第三章水的化学处理
第三章水环境化学水中无机污染物的迁移转化
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
④吸附和聚沉对污染物的影响
有人研究某入海河口铬、铜、汞的迁 移机制，测定了该河口底层水和表层底 泥中铬、铜、汞的含量及它们在底泥中 的富集系数(相对底层水)，发现多年来 该河口水中铬、铜、汞含量，基本稳定 在标准以下，而部分站位表层底泥中有 时出现超标的情况；而且在表层底泥中 铬、铜、汞的平均富集系数很大，分别 为980～1100、164～500、18～45，呈 现明显的富集能力，其中对铬尤为显著。
第二节 水中无机污染物的迁移转化
无机污染物主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作 用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行 迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环 过程，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造 成永久性的潜在危害。
实际上微量污染物在水体中的浓度和形态分布，在 很大程度上取决于水体中各类胶体的行为。胶体微粒 作为微量污染物的载体，它们的絮凝沉降、扩散迁移 等过程决定着污染物的去向和归宿。在天然水体中， 重金属在水相中含量极微，而主要富集于固相中，在 很大程度上与胶体的吸附作用有关。因此，胶体的吸 附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应 有重要影响。
27
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
②不同吸附剂对金属离子的吸附有较大
的差别
P.A.Krenkel和E.B.Shin等研究了各种天然 和人工合成的吸附剂对HgCl2的吸附作用， 其吸附能力大致顺序是：含硫的沉积物(还 原态的)＞商业去污剂(硅的混合物、活性 碳)＞三维黏土矿物(伊利石、蒙脱石)＞含 蛋白去污剂＞铁、锰氧化物及不含硫的天 然有机物＞不含硫但含胺的合成有机去污 剂、二维黏土矿物和细砂。
26
补充：胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的 影响
环境化学-第三章-第2节-水中无机污染物的迁移转化概述
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸量
A—常数
（p122 图3－4）
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4 沉积物中重金属的释放（p125）
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。
碱金属和碱土金属离子可将吸附在颗粒 物表面的重金属离子置换出来，这是重金属 从颗粒物表面解吸的重要途径之一。
氧化还原条件的变化，使金属以水合离 子解吸。
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4 沉积物中重金属的释放（p125）
水环境pH值的降低，导致硫酸盐和氢 氧化物的溶解
废水中配合剂的含量增加，和重金属 形成稳定的可溶性配合物，使重金属 重新进入水体，以上几种途径都有可 能构成环境水体重金属的二次污染
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聚多胺，聚丙烯酰胺，阳离子型 （淀粉－二甲基二烯丙基氯化铵接枝 共聚物）, 两性絮凝剂等。
复合型絮凝剂
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三、沉淀和溶解
1. 金属氧化物和氢氧化物
M (OH )n (S ) M n nOH
KSP [M n ][OH ]n
[M
n
]
K SP [OH
]n
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将[Fe(OH)+] = 1.0×10-7 mol/L代入，
pH = 11.6
(2)
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pE – pH 图
Fe(OH)3(S) Fe2+的边界 Fe(OH)3(S) + 3H+ + e = Fe2+ + 3H2O
K
Re d Ox en
第三章第三节 工业废水处理方法
3.1 中和法
第三章 水污染及其防治
三、 药剂中和法
酸性废水的药剂中和法
药剂中和法投药量计算：
G Q C a K (kg / h)
