环境化学天然水的基本特征及污染物的存在形态

2 0
KH
pCO2
K1K2 [H ]2
KH
pCO2
一定温度下，PCO2是恒定不变的，所以[H2CO3*]保持不变； 但是随着pH的改变，[HCO3-]、[CO32-]发生改变。
lgC-pH图
2
2. 天然水的性质 比较开放体系和封闭体系的区别。
封闭体系
开放体系
[H2CO3*]、 [HCO3-]、 [CO32-]随着pH的改变 而改变，但是CT不变；
①氧在水中的溶解度
氧在干燥空气中的含量为 20.95% 。氧在水中的溶解度与 水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。水在25℃ 时的蒸汽压为0.03167 × 105 Pa。氧在 1.013 × 105 Pa， 25 ℃饱和水中的溶解度：
pO 2
5
(1.0130 10
0.03167 105) 20.95% 0.2056 105(Pa)
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 2、天然水的性质
二、水中污染物的分布和存在形态
1、有机污染物 2、金属污染物
三、水中营养元素及水体富营养化
1、水中营养元素 2、水体富营养化
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
水中八大主要离子；
[O2 (aq)] KH pO2 1.26 108 0.2056 105 2.6 104 (m ol/L)
氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32m g/L。
1. 天然水的组成 不同温度下，气体在水中溶解度的计算：
Clausius-Clapeyron方程式：
lg C2 H ( 1 1 ) C1 2.303R T1 T2
水溶液中金属离子：Mn+，简单的水合金属离子M(H2O)n+。 水中可溶性金属离子常常以多种形态存在。例如铁:
Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2(OH)24+, Fe3+ , …… 在近于中性的天然水溶液中，水合铁离子的浓度可忽略不计。
1. 天然水的组成
(3) 气体在水中的溶解性
1.天然水的组成
水中金属离子； 气体在水中的溶解度；
水生生物
2.天然水的性质
碳酸平衡 酸度和碱度
(1)八大离子：
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-
总含盐量(TDS)：
TDS=【K++Na++Ca2++Mg2+】+【HCO3-+Cl-+SO42-】
(2) 水中的金属离子：
大气中的气体与溶液中 同种气体间的平衡为：
KH 是亨利定律常数 (mol/L·Pa); 表3-2
注意：
[G(aq)] = KH×pG
1.计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。 2.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的量，可以大大高于亨利定律表示 的量。
1. 天然水的组成
[
K1 H
]
K1 [H
K2 ]2
)1
1
(1
[H K1
]
K2 [H
)1 ]
以上属封闭的水溶液体系的情况； 没有考虑大气交换过程。 CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]
2
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(1
[H ]2 K1 K2
[H K
2
]
100
)180 CO2+H2CO3
CO32-
α 60 40
HCO3-
20
0 2
4
6
8
10
12
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
2. 天然水的性质
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO2 (aq)] KH pCO2
CT
[CO2 (aq)] / 0
1
0
KH
pCO2
[HCO3- ] CT 1
1 0
KH
pCO2
K1 [H
]
KH
pCO2
[CO32- ] CT 2
pCO2 (1.0130105 0.03167 105) 0.0314% 30.8(Pa) [CO2 (aq)] KH pCO2 3.34108 30.8 1.028105(mol/L)
[H+]=[HCO3-] K1=4.45 × 10-7
故CO2在水中的溶解度应为 [CO2]+[HCO3—]=1.24×10-5mol/L
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,8.314J/mol K
1. 天然水的组成
②CO2的溶解度 CO2在干燥空气中的含量为 0.0314% ，水在25℃时的蒸
汽压为0.03167 × 105 Pa，CO2的亨利定律常数为3.34× 10-7 mol/L.Pa。则CO2在水中的浓度为：
1. 天然水的组成
(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
注意： 富营养化问题中，多数情况，P是限制因素，有些情况 下CO2也是一个限制因素。
2. 天然水的性质 2.1 碳酸平衡
在水体中存在着CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-等4种物质; 常把CO2和H2CO3 合并为H2CO3*; 实际上H2CO3 的含量极低，主要是溶解性的气体CO2。
第三章 水环境化学
Aquatic Environmental Chemistry
主编 戴树桂
本章重点及难点
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。
CT = [H2CO3*] + [HCO3-] + [CO32-]
0
(1
[
K1 H
]
K1K2 [H ]2
)
1
1
(1
[H K1
]
K2 [H
)1 ]
2
(1
[H ]2 K1 K2
[H ])1 K2
[H2CO3 ] CT0 [HCO3 ] CT1 [CO32 ] CT2
2. 天然水的性质
0
(1
2.1 碳酸平衡 2. 天然水的性质
CO2+H2O → H2CO3
H 2CO3 H HCO3-
HCO3
H
CO
23
K1
[H ][HCO3 [ H2CO 3 ]
]
K2
[H ][CO32 ] [HCO3- ]
[HCO
3
]
K1[H2CO3 ] [H ]
[CO32 ]
K2K1[H2CO3 ] [H ]2