第四章 水环境化学
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(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
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：
▪ 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．
反渗透法脱盐示意图
>3MPa
海水
含盐多的海水
H2O
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．
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·mol-1)/( 40g·mol-1)]/10mg ＝7 ° 该水硬度为17 °
通常规定水的硬度如下：
图3－2
All gases are also in a equilibrium between air and water
Carbonate equilibrium in Natural Water Systems:
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．
•可用亨利定律(Henry’s law)表示：
•
Pg ＝ KHCequil
Cequil＝ KH Pg
•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。
表3－1 25℃时一些气体在水中的亨 利定律常数
第四章 水环境化学
▪ 一 、天然水的基本特征 ▪ 二、水中污染物
一 、天然水的基本特征
人类的生存离不开水，人体的 59％-66％由水组成．工农业生产 也离不开水．水的环境化学涉及环 境科学各个方面, 是环境化学的最 基本最重要的内容。
1水的数量和分布
地球上水的总量是巨大 的，达到 1.4×1021kg．
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。
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：
淡水占总水量的2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ％。
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 淡水量的1％．人们正是利用这些少量淡水， 解决生活和工农业生产的用水要求．
▪ 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，将是我国在21世纪所 面临的重大问题．
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．
▪ 硬水有两大危害： ▪ i)Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子能和肥皂
6.40×10-9 1.97×10-8 9.74×10-8 4.84×10-4
2.07 6.12×10-4 1.22×10-5
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）。
▪ 当前我国解决水短缺的基本措施是： ▪ (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．
气体 KH[mol/(L·Pa)] 气体 KH[mol/(L·Pa)]
O2 O3 CO2 CH4 C2H4 H2 H2O2
1.26×10-8 9.16×10-8 3.34×10-7 1.32×10-8 4.84×10-8 7.80×10-9 7.01×10-1
N2 NO
NO2 HNO2 HNO3 NH3 SO2
水的软化
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：
▪ 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．
反渗透法脱盐示意图
>3MPa
海水
含盐多的海水
H2O
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．
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·mol-1)/( 40g·mol-1)]/10mg ＝7 ° 该水硬度为17 °
通常规定水的硬度如下：
图3－2
All gases are also in a equilibrium between air and water
Carbonate equilibrium in Natural Water Systems:
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．
•可用亨利定律(Henry’s law)表示：
•
Pg ＝ KHCequil
Cequil＝ KH Pg
•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。
表3－1 25℃时一些气体在水中的亨 利定律常数
第四章 水环境化学
▪ 一 、天然水的基本特征 ▪ 二、水中污染物
一 、天然水的基本特征
人类的生存离不开水，人体的 59％-66％由水组成．工农业生产 也离不开水．水的环境化学涉及环 境科学各个方面, 是环境化学的最 基本最重要的内容。
1水的数量和分布
地球上水的总量是巨大 的，达到 1.4×1021kg．
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。
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：
淡水占总水量的2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ％。
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 淡水量的1％．人们正是利用这些少量淡水， 解决生活和工农业生产的用水要求．
▪ 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，将是我国在21世纪所 面临的重大问题．
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．
▪ 硬水有两大危害： ▪ i)Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子能和肥皂
6.40×10-9 1.97×10-8 9.74×10-8 4.84×10-4
2.07 6.12×10-4 1.22×10-5
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）。
▪ 当前我国解决水短缺的基本措施是： ▪ (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．
气体 KH[mol/(L·Pa)] 气体 KH[mol/(L·Pa)]
O2 O3 CO2 CH4 C2H4 H2 H2O2
1.26×10-8 9.16×10-8 3.34×10-7 1.32×10-8 4.84×10-8 7.80×10-9 7.01×10-1
N2 NO
NO2 HNO2 HNO3 NH3 SO2