式中： Q ——废水流量(m3/h) C ——废水中酸（碱）浓度(kg/m3) ——换算（比重1） a ——药剂单位理论耗量(kg/kg) α——药剂纯度或浓度(0.6-0.98) K ——反应不均匀系数(1.1-2.0)
3.1 中和法 二、 酸碱废水中和法
中和能力的计算
第三章 水污染及其防治
1）根据当量定律计算: Q1C1=Q2C2
Q-废水流量（m3/h），C-废水中酸/碱浓度（kg/m3）
2）等当点:在滴定分析中，用标准溶液对被测溶液进行滴定，当反 应达到完全时，两者以相等当量化合，这一点称为等当点。
3）等当点的pH
酸碱废水的危害： 1）破坏水体水质，影响水生动植物生存 2）排水管道、设施腐蚀破坏 3）影响污水处理效果（混凝，生物）
3.1 中和法
第三章 水污染及其防治
一、 概述
中和方法的分类
酸性废水的中和方法主要有：与碱性废水互相中和，药剂 中和，过滤中和。
碱性废水的中和方法主要有：与酸性废水互相中和以及药 剂中和。
3.1 中和法 三、 药剂中和法
碱性废水的药剂中和法
第三章 水污染及其防治
原理：向碱性废水投加酸性药剂，使废水的pH值降低的方法。
常采用的中和剂有硫酸、盐酸、硝酸以及锅炉烟道气（CO2、SO2） 等，还应尽可能使用一些工业废酸（工业硫酸）。
3.1 中和法
第三章 水污染及其防治
三、 药剂中和法
碱性废水的药剂中和法
第三章 水污染及其防治
3.3.3 臭氧氧化法
第三章-水环境化学(第一次课)
ii 表示方法
总含盐量(Total Dissolved Solids－TDS)，也称总矿化度： 水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为水的总含盐量。
总含盐量＝Σ阳离子+Σ阴离子
iii 测定
重量法
总含盐量＝溶解固形物
cT
[H
2 CO
* 3
](1
K1 [H
]
K1K 2 [H ]2
)
0
[H2CO*3
]
1
cT
(1
K1 [H ]
K1K 2 [H ]2
) 1
说明pH决定它们的 含量多少
1
[HCO
3
]
cT
[H ] (
K1
1
K2 [H
) ]
1
2
[CO32 ] cT
([H ]2 K1K 2
[H ] 1)1 K2
lg c2 H • ( 1 1 ) 15.59103 ( 1 1 ) c1 2.303R T1 T2 2.3038.314 298.15 273.15
c2 8.289 1.778 14.74mg / L
0 ℃时的含量14.74mg/L 20 ℃时为9.227mg/L
2．在一个标准大气压下，25℃时CO2在水中的溶解度。已知 CO2在干空气中的含量为0.0314%（体积）。
氧气的分压为
0.9813105 20.95% 0.2056105 Pa
[G(O2) ] KH PG 1.26108 0.2056105 2.590104 mol / L
[G(O2) ] 2.590104 32 8.289mg / L
第三章水环境化学
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
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：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
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
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
环境化学：第三章 水环境化学 1
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
水处理I-第三章：水的化学处理
连续流中和池
水质水量变化不大，pH要求高时； 间歇式中和池 水质水量变化较大，无法保证出水pH要求；
§3 2.3 投药中和法；
I. 酸性废水的药剂中和处理
（1）酸性废水中和剂：石灰、石灰石、大理石、白云
石、碳酸钠、苛性钠、氧化镁等。常用者为石灰。
（2）中和反应 H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2O
2HNO3+Ca(OH)2=Ca(NO3)2+2H2O
2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2+2H2O 2H3PO4+3Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+6H2O 2CH2COOH+Ca(OH)2=Ca(CH2COO)2+2 H2O FeCl2+Ca(OH)2=Fe(OH)2+CaCl2
PbCl2+Ca(OH)2=Pb(OH)2+CaCl2
病毒（10nm-300nm）蛋白质（1nm-50nm）
腐殖酸
§3 1.1 混凝原理
（1）胶体结构（双电层结构）
