环境化学

环境化学
第二章水环境化学
1水的组成
水体的组成不仅包括水，而且也包括其中的悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生生物
悬浮物质细菌、病毒、藻类及原生物、泥沙、粘土等颗粒物
胶体物质硅、铝、铁的水合氧化物胶体物质，粘土矿物胶体物质，腐殖质等有机高分子化合物
溶解物质氧、二氧化碳、硫化氢、氮等溶解性气体，钙、镁、铁、锰等离子的卤化物，碳酸盐、硫酸盐等盐类，其他可溶性有机物
2水体的定义
在水污染化学中，水体指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等贮水体的总称。

3水体污染
主要是由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。

4水体自净
广义的是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的状态；狭义的是指水体中微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用
物理自净化学自净化学自净物理和生物化学过程在水体自净中占主要地位。

对有机物来说，生物自净作用是最重要的
5水体中的污染物
1病原体污染物(1)数量大；(2)分布广；(3)存活时间较长；(4)繁殖速度快；(5)易产生抗药性，很难绝灭；(6)传统的二级生化污水处理及加氯消毒后，某些病原微生物、病毒仍能大量存活。

2. 耗氧污染物
有机物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。

在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物
3. 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。

水体中营养物质过量所造成的"富营养化"对于湖泊及流动缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严重问题。

富营养化(eutrophication)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，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象
4. 有毒污染物
进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或持久的病理状态，甚至危及生命的物质。

如重金属和难分解的有机污染物等。

综合效应有三种：(1)相加作用(2)协同作用(3)拮抗作用
(1)重金属。

如汞、镉、铬、铅、钒、钴、钡等，其中汞、镉、铅危害较大；砷、硒和铍的毒性也较大。

(2)无机阴离子，主要是NO2-、F-、CN-离子(3)有机农药、多氯联苯(4)致癌物质(5)其他有机物质
5. 石油类污染物
6. 放射性污染物
7. 酸、碱、盐无机污染物
8. 热污染
6水体污染对人体健康的影响
1.引起急性和慢性中毒。

2.致癌作用。

3.发生以水为媒介的传染病。

4.间接影响
7水体中重金属的迁移
1机械迁移是指重金属离子以溶解态或颗粒态的形式被水流搬运。

2物理化学迁移是指重金属以简单离子、配离子或可溶性分子在水环境中通过一系列物理化学作用所实行的迁移和转化过程，这种迁移转化的结果决定了重金属在水环境中的存在形式、富集状况和潜在危害程度。

生物迁移指重金属通过生物体的新陈代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移，这是一种复杂的迁移，正是由于这种迁移，才使重金属被有机体(如鱼类)富集起来，再经由食物链，
构成对人体的威胁。

8水体中胶体物质对重金属的吸附作用原理
天然水体中存在着大量的悬浮颗粒物，如黏土矿物、水合氧化物等无机高分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是天然水体中存在的主要胶体物质。

水体中沉积物或悬浮颗粒物对有机污染物的吸附主要包括表面吸附和分配两种机理，它们的相对贡献率与沉积物或悬浮颗粒物的组成及有机物本身的性质有关
胶体具有巨大的比表面、表面能和带电荷，能够强烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移有重大影响。

胶体的吸附作用是使重金属从水中转入固相的主要途径
9对重金属吸附量与吸附速率
1吸附量及吸附等温式 ：在一定条件下吸附达到平衡后，单位质量吸附剂所吸附的吸附物的量称为吸附量，以Q 表示，它表示吸附剂的吸附能力
在恒温等条件下，吸附量Q 与吸附物平衡浓度c 的关系曲线称为吸附等温线
仅适用于胶体微粒总体或其中各组分单独存在时的吸附量情况
(1) Freundlich 吸附等温式为：n Q K c =⋅ l g l g l g Q K n c =+式中K 为表示吸附强度的常数； n 为另一常
数，其值介于0～1之间
(2) Langmuir 吸附等温式为： 0Q c Q A c ⋅=+ 0011
A Q Q Q c =+⋅式中Q 为吸附量，Q0为饱和吸附量，c 为被吸附物
的平衡浓度，A 为半饱和吸附量时吸附物的平衡浓度
2吸附速率 ：单位时间内吸附到吸附剂上的吸附物浓度，决定吸附过程的主要因素是吸附速率，而不是平衡时的吸附量
某一温度下，吸附物的起始浓度为c0，ct 为t 时间吸附物的浓度，c0-ct 则为经过t 时刻被吸附在吸附剂上的吸附物浓度，将c0-ct 对t 作图其斜率就是在相同c0条件下，各相应温度的吸附速率
10水体中重金属离子不断进行着迁移转化
（1）水体的pH ； （2）悬浮物或胶体物质对重金属离子的吸附； （3）无机、有机络合剂的种类及浓度； （4）重金属元素或其他化合物的氧化态及水体的氧化还原条件； （5）微生物的作用。

