lượng các kim loại nặng
pH và các quá trình oxy hóa khử có trong nước có ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của các KLN trong nước.
Trong môi trường nước, các cation KLN thường có khuynh hướng bị giải hấp hoặc bị hòa tan từ các chất rắn khi pH của môi trường giảm. Khi pH của môi trường tăng, các kim loại hấp phụ lên bề mặt của các chất rắn hoặc là chúng sẽ kết tủa. Tuy nhiên, khi pH tăng đến một giá trị nhất định thì các cation kim loại này lại tan ra. Đối với các nguồn nước tự nhiên và nước chỉ bị ô nhiễm nhẹ, rất hiếm khi
pH của môi trường nước nằm trong khoảng giá trị có khả năng làm tăng độ tan của các kim loại [88].
Một số các kim loại nặng thường xuất hiện trong nước dưới dạng các anion chứa oxy. Ảnh hưởng của pH đối với độ tan của các anion này ngược với ảnh hưởng của pH đối với độ tan của các cation. Các anion chứa oxy của các nguyên tố kim loại nặng thường bị hấp phụ hoặc kết tủa nhiều hơn khi pH của dung dịch giảm. Sự phụ thuộc độ tan của các cation KLN có khả năng tạo các phức bền với các chất hữu cơ hòa tan trong nước (Cu, Pb…) vào pH của dung dịch cũng giống như sự phụ thuộc độ tan của các anion chứa oxy của chúng vào pH khi độ tan của các kim loại nặng phụ thuộc vào độ tan của các chất hữu cơ.
Sau khi KLN tích lũy quá nhiều trong đất, nước hoặc không khí, từ đó có thể gây ra mối nguy hiểm cho sức khỏe con người thông qua việc tiêu thụ thực phẩm được trồng ở những môi trường bị ô nhiễm.
Phụ thuộc vào bản chất và nồng độ của các kim loại, nồng độ của các vật chất hữu cơ, các chất hấp phụ rắn, độ tan của các cation kim loại nặng có thể thay đổi trong một khoảng rộng từ việc hoàn toàn bị hạn chế bởi các tương tác trực tiếp với bề mặt của vật chất vô cơ đến việc bị hấp phụ hoàn toàn [91].
Các điều kiện oxy hóa khử có ảnh hưởng lớn và trực tiếp đến độ tan của các ion KLN như: Fe, Mn, Cr… Tùy thuộc vào hóa trị của chúng, các kim loại nặng các KLN thường xuất hiện dưới dạng hòa tan (các môi trường khử thuận lợi cho sự hòa tan Fe và Mn nhưng lại làm giảm độ hòa tan của Cr). Kể cả đối với các kim loại mà trạng thái oxy hóa khử của chúng không phụ thuộc vào điều kiện oxy hóa khử của môi trường nước nước tự nhiên, độ tan của các kim loại này bị ảnh hưởng gián tiếp bởi sự có mặt của các tác nhân tạo phức mà các tác nhân này hấp phụ các oxit và hiđroxit của Fe và Mn. Các anion dễ bị oxy hóa khử có thể gây ra quá trình kết tủa các cation kim loại.
Các oxit và hiđroxit của Fe và Mn cùng với các chất hữu cơ không tan thường xuất hiện trên bề mặt của các chất rắn khác. Khả năng phản ứng của các oxit và hiđroxit này khi chúng được hấp phụ trên bề mặt các chất khác thường lớn hơn
nhiều so với khi chúng ở trạng thái tự do trong môi trường. Các oxit và hiđroxit này là những chất hấp phụ rất mạnh. Cũng chính vì vậy chúng rất dễ bị hòa tan thông qua các quá trình oxy hóa khử.