A、电位离子层：胶核表面，吸附了一层带同号电
荷的离子； B、反离子层 ：电位离子层外吸附了电量与电位离 子层总电量相同，而电性相反的离子； 吸附层 扩散层
C、滑动面： 吸附层与扩散层的交界面； D、胶体的电动电位 ： 指胶粒与扩散层之间的电位差；
阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)(Cationic Polyacrylamide)
+
-
阴离子聚丙烯酰胺（APAM）(Anionic Polyacrylamide)
-+
淀粉类 ——土豆、玉米、小麦具有高含量淀粉
——直链淀粉的絮凝性能高于支链淀粉
第三章 研究与实践 了解水处理过程中的化学原理
研究与实践了解水处理过程中的化学原理研究目的通过查阅资料或现场参观等，了解水处理过程中所涉及的化学原理，认识水溶液中的离子反应与平衡在生产、生活中的应用，提高安全用水的意识，体会化学的价值。
材料阅读材料一水硬度的分类，一般来说水的硬度是暂时硬度和永久硬度的总和。
水的暂时硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，这种水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙或碳酸氢镁就会分解成不溶于水的碳酸钙和难溶于水的碳酸镁沉淀。
这些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度较高的水得到软化。
水的永久硬度则是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，永久硬度不能用加热的方法软化，一般有加入碳酸盐的沉淀法和离子交换法等。
材料二水垢(Water scale)俗称“水锈、水碱”，是指硬水煮沸后所含矿质附着在容器(如锅、壶等)内逐渐形成的白色块状或粉末状的物质，主要成分有碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁等。
水垢的导热能力很差，如果锅炉内形成的水垢过厚则会导致锅炉效率降低，重则会引起锅炉爆管造成锅炉事故。
水垢的处理方法有许多，如：酸除水垢。
如烧水壶有了水垢，可将几勺醋(或柠檬片)放入水中，煮沸浸泡一段时间，水垢即除。
如水垢中的主要成分是硫酸钙，则可将纯碱溶液倒在水壶里烧煮，再加酸即可去垢。
其他还有离子交换，专用清洁剂等。
材料三 水的化学处理法是通过化学反应来分离、去除废水中的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。
常见的化学处理法：混洗方法，如明矾净水。
沉淀法，硫化物沉淀含汞、镉等废水。
氧化还原法，如氰化物等处理。
电解法(下一章会介绍)、中和法、离子交换等方法。
1．加热煮沸可使暂时硬水软化，分析其化学原理。
答案 暂时硬水中含有Ca(HCO 3)2、Mg(HCO 3)2Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑Mg(HCO 3)2=====△MgCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑MgCO 3＋H 2O===Mg(OH)2＋CO 2↑沉淀析出后，水的硬度降低。
第三章 水环境化学
pKc1
pKc2
结论：
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ pH<<pKc1 pH=pKc1 pH=pKc2 pH>>pKc2 pH=1/2(pKc1+pkc2) H2CO3* αH2CO3*=αHCO3αHCO3-=αCO32CO32HCO3-
3：开放碳酸体系
= -21.6 + 2pH
由以上方程式作lgc—pH图可看出
3. 碱度的测定：
（原理: 中和滴定法，根据消耗的酸量求出）
c V 1000 碱度（mmol/L ） Vs 单位：mmol[H ]/L
式中：Vs——水样体积）(mL) c——HCl浓度（mol/L) V——HCl体积（mL）
思考：碱度和碱性的区别
例如:若一个天然水的pH为7.0，碱度为1.4mmo1/l， 求需加多少酸才能把水体的pH降低到6.0。
二、水体中的污染物
病原体污染物
耗氧污染物 植物营养物 石油类污染物 放射性物质
酸、碱、盐无机污染物
热污染
有毒污染物
(1)重金属
(2)无机阴离子 (3)有机农药、多氯联苯 (4)致癌物质 (5)一般有机物质
三、水体中的污染物的运动过程
大气降落物 污水排入
1.稀释、扩散过程
3.转化过程
溶解在天然水中的物质
