第二章 水环境化学 分配作用 (2011)ppt课件
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《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。
《环境化学》课件——2 水污染
第二章 水环境化学
第八节 水污染
一、水体的概念
1、描述性定义：
水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰 川、海洋等“地表贮水体”的总称。水体不仅包括水， 还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。从自然地 理角度，水体是指地表被水覆盖的自然综合体。
2、划分：
Ø按类型
海洋水体 陆地水体
Ø按区域
地表水体
在光化反应中有些反应物不能直接吸收某波长的光进 行反应。但如果有光敏剂存在，它能吸收这种波长的光 ，并把光能传递给反应物而发生光化反应。如叶绿素就 是一种天然光敏剂，它能够吸收阳光中的可见光，并将 光能传递给水和二氧化碳来合成糖和氧气，如果没有叶 绿素，植物就不能利用水和二氧化碳吸收可见光来完成 光合作用。
农药的水解反应例如: 有机磷农药较易水解，故作为 农药使用，可减轻对环境的影响。
如敌敌畏在酸性下可逐渐水解，而在中性，尤其在碱 性下水解更快，其反应式如下:
四、洗涤剂
肥皂和合成洗涤剂的去污原理主要是由于胶束的乳化 作用。为了说明其原理，先考察一下肥皂的结构，作为 肥皂主要成分的硬脂酸钠具有一个羧基头和长长的碳氢 尾巴，头亲水，尾巴憎水:
农药进入水体以后与水体中各类物质接触，发生一系 列的物理、化学和生化反应，它们的行为可归纳为以下 几个方面:被水体颗粒物质吸附、被生物吸附并积累、发 生降解反应，使农药含量逐渐降低。
农药的降解可以通过光化反应、氧化还原反应、水解 反应和生化反应等实现。
影响环境物质光化反应的因素除了光的波长、强度外 ，还与天然光敏剂的存在与否有关。
q底质中的自净：底质中的微生物使底质中的有机污染 物发生分解
三、水体污染
定义：当水中的污染物进入河流、湖泊、海洋或地 下水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水 体的水质和水体底质的物理、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和使用功能 的现象，被称为水体污染。
第八节 水污染
一、水体的概念
1、描述性定义：
水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰 川、海洋等“地表贮水体”的总称。水体不仅包括水， 还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。从自然地 理角度，水体是指地表被水覆盖的自然综合体。
2、划分：
Ø按类型
海洋水体 陆地水体
Ø按区域
地表水体
在光化反应中有些反应物不能直接吸收某波长的光进 行反应。但如果有光敏剂存在，它能吸收这种波长的光 ，并把光能传递给反应物而发生光化反应。如叶绿素就 是一种天然光敏剂，它能够吸收阳光中的可见光，并将 光能传递给水和二氧化碳来合成糖和氧气，如果没有叶 绿素，植物就不能利用水和二氧化碳吸收可见光来完成 光合作用。
农药的水解反应例如: 有机磷农药较易水解，故作为 农药使用，可减轻对环境的影响。
如敌敌畏在酸性下可逐渐水解，而在中性，尤其在碱 性下水解更快，其反应式如下:
四、洗涤剂
肥皂和合成洗涤剂的去污原理主要是由于胶束的乳化 作用。为了说明其原理，先考察一下肥皂的结构，作为 肥皂主要成分的硬脂酸钠具有一个羧基头和长长的碳氢 尾巴，头亲水，尾巴憎水:
农药进入水体以后与水体中各类物质接触，发生一系 列的物理、化学和生化反应，它们的行为可归纳为以下 几个方面:被水体颗粒物质吸附、被生物吸附并积累、发 生降解反应，使农药含量逐渐降低。
农药的降解可以通过光化反应、氧化还原反应、水解 反应和生化反应等实现。
影响环境物质光化反应的因素除了光的波长、强度外 ，还与天然光敏剂的存在与否有关。
q底质中的自净：底质中的微生物使底质中的有机污染 物发生分解
三、水体污染
定义：当水中的污染物进入河流、湖泊、海洋或地 下水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水 体的水质和水体底质的物理、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和使用功能 的现象，被称为水体污染。
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_第二章 水环境化学
表面张力 溶解能力 介电常数 电离度 密 度 透明度 热传导 氢键 偶极矩 存在状态
2. 3 水质标准和水质指标
