第四章 水环境化学
《水环境化学》课件
水环境化学的重要性 和应用
水环境化学对于保护水资 源、维护环境、促进可持 续发展具有重要的意义。
水的物理化学性质
溶解度溶解度是指单位体Fra bibliotek溶液中 最多能溶解多少物质，它是 表征物质在水中溶解程度的 重要参数。
离子强度
水中的离子强度是所有阴离 子和阳离子的浓度之和和它 们的电荷平方和之比的平方 根。
pH值
水环境监测方法
通过水质监测，及时发现水体 污染的情况，采取有效的技术 措施来防治和修复水体污染。
水环境化学的未来
1 水环境化学的发展趋势
未来水环境化学将逐渐转向绿色、可持续和低碳化发展。
2 水环境化学的应用前景
水环境化学需求将继续增长，未来将更多地应用于水资源保护、净化和开发领域。
3 水环境化学的挑战与机遇
水环境化学
水是地球上最珍贵的资源之一，水环境化学是研究水体的化学性质、污染及 其净化和水质监测的学科。
水环境化学简介
什么是水环境化学？
水环境化学是研究水及其 体系在自然界和生产生活 中的各种过程所涉及到的 化学现象的学科。
水环境化学的研究对 象和内容
研究水环境中各种物质的 迁移、转化和去除，以及 不同水环境对生态环境的 影响。
3
物理污染物
有些物理污染物如悬浮物、浮游生物、颗粒物或沉积物都会影响水的质量和可用性。
水的净化与处理
常见水污染物的去除方法
颗粒物、悬浮物主要通过过滤 和沉淀去除，生物污染物主要 通过消毒去除，化学污染物主 要依靠氧化、还原、沉淀和离 子交换等方法除去。
常见水处理技术及其原理
如生物处理、深度处理、反渗 透等技术，利用技术手段将水 中的污染物清除或降低到符合 生产和生活需求的标准。
水环境化学4
如水体pH为7，pE为-4.13，说明水体处于还原状态 根据(a)式及(b)式可作天然水体的pE-pH图(图3-13)
(1)天然水体的pE与其决定电位体系的物质含量有关
溶解氧含量随水深而减少，表层水呈氧化性环境，深层水及底泥则为还原 性环境； 溶解氧含量随水体温度升高而降低，还随水中耗氧有机物的增加而减 少，并与水生生物的分布、活动有关。
pE 电子浓度 体系提供电子的倾向
pE pE增大
电子浓度
体系接受电子的倾向
体系氧化态相对浓度升高
热力学定义:
根据 H2 的半电池反应2H+(aq)+ 2e = H2 当反应的全部组分活度为1单位，该反应的自由 能变化ΔG可定义为零。即当H+(aq)为1个单位 活度与H2为1.0130×105 Pa (活度1)平衡的介质 中，电子活度α为1， 则pE = 0.0。
[Fe3+]-[Fe2+]体系的lgc-pE图 (cTFe=1.0×10-3mol/L)
当水体pE<12时，Fe(Ⅱ)占优势；pE>14时，Fe(Ⅲ)占优势
● pE-pH图
pE与氧化态和还原态浓度有关，还与体系的pH有关 pE对于pH的依赖关系可用pE-pH图来表示。
例: 水的pE-pH图 H+ + e == 1/2 H2 ( pE0 = 0 ) 1/4O2 + H+ + e == 1/ 2 H2O ( pE0 = 20.75 ) pEH+/H2 = -pH (PH2=101325 Pa ) (PO2=101325 Pa)
pE = 15.14- 4/3 pH (4)
NH4OH == NH4+ + OH当[NH4+]=[NH4OH]时，
水资源与水环境,第四章(天然水化学)
☆大气降水中所含溶解气体十分稳定，浓度几乎不变，但CO2成分不稳定。
☆大气降水中二氧化硅含量很小，一般不超过0.5mg/L。
大气降水的pH值一般为5.5－7.0左右。
☆目前，酸雨已成为全球性的重大环境问题之一。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
34g 3☆宏量组分海水中宏量组分的含量按其顺序为Cl、Na、SO4、Mg、Ca、K、HCO3、Br，它们的总量占海水溶解物质的绝大部分，即99.94%。
☆中量组分它们是指含量为0.1-10mg/L的组分，这些组分是：Sr、SiO2、B、F、NO3、Li、Rb、C（有机）。
☆微量组分它们是指其含量小于0.1mg/L的组分。
它们包括P、I、Ba、Zn、Ni、As等30多种。
☆海水的含盐度大到在34‰－36‰范围内，只有含量范围变化很大，Na和Cl比也有些变化。
☆海水中含有溶解的和悬浮的有机物，一般有机碳含量在0.1-2.7mg/L范围。
2、海水的成分特征2、海、海水的成分特征3、河水的成分特征☆不同地区的岩石、土壤组成决定着该地区河水的基本化学成分。
在结晶岩地区，河流水中溶解离子含量较少；在石灰岩地区，河水中富含Ca2+及HCO3；若河流流经白云岩及燧石层时，水中Mg、Si含量增高；河流流经石膏层时，使水中富含SO4，且总含盐量有所增加；富含吸附阳离子的页岩及泥岩地区则向河水提供大量溶解物质，如Na、K、Ca、Mg。
☆河水中总含盐量在100-200mg/L间，一般不超过500mg/L，有些内陆河流可以有较高的含盐量。
河水中主要离子关系与海水相反，即其次序为Ca>Na，HCO3> SO4>Cl。
《水环境化学》课程标准
《水环境化学》课程标准一、前言（一）课程基本信息1.课程名称：水环境化学2.课程类别：专业基础课3.学时：60-804.适用专业：水环境监测与治理/城市水净化技术（二）课程性质本课程是高职高专水环境监测与治理专业基础课程。
