天然水概况与水体污染物生物化学转化过程分析

# 天然水概况与水体污染物生物化学转化过程分析
- 一、水分子结构与特性
  - 1. 水分子结构
    - 组成
      - 2个氢原子（H）
      - 1个氧原子（O）
      - 共价键结合
    - 几何结构
      - 键长
        - O-H: 0.096 nm
        - H-H: 0.514 nm
      - 键角
        - 104.5°（V型结构）
      - 氧原子杂化
        - sp³杂化
        - 形成四面体电子对分布
    - 氢键
      - 键能
        - 约13.8 kJ/mol
      - 水分子群
        - 单个水分子可通过氢键连接4个邻近分子
  - 2. 水的特征
    - 物理特性
      - 高沸点/熔点
      - 高汽化热
        - 40.7 kJ/mol
      - 熔化热
        - 6.0 kJ/mol
      - 介电常数大
      - 表面张力高
      - 4℃时密度最大
    - 环境效应
      - 决定化学物质在水中的溶解、迁移及反应行为
      - 支撑生命活动的关键介质
- 二、天然水组成
  - 1. 悬浮物质
    - 组成
      - 黏土矿物
      - 有机物
      - 水合金属氧化物
    - 作用
      - 吸附污染物
      - 影响迁移转化
      - 通过絮凝沉降决定污染物去向
  - 2. 溶解物质
    - 类型
      - 无机离子
        - Na⁺
        - Ca²⁺
      - 溶解气体
        - O₂
        - CO₂
      - 营养物质
        - 氮、磷化合物
      - 微量元素
        - Fe
        - Mn
      - 有机物质
        - 腐殖酸等
    - 影响因素
      - 气候
      - 水文
      - 地质条件
- 三、吸附作用
  - 1. 吸附类型
    - 化学吸附
      - 强化学键
      - 不可逆
      - 单分子层
      - 高温减弱
    - 物理吸附
      - 范德华力
      - 可逆
      - 多分子层
      - 低温增强
    - 离子交换吸附
      - 静电作用
      - 受pH、离子浓度影响显著
  - 2. 吸附过程
    - 动力学
      - 污染物从水相迁移至吸附剂表面
    - 平衡模型
      - 吸附等温线
        - Langmuir方程
        - Freundlich方程
      - 受温度、pH、竞争离子影响
- 四、水体污染物的生物化学迁移转化
  - 一、生物化学过程
    - 1. 生物吸收与富集
      - 途径
        - 扩散
        - 主动运输
      - 生物积累
        - 污染物浓度沿食物链放大
    - 2. 生物转化
      - 反应类型
        - 氧化
        - 还原
        - 水解
        - 结合
      - 代谢模式
        - 生长代谢
          - 污染物作为碳/能源被降解
        - 共代谢
          - 依赖其他底物提供能量
  - 二、典型污染物转化案例
    - 1. 汞的甲基化
      - 过程
        - 厌氧条件下
        - Hg²⁺ → 甲基汞
      - 危害
        - 通过食物链富集
        - 引发水俣病
    - 2. 氮循环
      - 硝