2.3 水质标准和水质指标
一、水质标准 水质标准是环境质量标准的重要组成部分。所谓环境质 量标准就是环境中的污染物具有法律效力的限量。包括 环境水质标准和污水排放标准两大类。前者又分为饮用 水质标准、渔业用水质标准，工业用水质标准等多种； 后者如工业“三废”排放标准等。理论上讲，排放标准 首要应当以保障环境水质标准为基本目标。 水质标准的确定是以保护人体健康和生态平衡为目的， 用客观的科学数据表示各污染物在适合于一种较高要求 的生态系统生存的水体中所允许的限量。同时还要考虑 具体的自然条件和国家的经济技术条件等因素。所以各 国的水质标准有明显的差异
凝固点 (摄氏度) 沸 点 （摄氏度） 偶极矩 (德 拜 ) 汽化热 (千焦/摩) 融化热 (千焦/摩) 生成热 (千焦/摩)
化合物
H2O H2O推测 H2S H2Se H2Te
0 (-95) -85.2 -65.7 -51
100 (-80) -60.3 -41.3 -2.2
1.84 (2.58) 1.10 0.40 ＜0.20
2.1 水在地球上的分布及水循环
一、天然水的分布 二、水循环
三、我国水资源状况
2.1
水在地球上的分布及水循环
全 球 水 量 分 布 比 例
2.1 水在地球上的分布及水循环
表2-1 地球上各种水的储量
序 号 类 别 水储量 (万亿m3)
1338000 23400 12870 10530 16.5 24064.1 300.0 176.4 85.4 91.0 11.47 2.12 1.12 12.9 1385984.61 35029.21
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)
水环境中污染物种类繁多，一般分为两大类：
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。
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》PPT课件 (2)
表面能。
▪ 计算实例：某湖泊底泥ρ=2.65g/cm3，10%为直径D=1um（10-4cm）的 颗
粒物，求面积S=100m2，深度h=0.2m的底泥中，所有直径D=1um（104cm）的
颗粒物比表面积？
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12
解：先计算单位比表面积(ρ为密度)
=面积（球）/重量= 4 r 2 = 4 r3 3
▪ 所有的金属水合氧化物都能结合水中微量物质，同时其本身
又趋向于结合在矿物微粒和完有整版机课件物pp的t 界面上。
8
（3）腐殖质：最早由土壤学研究者所发现，主要就是腐殖酸， 例如富里酸、胡敏酸等。
▪ 属于芳香族化合物，有机弱酸性，分子量从700-20 0000不 等；
▪ 带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团（羧基、羰 基、羟基）的离解程度有关。
（1）非粘土矿物和粘土矿物：都是原生岩石在风化过程 中形成的。
➢非 粘 土 矿 物 ： 天 然 水 中 常 见 为 石 英 (SiO2) 、 长 石
(KalSi3O8)等，晶体交错，结实、颗粒粗，不易碎裂，缺
乏粘结性（例如沙子主要成分为：SiO2）。
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3
➢粘土矿物：天然水中常见为云母、蒙脱石、高 岭石，层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘 结性，可以生成稳定的聚集体。
▪ 其中的粘土矿物是天然水中最重要、最复杂的 无机胶体，是天然水中具有显著胶体化学特性的 微粒。主要成分为铝或镁的硅酸盐，具有片状晶 体结构；
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4
▪ 粘土矿物的层状晶体基本由两种原子层构成，一种是硅氧四 面体（硅氧片），另一种是铝氢氧原子层（水铝片），其间主 要靠氢键连接，因此易于断裂开来。
▪最终以一种或多种形式长期存留在环境中，造成永久性的 潜在危害。
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 ppt课件
（2）金属水合氧化物：
褐铁矿：Fe2O3﹒nH2O
水化赤铁矿：2Fe2O3﹒H2O 得到具有重要胶体作用的：
针铁矿：Fe2O3﹒H2O 水解 [FeOOH]∞聚合无机高分子
水铝石：Al2O3﹒H2O
[Al(OH)3]∞聚合无机高分子
三水铝石：Al2O3﹒3H2O
[MnOOH]∞聚合无机高分子
二氧化硅凝胶：SiO2﹒nH2O
水环境中发现的腐殖质大部分为富里酸这一 类，原因在于易溶于水，来源有二：一部分是水 生植物的分泌物和降解产物；另一部分来自土壤， 由土壤淋溶液和泾流带入水体。河水中腐殖质平 均含量在10～15mg/L，但起源于沼泽地带的河流 其含量要丰富的多。
