第三章水环境化学环境化学第二版

面现象
学性。
间物质。
•性质
•状 •热 •熔 •蒸 •密 •表面 •介 •水 •透明 •离 态 容 解热 发热 度 张力 电常 合 度 解
数
•介电常数较大， 高度溶解离子性 物质能使其电离
•可透过可见光和长 波段紫外线，在水
体深处可发生光合 作用。
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
• 碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能 接受H+的物质总量。 • 组成水中碱度的物质可以归纳为三类： • ① 强碱；②弱碱；③ 强碱弱酸盐。
•总碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+]
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•第一节 水环境化学基础
• 酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放
•第一节 水环境化学基础 •CT = [H2CO3] + [HCO3-] + [CO32-]
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•第一节 水环境化学基础
•以上属封闭的水溶液体系的情况； •没有考虑大气交换过程。
•100 •80 •CO2+H2CO3
•HCO3-
•CO32-
•α•60 •40
•20
•0 •2
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础 •4.2 水体自净特征
• 水体中的污染物在自净过程中浓度是逐渐下降的； • 大多数有毒污染物转变为低毒或无毒化合物； • 重金属从溶解状态被吸附或转变为不溶性化合物，沉淀入底泥； • 复杂的有机物都能被微生物利用和分解； • 不稳定的污染物变为稳定的化合物； • 水中溶解氧急剧下降到最低点后又缓慢上升，并恢复到正常水 平； • 水中生物种类和个体数量大量减少，然后生物种类和个体数量 也逐渐随之回升，最终趋于正常的生物分布。
第三章水环境化学环境化学第二版
•第二节 水体中无机污染物的迁移转化
• 1. 颗粒与水之间的迁移
•(1) 水中颗粒物的组成
• 非粘土矿物和粘土矿物：
•
石英(SiO2)、长石(KAlSi3O8)、云母及粘土矿物
• 金属水合氧化物：
•
Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al2(OH)24+, Al(OH)3, Al(OH)4-
•第一节 水环境化学基础
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
•若水体的pH为10.0，碱度为1.00 × 10-3 mol/L, 则上述各形态物 质的浓度为多少？
•解：碱度的贡献：[OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-] • [H+]的浓度可以忽略不计。
• [H+] = 1.00 × 10-10 mol/L; [OH-] = 1.00 × 10-4 mol/L
•常以金属盐 的形式存在
•金属 •阴离 离子 子
•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
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
•1.2 水的特
性
•提流一供动般生性为命。液介态质，•大于、熔稳，解定能热的使比液水•大 面 分较水态处且 ， 布的。水 控 ，密体 制 保度冰 水 护在冻 体 水4℃始 中 生时于 温 生最表 度 物
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
• 气体的溶解度随温度的升高而降低，不同温度下，气体在
水中溶解度的计算：
•克劳修斯-克
拉贝龙方程
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础 •CO2的溶解度
• CO2在干燥空气中的含量为 0.033% ，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： • Pco2=(1.01325-0.03167)×105×0.00033=32.39（Pa） • [CO2]=3.34×10-7×32.39=1.082×10-5(mol/L)
第三章水环境化学环境 化学第二版
2020/12/7
第三章水环境化学环境化学第二版
第三章
•第一节 水环境化学基础
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境的基础知识 第一节 水环境化学基础
• 1. 天然水的基本特性 •1.1 天然水的组成
•HCO3-、 NO3-、 Cl-、 SO42-
•K+、 Na+、 Ca2+ 、Mg2+;
•解：pH = 8.00时， [CO32-]的浓度很低，可认为碱度全部由 [HCO3-]贡献，则[HCO3-] = [碱度] = 1.00×10-3 mol/L； •根据pH值，[H+] = 1.00 × 10-8 mol/L; [OH-] = 1.00 × 10-6 mol/L
第三章水环境化学环境化学第二版
• [碱度]=CT/α=1.71/3.25=0.526mmol/L • 碱度降低值就是应加入酸量：
• △A=1.4-0.526=0.874mmol/L
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
• 3. 水体污染及水体污染源
•3.1 水体污染 • 水体污染是指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。
• 4. 水体的自净作用与水环境容量
•4.1 水体自净作用
•污染物投入水体后，经过水体的物理、化学与生物的作用，使 污水中污染物的浓度得以降低，水体恢复到受污染前的状态的 过程称为水体的自净过程。 •净化机理
•物理作用：稀释、混合、沉淀与挥发 •化学作用：氧化还原、酸碱反应、吸附凝聚 •生物化学净化：分解转化
•G
•lgG
•F型
•F型
•c
•c
•lgc
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•第二节 水体中无机污染物的迁移转化
•Langmuir型吸附等温线
•G0
•G=G0c/(A+c)
•G0/2
•1/G=1/G0+(A/G0)(1/c)
•G0------单位表面上达到 饱和时间的最大吸附量；
•[OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-] = 1.00 × 10-3 mol/L
(1)
•[H+] = 1.00 × 10-10 mol/L; [OH-] = 1.00 × 10-4 mol/L (2)
• (3)
