浓缩因子（生物浓缩因子（BCF）有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比，为生物浓缩因子，用BCF（Bioconcentration factor）或KB表示。表面上看是一个分配机制，但生物浓缩有机物过程是复杂标化分配系数标化分配系数(Koc)为了在类型各异、组分复杂沉积物中找到可比性。考虑颗粒物粒径影响因为颗粒物对憎水有机物吸着是分配机制，Kp不轻易测得，所以又引入了辛醇水分配系数即化学物质在辛醇中浓度和在水中浓度比值辛醇水分配系数辛醇水分配系数Kow第3页二挥发作用二挥发作用1.挥发速率挥发速率2.挥发作用双膜理论挥发作用双膜理论设在气膜和液膜界面上，某物质液相浓度为ci，气相分压为pci，在界面上不存在净积累，则注意KH单位第4页第5页三水解作用三水解作用水解时化合物官能团X和水中OH发生交换水解速率：水解速率：通常测定水中有机物水解是一级反应从公式能够看出，一级反应有显著依属性，也就是说RX水解半衰期与RX浓度无关。pH对水解速率（常数）影响对水解速率（常数）影响水解速率与pH值相关，水解速率能够归纳为由酸性催化、碱性催化以及中性过程，因而水解速率可表示为：假如考虑到吸附作用影响，则水解速率常数可写为：假如考虑到吸附作用影响，则水解速率常数可写为：水解能够改变分子结构、毒性、挥发性、生物降解性等等。第6页光解作用是有机污染物真正分解过程，因为它不可逆地改变了反应分子，强烈地影响水环境中一些污染物归趋。1光解过程分类光解过程分类直接光解直接光解化合物本身直接吸收太阳能而进行分解反应间接光解（敏化光解）间接光解（敏化光解）水体中存在天然物质（如腐殖质）被阳光激发，又将其激发态能量转移给化合物而造成光解氧化反应氧化反应天然物质被辐射而产生自由基等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化产物2直接光解直接光解（1）水环境中光吸收作用）水环境中光吸收作用太阳光经过大气时，有一部分散射，因而使水体表面接收光线除一部分是直射光外，还有一部分是散射光，在近紫外区，散射光要占到50%以上。光吸收光吸收光经过介质后，出射光强小于入射光强现象四光解作用四光解作用第7页朗伯朗伯(Lambert)定律定律朗伯定律：朗伯定律：光被透明介质吸收百分比与入射光强度无关；在光程上每等厚层介质吸收相同百分比值光。推导：推导：设光经过厚度为dL介质层时，光强由I降低为(IdI)，则有单位体积光平均吸收率：出射光强吸收光强第8页 比尔比尔(Beer)定律定律比尔定律：比尔定律：在浓度较低溶液中，吸收系数与溶液浓度c成正比。A为与溶液浓度c无关常数，表征物质分子特征。当水体加入污染物后，总吸收系数变为因为污染物在水中浓度c很低，所以光被污染物吸收部分为所以光被污染物吸收平均速率为（2）光量子产率）光量子产率进行光化学反应光子占吸收总光子数之比。（3）光解速率）光解速率第9页（4）影响光解速率常数原因）影响光解速率常数原因分子氧：分子氧：悬浮沉积物：悬浮沉积物：化学吸附作用：化学吸附作用：分子氧在一些光化学反应中作用像是淬灭剂，降低光量子产率，在另外一些情况下，它还能够参加反应，所以在任何情况下，进行光解速率常数测量时均需说明水体中氧浓度。它不但能够增加光衰减作用，而且还改变吸附在它们上面化合物活性。一个有机酸或碱不一样形式存在可能有不一样光量子产率，以及光解速率随pH改变等。第10页五生物降解作用五生物降解作用水环境中化合物生物降解依赖于微生物经过酶催化反应分解有机物。生物降解存在两种代谢模式：生长代谢和共代谢。1生长代谢生长代谢许多有毒物质能够像天然有机化合物那样作为微生物生长基质。在生长代谢过程中微生物可对有毒物质进行较彻底降解。2共代谢共代谢一些有机污染物不能作为微生物唯一碳源与能源，必须有另外化合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。3生物降解速率生物降解速率通常应用简单一级动力学方程表示：第11页1944年美国学者提出：假定河流自净过程中存在着两个相反过程，即有机有机污染物在水体中先发生（生化）氧化污染物在水体中先发生（生化）氧化反应反应，消耗氧速率与在水中有机污染消耗氧速率与在水中有机污染物浓度成正比物浓度成正比；同时大气中氧不停进入水体，其复氧速率与水中氧亏值成其复氧速率与水中氧亏值成正比正比。依据质量守恒，提出一维稳态河流（BODDO耦合模型）基本方程。一一.氧平衡模型氧平衡模型1.StreeterPhelps模型模型(S-P)第四节水质模型第四节水质模型见图见图第12页第14页极限（氧亏）溶解氧、极限（距离）时间极限（氧亏）溶解氧、极限（距离）时间2.Thomas模型模型考虑悬浮物存在影响BOD改变速率（K3L0）第15页3.QUAL-II水质模型水质模型二、湖泊富营养化预测模型二、湖泊富营养化预测模型三、有毒有机污染物归趋模型三、有毒有机污染物归趋模型最初由F.D.Masch和其助手及Texas Water Development Board于1970年发展，称之为QUALI，1972年由Water Resource Engineers,Inc.及USEPA合作改良成QUALII，1987年经修改成为现在QUAL2E。www.epa.gov/OST/QUAL2EWINDOWS1、有机物转化和挥发消失速率、有机物转化和挥发消失速率 第16页2、吸着影响、吸着影响 假定在颗粒物上不存在转化过程，而且吸附是完全可逆，或比起溶液中转化过程速率快3、稳态时浓度、稳态时浓度 有机毒物在水环境中消失总速率为RL，它是RT、稀释速率(RD)和输出速率(RO)之和。在一定范围水体内，当RI等于RL时，有机毒物就到达了稳态浓度。第17页