本课程是培养和锻炼学生水环境污染分析能力的核心课程，使学生了解常见化学污染物质在水体环境中的行为、效应及其影响因素，掌握典型水污染事件的分析方法，获得水质关键指标的测定分析能力。
通过对《水环境化学》这门课程的学习，将使学生了解当代水环境问题，熟悉和掌握有关污染物在水环境介质中迁移、转化规律的基本知识、基本理论、基本技能和基本方法，使学生今后能够在水文水资源工程的专业岗位上，对各自区域内的水质和水量问题和水质问题作本课程以《分析化学》、《有机化学》和《仪器分析》等课程的学习为基础，为进一步学习《水质检验技术》、《给水处理》、《水污染控制技术》和《工业废水处理》等专业技术课程服务，为学生练就水质与水环境分析、水净化工程设计和水处理设施运行维护等岗位工作能力奠定知识和能力基础。
（三）课程标准的设计思路1.课程设置的依据经过企业调研、往届毕业生就业岗位调研和行业专家座谈，决定把水质检验分析岗位、水净化工程、水处理设施运行维护和水质工程辅助设计岗位作为城市水净化技术专业的就业核心岗位群，把水环境化学课程作为培养学生水质及水环境污染分析能力的核心专业基础课程。
2.课程改革的基本理念课程以工作任务确定职业能力，以职业能力为目标，对接行业标准，关注职业素养，构建由项目带动、任务驱动的工作过程化课程；教学中贯穿工学结合，体现工作过程，达到教、学、做的融合；注重运用多媒体教学、现场教学等教学手段；实施多元评价，全方位关注学生对知识和技能的掌握。
以现实存在的水环境污染事件为载体组织课程内容和课程教学，让学生在完成具体案例分析的过程中掌握知识和技能，通过一个个污染事件的分析、讨论和总结训练最终提高学生的行业知识和分析能力。
水环境化学 word版本
水是人类宝贵的自然资源，它关系到人类的命运、民族的身体素质。
水质的优劣影响着人类的生活、生产及健康。
可以说水是―万物之本‖，是人类与生物赖以生存和发展必不可缺少的物质。
地球上水的总量是固定的，约13.6亿km3，但可供人类利用的淡水只占水总量的0.26％。
虽然淡水资源有限，但如果时空分布得当，并保持恰当水质，还是可以满足全球目前和将来的淡水需要。
遗憾的是，地球上淡水资源的时空分布极其不均匀，加上水污染日益严重以及工农业和生活用水量的增加，许多国家和地区出现了水资源严重短缺的局面。
水的短缺和污染不仅影响了生物生存，而且直接或间接地给人类生存带来威胁和危害，同时也造成重大的经济损失。
水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化、归趋的规律与化学行为及其对生态环境的影响。
它是环境化学的重要组成部分，这些研究将为水污染控制和水资源的保护提供科学依据。
第一节水环境化学基础一、天然水的基本特性1、天然水的组成天然水中一般含有可溶性物质和悬浮物质（悬浮物、颗粒物、水生生物等）或胶体物质。
可溶性物质的成分十分复杂，主要是在岩石的风化过程中，经水溶解迁移的地壳矿物质。
（1）天然水的主要离子组成：K+, Na+, Ca2+ , Mg2+, HCO3-, NO3-, Cl-, SO42-为天然水中常见的八大离子，占天然水离子总量的95~99%。
天然水中常见主要离子总量可以粗略地多为水的总含盐量（TDS）TDS=[Ca2+ + Mg2+ + Na+ + K+] + [HCO3-+ SO42- + Cl- + NO3-][2Ca2+ + 2Mg2+ + Na+ + K+] = [HCO3-+ 2SO42- + Cl- + NO3-]此原则可以核对水质分析结果的合理性河水中阴、阳离子的平均含量顺序:[ Ca2+]>[Na+]>[Mg2+] >[K+][HCO3-]>[SO42-]>[Cl-] >[NO3-]海水中主要成分含量：[Na+]>[Mg2+] > [ Ca2+]>[[K+][Cl-] >[SO42-]> [HCO3-] >[NO3-]（2）水中的金属离子水中金属离子常常以多种形态存在。
养殖水环境化学知识点
养殖水环境化学知识点水环境在养殖过程中起着至关重要的作用，对养殖生物的生长发育、养殖水质的稳定性和品质都具有直接影响。
了解养殖水环境的化学知识点，有助于养殖人员更好地维护和管理水质，提高养殖效益。
下面将介绍几个重要的养殖水环境化学知识点。
一、pH值pH值是指养殖水中氢离子活性的酸碱度指标。
pH值的变化直接影响养殖水中营养物质的溶解度、养殖生物的生理代谢以及细菌、病原微生物的繁殖情况。
不同的养殖对象对pH值的要求也有所不同，因此养殖水的pH值需要根据具体情况进行调节和控制。
二、氨氮氨氮是常见的养殖水环境指标之一，主要来自养殖生物的代谢废物和饲料残留物。
过高的氨氮含量会对养殖生物的呼吸和免疫系统造成一定的压力，甚至导致养殖生物的死亡。
因此，合理控制和监测养殖水中的氨氮含量，是维持养殖水质的关键。
三、硫化氢硫化氢是一种具有剧毒的气体，常常由于底泥产生并溶解到养殖水中。
硫化氢对养殖生物的呼吸和生理机能产生严重影响，高浓度的硫化氢还可导致养殖生物的中毒和死亡。
因此，定期清除底泥、增加氧气供应和保持充足的水流是减少硫化氢的重要措施。
四、溶解氧溶解氧是养殖水中最为重要的物理化学指标之一，是维持养殖生物呼吸和健康生长的关键因素。
养殖池塘、养殖箱或养殖槽等养殖设施的氧气供应方式和水流状况会影响养殖水中溶解氧的含量。
充足的溶解氧有利于提高养殖水的质量，减少氨氮和硫化氢含量。
五、硬度水的硬度主要由溶解在水中的钙、镁等离子所决定，是衡量水中钙、镁离子含量的指标。
水的硬度对养殖生物的生长和骨骼发育很重要。