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础 •若一个天然水的pH为7.0，碱度为1.4mmol/L，求需加多少酸 才能把水体的pH降低到6.0？ •解：
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础 •4.3 水体中氧的消耗和溶解
•图3-3 氧垂曲线
第三章水环境化学环境化学第二版
第三章
•第二节 水体中无机污染物的迁移转化
•一 • 颗粒物与水之间的迁移 •二 • 天中颗粒物的聚集 •三 • 沉淀-溶解平衡 •四 • 氧化-还原平衡 •五 • 配合作用
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础 •几种水体污染的特点 • 生活污水：含悬浮态或溶解态的有机物质，营养物质和各种 微生物。一般生活污水中悬浮固体的含量在200～400mg/L之 间，BOD5在200～400mg/L之间。
• 工业废水：废水中污染物浓度大；废水成分复杂且不易净化； 很多工业废水带有颜色或异味，或呈现出令人生厌的外观，易 产生泡沫，含有油类污染物等；废水水量和水质变化大；某些 工业废水的水温高，甚至有高达40℃以上。
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
•常见水体污染
•(1)病原微生物污染 •(3)无机盐污染 •(5)各种油污染 •(7)放射性物质污染
(2)有机物污染 (4)植物营养素 (6)毒物污染 (8)废热水污染
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•第一节 水环境化学基础
•病原微生物污染
第三章水环境化学环境化学第二版
•性质
•状 •热 •熔 •蒸 •密 态 容 解热 发热 度
•比热容很大，可 作为良好的传热介
质，调节环境和有 机体的温度
•蒸发热 非常大
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•第一节 水环境化学基础
•1.2 水的特 性
•使一种良好的污染
•表面张力较大，物溶剂和载带体，•通过离解作用
控制液滴等表 能改变溶质生物化提供反应的中
出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱 碱盐等。
•总酸度 = [H+] + [HCO3-] + 2[H2CO3] – [OH-]
•例：某水体的pH = 8.00, 碱度为1.00×10-3 mol/L, 计算该水体 中[H2CO3],[HCO3-], [CO32-], [OH-], [H+]等物质的浓度。
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•第一节 水环境化学基础 •2.2 酸碱平衡
•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。
• 以下将H2CO3*略写为H2CO3
第三章水环境化学环境化学第二版
•
Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2(OH)24+, Fe(OH)3
第三章水环境化学环境化学第二版
•第二节 水体中无机污染物的迁移转化
• 腐殖质
•
腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质。腐殖质
是生物体物质在土壤、水和沉积物中转化而成。分子量
300-30000。
•
腐殖酸：可溶于稀碱但不溶于酸的部分；
物对溶质的吸附是一个动态平衡过程。
• 在一定的温度条件下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上
的吸附量(G)与溶液中的溶质的平衡浓度之间的关系，可用吸附
等温线表示。 •Henry 型吸附等温线 • G=kc • k------(分配)系数
•G
•Freundlich型吸附等温线
G=kc1/n
• lgG=lgk+1/nlgc
•
富里酸：可溶于酸又可溶于碱的部分；
•
胡敏素(腐黑物，Humin)：不能被酸和碱提取的部
• 水分体悬浮沉积物
• 湖泊中的藻类、污水中的细菌、病毒、表面活性剂、油滴
第三章水环境化学环境化学第二版
•第二节 水体中无机污染物的迁移转化
•(2) 水环境中颗粒物的吸附作用
• 吸附指溶液中溶质在界面层浓度升高的现象。水体中颗粒
4
6
8
10
12
•pH
•图3-1 碳酸化合态分第布三章图水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础 •对于开放体系，应考虑大气交换过程：
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
•图3-2 开放体系的碳酸平衡
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础 •2.3 天然水中酸度和碱度
• • •
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
• 当pH在5-9范围内、[碱度]≥10-3mol/L时，[H+]、[OH-]项可忽 略不计，得到简化式：
• CT=α[碱度] • 当pH=7.0时，α1=0.816，α2=3.83×10-4，则α=1.22，CT=α[碱 度]=1.22×1.4=1.71mmol/L，若加强酸将水的pH降低到6.0，其 CT值并不变化，而α为3.25，可得：
•第一节 水环境化学基础
•有机物污染
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
•3.2 水体污染 源
•水体污染源含义 • 水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是 指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装 置。 • 按污染源的来源可分为天然污染源和人为污染源。 • 按污染源排入水体的形式，分为点污染源、面污染源两 种。
• 2. 天然水体中的化学平衡
•2.1 气态物质在水中的溶解平衡
Hale Waihona Puke Baidu
•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);
•[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的量，可以大大高于亨利定律表示 的量。
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
•主要的水环境污染物
•悬浮物 •植物性营养物 •酸碱污染 •难降解有机物 •热污染
耗氧有机物 重金属 石油类 放射性物质 病原体
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础
•水环境污染物
第三章水环境化学环境化学第二版
•第一节 水环境化学基础