11重金属在水环境中的氧化还原转化
水体氧化还原条件对重金属的存在形态及其迁移能力有很大的影响。

一些元素如铬、钒、硫等在氧化环境中形成易溶的化合物(铬酸盐、钒酸盐、硫酸盐)，迁移能力较强。

相反，在还原环境中形成难溶的化合物，如铬在还原性环境中形成Cr(OH) 3，不易迁移。

另一些元素如铁、锰等在氧化环境中形成溶解度很小的高价化合物而很难迁移，在还原性环境中形成相对易溶的低价化合物；若无硫化氢存在时，它具有较大的迁移能力。

但若水体中有硫化氢存在，由于形成难溶性金属硫化物，使其迁移能力大大降低。

12pe 值：氧化还原电位。

环境化学中常用水体电位(pE)来描述水环境的氧化还原性质。

它决定于水体中氧化剂、还原剂的电极电位浓度及pH 值
13重金属的生物甲基化作用
1. 汞的甲基化作用
（1）无机汞的形态。

研究表明，只有二价汞离子对甲基化是有效的，Hg2+浓度越高，对甲基化越有利
（2）微生物的数量和种类。

参与甲基化过程的微生物越多，甲基汞的合成速度就越快。

（3）温度、营养物。

由于甲基化速度与沉积物中微生物活动有关，适当提高水温和增加营养物必然促进和增加微生物的活动，因而有利于甲基化作用的进行。

（4）沉积层中富汞层的位置。

在有机质沉积物的最上层和水中悬浮物的有机质部分最容易发生甲基化作用；
（5）pH 对甲基化的影响。

pH 较低（＜5.67，最佳pH ＝4.5）时，有利于甲基汞的生成；pH 较高时，有利二甲基汞的生成。

由于甲基汞溶于水，pH 值较低时以CH3HgCl 形式存在，
2.砷的甲基化反应
（1）水体的pH ；
（2）悬浮物或胶体物质对重金属离子的吸附；
（3）无机、有机络合剂的种类及浓度；
（4）重金属元素或其他化合物的氧化态及水体的氧化还原条件；
（5）微生物的作用。

14有机物指标含义
1. 溶解氧(DO) ：溶解氧即在一定温度和压力下，水中溶解氧的含量，是水质的重要指标之一，受到两种作用的影响，一是耗氧作用，使DO下降；另一种是复氧作用使DO增加。

测定水中DO的方法有碘量法、叠氮化钠修正法、KMnO4修正法和膜电极法，其中最常用的是碘量法。

2. 生化需氧量(BOD)：水体中微生物分解有机物的过程中消耗水中的溶解氧量称为生化需氧量，通常用BOD表示，其单位为mg(O2)/L
3. 化学需氧量(COD) ：水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗氧化剂的量，以每升水样消耗氧的毫克数表示，通常称为COD，其单位为mg(O2)/L。

水体的COD值越高，表示有机物污染越严重。

4. 总有机碳(TOC)和总需氧量(TOD)：总有机碳(total organic carbon,简称TOC)是水中几乎全部有机物的含碳量。

总需氧量(total oxygen demand,简称TOD)是水中几乎全部可被氧化的物质(基本上是有机物)变成稳定氧化物时所需的氧量。

它们都可用化学燃烧法测定，前者测定结果以碳表示，后者则以氧表示需氧有机物的含量。

它们是评价水中需氧有机污染物的一种指标。

15有机物的光化学降解：物质在紫外光或可见光作用下所进行的化学反应，称为光化学反应
16有机物的生物化学降解：有机物在微生物的催化作用下发生降解的反应称有机物的生化降解反应。