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国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库
《水环境化学》教案
天然水体溶解性腐殖质发生的
知识点学时1学时
光化学过程
教学
腐殖质组成、光解
内容
教学组成
教学难点腐殖质光化学过程
重点光解过程
环境水化学中国水利水电出版社
参考环境化学南京大学出版社、
资料环境化学大连理工大学出版社
国家精品课程资源网
一、天然水中的有色物质物理化学特性及其光谱特性
(一)有色物质的分布与组成
在多数情况下,我们身边的天然水具有一定的颜色,它们从淡黑色到深棕色不等,有色水分
布范围非常之广,从热带亚马孙河到阿拉斯加冻土地带和沼泽区,从我国西部的神秘的喀纳斯湖
到中部烟波浩淼的洞庭湖,都可以看到不同程度颜色的水。通常,水中的具有的这种黄色是令人
不快的,一般的水处理过程中均把去除水色度作为主要的目标,那么构成天然水中色度的主要因
素是什么呢?
水中色度可由悬浮固体、胶体或溶解物质形成,通常我们将跟悬浮固体形成的色度称为表色,
胶体或溶解物质形成的色度称为真色。当暴雨过后,我们会看到湖水或是河水的颜色通常变得较
黄,显然雨水冲刷将土壤表面的一些物质传输到水中;有时常规污水处理厂的出水中也有较浅的
黄色。可见这种黄色物质在水中具有一定的溶解度。水处理中普通的过滤过程对此效果不佳,高
级水处理过程中的活性炭吸附或是臭氧氧化过程对去除这种黄色物质还是非常有效的,但这种黄
色物质经常会玷污膜法处理中使用的渗透膜,造成比较大的麻烦。
人们认识这种有色物质已有较长的历史,起初在缺乏比较有效的分析手段的条件下,研究
者尝试着把在土壤学中“腐殖质”的概念引进到对水中高色度物质的研究中来。大多数土壤和河水
中有机物质是由腐殖质组成的。它们是分子量范围存几百到几万,腐殖质组不是一种纯物质,它
是一种无定形的、褐色或者黑色的、亲水的、酸性的、高分散的物质。它不像一般纯净有机化合
物那样有着确定的原子个数、固定的分子量,对各元素的原子在空间的相对位置和空间排列也不
能描述得很清楚。实际上,腐殖质是一类结构组成复杂的大分子混合物,由于生成腐殖质时经历
了数不清的反应,并且没有严格的控制,所以在任何一种样品中几乎没有两个分子是完全相同的,
其组成成分的大小尺寸和组成结构都很不均一,分子量各不相同,分布在一个比较宽的范围内。
一般说到腐殖质的分子量,指的是其平均分子量。关于腐殖质的平均分子量,虽然国内外腐殖质工作者
做了不少专门的研究,但各研究报告中所给出的数据是非常分散的,高低差别十分悬殊。文献报道中腐殖
质的分子量小到几百、几千,大道几百万。甚至同一样品,用不同方法测得的结果可以相差一到二个数量级,
造成这种混乱情况的原因很多,一个主要的原因是腐殖质的来源不同,腐殖质的提取、制备方法不一致,客
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观上难以统一对比;另外,腐殖质制备中的杂质很难除尽,而残余杂质对平均分子量的测定会带来很大的
影响,又由于腐殖质是含有多种官能团的大分子物质,在水溶液中一方面会解离,另一方面又能通过氢键、
桥键等形成聚合体,致使测定结果会偏离了腐殖质的分子量。
根据1919年Oden提出的分级方法,按照它们在碱和酸中的溶解度,通常把腐殖质分为三个主要
级分:即将腐殖质分成水溶性的富里酸、乙醇可溶的棕腐酸和碱溶性的黑腐酸。黄腐酸分子量最小,
溶于酸、碱和水;棕腐酸分子量较大,溶于碱、乙醇和丙酮,而不溶于酸和水;黑腐酸分子量最
大,溶于碱,不溶于水、酸、乙醇和丙酮。亦有改进的另一种分类方法,此种方法将腐殖物质分为
胡敏素(Humin)、富里酸(FulvicAcid)、腐植酸(HumicAcid)和吉马多美朗酸(HymathemelanicAcid)
四部分。
事实上,虽然土壤中腐殖质与水中溶解性有色物质在结构组成上具有很大的相似性,它们都
由地球上主要的元素成碳、氢、氧、氮和硫组成,但是它们在结构上的差异又是显著的,这主要
是由于它们的来源、形成方式不同而造成的。关于腐殖质形成方式有许多推测,Felbeck列举了关
于它们合成的四种假说(1
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