水体污染
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。
水体的自净作用 污水排入水体后，一方面对水体产生污染，
另一方面水体本身有一定旳净化污水能力，即经 过水体的物理、化学与生物的作用，使污染物浓 度逐渐降低，经过一段时间后，水体往往能恢复 到受污染前的状态，并在微生物的作用下分解， 从而使水体由不洁恢复为清洁，这一过程称为水 体的自净过程。
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
藻类疯长； 藻类尸体分解引起水体溶氧下降； 水体发臭； 水生生物死亡； 绿藻和硅藻由蓝藻取代产生藻毒素。
▪举例：触目惊心的赤潮中毒事件
➢赤潮区域内，某些赤潮生物分泌赤潮毒素，污染鱼、贝 类等生物，生物毒素可在这些生物体内蓄积，当毒素的蓄 积量超过人体可接受的水平时，人一旦食用了这些生物， 就会导致疾病发生，甚至会爆发传染病。
第二章 水环境化学 分配作用 (2011)
logKow 与 logBCF的相关性 的相关性
沉积物（土壤）中含有大小不一的颗粒物， 沉积物（土壤）中含有大小不一的颗粒物，且 它们所含的有机碳分数也不同， 它们所含的有机碳分数也不同，若考虑颗粒物 大小对分配系数的影响，Kp可表示为： 可表示为： 大小对分配系数的影响， 可表示为 Kp=Koc[0.2(1-f)Xocs+fXocf] 式中f表示沉积物中细颗粒的质量分数 式中 表示沉积物中细颗粒的质量分数 Xocs表示粗颗粒组分有机碳含量 表示粗颗粒 粗颗粒组分有机碳含量 表示细颗粒 细颗粒组分有机碳含量 Xocf表示细颗粒组分有机碳含量
Karichoff等（1979）描述了 等 描述了Koc与有机化合物的 描述了 与有机化合物的 正辛醇-水分配系数 正辛醇 水分配系数Kow的关系 水分配系数 的关系 Koc = 0.63Kow 式中Kow表示有机物的正辛醇 水分配系数，即 表示有机物的正辛醇-水分配系数 式中 表示有机物的正辛醇 水分配系数， 分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中浓度的 比例。 比例。
2、分配作用 、
I. 分配理论（ 分配理论（ partition theory ）
① 分配理论的提出 ② 分配作用与吸附作用的比较 ③ 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响 沉积物（土壤）
II. 分配系数
沉积物（土壤） 水分配系数 水分配系数Kp ① 沉积物（土壤）/水分配系数 沉积物（土壤） 水标化分配系数 水标化分配系数Koc ② 沉积物（土壤）/水标化分配系数 生物浓缩系数（因子） ③ 生物浓缩系数（因子）BCF或KB 或
第二章
水环境化学
一、天然水的基本组成与特征
二、水体中无机污染物的迁移转化 三、水体中有机污染物的迁移转化
三、水体中有机污染物的迁移转化
水环境化学38页PPT文档
H
CH3
N-亚硝基二甲胺 （NDMA)
新发现的强致癌性 的消毒副产物
偏二甲肼 （导弹推进剂）
N-亚硝胺还原的机理
H
第一种方式：
N-N还原
O
2e-
N + NO-
R1
R2
N
2H+
N
HH
R1
R2
2e-
N
2e-
2H+
N R1
R2
2H+
第二种方式： 肼
N=O还原
H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N + NH3
R1
R2
5. 还原脱烷基
还原脱烷基：杂原子上的烷基被H取代
CH3
CH3
NO2
NH2 NH2
NH2
NO2
与亚硝基
CH3
中间产物耦合
NO2
NO2
NO2
NO2
O
NN
NO2 NO2
NO2 NO2
与亚硝基 中间产物耦合
CH3 NO2
CH3
CH3
NO2
NO2
2 ',4 ,6 ,6 '-四 硝 基 -2 ,4 '-偶 氮 甲 苯
CH3
CH3
NO2
NO2 NO2
NH2
NHOH
SO3-Na+
N N
NH H
Direct Red 28
H2N
H2N
NH2 +
H HN N N
NH2
SO3-Na+
Benzidine （联苯胺）
SO3-Na+
致癌芳香胺
（3）N-亚硝胺还原
水环境化学水中污染物的分布和存在形态.ppt
➢ USSR：1975年发布496种，1985年561种。 前德国 1985年120种。
➢ EU：“关于水质项目的排放标准”技术报告 中的黑名单和灰名单。
➢ CHINA：水中优先污染物筛选工作，提出初 筛名单249种，黑名单68种。
我国水中优先控制污染物黑名单
1. 挥发性卤代 烃类 2. 苯系物 3. 氯代苯类 4. 多氯联苯 5. 酚类
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。