不同的养殖对象对水的硬度要求不同，因此根据养殖对象的要求，适当调节养殖水的硬度是必要的。
综上所述，养殖水环境的化学知识点包括pH值、氨氮、硫化氢、溶解氧和水的硬度等。
合理控制和管理这些指标，可以提高养殖水质，保障养殖生物的生长和养殖效益。
希望本文所介绍的养殖水环境化学知识点能对养殖人员提供一定的参考和帮助。
水环境化学参考答案
水环境化学参考答案《水环境化学》重点习题及参考答案1．请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H2CO3＊]、[HCO3-]和[CO32-]的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。
解：（1）封闭体系（溶解性CO2与大气没有交换）中存在下列平衡CO2 + H2O H2CO3* pK0=1.46H2CO3* HCO3- + H+pK1=6.35HCO3-CO32- + H+pK2=10.33其中K1=[HCO3-][H+] / [H2CO3*] ，K2=[CO32-][H+] / [HCO3-]用α0、α1和α2分别表示三种碳酸化合态在总量中所占比例，得下面表达式α0= [H2CO3*]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]} α1= [HCO3-]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}α2= [CO32- ]/{[H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]}把K1、K2的表达式代入以上三式，得α0= (1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1α1= (1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1α2= (1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1设C T = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]，则有[H2CO3*] = C T(1 + K1/[H+] + K1K2/[H+]2)-1[HCO3-] = C T(1 + [H+]/ K1 + K2/ [H+] )-1[CO32- ] = C T(1 + [H+]2/ K1K2 + [H+]/ K2)-1（2）开放体系中CO2在气相和液相之间平衡，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为P CO2和pH的函数。
依亨利定律：[CO2(aq)]＝K H·P CO2溶液中，碳酸化合态相应为：C T = [CO2]/ α0= K H·P CO2/ α0[HCO3-]= (α1/ α0 )K H·P CO2= (K1/[H+])K H·P CO2[CO32-]= (α2/ α0 ) K H·P CO2= (K1K2/[H+]2)K H·P CO2（3）比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，[H 2CO 3*]、[HCO 3-]、[CO 32-]等可随pH 值变化，但总的碳酸量C T 始终不变。
第4篇++水环境化学++第1章+天然水的组成和性质
“赤潮” 赤潮”
18
--水体污染物 水体污染--水体污染物 有毒有害污染物质
-----使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或特久的病 理状态，甚至危及生命的物质。 （1）重金属 （2）无机阴离子 （3）“三致” 物质
有毒有害污染物对生物的综合效应 相加作用、协同作用、拮抗作用
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--水体污染物 水体污染--水体污染物 放射性污染物 核动力工厂排出的冷却水、向海洋投弃的放射性废物、 核爆炸散落物、核动力船舶事故泄漏的核燃料
水体：CO2、H2CO3、HCO3—、CO32—等四种化合态； CO2、H2CO3合并为H2CO3，H2CO3含量极低，主要是溶解性 气体CO2。
8
---天然水碱度 天然水性质---天然水碱度
碱度
水中与强酸发生中和作用的物质，即能接受质子H+的物质总量。
组成水中碱度的物质
（1）强碱在溶液中全部电离生成OH-离子； （2）弱碱在水中发生反应生成OH-离子； （3）强碱弱酸盐（碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，水 解生成OH-或者直接接受质子H+）。
3
天 然 水 系 类 别
4
--形成过程 天然水组成--形成过程 天然水--化学组成----风化过程、 天然水--化学组成----风化过程、土壤生成 --化学组成----风化过程
地壳中原生岩石（火成岩）---经过风化、迁移和沉积作用---沉 积岩---地壳变迁---火成岩（岩石循环） ---悬浮态和可溶态物质（输送者）---物质化学转化---反应物 水---
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水体环境的氧化水体环境的氧化-还原作用
