第3章水环境化学
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第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
第3章水环境化学
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水体的基本特征 (Basic Character of Natural Waters)
1、天然水的组成(Constitution of Natural Waters)
第3章水环境化学
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
第3章水环境化学
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
第3章水环境化学
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
(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。
第3章水环境化学
测定方法：
酸碱滴定，双指示剂法
H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第3章水环境化学
第3章水环境化学
第二节 水中无机污染物的迁移转化
(Transport and Transformation of inorganic Pollutants)
一、颗粒物与水之间的迁移 (Transport Between Particles and Water)
(酚酞终点) (甲基橙终点)
第3章水环境化学
总碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-] – [H+] 酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+] 苛性碱度= [OH-]- [ HCO3-] - 2[CO32-] – [H+]
第3章水环境化学
酸度 （Acidity）
第3章水环境化学
L型（Langmuir）等温式
G G0C /( A C)
1/ G 1/ G0 ( A/ G0 )(1/ C)
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
第3章水环境化学
3、沉积物中重金属的释放
(Release of Heavy Metals in Sediment)
沉积物中的重金属可能重新进入水 体，这是产生二次污染的主要原因。 不仅对于水生生态系统，而且对于饮 用水的供给都是很危险的。
第3章水环境化学
诱发释放的主要因素：
（1）盐浓度升高； （2）氧化还原条件的变化； （3）降低pH值； （4）增加水中配合剂的含量。
第3章水环境化学
二、水中颗粒物的聚集
(Aggregation of Particals in Water)
胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。
凝聚：由电介质促成的聚集。
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 常把CO2和H2CO3合并为H2CO3*。
第3章水环境化学
H2CO3*— HCO3-—CO32-体系可用下面的 反应和平衡常数表示：
CO2 + H2O = H2CO3* H2CO3* = H+ + HCO3HCO3- = H+ + CO32-
பைடு நூலகம்pK0 = 1.46 pK1 = 6.35 pK2 = 10.33
(Adsorption of Particals in Water Environmen) 表面吸附
离子交换吸附
专属吸附
第3章水环境化学
（1）吸附等温线和等温式
(Adsorption Isotherms and Isothermal Equation)
吸附是指溶质在界面层浓度升高的现象，水 体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过 程。
是指水中能与强碱发生中和作用的全 部物质，亦即放出H+或经过水解能产生H+ 的物质的总量。
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
第3章水环境化学
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
1、水中的颗粒物的类别
矿物微粒和黏土矿物 金属水合氧化物 腐殖质
悬浮沉积物
其他
第3章水环境化学
腐殖质(Humic Substances)
带负电荷的高分子弱电解质，多含有– COOH、–OH等。在pH高，离子强度低条件 下，羟基、羧基大多离解，负电荷相互排斥， 构型伸展，亲水性强。
第3章水环境化学
2、水环境中颗粒物的吸附作用
第3章水环境化学
在一定的温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物 表面上的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度 (C) 之间的关系用吸附等温式表达。
H型（ Henry）等温式（直线型）
G kC 式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1
G kC n
用对数表示：
lg G lg k 1 lg C n
八大离子：
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-
总含盐量(TDS)：
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
第3章水环境化学
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
絮凝：由聚合物促成的聚集。
第3章水环境化学
胶体颗粒凝聚方式
(Flocculation Way of Colloid Particulate)
1、压缩双电层的聚集 2、专属吸附凝聚 3、胶体相互凝聚 4. “边对面”絮凝
第3章水环境化学
α0 =[H2CO3* ]/{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]} α1= [HCO3- ] /{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]} α2 = [CO32- ] /{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]}
第3章水环境化学
（2）天然水中的碱度和酸度
(Water Environmental Chemistry)
第3章水环境化学
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水体的基本特征 (Basic Character of Natural Waters)
1、天然水的组成(Constitution of Natural Waters)
第3章水环境化学
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
第3章水环境化学
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
第3章水环境化学
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
(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。
第3章水环境化学
测定方法：
酸碱滴定，双指示剂法
H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第3章水环境化学
第3章水环境化学
第二节 水中无机污染物的迁移转化
(Transport and Transformation of inorganic Pollutants)
一、颗粒物与水之间的迁移 (Transport Between Particles and Water)
(酚酞终点) (甲基橙终点)
第3章水环境化学
总碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-] – [H+] 酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+] 苛性碱度= [OH-]- [ HCO3-] - 2[CO32-] – [H+]
第3章水环境化学
酸度 （Acidity）
第3章水环境化学
L型（Langmuir）等温式
G G0C /( A C)
1/ G 1/ G0 ( A/ G0 )(1/ C)
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
第3章水环境化学
3、沉积物中重金属的释放
(Release of Heavy Metals in Sediment)
沉积物中的重金属可能重新进入水 体，这是产生二次污染的主要原因。 不仅对于水生生态系统，而且对于饮 用水的供给都是很危险的。
第3章水环境化学
诱发释放的主要因素：
（1）盐浓度升高； （2）氧化还原条件的变化； （3）降低pH值； （4）增加水中配合剂的含量。
第3章水环境化学
二、水中颗粒物的聚集
(Aggregation of Particals in Water)
胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。
凝聚：由电介质促成的聚集。
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 常把CO2和H2CO3合并为H2CO3*。
第3章水环境化学
H2CO3*— HCO3-—CO32-体系可用下面的 反应和平衡常数表示：
CO2 + H2O = H2CO3* H2CO3* = H+ + HCO3HCO3- = H+ + CO32-
பைடு நூலகம்pK0 = 1.46 pK1 = 6.35 pK2 = 10.33
(Adsorption of Particals in Water Environmen) 表面吸附
离子交换吸附
专属吸附
第3章水环境化学
（1）吸附等温线和等温式
(Adsorption Isotherms and Isothermal Equation)
吸附是指溶质在界面层浓度升高的现象，水 体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过 程。
是指水中能与强碱发生中和作用的全 部物质，亦即放出H+或经过水解能产生H+ 的物质的总量。
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
第3章水环境化学
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
1、水中的颗粒物的类别
矿物微粒和黏土矿物 金属水合氧化物 腐殖质
悬浮沉积物
其他
第3章水环境化学
腐殖质(Humic Substances)
带负电荷的高分子弱电解质，多含有– COOH、–OH等。在pH高，离子强度低条件 下，羟基、羧基大多离解，负电荷相互排斥， 构型伸展，亲水性强。
第3章水环境化学
2、水环境中颗粒物的吸附作用
第3章水环境化学
在一定的温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物 表面上的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度 (C) 之间的关系用吸附等温式表达。
H型（ Henry）等温式（直线型）
G kC 式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1
G kC n
用对数表示：
lg G lg k 1 lg C n
八大离子：
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-
总含盐量(TDS)：
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
第3章水环境化学
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
絮凝：由聚合物促成的聚集。
第3章水环境化学
胶体颗粒凝聚方式
(Flocculation Way of Colloid Particulate)
1、压缩双电层的聚集 2、专属吸附凝聚 3、胶体相互凝聚 4. “边对面”絮凝
第3章水环境化学
α0 =[H2CO3* ]/{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]} α1= [HCO3- ] /{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]} α2 = [CO32- ] /{[H2CO3* ]+[HCO3- ]+[CO32- ]}
第3章水环境化学
（2）天然水中的碱度和酸度