6. 硝基苯类
7. 苯胺类 8. 多环芳烃类 9. 酞酸酯类 10. 农药
11. 丙烯腈 12. 亚硝胺类 13. 氰化物 14. 重金属及 基化合物
四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1，1-二氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷、1，1， 2，2-四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、三溴甲烷（溴仿），计10个 苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯，计6个 氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、六氯苯，计4个 1个 苯酚、间甲酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚、五氯酚、对-硝基酚，计6 个
：严重的水污染，难以自 净恢复到良好状态，妨碍了 水体正常的功能，破化了人 类经济，合理地利用，造成 了环境质量、资源质量、生 物质量、人体质量和经济的 巨大危害和损失甚至形成国 际间、全球性的污染危害。
水污染事件
欧洲十九世纪一些大城市的污水 污染了地表与地下水源，造成多 次霍乱爆发和蔓延。英国伦敦 1832—1833年爆发霍乱死亡6779 人；。实际上世界各国都经历了 此类水污染危害的惨痛历史阶段。 直到1955—1956年，印度新德里 还发生传染性肝炎大流行，在 102万人中，黄疸性达29300人， 加上无黄疸性共计约97000人。
➢ EU：“关于水质项目的排放标准”技术报告 中的黑名单和灰名单。
➢ CHINA：水中优先污染物筛选工作，提出初 筛名单249种，黑名单68种。
我国水中优先控制污染物黑名单
1. 挥发性卤代 烃类 2. 苯系物 3. 氯代苯类 4. 多氯联苯 5. 酚类
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。
6. 硝基苯类
7. 苯胺类 8. 多环芳烃类 9. 酞酸酯类 10. 农药
11. 丙烯腈 12. 亚硝胺类 13. 氰化物 14. 重金属及 基化合物
四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1，1-二氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷、1，1， 2，2-四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、三溴甲烷（溴仿），计10个 苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯，计6个 氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、六氯苯，计4个 1个 苯酚、间甲酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚、五氯酚、对-硝基酚，计6 个
：严重的水污染，难以自 净恢复到良好状态，妨碍了 水体正常的功能，破化了人 类经济，合理地利用，造成 了环境质量、资源质量、生 物质量、人体质量和经济的 巨大危害和损失甚至形成国 际间、全球性的污染危害。
水污染事件
欧洲十九世纪一些大城市的污水 污染了地表与地下水源，造成多 次霍乱爆发和蔓延。英国伦敦 1832—1833年爆发霍乱死亡6779 人；。实际上世界各国都经历了 此类水污染危害的惨痛历史阶段。 直到1955—1956年，印度新德里 还发生传染性肝炎大流行，在 102万人中，黄疸性达29300人， 加上无黄疸性共计约97000人。
水环境化学PPT课件
H型（ Henry）等温式（直线型）
GkC 式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1
G kCn
用对数表示：
lgGlgk1lgC n
-
20
L型（Langmuir）等温式
GG0C/(AC)
1 /G 1 /G 0 (A /G 0 )1 ( /C )
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
(Acidity and Alkalinity in Natural Waters)
碱度（Alkalinity）
指水中能与强酸发生中和作用 的全部物质，即接受质子的物质总 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
-
7
测定方法：
酸碱滴定，双指示剂法