天然水、污水的氧化天然水、污水的氧化-还原反应
----微生物催化反应 ---电子迁移+质子迁移 氧化-还原反应缓慢 还原反应缓慢） （氧化 还原反应缓慢）
完整版一到四章《环境化学》(戴树桂_第二版)课后习题解答
《环境化学》（戴树桂第二版）课后部分习题解答第一章绪论4、根据环境化学的任务、内容和特点以及发展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课？环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特征、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。
环境化学以化学物质在环境中出现而引起环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新型科学。
其内容主要涉及：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态，潜在有害物质的来源，他们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效用的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。
环境化学的特点是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
目前，国界上较为重视元素（尤其是碳、氮、硫和磷）的生物地球化学循环及其相互偶合的研究；重视化学品安全评价、臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。
当前我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染、以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废物和城市垃圾对水题和土壤的污染。
5、环境污染物有哪些类别？主要的化学污染物有哪些？按环境要素可分为：大气污染物、水体污染物和工业污染物。
按污染物的形态可分为：气态污染物、液态污染物和固体污染物；按污染物的性质可分为：化学污染物、物理污染物和生物污染物。
主要化学污染物有：1.元素:如铅、镉、准金属等。
2.无机物：氧化物、一氧化碳、卤化氢、卤素化合物等3.有机化合物及烃类：烷烃、不饱和脂肪烃、芳香烃、PAH等；4.金属有机和准金属有机化合物：如,四乙基铅、二苯基铬、二甲基胂酸等；5.含氧有机化合物：如环氧乙烷、醚、醛、有机酸、酐、酚等；6.含氮有机化合物：胺、睛、硝基苯、三硝基甲苯、亚硝胺等；7.有机卤化物：四氯化碳、多氯联苯、氯代二噁瑛；8.有机硫化物:硫醇、二甲砜、硫酸二甲酯等；9.有机磷化合物:磷酸酯化合物、有机磷农药、有机磷军用毒气等。
水环境化学水中污染物的分布和存在形态.ppt
水俁事件：日本熊本县水俁市
1953—1956年动物与人出现语言、 动作、视觉等异常，死60多人， 病约300人。
原因：化工厂排出含汞废水，
通过食物链转移、浓缩。食用了 含甲基汞的鱼。
骨痛病事件（富山事件）：
日本富山县神通川流域，1931年 发现直至1972年，矿山废水污染 河水，居民骨损害、肾损害、疼 痛，死18人，患者130余人。
恶臭
➢ 恶臭产生的原因：发臭物质都具有“发臭团”的分子
结构：如硫（=S）、巯基（—SH）、硫氰基（—SCN）、 羟基（—OH）、醛基（—CHO）、羰基（—CO）和羧 基（—COOH）等。因水体恶臭多属有机质在厌气状态 腐败发臭，属综合性的恶臭，有明显的阴沟臭。
➢ 我国的黄浦江受到有机物的严重污染，1964年以来每年 夏天出现黑臭，1978年最为严重，超过了100天。
原因：铅锌冶炼厂排出的含镉
废水，污染稻米，危害人群。
水污染事件
水中污染物（20世纪，美国学者分类）： ➢ 耗氧污染物 ➢ 致病污染物 ➢ 合成有机物 ➢ 植物营养物 ➢ 无机物及矿物质 ➢ 由土壤和岩石等冲刷下来的沉积物 ➢ 放射性物质 ➢ 热污染
水环境中有机污染物的种类种类繁多，其环境化学行为至 今还知之甚少。特别是一些有毒、难降解的有机物，通过迁移、 转化、富集或食物链循环，危及水生生物及人体健康。这些有 机物往往含量低、毒性大，异构体多，毒性大小差别悬殊。例 如四氯二噁英，有22种异构体，如将其按毒性大小排列，则排 在首位的结构式与排在第二位的结构式，其毒性竟然差1000倍。 此外，有机污染物本身的物理化学性质如溶解度、分子的极性、 蒸汽压、电子效应、空间效应等同样影响到有机污染物在水环 境中的归趋及生物可利用性。
植物营养物：富营养化的危害
第水环境化学(共10张PPT)
cp—单位溶液理体积论上颗，粒物即的浓非度k离g／L子； 性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤
有机质中，并经一定时间达到分配平衡，此时有机化合物
在土壤有机质和水中含量的比值称分配系数。
第5页，共10页。
▪实际上，有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主要机
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。