1、主要离子 主要阳离子有: Ca2+、Mg2+、Na+、K+。 主要阴离子有： Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-。 这八种离子可占水中溶解固体总量的95%～99%以上。 陆地水中下列成分的含量顺序一般为： HCO3- ＞SO42- ＞Cl-，Ca2+ ＞Na+ ＞Mg2+ 海水中相应的含量顺序为： Cl- ＞SO42- ＞HCO3-，Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+。
初三化学第三章水1B
6．水是纯净物的特征是( )
A．由氢、氧两种元素组成B．能溶解许多物质
C．具有固定的组成和性质D．电解可生成氢气和氧气
7．下列物质中，属于纯净物的是( )
A．矿泉水B．蒸馏水C．天然水D．生理盐水
8．有人说把地球称为水球更合适一些，这是因为水约占地球表面积的________，但地面淡水量还不到总水量的________。故科学家预言，水不久将会成为一个深刻的社会危机，因此，每个人都应树立起________的好风尚。
(2)与电源正极相连的试管里产生的是________气；与电源负极相连的产生的是________气；两种气体的质量比是________，正、负极产生的气体的体积比________。
【例6】下列说法正确的是( )
A．水电解后生成氢气和氧气，所以水是由氢气和氧气组成的
B．水是由氢元素和氧元素组成的
c．水是由氢原子和氧原子构成的
产物为水
①在后面知识中会学到：可用白色粉末无水CuSO4遇水变蓝色晶体来证明水
②根据质量守恒定律也可证明生成物中只有氢、氧两种元素
二、典型例题
【例1】以下说法正确的是( )
A．深层地下水没有受到污染，属于纯净物
B．水资源是取之不尽，用之不竭的
C．水有巨大的自净能力，所以不怕受到污染
D．合理地开发、利用、保护水资源是一项长期、重要、艰巨的任务，要树立节约用水的好风尚
11．海洋面积约占地球表面71％，通常每1000g海水中含氯化钠等盐类约35g，所以海水是咸水，但可以变成淡水“跑”到陆地上来。
(1)海水“跑”到陆地变成淡水形成天然水循环，这个过程中主要包含了水的哪两种物态变化?
________________________________________________________
资源与环境化学 第三章 第三部分(水污染控制)
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
第8页
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
活性污泥法污水处理工艺流程
第9页
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
B、生物过滤法 在过滤池中，废水被喷淋在表面上覆盖有发达微生物膜的石 块或其他滤料上，这些滤料在化学上是惰性的。 生物膜，实际上是一种胶状膜（Schmutzdecke），其中含有 成熟的微生物，包括细菌、真菌和原生动物等。 在设计生物过滤池时，应考虑其结构能使废水与空气得到充 分的接触，以便生物膜和废水层从空气中吸收氧气。
第11页
（3）三级处理
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
三级处理也称高级处理或深度处理，它是将二级处理未能去 除的部分污染物进一步净化处理，常用超滤、活性炭吸附、离子 交换、电渗析等。其处理内容为去除某些重金属毒物，进一步去 除可溶性无机物（富营养物）、部分有机物以及细菌、病毒等微 生物。经过三级处理后的污水， BOD5去除率在 95%以上，出水 浓度降至5mg/L以下，可直接回用于工业。
三级处理系统
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《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
一级处理 二级处理 三级处理
废水
格 栅
沉沙 池
沉淀 池
生物曝气 池或生物 滤池
二次沉淀 池
混凝、过 滤、离子 交换、消 毒等设备
回流污泥 一级处理出水 (排放、灌溉) 二级处理出水 三级处理出水 （排放、灌溉） (排放、再用)
垃圾 处理
沉渣 处理
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《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
1、沉淀池的应用 沉淀池通常为径流流经的简易水池。 沉淀池的位臵设臵： 有的沉淀池紧接排水管渠出口，仅比排水管渠更深、更宽 一些。还有的沉淀池就是开挖的深坑或沟渠，其位臵紧挨 着停车场、商场、房屋开发区或高速公路。 沉淀池作用： 由于沉淀池内水流经的横断面积要比排水渠大，径流经 过时流速会下降。这使得径流在流出沉淀池以前就有部分 沉积物沉淀到池底。 城市径流中许多污染物与固体悬浮物相关，因此固体悬 浮物沉淀后可使大量BOD、营养盐、碳氢化合物、金属和 农药得以去除。 * 断流期间，需周期性地将沉淀池内积累的沉积物挖出并装 运填埋。否则可能对地表径流的污染物流量产生影响 。