H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3
-
52
腐殖质的配合作用
(Complexation of Humic Substances)
分类
腐殖酸（Humic acid）溶于稀碱不溶于酸 富里酸（Fulvic acid） 溶于酸碱， 腐黑物（Humin） 不被酸碱提取。
-
53
结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基
和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖 质的水溶性不同，并且具有高分子电解质 的特性，表现为酸性。
-
28
-
29
-
30
2、硫化物 (Sulfide)
金属硫化物是比氢氧化物溶度剂更小的 一类难溶沉淀物。
在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液 中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：
[Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp[H+]2/(0.1K1K2)
GkC 式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1
G kCn
用对数表示：
lgGlgk1lgC n
-
20
L型（Langmuir）等温式
GG0C/(AC)
1 /G 1 /G 0 (A /G 0 )1 ( /C )
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
(Acidity and Alkalinity in Natural Waters)
碱度（Alkalinity）
指水中能与强酸发生中和作用 的全部物质，即接受质子的物质总 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
-
7
测定方法：
酸碱滴定，双指示剂法
H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3
-
52
腐殖质的配合作用
(Complexation of Humic Substances)
分类
腐殖酸（Humic acid）溶于稀碱不溶于酸 富里酸（Fulvic acid） 溶于酸碱， 腐黑物（Humin） 不被酸碱提取。
-
53
结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基
和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖 质的水溶性不同，并且具有高分子电解质 的特性，表现为酸性。
-
28
-
29
-
30
2、硫化物 (Sulfide)
金属硫化物是比氢氧化物溶度剂更小的 一类难溶沉淀物。
在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液 中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：
[Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp[H+]2/(0.1K1K2)
水环境化学培训课件
CO2 + HCO3
HCO3-
CO32-
碳酸化合态分布图
因为在 封闭体系中，CT恒定
α0= [H2CO3 *]/{[H2CO3 *] + [HCO3-] + [CO32- ]} α1= [HCO3-]/{[H2CO3 *] + [HCO3-] + [CO32- ]} α2= [CO32- ]/{[H2CO3 *] + [HCO3-] + [CO32- ]}
营养元素超标： C（BOD= CO2）、N、P、Fe，都有可 能成为 制限因子； 藻类疯长； 藻类尸体分解引起水体溶氧下降； 水体发臭； 水生生物死亡； 藻毒素。
太湖美景
天然水的性质
碳酸平衡 天然水中的碱度和酸度 天然水体的缓冲能力 水的硬度
碳酸平衡
CO2在水中形成酸，同岩石中的碱性物质发生 反应，并通过沉淀反应变为沉积物从水中除去。 在水和生物体之间的生物化学交换中，CO2占有独 特地位，溶解的碳酸盐化合态与岩石圈、大气圈 进行均相、多相的酸碱反应和交换反应，对于调 节天然水的pH和组成起着重要作用。
比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭 体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可随 pH 值变化，但总的碳酸量 CT 始终不变。 而对于开放体系CT 、[HCO3-]、[CO32-] 均随pH值改变而变化，但[H2CO3*]总保持与 大气相平衡的固定数值.