第4页，共10页。
二、分配作用
1．分配理论
▪近20年来，国际上对有机化合物的吸附分配理论开展了
使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解，酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化；
②靠吸范附 德作华用力，，广即后在者泛非则研极是性各究有种机化。溶学剂键结中力果，如土氢均壤键矿、表物离明质子对偶，有极机键颗化、合配粒物位物的键表及(面π沉键吸作积附用作物的用结或或果于。土土壤壤矿物)从质对水有机中化合吸物的表面吸附作用，前者主要
cT = cs·cp+cw 式中：cT—单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总和ug / L；
cs—有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，ug／kg；
cp—单位溶液体积上颗粒物的浓度kg／L；
cw—有机毒物在水中的平衡浓度，ug／L。
此时水中有机物的浓度(cw)为：cw =cT / (Kp cp十1)
第7页，共10页。
▪一般吸附固相中含有有机碳（有机碳多，则Kp大），为了在类型各异组分复 杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数，引入标化分配系数(Koc)：
➢ 使得pH降低，一般伴随E降低，pH会降低，酸性增强，金属溶解， 酸性增强情况下，金属Hg容易甲基化； ➢ 静止水体的富营养化。
水环境化学知识点总结
易水解的有机污染物：卤代烷烃 酰胺 胺 羧酸酯 氨基甲酸盐 环氧化物 腈类 有机磷酸酯 尿素类 磺 酸酯 酐
29、简述有机配位体对水体中重金属迁移的影响。
答：水溶液中共存的金属离子和有机配位体经常 生成金属配合物，这种配合物能够改变金属离子 的特征从而对重金属离子的迁移产生影响，起通 过影响颗粒物对重金属的吸附和影响重金属化合 物的溶解度来实现。
19、微生物代谢途径：〔1〕通过酶催化的亲核 水解反响〔2〕利用氧的亲电行为的氧化反响〔3〕 通过氢化物亲核行为或复原金属的复原反响〔4〕 加成反响或自由基H提取和富里酸加成反响
20、降水中主要的阴离子有 硫酸根离子 、氯离 子 、硝酸根离子 、亚硝酸根离子 。
21、pH<pK1 6.35时，溶液中主要以H2CO3*为 主； pH>pK2 10.33时，溶液中主要以CO32-为主； pH介于pK1与pK2之间时，溶液中主要以HCO3为主。
14、沉淀物中重金属重新释放诱发因素：①盐浓 度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在 固体颗粒上的金属离子交换出来。②氧化复原条 件的变化：有机物增多，产生厌氧环境，铁猛氧 化物复原溶解，使结合在其中的金属释放出来。 ③pH值降低：氢离子的竞争吸附作用、金属在低 pH值条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解。 ④增加水中配合剂的含量：天然或合成的配合剂 使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，有 时这种配合物稳定性较大，以溶解态形式存在， 使重金属从固体颗粒上解吸下来。
13、腐殖质的组成：由生物体物质在土壤、 水体和沉积物中经腐败作用后的分解产物， 是一种凝胶性有机高分子物质。分为腐殖 酸：溶于稀碱但不溶于酸的局部；富里酸： 即可溶于碱又可溶于酸的局部； 腐黑物：
养殖水环境化学教学设计
养殖水环境化学教学设计一、教学目标通过本次课程的学习，学生应能够：1.了解水环境化学的基本概念和原理；2.掌握养殖水体环境中水化学指标的检测和分析方法；3.了解如何根据检测结果对养殖水域的水质健康状况进行评估；4.学习如何根据理论分析和实验数据提出保护养殖水质健康的方案和措施。
二、教学内容第一章水环境化学基础1.水的化学性质2.水中溶解物的特征3.水中离子的化学计量学4.pH值的测定5.水的硬度分析第二章养殖水环境化学指标分析1.水温的测定2.溶解氧的测定3.pH值的测定4.总氮和总磷的测定5.化学需氧量的测定第三章养殖水体环境检测1.水样采集与处理2.常见水体污染物3.养殖场水体环境监测方案4.水体环境监测结果分析第四章养殖水体环境的保护和改善1.理论分析2.实验数据处理3.水体环境保护和改善策略三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括：1.讲授：通过教师讲授，让学生了解水环境化学的基本概念和原理；2.实验：通过实验掌握养殖水体环境中水化学指标的检测和分析方法；3.案例分析：通过案例分析，让学生了解如何根据检测结果对养殖水域的水质健康状况进行评估；4.小组讨论：通过小组讨论，让学生学习如何根据理论分析和实验数据提出保护养殖水质健康的方案和措施。
四、考核方式本课程的考核方式包括：1.实验成绩（占总成绩的30%）：主要考核学生掌握养殖水体环境中水化学指标的检测和分析能力。
2.报告成绩（占总成绩的30%）：主要考核学生根据理论分析和实验数据提出的保护养殖水质健康的方案和措施。
3.考试成绩（占总成绩的40%）：主要考核学生对水环境化学基本概念和原理的掌握程度。
环境化学-绪论 PPT课件