第三章 水环境化学习题解答
第三章水环境化学一、填空题1、天然水体中常见的八大离子包括：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。
2、天然水体中的碳酸平衡体系a0、a1、a2分别表示[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]的分配系数，其表达式分别为：（用pH\K1\K2表达）:a 0=[H2CO3*]/{[ H2CO3*]+[ HCO3-]+[ CO32-]}=[H+]2/{[H+]2+K1[H+]+K1K2}a 1=[ HCO3-] /{[ H2CO3*]+[ HCO3-]+[ CO32-]}= K1[H+]/{[H+]2+K1[H+]+K1K2}a 2=[ CO32-] /{[ H2CO3*]+[ HCO3-]+[ CO32-]}= K1K2/{[H+]2+K1[H+]+K1K2}。
(注：此三个公式前半段教材119-120页有错误！)a 0+a1+a2=13、根据溶液质子平衡条件得到酸度低表达式：总酸度=[H+]+2[ H2CO3*]+[HCO3-]-[OH-]；CO2酸度= [H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-]（注：教材121此公式错误），无机酸度= [H+]-[HCO3-]-2[CO32-] -[OH-] 。
4、根据溶液质子平衡条件得到酸度低表达式：总碱度= [OH-] +2[CO32-]+[HCO3-]-[H+]；酚酞碱度= [OH-] +[CO32-]-[H+]-[ H2CO3*]；苛性碱度= [OH-] -2[ H2CO3*]-[HCO3-]-[H+]。
5、“骨痛病事件”的污染物是镉；水俣病的污染物是汞（或甲基汞）。
6、水体的富营养化程度一般可用总磷（TP）、总氮（TN）、叶绿素a、透明度等指标来衡量。
7、水环境中氧气充足的条件下有机物发生的生物降解称为有氧（或好氧）降解，最终产物主要为二氧化碳和水，有机氮转化为硝酸根，有机硫转化为硫酸根。
水中的有机物在无氧条件经微生物分解，称为厌氧降解，降解产物除二氧化碳和水外，还有小分子的醇、酮、醛、酸等，无机态氮主要以氨氮存在、硫主要以硫化物存在，水体发臭发黑。
环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化
三、溶解和沉淀
溶解与迁移 实际溶解沉淀过程的复杂性 1、氧化物和氢氧化物：氧化物可以视作氢氧化物的脱水产物 Me(OH)n (s) Men+ + n OH根据溶度积： Ksp= [ Men+ ] [ OH- ]n 可转化为： [ Men+ ] = Ksp / [ OH- ]n = Ksp[ H+] / Kwn -lg [ Men+ ] = -lgKsp – n lg [ H+ ] + n lgKw pc = pKsp- n pKw + n pH = pKsp – n pOH 可以做 pc-pH 图，斜率等于 n，即金属离子价； 截距是 pH = 14 - (1/n)pKsp。
[Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp [H+]2/Ksp´ =Ksp [H+]2/（0.1K1K2）
3、碳酸盐
——多相平衡，pH通过控制碳酸根浓度影响沉淀平衡
封闭体系： 只考虑固相和液相，把 H2CO3* 当作不挥发酸类处理。 ①CT为常数时，
CaCO3(s) Ca2＋ + CO32[Ca2＋]=Ksp/(CTα2)
Aquatic Environmental Chemistry
主编 戴树桂
第二节 水中无机污染物的迁移转化
无机污染物，特别是重金属和准金属等
污染物，一旦进入水环境，均不能被生物降
解，主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合
作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理
化学作用进行迁移转化，参与和干扰各种环
境化学过程和物质循环过程。
吸附：指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。
常见的吸附等温线
资源与环境化学 第三章 第一部分(天然水组成与化学平衡)
不同温度下气体在水中的溶解度：Clausius-Clapeyron方程
C2 H 1 1 lg ( ) C1 2.303 R T1 T2 C1 , C2 为绝对温度为T1 , T2时气体在水中的溶解度 H 溶解热， J/mol R 气体常数,8.314 J/mol K
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
第三章 水环境化学