（2）天然水中的碱度和酸度
（3）气体在水中的溶解性 氧气溶解度随着温度的变化
Lg(C2/C1) = △H / (2.303R) ( 1/T1 - 1/T2 )
当温度从0 ℃升到35 ℃时，氧在水中的溶解度将从 14.74mg/L降低到7.03mg/L。
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几种疏水性有机化合物在活性炭-水体系中 的吸附—非线性等温线
理论提出
Chiou等（1979）的分配理论（partition theory）认为有机物在 水体悬浮沉积物（或土壤）上的吸附类似于有机物在亲水相（如 水）和疏水相（如辛醇）之间的分配过程。 有机化合物在土壤中的吸着作用（sorption）主要是两种机制： 一是分配作用（ partition)，即在水溶液中，沉积物（土壤）有 机质对有机化合物的溶解作用。二是吸附作用(adsoption)，即在
环境中的迁移与转化行为，包括各环境介质之内
和之间的溶解行为、分配行为、吸附-解吸、挥
发、微生物降解、生物富集、光解、水解、氧化
/还原等行为。
有机化合物的主要环境过程机制
三、水体中有机污染物的迁移转化
1. 2. 3. 4. 5. 概 述 分配作用 挥发作用 水解作用 光解作用
2、分配作用
I. 分配理论（ partition theory ）
有机污染物在人体和食物链中的迁移、分配和归宿
Transportation, distribution and fate of organic pollutants in Human via food chain
空气
Log H
SW KOW
水
KOC
BCF
鱼 谷物 家畜
人类
土壤、 沉积物
食物
评价有机污染物环境行为，涉及到有机污染物在
疏水性有机化合物在水中的溶解度一般较小，却很容易溶解（或
称“分配”）到有机质中，这类似于有机溶剂从水相中萃取疏水 性有机化合物。因此，在沉积物（土壤）-水体系中，这种吸着作 用的特征是高分配（有机质），弱吸附（矿物表面）。
II. 分配系数
分配系数
在分配达到平衡的条件下，有机化合物 在沉积物（土壤）/水中的浓度比值称 为分配系数。 Kp=Cs/Cw 式中Cs、Cw分别表示有机物在沉积物 中和水中的平衡浓度。
第二章 水环境 化学 分配作用 (2011)
三、水体中有机污染物的迁移转化
1. 2. 3. 4. 5. 概 述 吸着作用 挥发作用 水解作用 光解作用
1、概述
各种工业和生活过程释放的有机污染物对 环境和生态产生了较大的影响。其中的耗 氧有机污染物，如碳水化合物、蛋白质和 淀粉等在环境中持久性小，相对来说对环 境的危害较小；而持久性（或难分解）的 有机污染物则会对环境产生长期危害，也 是人们关注的重点。在环境化学的研究领 域中，它们占据了重要地位，也是我们这 里所讨论的内容。
沉积物（土壤）中含有大小不一的颗粒物，且
它们所含的有机碳分数也不同，若考虑颗粒物
大小对分配系数的影响，Kp可表示为：
Kp=Koc[0.2(1-f)Xocs+fXocf]
式中f表示沉积物中细颗粒的质量分数
Xocs表示粗颗粒组分有机碳含量
Xocf表示细颗粒组分有机碳含量
Karichoff等（1979）描述了Koc与有机化合物的
标化分配系数（Koc）
用沉积物（土壤）有机质含量对分配系数Kp进行归 一化处理得到Koc，它们对于同一种化合物在不同种 沉积物（土壤）上保持相对稳定，即可得到每一种 化合物的一个与沉积物特征无关的Koc。
Koc = Kp / Xoc
式中Koc、Xoc分别代表标化分配系数和沉积物中有 机碳的质量分数。
疏水性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用或
干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。 疏水性有机化合物从水到土壤的吸着作用主要是溶质的分配（溶
解）过程，即溶解到土壤有机质中。
②
“分配作用”与“吸附作用”的比较
分配作用是有机物通过分子间作用力将溶质分
配到沉积物（土壤）的有机质中。这种作用主
颗粒（沉积物、土壤）有机质对吸附的影响
根据分配理论，在沉积物（土壤）-水体系中，吸附疏水性有机化 合物的主要是沉积物（土壤）有机质，即这种过程主要与其中有 机质含量有关，而与其中的矿物质多少无关。
解释：由于极性水分子和矿物表面发生强烈的偶极作用，“占据”
了表面大量的“吸附位”，使得疏水性有机化合物分子很难再吸 附在矿物表面，所以矿物表面吸附对吸附量的贡献很小。相反，
Karickhoff等Chiou等（1977）曾广泛研究了有 机化合物的Kow值和水溶解度Sw的关系，发现 二者之间存在着很好的相关性，结果可表示为：
lgKow=5.00-0.67lg(Sw×103/M)
式中Sw表示有机物在水中的溶解度，M表示有
机物的分子量。
•
对大量有机化合物的 log Kow 和 log Sw 进行线性回归(Chiou et al., 1977).
