5,沉积物污染化学
5.1 沉 积 物 的 形 成
5.2 沉 积 物 的 化 学 性 质
5.3 沉积物对磷的交换作用
典型的沉积物是由黏土,淤泥,砂砾,有机物和各种矿物质的混合物组成,沉积物的成分谱范围较广,有的是由纯粹的矿物质组成,有的则以有机物质成分为主 。 沉积物是经过许多物理,化学和生物过程后沉淀到水体底部的 。
含高浓度磷酸根的废水排入到高硬度水体时,
富含二氧化碳的水体中暂时硬度的钙含量较高时,
光合作用下水体 pH上升时不仅有生物量产生,同时也会生成碳酸钙沉淀,
还原态物质被氧化时也可能转化为难溶的化合物,
Ca 2+ PO 4 3- OH - Ca 5 O H ( PO 4 ) 3? 固5 3+ +
Ca 2+ H C O 3 - C aC O 3 CO 2 H 2 O+ ++ 2 固固2+ ++C a C O 3H C O 3 -Ca 2+ h? CH 2 O O 2
H 2 OFe 2+ O 2 F e ( O H ) 3 H ++ ++4 10 4 8固
可溶性碱性腐殖质在 pH 较低的介质中转变成难溶的腐殖质沉积物 。
在缺氧的水体底层,有些微生物会利用硫酸根作电子受体,而另一些细菌把 Fe(III)还原成 Fe(II),两个反应结合在一起时生成黑色的硫化亚铁沉积层 。
上述反应常发生在冬季 。 相反,夏季阳光充足,光合作用的副产品碳酸钙是沉积物的主要来源 。 日复一日,年复一年,在某些湖泊和河床的演变中,出现了 FeS和 CaCO3交替结构的水底沉积层 。
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SO 4 2- H 2 S
F e ( OH ) 3 固 Fe 2+细菌
Fe 2+ H 2 S F e S H +2固+ +
水底沉积物的最重要的特征之一是能够与其周围水介质中的阳离子进行阳离子交换 。 对于沉积物阳离子交换特性,主要观察其两个特征参数：阳离子交换容量 （ CEC） 和可交换阳离子容量,或表观阳离子交换容量 （ ECS） 。 前者用来表征固体物质吸附阳离子容量的大小,与 pH和盐的浓度有关；后者是指在特定条件下,
即与一定数量沉积物相结合的给定阳离子的量 。
由于水底沉积物是一种缺氧性物质,因而在样品采集和处理时要小心,不能让沉积物和空气接触,否则其中可交换的 Mn2+和 Fe2+
可以快速地被氧化成不可交换的高价氧化物状态 MnO2和 Fe2O3。
所以,水底沉积物样品采集后,应该立即将其密封并冷藏储存 。
水底沉积物是许多可以与水介质进行交换的金属离子的储存所 。
由于水底沉积物具有吸附和释放 H+的作用,因此对某些水体显示出明显的缓冲功能 。
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磷是水化学中的重要元素,是藻类生长的限制性营养素 。 沉积物与水体进行磷的交换,既可为藻类提供养料,也是促进某些水体富营养化的原因之一 。
生物量的合成需要消耗大量的磷 。 在水生生物量中,磷的含量仅为干重的 1%左右,尽管如此,通过藻类生长的生物量合成过程可以把水中的磷迅速地消耗殆尽 。 含磷的水生生物死亡后,其中的有机磷化合物经降解和转化可变成磷酸根离子,再循环到水中供藻类和其他水生生物利用 。
某些水体由于受纳大量的含多磷酸酯的工业和生活废水,这些水体的沉积物中常含有多磷酸酯成分 。 农田中施用的液体多磷酸酯肥料,经径流进入水体,也是沉积物中磷的来源之一 。
磷酸盐于氧化铝和高岭土的反应研究表明,开始时是一个速率很快的吸附反应,而后是一个缓慢的吸收过程,时间长达几天 。
沉积于水底沉积物中的磷大致有 4种类型：磷酸盐矿物、非吸留磷、
吸留磷和有机磷。
1） 最常见的一类磷酸盐矿为分散型磷酸盐沉积矿物,实质上这是一种水合磷酸钙 Ca5OH(PO4)3。 其他的还有几种水生含磷矿物质,
如水合磷酸镁 3Mg3(PO4)2Mg(OH)2和水合磷酸铁 Fe3(PO4)28H2O。
2） 所谓非吸留性磷是指沉积在 SiO2和 CaCO3表面上的磷酸盐,这类物质直接与水接触,与其他形式的磷相比,这类磷比较容易溶解于水 。
3） 无定形的水合氧化铁和水合氧化铝以及无定形的硅酸铝对正磷酸根有很强的亲和力 。 所谓吸留磷就是指被吸附于上述矿物结构骨架内部的磷酸盐 。 一般说来,吸留性磷不及非吸留性磷那样能够容易被水生生物利用 。
4） 结合于水生生物量内部的磷,一般来源于藻类或细菌 。 这部分磷与有机磷酸酯一起归于有机磷一类 。