环境问题
• 人类生活和生产活动不断影响和改变环境条件，甚至引起环 境污染。
• 工业化过程中的处置失当，特别是对自然资源的不合理开发 利用，造成了全球性的环境污染和生态破坏。 空气、水和土地污染的环境退化现象 臭氧层破坏 气候变化 水资源的短缺和污染 有毒化学品和团体废弃物的危害 生物多样性的损伤
2. 造成环境污染的三因素 物理的
噪声、震动等 化学的
九大类 生物的
大米草、水葫芦、赤藻等
温室效应
酸雨
光化学烟雾
伦敦烟雾事件
臭氧空洞
海洋污染
赤潮
农药污染
3. 认识环境问题的三个阶段
环境问题并非只限于环境污染,人们对现代环境 问题的认识有个发展过程。 第一阶段：在20世纪60年代人们把环境问题只当成一 个污染问题，认为环境污染主要指的是城市和工农业 发展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声 的污染。对土地沙化、热带森林破坏和野生动物某些 品种的濒危灭绝等并未从战略上予以重视。我国当时 以污染控制为中心进行环境管理，曾对改善城市和人 民生活的环境质量起了重要作用。 存在问题：没有把环境问题与自然生态联系起来,低 估了环境污染的危害性和复杂性，没有把环境污染与 社会因素相联系，未能追根寻源。
每年有600万公顷具有生产力的旱地变成沙漠
有1100多万公顷的森林遭到破坏
在非洲,干旱将3500万人置于危难之中
在印度,博帕尔农药厂化学品泄漏造成两千人死亡
在墨西哥城,液化气罐爆炸使千人遇难
在前苏联,切尔诺贝利核反应堆爆炸使核尘埃遍布欧洲
在瑞士,农用化学品、溶剂和录污染了莱茵河,使数百万 尾鱼被毒死
样是热门课题。
（2）各圈层环境化学
水环境化学部分
水的软化
a.硬水及其危害
含Ca2+、Mg2+离子的水，称“硬水”，具有某 些不良特征。
2HCO3-(aq)+Ca2+(aq)=CaCO3(s)+CO2(g)+H2O
软化水的方法
1）石灰-苏打法
2）离子交换法
水的净化
消除悬浮物 消毒 去味
沉降槽、铝盐絮凝剂
氯气
活性炭
3.城市污水系统
4.典型工业污水处理流程
最早发现的致癌物质 可光解氧化、微生物降解
酚类
石油类污染物
表面活性剂
阴离子型 具有分散、乳化、发泡等作用 非极性基（疏水基） 极性基（亲水基） + CH3 (CH2 )15 SO3 Na CH3 + [CH3 (CH2 )11 —N—CH3 ] Cl CH 3 CH 3 两性型 CH3 (CH2 )10 CH2 —N —CH2 COO CH3 非离子型 CH3 (CH2 )10CH 2 —O—(CH2 -CH2 O)n H
水循环
水体污染
污染物排入天然水体,一旦超过其自 净能力，就引起天然水体发生物理、 化学性质的变化，水质变坏。
水的污染恶化环境，传染疾病， 毒害生物，对人类和自然界造成严 重危害。
水污染指标 BOD（生化需氧量） COD （化学需氧量） OC （耗氧量） TOD （总需氧量） TOC （总有机碳） 悬浮物 有毒物质 pH值 大肠杆菌菌群数
危害： 藻类使水道堵塞，水质变差 破坏水体中原有生态平衡，严重的导致水质腐化
汞
镉
铅
多氯联苯（PCBs）
一组由多个氯原子取 代联苯分子中的氢原 子而形成的氯代芳烃 类化合物。
水环境化学名词解释
水环境化学名词解释名词解释总硬度HT：在一般天然水中，主要是Ca2+和Mg2+，其他离子含量很少。
通常，水中Ca2+和Mg2+的总含量称为水的总硬度ht碳酸盐硬度(hc):由于水中含有ca(hco3)2和mg(hco3)2而形成的硬度，经煮沸后可把硬度去掉，这种硬度称为碳酸盐硬度，亦称暂时硬度。
非碳酸盐硬度（HN）：由于水中含有CaSO4（CaCl2）和MgSO4（MgCl2）等盐类物质而形成的硬度，煮沸后无法去除。
这种硬度称为非碳酸盐硬度，也称为永久硬度。
当量粒子:对于还原性物质，一个当量粒子是指与1个氢原子具有相同的还原能力的粒子毫克当量：对于还原性物质，与1mg（1mmol）氢的还原能力相等的物质叫做1毫克当量。
含水率定义：树脂含水率一般以每克湿树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比表示（约50%），并且相应地反映了树脂网架中的孔隙率溶胀性定义：树脂体积变化的现象称为溶胀总交换容量：一定量树脂的活性基团或可交换离子的总数。
工作交换容量：给定工作条件下的实际可用交换容量。
完交换容量：完全交换容量也称最大容量、理论容量，是干燥恒重的单位质量h型或cl型树脂中可交换离子（离子基团）的总数量。
固定床：在离子交换器中填充离子交换树脂（或磺化煤）。
在操作过程中，树脂不会被输送出去，因此被称为固定床复床指阳、阴离子交换器串联使用，达到水的除盐的目的。
半透膜：只允许溶质或溶剂透过的膜称为半透膜。
半透膜属于选择透过性膜。
选择渗透膜：如生物膜和细胞膜。
扩散方法包括自由扩散、辅助扩散和主动运输。
透析如果用膜把一个容器分隔成两部分，在膜的一侧放入溶液，在膜的另一侧放入纯水，则把小分子溶质透过膜向纯水侧的迁移过程称为渗析（溶质透过膜的现象）。
渗透如果只有纯水侧的纯水通过膜迁移到溶液侧，但溶质不穿透，则此过程称为渗透（溶剂穿透膜的现象）。
水面的综合散热系数：在单位时间内、水面温度变化1oc时，水体通过单位表面散失的热量变化量，单位：w/(m2?oc)湿空气：干空气和水蒸气的混合物。