① ② ③ 分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
II. 分配系数
① ② ③ 沉积物（土壤）/水分配系数Kp 沉积物（土壤）/水标化分配系数Koc 生物浓缩系数（因子）BCF或KB
I.
分配理论
① 分配理论的提出 实验现象 几种疏水性有机化合物在土壤-水体系中的 吸附—线性等温线
要靠范德华力。
吸附作用包括通常物理吸附和化学吸附，作用
力有氢键、离子偶极键、配位键等。
例：
图中所 示为3， 4-二甲基 苯胺在 天然固 体（？） 上的作 用方式
③ 分配作用与吸附作用的比较
分配作用
吸附热 吸附等温线 竞争吸附
反应热小
吸附作用
反应热大
线性等温线
非线性等温线
无竞争吸附
存在竞争吸附
pyrene
线性—Henry型
naphthalene
phenanthrene
Chiou et al. (1998, ES&T 32, 264-269)
非线性 – Freundlich型
n>1
[Cs] (mol kg-1)
Kd = Cs / C (mol L-1)
正辛醇-水分配系数Kow的关系
Koc = 0.63Kow
式中Kow表示有机物的正辛醇-水分配系数，即
分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中浓度的
比例。
脂肪烃、芳烃、芳香酸、有机氯和有机磷农药、
多氯联苯等辛醇-水分配系数和水中溶解度之间的关系
一些重要 有机物类 别的正辛 醇-水分 配系数 Kow范围
理论提出
Chiou等（1979）的分配理论（partition theory）认为有机物在 水体悬浮沉积物（或土壤）上的吸附类似于有机物在亲水相（如 水）和疏水相（如辛醇）之间的分配过程。 有机化合物在土壤中的吸着作用（sorption）主要是两种机制： 一是分配作用（ partition)，即在水溶液中，沉积物（土壤）有 机质对有机化合物的溶解作用。二是吸附作用(adsoption)，即在
环境中的迁移与转化行为，包括各环境介质之内
和之间的溶解行为、分配行为、吸附-解吸、挥
发、微生物降解、生物富集、光解、水解、氧化
/还原等行为。
有机化合物的主要环境过程机制
三、水体中有机污染物的迁移转化
1. 2. 3. 4. 5. 概 述 分配作用 挥发作用 水解作用 光解作用
2、分配作用
I. 分配理论（ partition theory ）
有机污染物在人体和食物链中的迁移、分配和归宿
Transportation, distribution and fate of organic pollutants in Human via food chain
空气
Log H
SW KOW
水
KOC
BCF
鱼 谷物 家畜
人类
土壤、 沉积物
食物
评价有机污染物环境行为，涉及到有机污染物在
疏水性有机化合物在水中的溶解度一般较小，却很容易溶解（或
称“分配”）到有机质中，这类似于有机溶剂从水相中萃取疏水 性有机化合物。因此，在沉积物（土壤）-水体系中，这种吸着作 用的特征是高分配（有机质），弱吸附（矿物表面）。
II. 分配系数
分配系数
在分配达到平衡的条件下，有机化合物 在沉积物（土壤）/水中的浓度比值称 为分配系数。 Kp=Cs/Cw 式中Cs、Cw分别表示有机物在沉积物 中和水中的平衡浓度。
第二章 水环境 化学 分配作用 (2011)
三、水体中有机污染物的迁移转化
1. 2. 3. 4. 5. 概 述 吸着作用 挥发作用 水解作用 光解作用
1、概述
各种工业和生活过程释放的有机污染物对 环境和生态产生了较大的影响。其中的耗 氧有机污染物，如碳水化合物、蛋白质和 淀粉等在环境中持久性小，相对来说对环 境的危害较小；而持久性（或难分解）的 有机污染物则会对环境产生长期危害，也 是人们关注的重点。在环境化学的研究领 域中，它们占据了重要地位，也是我们这 里所讨论的内容。