Chapter 3. Aquatic Environmental Chemistry
第一部分 天然水的组成与化学平衡
主讲：刘耀驰
中南大学化学化工学院
第1页
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
本章重点
无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化还原、配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基 本原理； 计算水体中金属存在形态;
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
(3) 气体在水中的溶解性
亨利定律：大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为：
kH 是各种气体在一定温度 下的亨利定律常数 (mol/L· Pa)，pg为分压
[G(aq)] = kH×pg
亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应 溶解于水中的实际气体量，可以大大高于亨利定律表示的量
K2
2 ] [H ][CO 3 -] [HCO 3
K1[H 2CO3 ] [HCO 3 ] [H ] 2 ] K 2 K1[H 2CO3 ] [CO3 [H ]
第10页
《资源与环境化学》 第三章 水环境化学
(4) 水生生物
生态系统、食物链中的一个重要环节； 生产者、消费者、分解者； 自养生物、异养生物； 生产率、富营养化、C、N、P
第11页
第3章：水环境化学2-1
一、颗粒物与水之间的迁移
1、水中颗粒物的类别
天然水中颗粒物主要包括五大类：矿物、金属水合氧 化物、腐殖质、悬浮物、其他泡沫、表面活性剂等半胶体 以及藻类、细菌、病毒等生物胶体。
（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）。
第二节、水中无机污染物的迁移转化
一、颗粒物与水之间的迁移 二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式 三、溶解和沉淀 四、氧化—还原
五、配合作用
无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一旦进入 水环境，不能被生物降解;
主要通过吸附—解吸、沉淀—溶解、氧化—还原、配合作 用、胶体形成等一系列物理化学作用进行迁移转化，参与和 干扰各种环境化学过程和物质循环过程； 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。 重点介绍重金属污染物在水环境中迁移转化的基本原理。
在水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子和无机高 分子的专属吸附作用特别强烈。例如，简单的Al3+、Fe3+高 价离子并不能使胶体电荷因吸附而变号，但其水解产物却 可达到这种效果，这就是发生专属吸附的结果。 水合氧化物胶体对重金属离子有较强的专属吸附作用，这 种吸附作用发生在胶体双电层的 Stern层中，被吸附的金属 离子进入Stern层后。不能被通常提取交换性阳离子的提取 剂提取，只能被亲和力更强的金属离子取代，或在强酸性 条件下解吸。
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。
第三章水化学重要概念稀溶液定律（依数性定律）由难挥发的非电解质
第三章 水化学重要概念1.稀溶液定律（依数性定律）：由难挥发的非电解质所形成的稀溶液的性质，溶液的蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降和溶液渗透压与一定量溶剂中所溶剂溶质的数量（物质的量）成正比，而与溶质本身的性质无关，故称依数性。
2.蒸气压：在一定条件下，液体内部那些能量较大的分子会克服液体分子间的引力从液体表面逸出，成为蒸气分子，这个过程称为蒸发或者气化，此过程吸热。
相反蒸发出来的蒸气分子也可能撞到液面，为液体分子所吸引，而重新进入液体中，此过程称为液化，此过程放热。
随着蒸发的进行，蒸气浓度逐渐增大，凝聚的速度也就随之增大，当凝聚的速度和蒸发的速度达到相等时，液体和它的蒸气就达到了平衡状态。
此时蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压。
3.蒸气压下降：向溶剂（如水）中加入难挥发的溶质，使它溶解成为溶液时，可以测得溶剂的蒸气压下降。
同一温度下，纯溶剂蒸气压与溶液蒸气压之差叫做溶液的蒸气压下降。
4.在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液中溶剂的蒸气压下降（p ∆）与溶质的摩尔分数成正比：A B A B p x p nn p =⨯=∆ 。