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例；与水接触大气压力101.325千帕时，计算25℃时氧气 在水中溶解度（mg/L）？25℃水的饱和蒸汽压为3.167千 帕。
解：查出25℃时KH=1.2633×10-5mol/升· 千帕，O2在干
空气中的含量为20.95%（V/V）。
氧气在空气中分压为Po2=（P-PH2O）×V/V总=（101.3253.167）×0.2095=20.5622（千帕） 根据亨利定律，[O2]=1.2633×10-5×20.5622×32 =8.31（mg/L）
水体自净
指受污染的水体由于物理、化学、生物 等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经 一段时间后恢复到受污染前状态的过程。
自净作用：
物理自净 污染物进入水体后，可沉性固体逐渐沉至水底形成污 泥，悬浮物、胶体和溶解性污染物则因混合稀释而逐 渐降低浓度。
化学自净
污染物进入水体后经络合、氧化还原、沉淀反应等而 得到净化。 生物自净 在生物的作用下，污染物的数量减少，浓度下降，毒
b)离子交换软化法．
使水通过钠型的
聚苯乙烯磺酸型离子交
换树脂，使水中Ca2+置
换树脂上的Na+ 而除去
Ca2+．当树脂被Ca2+饱
和而失去交换能力时，
通浓食盐水让Na+ 置换
Ca2+而再生。
B 海水
从长远看，海水最有价值的组分是淡水．海水 淡化已在某些地区进行工业化生产．主要方法 有二： 一.蒸馏法脱盐 充分利用热能的物理过程； 二.反渗透法脱盐 依靠选择性薄膜(如醋酸纤维 素膜)，只让水通过而不让盐通过，将盐水加 压(大于3MPa)超过海水渗透压，盐不能通过， 水可通过，就得到淡水．
（3）水中异相物质
悬浮(suspended)、悬浮固体的尺寸较大时， 可以通过沉降或过滤从水中除去，此时有 固液两相存在。 藻（alga）
细菌（bacterium）属于尺寸较小的悬
浮固体，大小约0.1~1.0m之间。可被玻 璃纤维滤盘（glass fiber filter disc）分离 的固体颗粒，称为悬浮颗粒，也称为可 过滤颗粒（filterable solids）。
硬水有两大危害： i)Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子能和肥皂 (C17H35COONa)产生沉淀(C17H35COO) 2Ca，能和 许多化学试剂配位络合，影响产品的品质． ii)暂时硬水加热时产生的碳酸盐在锅炉内壁上形成
锅垢，不但阻碍传热，消耗燃料，而且会堵塞管道，
导致爆炸．
水的软化
水中溶解氧的数量DO(dissolvedoxygen)是 水质的重要指标．
碳酸平衡
在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、 CO32—等四种化合态，常把CO2、H2CO3合并为 H2CO3，H2CO3含量极低，主要是溶解性气体 CO2。
图3－2
All gases are also in a equilibrium between air and water
反渗透法脱盐示意图
>3MPa
海水
H2O
含盐多的海水
淡水
（2）．水中的气体
水中氧溶量 天然水中一般溶入的气体有O2，CO2，N2， H2S，CH4等，其中最重要的是O2和CO2．
•可用亨利定律(Henry’s law)表示： Cequil＝ KH Pg • Pg ＝ KHCequil •式中：Pg — 溶液中溶质在气相中的平衡分压， kPa； KH — 亨利常数， kPa•m3/g； Cequil — 液相中污染气体的浓度，g/m3。
将钙、镁等可溶盐从硬水中除去的过程叫做水的 软化．软化方法很多，例如： a)加入药剂软化法．加入一定数量的碳酸钠、石 灰乳[Ca(OH)2]、磷酸三钠(Na3PO4)、磷酸二氢钠 (NaH2PO4)，使钙、镁离子沉淀出来使水软化： CaSO4+Na2CO3 CaCO3+Na2SO4 Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 2CaCO3 +2H2O 3Ca2++2 Na3PO4 Ca3(PO4)2 +6Na+ 若在水中加入少量三聚磷酸钠(Na5P3O10)，它将和 硬水中的Ca2+ ，Mg2+ 络合, 不再和肥皂产生沉淀， 也不会生成锅垢．
1水的数量和分布
地球上水的总量是巨大的， 达到1.4×1021kg．
淡水占总水量的2.7％。
分布
但是这些淡水的99％却难以直接被人们利 用．因为地球南、北极的冰帽和高山的冰 川储存了淡水的77%，地下水占22％，容 易利用的江河湖水及浅层地下水仅约占总 解决生活和工农业生产的用水要求．
淡水量的1％．人们正是利用这些少量淡水，
Therefore, the solubility of calcium carbonate in water if not open to the air, is
6.69 x 10-5 moles CaCO3/Liter. By allowing the water to mix with air, the value for CO32would change to reflect CO32- from dissolved calcium carbonate and from CO32- from dissolved carbon dioxide..