沉积物（土壤）中含有大小不一的颗粒物，且
它们所含的有机碳分数也不同，若考虑颗粒物
大小对分配系数的影响，Kp可表示为：
Kp=Koc[0.2(1-f)Xocs+fXocf]
式中f表示沉积物中细颗粒的质量分数
Xocs表示粗颗粒组分有机碳含量
Xocf表示细颗粒组分有机碳含量
Karichoff等（1979）描述了Koc与有机化合物的
标化分配系数（Koc）
用沉积物（土壤）有机质含量对分配系数Kp进行归 一化处理得到Koc，它们对于同一种化合物在不同种 沉积物（土壤）上保持相对稳定，即可得到每一种 化合物的一个与沉积物特征无关的Koc。
Koc = Kp / Xoc
式中Koc、Xoc分别代表标化分配系数和沉积物中有 机碳的质量分数。
疏水性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用或
干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。 疏水性有机化合物从水到土壤的吸着作用主要是溶质的分配（溶
解）过程，即溶解到土壤有机质中。
②
“分配作用”与“吸附作用”的比较
分配作用是有机物通过分子间作用力将溶质分
配到沉积物（土壤）的有机质中。这种作用主
颗粒（沉积物、土壤）有机质对吸附的影响
根据分配理论，在沉积物（土壤）-水体系中，吸附疏水性有机化 合物的主要是沉积物（土壤）有机质，即这种过程主要与其中有 机质含量有关，而与其中的矿物质多少无关。
解释：由于极性水分子和矿物表面发生强烈的偶极作用，“占据”
了表面大量的“吸附位”，使得疏水性有机化合物分子很难再吸 附在矿物表面，所以矿物表面吸附对吸附量的贡献很小。相反，
Karickhoff等Chiou等（1977）曾广泛研究了有 机化合物的Kow值和水溶解度Sw的关系，发现 二者之间存在着很好的相关性，结果可表示为：
lgKow=5.00-0.67lg(Sw×103/M)
式中Sw表示有机物在水中的溶解度，M表示有
机物的分子量。
•
对大量有机化合物的 log Kow 和 log Sw 进行线性回归(Chiou et al., 1977).
① ② ③ 分配理论的提出 分配作用与吸附作用的比较 沉积物（土壤）有机质对吸附的影响
II. 分配系数
① ② ③ 沉积物（土壤）/水分配系数Kp 沉积物（土壤）/水标化分配系数Koc 生物浓缩系数（因子）BCF或KB
I.
分配理论
① 分配理论的提出 实验现象 几种疏水性有机化合物在土壤-水体系中的 吸附—线性等温线
要靠范德华力。
吸附作用包括通常物理吸附和化学吸附，作用
力有氢键、离子偶极键、配位键等。
例：
图中所 示为3， 4-二甲基 苯胺在 天然固 体（？） 上的作 用方式
③ 分配作用与吸附作用的比较
分配作用
吸附热 吸附等温线 竞争吸附
反应热小
吸附作用
反应热大
线性等温线
非线性等温线
无竞争吸附
存在竞争吸附
pyrene
线性—Henry型
naphthalene
phenanthrene
Chiou et al. (1998, ES&T 32, 264-269)
非线性 – Freundlich型
n>1
[Cs] (mol kg-1)
Kd = Cs / C (mol L-1)
正辛醇-水分配系数Kow的关系
Koc = 0.63Kow
式中Kow表示有机物的正辛醇-水分配系数，即
分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中浓度的
比例。
脂肪烃、芳烃、芳香酸、有机氯和有机磷农药、
多氯联苯等辛醇-水分配系数和水中溶解度之间的关系
一些重要 有机物类 别的正辛 醇-水分 配系数 Kow范围