5.溶液的沸点上升和凝固点下降：当某一液体的蒸气压等于外界压力时（无特殊说明外界压力均指101.325kPa ），液体就会沸腾，此时温度称为液体的沸点。
表示为bp T 。
6.凝固点：该物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度。
表示为fp T 。
7.一般由于溶质的加入会使溶剂的凝固点下降，溶液的沸点上升，而且溶液越浓，凝固点和沸点改变越大。
8.难挥发的非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比（所谓的质量摩尔浓度指1kg 溶剂中所含溶质的物质的量）。
用公式表示为：m K mk fp fp bp =∆=∆T T bp 式中fp bp K K 和分别称为溶剂的摩尔沸点上升常数，和溶剂的摩尔凝固点下降常数，单位为1mol kg K -⋅⋅。
9.渗透压：是维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。
初中化学水处理技术教案
初中化学水处理技术教案教学内容：水的净化和处理技术教学目标：1. 了解水的净化和处理的重要性。
2. 掌握水的净化方法和水处理技术的原理。
3. 能够分析和评价不同的水处理技术的优缺点。
教学重点：1. 水的净化和处理的原理。
2. 常见的水处理技术及其应用。
教学难点：1. 不同水处理技术的比较和选择。
2. 理解水的净化和处理的工程原理。
教学准备：1. 多媒体教学设备。
2. 实验室设备和化学试剂。
教学过程：一、引入教师通过引入实际生活中的水污染问题，让学生认识到水的净化和处理的重要性，引发学生的学习兴趣。
二、水的净化与处理1. 澄清水：通过过滤和沉淀等方法去除水中的杂质。
2. 消毒：使用氯气、臭氧等消毒剂杀死水中的细菌和病毒。
3. 软化水：通过交换树脂或加入石灰来去除水中的硬度物质。
4. 去除重金属：使用化学方法或生物方法去除水中的重金属物质。
三、常见的水处理技术1. 植物净化技术：利用水生植物吸收水中的有害物质并还原水体的自净能力。
2. 膜分离技术：利用不同孔径的膜过滤水中的杂质。
3. 臭氧氧化技术：利用臭氧氧化水中的有机物质。
4. 活性炭吸附技术：利用活性炭吸附水中的有机物质。
四、实验演示教师可以设计简单的实验演示，让学生亲自操作水处理技术，加深他们对水的净化和处理原理的理解。
五、讨论学生讨论并比较不同的水处理技术的优缺点，思考如何选择适合的水处理技术解决现实生活中的水污染问题。
六、作业要求学生总结常见的水处理技术，并思考如何在日常生活中节约用水和保护水资源。
七、小结教师对本节课的内容进行小结，并强调水的净化和处理技术对于人类生活的重要性。
教学反馈：通过课堂讨论和作业的手段，了解学生对水处理技术的掌握情况，并及时进行指导和辅导。
教学反思：针对学生的掌握情况和反馈意见，教师可以调整教学内容和方法，进一步提高教学效果。
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第三章水的化学处理
一:名词解释:
混凝电动电位化学沉淀消毒折点氯化
二: 填空题:
1碱性废水处理时所用中和剂有_______和_______
2过滤中和所使用的中和滤池有普通中和滤池,_______________和__________
3混凝剂的种类较多,目前应用最广的是_______和_____________
4混凝沉淀的处理包括__________ __________ __________几个部分
5助凝剂有以下几类__________ _____________ __________
6化学混凝的设备包括:混凝剂的设备和_______ _____________和_____________
7药剂投入原水的形式可分为三种形式即_________ ___________和_________
8臭氧氧化反应设备可分为气泡式,_________和___________三种
9在废水处理中用的最多的药剂氧化法是________
10<生活饮用水卫生标准>规定:出厂水游离性余氯在接触30min后不应低于_______,在管网末梢不应低于__________
三:判断题:
1投加药剂中和法常用于酸性废水中( )
2 结晶氧化铝为无色透明晶体,易溶于水,也溶于乙醚,乙醇等有机溶剂,也溶于苯( )
3在澄清池内,可以同时完成混合,反应,沉淀分离等过程( )
4中和处理与PH值调节是同一概念.( )
5酸性污水中和处理中常用的中和剂是石灰.( )
6投加助凝剂的作用是减弱混凝效果,生成粗大结实易于沉降的絮凝体.( )
7化学氧化法常用的氧化剂臭氧,液氯,次氯酸钠,空气等.( )
8氯消毒与氯胺消毒的原理是一致的,且消毒效果一样.( )
四:简答题
1试述混凝的机理.及影响混凝的因数？
2混凝剂的投配流程.
3简述化学沉淀法的工艺过程.