5.1 沉 积 物 的 形 成
5.2 沉 积 物 的 化 学 性 质
5.3 沉积物对磷的交换作用
典型的沉积物是由黏土,淤泥,砂砾,有机物和各种矿物质的混合物组成,沉积物的成分谱范围较广,有的是由纯粹的矿物质组成,有的则以有机物质成分为主 。 沉积物是经过许多物理,化学和生物过程后沉淀到水体底部的 。
含高浓度磷酸根的废水排入到高硬度水体时,
富含二氧化碳的水体中暂时硬度的钙含量较高时,
光合作用下水体 pH上升时不仅有生物量产生,同时也会生成碳酸钙沉淀,
还原态物质被氧化时也可能转化为难溶的化合物,
Ca 2+ PO 4 3- OH - Ca 5 O H ( PO 4 ) 3? 固5 3+ +
Ca 2+ H C O 3 - C aC O 3 CO 2 H 2 O+ ++ 2 固固2+ ++C a C O 3H C O 3 -Ca 2+ h? CH 2 O O 2
H 2 OFe 2+ O 2 F e ( O H ) 3 H ++ ++4 10 4 8固
可溶性碱性腐殖质在 pH 较低的介质中转变成难溶的腐殖质沉积物 。
在缺氧的水体底层,有些微生物会利用硫酸根作电子受体,而另一些细菌把 Fe(III)还原成 Fe(II),两个反应结合在一起时生成黑色的硫化亚铁沉积层 。
上述反应常发生在冬季 。 相反,夏季阳光充足,光合作用的副产品碳酸钙是沉积物的主要来源 。 日复一日,年复一年,在某些湖泊和河床的演变中,出现了 FeS和 CaCO3交替结构的水底沉积层 。
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SO 4 2- H 2 S
F e ( OH ) 3 固 Fe 2+细菌
Fe 2+ H 2 S F e S H +2固+ +
水底沉积物的最重要的特征之一是能够与其周围水介质中的阳离子进行阳离子交换 。 对于沉积物阳离子交换特性,主要观察其两个特征参数：阳离子交换容量 （ CEC） 和可交换阳离子容量,或表观阳离子交换容量 （ ECS） 。 前者用来表征固体物质吸附阳离子容量的大小,与 pH和盐的浓度有关；后者是指在特定条件下,
即与一定数量沉积物相结合的给定阳离子的量 。
由于水底沉积物是一种缺氧性物质,因而在样品采集和处理时要小心,不能让沉积物和空气接触,否则其中可交换的 Mn2+和 Fe2+
可以快速地被氧化成不可交换的高价氧化物状态 MnO2和 Fe2O3。
所以,水底沉积物样品采集后,应该立即将其密封并冷藏储存 。
水底沉积物是许多可以与水介质进行交换的金属离子的储存所 。
由于水底沉积物具有吸附和释放 H+的作用,因此对某些水体显示出明显的缓冲功能 。
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磷是水化学中的重要元素,是藻类生长的限制性营养素 。 沉积物与水体进行磷的交换,既可为藻类提供养料,也是促进某些水体富营养化的原因之一 。
生物量的合成需要消耗大量的磷 。 在水生生物量中,磷的含量仅为干重的 1%左右,尽管如此,通过藻类生长的生物量合成过程可以把水中的磷迅速地消耗殆尽 。 含磷的水生生物死亡后,其中的有机磷化合物经降解和转化可变成磷酸根离子,再循环到水中供藻类和其他水生生物利用 。
某些水体由于受纳大量的含多磷酸酯的工业和生活废水,这些水体的沉积物中常含有多磷酸酯成分 。 农田中施用的液体多磷酸酯肥料,经径流进入水体,也是沉积物中磷的来源之一 。
磷酸盐于氧化铝和高岭土的反应研究表明,开始时是一个速率很快的吸附反应,而后是一个缓慢的吸收过程,时间长达几天 。
沉积于水底沉积物中的磷大致有 4种类型：磷酸盐矿物、非吸留磷、
吸留磷和有机磷。
1） 最常见的一类磷酸盐矿为分散型磷酸盐沉积矿物,实质上这是一种水合磷酸钙 Ca5OH(PO4)3。 其他的还有几种水生含磷矿物质,
如水合磷酸镁 3Mg3(PO4)2Mg(OH)2和水合磷酸铁 Fe3(PO4)28H2O。
2） 所谓非吸留性磷是指沉积在 SiO2和 CaCO3表面上的磷酸盐,这类物质直接与水接触,与其他形式的磷相比,这类磷比较容易溶解于水 。
3） 无定形的水合氧化铁和水合氧化铝以及无定形的硅酸铝对正磷酸根有很强的亲和力 。 所谓吸留磷就是指被吸附于上述矿物结构骨架内部的磷酸盐 。 一般说来,吸留性磷不及非吸留性磷那样能够容易被水生生物利用 。
4） 结合于水生生物量内部的磷,一般来源于藻类或细菌 。 这部分磷与有机磷酸酯一起归于有机磷一类 。