Có rất nhiều cặp oxy hóa khử có mặt trong môi trường nước tham gia vào nhiều quá trình trao đổi electron thường đi kèm với quá trình chuyển pha của tối thiểu là một trong các dạng oxy hóa hoặc khử. Các phản ứng oxy hóa khử này thường xẩy ra khá chậm và những giá trị thế oxy hóa khử so với thế của điện cực Pt không cho phép giải thích hóa học của môi trường nước quan sát được. Tuy nhiên, chúng ta có thể dùng giản đồ pE-pH để có được bức tranh về thế di chuyển của các kim loại nặng giả sử không có sự tương tác giữa các chất hữu cơ và các kim loại nặng.
Thông thường ở điều kiện oxy hóa và khử nhẹ, độ tan của các nguyên tố kim loại nặng giảm do sự kết tủa oxit và hiđroxit.
Các oxit và hiđroxit của Fe và Mn có thể hấp phụ hoặc đồng kết tủa với các KLN. Đối với các môi trường có tính khử nhẹ hoặc oxy hóa nhẹ và pH của môi trường là axit thì bề mặt hoạt động của các hiđroxit Fe và Mn bị hòa tan, khi đó Fe(III) và Mn(V) bị khử về các dạng hòa tan. Sau đó, nếu dung dịch trở lên hơi kiềm thì Fe và Mn lại có thể kết tủa cùng với các khoáng cacbonat nhưng khả năng hấp phụ của các khoáng này kém hơn rất nhiều so với các oxit và hiđroxit tương ứng của chúng [91].
Trong môi trường khử và khi có mặt của sunfua, các cation kim loại nặng và á kim có thể được loại bỏ khỏi dung dịch dưới dạng các kết tủa của sunfua. Trong trường hợp dung dịch không có sunfua, trong một số môi trường đất, quá trình khử làm giảm khả năng hấp phụ của của hiđroxit, oxit của Fe và Mn đối với các cation kim loại và hệ quả là sẽ giải phóng các chất ô nhiễm vào trong môi trường. Trong môi trường khử, Cr tồn tại ở dạng không tan Cr(OH)3 khi pH của dung dịch là trung tính hoặc hơi kiềm.
Ở các môi trường chứa sunfua ở nồng độ đủ lớn như: trầm tích ở đáy sông, các cửa sông, biển, ở đó pH thấp và môi trường oxy hóa rất thuận lợi cho quá trình
hòa tan của các KLN. Các môi trường có nồng độ S thấp cũng có khuynh hướng làm tăng độ tan và sự di chuyển của các cation kim loại nặng độc hại.
Các thay đổi môi trường gây ra sự biến động pH và thế oxy hóa khử.
Người ta đã đo pH và pE của một số môi trường tự nhiên, và thấy rằng trong đất pH thay đổi trong khoảng 3,5 ÷ 9 và pE trong khoảng -6 ÷ 12 [91].
Các quá trình oxy hóa khử có thể làm thay đổi đáng kể tính axit của môi trường đất và nước. Các cấu tử ở trạng thái oxy hóa thường có tính axit (SO3, N2O5). Do vậy quá trình khử sẽ làm tăng độ kiềm và pH của dung dịch. Ngược lại quá trình oxy hóa làm giảm độ kiềm và pH của môi trường. Trong các hệ kín, các quá trình này là hoàn toàn thuận nghịch.
Khi dư sunfua và trong điều kiện khử (thuận lợi cho sự xuất hiện của S2-) các kim loại nặng sẽ bị kết tủa trong các khoáng sunfua. Khi môi trường có tính oxy hóa, các kim loại nặng sẽ bị hòa tan và giải phóng vào trong dung dịch.
Đối với các trường hợp khác, khi có mặt của các chất hữu cơ ở dạng rắn với hàm lượng không cao, môi trường có tính axit và có tính khử thì các cation KLN trước đây ở dạng bị hấp phụ sẽ được giải phóng trở lại dung dịch.
Đối với các kim loại ở dạng anion chứa oxy và các cation kim loại tạo phức rất mạnh với các chất hữu cơ hòa tan, nếu môi trường có tính axit nhẹ có thể chứa các chất ô nhiễm ở dạng rắn.