4酸性废水中投药和法的优缺点
5酸碱废水中和处理的基本原理是什么?
6臭氧氧化法有那些优缺点?
五:计算
某地表水源的总碱度为0.2mmol/L.市售精制硫酸铝(含AL2O3约16%0,投加量28mmol/L.试估算石灰头投量(市售石灰纯度为50%).
六:识图
图中OM MA AB BP各表示什么?
答案:
一 名词解释
1混凝:就是在混凝剂的离解和水解产物作用下,使水中的胶体杂质和细小悬浮物脱稳,并聚结成可以与水分离的絮凝体的过程.
2电动电位:胶粒表面剩余电荷使滑动面和溶液主体之间有一个电位差.
3化学沉淀:向废水中投加某种化学物质,使它和其中某些溶解物质发生化学反应,生产难溶的盐或氢氧化物而沉淀下来,这种方法即化学沉淀.
4消毒:是指用某种方法杀死某种病原微生物的措施.
5折点氯化:加氯量超过折点需要量时称为折点氯化.
二 填空题
1盐酸 硫酸
2升流式膨胀中和滤池 滚筒式中和滤池
3铝盐 铁盐
4 投药 混合 反应及沉淀分离
5 PH 调整剂 氧化剂类 絮凝结构改良剂
6 投加设备 混合设备 反映设备
7 重力式 压力式 泵前吸入式
8水模式 水滴式
9氯氧化法
10 0.3 mg/L 0.05mg/L
三 判断题：
对 错 对 错 对 对 错 错
四 简答题：
1混凝的机理，主要有三方面，1压缩双电层作用 2吸附架桥作用 3网捕作用 主要影响因数：PH 值 水温 混凝剂的种类和投加量 水利条件的影响
2 混凝剂的投配流程：药剂 溶解池 溶液池 计量设备 投加设备 混合设备 反应设备
3 化学沉淀法的工艺过程包括:1)投加化学沉淀剂,与水中污染物反应,形成难溶的沉淀物余
氯
量
O M P
投氯量
而析出;2)通过凝,沉降,浮上,过滤,离心等方面进行固液分离;3)泥渣的处理和回收利用.
4 投药中和法的优点是:适用于任何浓度,性质的酸性废水;其对水质水量的波动适应强,中和剂利用率高,中和过程容易调节.缺点是:劳动条件差,药剂配制和投加设备多,基建投资大,泥渣多且脱水困难.
5 中和处理发生的主要反应是酸与碱生成盐和水的中和反应,在中和过程中,酸碱双方的当量恰好相等是称为中和反应的等当点.强酸强碱互相中和时,由于生成的强酸强碱盐不发生水解,因此等当点即中性点,溶液的pH值等于7.0.如中和的一方为弱酸或弱碱,由于中和过程所生成的盐的水解,尽管达到等当点,但溶液并非中性,pH值大小取决于所生成盐的水解度.
6 臭氧氧化法的主要优点是氧化能力强,对除臭,脱色,杀菌,去除无机物和有机物都有显著的效果,处理后废水中的臭氧易分解,不产生二次污染,一般也不产生污泥,设备操作运行方便.但缺点也是明显的,主要是臭氧发生装置造价高,臭氧生产产率低,臭氧氧化过程中臭氧利用率相对低,这样使得臭氧化造价高,处理成本也较高.
五计算题
解:投药量折合Al2O3为28*16%=4.48mg/L.
Al2O3分子量为102，故投药量为4.48/102=0.044mmol/L。
剩余碱度取0.37mmol/L，则得：
[CaO]=3*0.044—0.2+0.37=0.3mmol/L
CaO分子量为56，则市售石灰投加量为：0.3*56/0.5=33.6mg/L。
六识图题
OM段表示水中其他杂质消耗氧，余氯量为零；MA段表示氯与氨生成氯胺，有化合性余氯存在；AB段表示部分氯胺被投入的氯氧化为不起消毒作用的N2，NO，N2O等化合物。
BP表示此阶段已经没有杂质消耗氧，投加的氯全部成为余氯，消毒效果最好。