胶体（colloidal）胶体颗粒的尺寸介于
溶解性物质与悬浮固体之间。胶体颗粒 会产生丁达尔（Tyndall）现象
二 水体的污染
水体是指水和水中溶解物质、水中悬浮物质、水生生 物和底泥的总称．
水体污染与自净 水体污染
水体污染是指水体中污染物的含量超过水体的本体含量及 其自净能力，造成水质恶化，破坏水体的正常功能，降低 水体的使用价值．
(1)巩固和改善现有水利工程，疏浚河湖，并新 建必要的工程，增强蓄水、防洪和供水能力． (2)加强污水处理，有效保护水源． (3)注意节约用水和综合利用水源，提高水的使 用价值． (4)加强水资源的管理． 长远的根本措施：除切实做好上述几点外，要加 强种树种草，绿化国土，保持水土．
2 水中的天然成分
例如, l dm3水中含CaO为100mg，MgO为50mg， 则该水的硬度可计算如下： CaO：100mg／10mg＝10° MgO：[(50mg /MMgO )(MCaO)]/10mg ＝50mg [(56g· -1)/( 40g· -1)]/10mg ＝7 ° mol mol
该水硬度为17 °
石油是烷烃、烯烃和芳香烃混合物。 石油污染物主要来自工业排放，清洗石油运输船只 的船舱、机件及发生意外事故，海上采油等均可造成石 油污染。
植物营养物
植物营养物主要指氮、磷等能刺激藻类 及水草生长、干扰水质净化，使BOD5升高 的物质。 富营养化是指在人类活动的影响下，生 物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、 河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其它浮 游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质 恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象。
重金属污染物
重金属 Pb、 Cr 、Cd 、Hg、 As
1.汞
汞蒸气和大多数汞盐都是有毒的，有机汞化合物如 甲基汞Hg(CH3)2的毒性更大。水体中的汞和汞化合物主要 来自有关工业生产中的排放废物。 中毒的主要症状有：头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、 肌肉震颤和运动失调等，严重的可致死。
2.镉 水体中镉污染的主要来源为冶锌厂（锌矿 常含有镉元素，而独立的镉矿极为少见）及镀 镉厂。引起骨质疏松、骨质软化等病症而使人 体感到骨痛，镉中毒的其它症状有高血压、肾 脏病，镉还可能引起癌变。 3.铅 铅和可溶性铅盐都是有毒的，水体中铅污 染的主要来源是从冶铅厂等排出的废水。铅主 要损害造血系统、神经系统，能引起贫血、头 痛、头晕、疲乏、记忆力减退、失眠等。对婴 幼儿的影响更大，可造成婴幼儿智力低下，发 育异常。
通常规定水的硬度如下： 0—4 ° 4—8 ° 8一16 ° 16—30 ° ＞30 ° 很软水 软水 中硬水 硬水 很硬水 含HCO3- 的水称为暂时硬水，因加热时它会发生 如下化学反应而使之软化： Ca2++2HCO3- CaCO3 + CO2+H2O
含Cl- ，SO42-的水不能通过加热除去，叫永久硬 水．
我国淡水资源年供应量约为2.8×1015kg，居 世界各国的第六位．但由于人口众多，国土辽 阔，平均每人占有的水资源量远远低于世界的 平均水平．我国水资源的分布随地域和季节有
很大差异．洪涝灾害和干旱缺水在我国普遍而
经常地出现．供水短缺，是我国在21世纪所面
临的重大问题．
当前我国解决水短缺的基本措施是：
Carbonate equilibrium in Natural Water Systems:
Calculate HCO3- , CO32- and H2CO3 when the pH is known.
Compounds that are "sparingly" soluble in water are in equilibrium between an ionic form and a non-ionic form. Calcium carbonate is an example of such a substance
The equilibrium expression that governs this reaction is called the solubility product, or Ksp. Ksp is a constant value for any substance, and if known, can be used to calculate the solubility of that substance in water. For Calcium Carbonate: