水环境化学45学习教案.pptx
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1、会计学1水环境水环境(hunjng)化学化学45第一页,共72页。第一节第一节第一节第一节 天然水的基本特征及污染物的存在天然水的基本特征及污染物的存在天然水的基本特征及污染物的存在天然水的基本特征及污染物的存在(cnzi)(cnzi)形态形态形态形态一、天然一、天然(tinrn)水体的基本特征水体的基本特征(Basic Character of Natural Waters)1、天然水的组成、天然水的组成(z chn)(Constitution of Natural Waters)八大离子:八大离子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和和SO42-总含盐量(TDS
2、):TDS=K+Na+Ca2+Mg2+HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-第2页/共72页第二页,共72页。2 2、天然水的性质、天然水的性质、天然水的性质、天然水的性质(xngzh)(xngzh)(Characteristic of Natural Waters)(Characteristic of Natural Waters)(1)碳酸(tn sun)平衡(Balance of H2CO3)水体中存在(cnzi)四种化合态:CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 常把常把COCO2 2和和H H2 2COCO3 3合并为合并为H H2 2COCO3 3*。第3页/共72页第三页,
3、共72页。H2CO3*HCO3-CO32-体系体系(tx)可用可用下面的反应和平衡常数表示:下面的反应和平衡常数表示:CO2+H2O=H2CO3*pK0=1.46 H2CO3*=H+HCO3-pK1=6.35 HCO3-=H+CO32-pK2=10.33第4页/共72页第四页,共72页。0=H2CO3*/H2CO3*+HCO3-+CO32-1=HCO3-/H2CO3*+HCO3-+CO32-2=CO32-/H2CO3*+HCO3-+CO32-第5页/共72页第五页,共72页。(2 2 2 2)天然)天然)天然)天然(tinrn)(tinrn)(tinrn)(tinrn)水中的碱度和酸度水中的碱
4、度和酸度水中的碱度和酸度水中的碱度和酸度(Acidity and Alkalinity in Natural(Acidity and Alkalinity in Natural(Acidity and Alkalinity in Natural(Acidity and Alkalinity in Natural Waters)Waters)Waters)Waters)碱度碱度(Alkalinity)指水中能与强酸发生(fshng)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6页/共72页第六页,共72页。H+OH-=H2O H+CO32-=HCO3-(酚酚酞酞(fn
5、 ti)终点终点)H+HCO3-=H2CO3 (甲甲基基橙橙终点终点)测定方法:测定方法:酸碱滴定,双指示剂法酸碱滴定,双指示剂法第7页/共72页第七页,共72页。总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+OH-H+酚酞酚酞(fn ti)碱度碱度=OH-+CO32-H2CO3*H+苛性碱度苛性碱度=OH-HCO3-2CO32-H+第8页/共72页第八页,共72页。酸度酸度 (Acidity)是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质,亦即放出(fn ch)H+或经过水解能产生H+的物质的总量。强酸强酸弱酸弱酸强酸弱碱盐强酸弱碱盐第9页/共72页第九页,共72页。总酸度总酸度=H+HCO3-+2H2C
6、O3*-OH-CO2酸度酸度=H+H2CO3*-CO32-OH-无机酸度无机酸度=H+-HCO3-2 CO32-OH-第10页/共72页第十页,共72页。二、水中污染物的分布二、水中污染物的分布二、水中污染物的分布二、水中污染物的分布(fnb)(fnb)及存在形及存在形及存在形及存在形态态态态1、有机、有机(yuj)污染物污染物(Organic Pollutant)农药农药(nngyo)有机氯有机氯有机磷有机磷多氯联苯多氯联苯 (PCB(PCBS S)卤代脂肪烃卤代脂肪烃醚醚第11页/共72页第十一页,共72页。单环芳香族化合物单环芳香族化合物苯酚苯酚(bn fn)类和甲酚类和甲酚类类酞酸酯类
7、酞酸酯类多环芳烃(多环芳烃(PAH)PAH)亚硝胺和其他亚硝胺和其他(qt)(qt)化合物化合物第12页/共72页第十二页,共72页。2、金属、金属(jnsh)污染物污染物(Metal Pollutant)Cd、Hg、Pb、As、Cr、Cu、Zn、Tl、Ni、Be第13页/共72页第十三页,共72页。第14页/共72页第十四页,共72页。第二节第二节水中无机污染物的迁移水中无机污染物的迁移(qiny)转化转化(TransportandTransformationofinorganicPollutants)一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移(qiny)(Transport Betw
8、een Particles and Water)1、水中的颗粒物的类别、水中的颗粒物的类别(libi)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15页/共72页第十五页,共72页。腐殖质腐殖质(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(pich),构型伸展,亲水性强。第16页/共72页第十六页,共72页。2、水环境、水环境(hunjng)中颗粒物的吸附作用中颗粒物的吸附作用(AdsorptionofParticalsinWaterEnvironmen)表面表面(biomin)吸
9、附吸附离子交换离子交换(l z jio hun)吸附吸附专属吸附专属吸附第17页/共72页第十七页,共72页。(1)吸附)吸附(xf)等温线和等温式等温线和等温式(AdsorptionIsothermsandIsothermalEquation)吸附是指溶质在界面层浓度升高的现象,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水体中颗粒物对溶质的吸附是一个(y)动态平衡过程。动态平衡过程。第18页/共72页第十八页,共72页。H型(型(Henry)等温式(直线型)等温式(直线型)F型(型(FreundlichFreundlich)等温式)等温式用对数(du sh)表示:式中
10、:K分配(fnpi)系数 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(rngy)中溶质平衡浓度(C)之间的关系用吸附等温式表达。第19页/共72页第十九页,共72页。L型(型(LangmuirLangmuir)等温式)等温式 G0单位表面上达到饱和时的最大吸附(xf)量A常数第20页/共72页第二十页,共72页。3、沉积物中重金属的释放、沉积物中重金属的释放(shfng)(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(shn ti x tn),而且对于饮用水的供
11、给都是很危险的。第21页/共72页第二十一页,共72页。诱发释放的主要诱发释放的主要(zhyo)因素:因素:(1)盐浓度升高)盐浓度升高(shn o);(2)氧化还原条件)氧化还原条件(tiojin)的变化;的变化;(3)降低)降低pH值;值;(4)增加水中配合剂的含量。)增加水中配合剂的含量。第22页/共72页第二十二页,共72页。二、水中颗粒物的聚集二、水中颗粒物的聚集(jj)(AggregationofParticalsinWater)胶体颗粒胶体颗粒(kl)的聚集亦可称为凝聚或絮凝。的聚集亦可称为凝聚或絮凝。凝聚凝聚(nngj):由电介质促成的聚集。:由电介质促成的聚集。絮凝:絮凝:由
12、聚合物促成的聚集。由聚合物促成的聚集。第23页/共72页第二十三页,共72页。胶体颗粒凝聚胶体颗粒凝聚(nngj)方式方式(FlocculationWayofColloidParticulate)1、压缩、压缩(ysu)双电层的聚集双电层的聚集2、专属吸附、专属吸附(xf)凝聚凝聚3、胶体相互凝聚、胶体相互凝聚4.“边对面边对面”絮凝絮凝第24页/共72页第二十四页,共72页。胶体颗粒胶体颗粒(kl)凝聚方凝聚方式式(AggregationWayofColloidParticulate)(5)第二)第二(d r)极小值絮凝;极小值絮凝;(6)聚合物粘结)聚合物粘结(zhn ji)架架桥絮凝;桥
13、絮凝;(7)无机高分子的絮凝;)无机高分子的絮凝;(8)絮团卷扫絮凝;)絮团卷扫絮凝;(9)颗粒层吸附絮凝;)颗粒层吸附絮凝;(10)生物絮凝。)生物絮凝。第25页/共72页第二十五页,共72页。三、沉淀三、沉淀(chndin)和溶解和溶解(PrecipitationandDissolution)1、金属、金属(jnsh)氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物第26页/共72页第二十六页,共72页。金属氧化物和氢氧化物金属氧化物和氢氧化物(qn(qn yn hu w)yn hu w)的溶解度与溶液的的溶解度与溶液的pHpH值呈线性关系。值呈线性关系。第27页/共72页第二十七页,共72页。第28页/
14、共72页第二十八页,共72页。第29页/共72页第二十九页,共72页。2、硫化物、硫化物(Sulfide)金属硫化物是比氢氧化物金属硫化物是比氢氧化物(qn yn hu w)溶度剂更小的一类难溶沉淀物。溶度剂更小的一类难溶沉淀物。在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液中,在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液中,可算出溶液中金属离子可算出溶液中金属离子(lz)的饱和浓度为:的饱和浓度为:Me2+=Ksp/S2-=KspH+2/(0.1K1K2)第30页/共72页第三十页,共72页。3 3、碳酸盐、碳酸盐、碳酸盐、碳酸盐 (Carbonates)(Carbonates)(以(以(以(以CaCOCaCO3 3
15、为例)为例)为例)为例)(1)封闭)封闭(fngb)体系体系(Closed System for the Atmosphere)CT为常数为常数(chngsh),CaCO3的溶解度的溶解度CaCO3=Ca2+CO32-KSP=Ca2+CO32-=10-8.23第31页/共72页第三十一页,共72页。第32页/共72页第三十二页,共72页。开放开放(kifng)体系体系(Open System for the Atmosphere)CaCO3暴露在含有CO2的气相中,大气中pCO2固定,溶液中CO2浓度(nngd)也相应固定。第33页/共72页第三十三页,共72页。第34页/共72页第三十四页,
16、共72页。四、氧化四、氧化(ynghu)-还原还原(OxidationandReduction)1、电子活度和氧化还原、电子活度和氧化还原(hun yun)电位电位(1)电子(dinz)活度的概念pE=-lg(e)e水溶液中电子的活度水溶液中电子的活度还原剂还原剂电子给予体电子给予体氧化剂氧化剂电子接受体电子接受体第35页/共72页第三十五页,共72页。热力学定义热力学定义(dngy):根据 H2 的半电池反应2H+(aq)+2e=H2 当反应的全部组分活度为1单位,该反应的自由(zyu)能变化G可定义为零。即当H+(aq)为1个单位活度与H2为1.0130105 Pa(活度1)平衡的介质中,
17、电子活度为1,则pE=0.0。第36页/共72页第三十六页,共72页。Ox+n e=Red 根据根据(gnj)Nernst方方程,程,氧化还原电位氧化还原电位(din wi)E与与pE的关系的关系第37页/共72页第三十七页,共72页。2、天然、天然(tinrn)水体的水体的pE-pH图图(pEinNatrualWater)水的氧化还原水的氧化还原(hun yun)限度限度氧化氧化(ynghu)限度限度 1.0130105Pa 氧分压氧分压pE=20.75-pH第38页/共72页第三十八页,共72页。还原还原(hun yun)限度限度 1.0130105Pa 氢分压氢分压第39页/共72页第三
18、十九页,共72页。3、天然水的、天然水的pE和决定和决定(judng)电位电位 (pE in Natrual Water )水中主要水中主要(zhyo)氧化剂:氧化剂:Fe(III)、Mn(IV)、S(VI)等等还原剂:还原剂:H2O、Fe(II)、Mn(II)、S(-II)、有机物等、有机物等第40页/共72页第四十页,共72页。决定电位:某个单体系的含量决定电位:某个单体系的含量(hnling)比其他体系高比其他体系高 得多,该单体系的电位几乎等于混合体系得多,该单体系的电位几乎等于混合体系的的pE,被视作决定电位。,被视作决定电位。在一般水环境中,溶解氧是在一般水环境中,溶解氧是“决定决
19、定电位电位(din wi)”,而有机污染物积累的,而有机污染物积累的厌氧体系中有机物是厌氧体系中有机物是“决定电位决定电位(din wi)”。第41页/共72页第四十一页,共72页。4 4 4 4、无机氮化合物的氧化还原、无机氮化合物的氧化还原、无机氮化合物的氧化还原、无机氮化合物的氧化还原(hun(hun(hun(hun yun)yun)yun)yun)转化转化转化转化水中氮的形态水中氮的形态(xngti)主要是:主要是:NH4+、NO2-、NO3-等。等。第42页/共72页第四十二页,共72页。第43页/共72页第四十三页,共72页。5 5、无机铁的氧化、无机铁的氧化、无机铁的氧化、无机铁
20、的氧化(y(y nghu)nghu)还原转化还原转化还原转化还原转化 天然(tinrn)水中的铁主要以Fe(OH)3(S)或Fe2+形态存在。设总溶解(rngji)铁的浓度为1.0010-3 mol/LFe3+e=Fe2+pEo=13.05第44页/共72页第四十四页,共72页。第45页/共72页第四十五页,共72页。6 6、水中有机物的氧化、水中有机物的氧化、水中有机物的氧化、水中有机物的氧化(y(y nghu)nghu)(Oxidation of Organic in Water)(Oxidation of Organic in Water)微生物利用水中的溶解氧对水中的有机物进行有氧降解
21、(jin ji),可以表示为:CH2O+O2 CO2+H2O第46页/共72页第四十六页,共72页。当水中有机物增多,溶解氧减少,可能发生(fshng)缺氧降解,主要产物为NH4+、H2S、CH4等,使水质进一步恶化。天然水体天然水体(shu t)(shu t)有自净能力。有自净能力。第47页/共72页第四十七页,共72页。第48页/共72页第四十八页,共72页。五、配合五、配合(pih)作用作用(Complexation)1 1、水中多数金属污染物以配合、水中多数金属污染物以配合(pih)(pih)物形态存在物形态存在天然水体中重要(zhngyo)的无机配体有:OH-、Cl-、CO32-、H
22、CO3-、F-、S2-、CN-、NH3第49页/共72页第四十九页,共72页。有机配体情况(qngkung)复杂,包括动植物组织中的天然降解产物,如氨基酸、糖、腐殖质以及生活废水中的洗涤剂、NTA、EDTA等。第50页/共72页第五十页,共72页。2 2、天然水体中配合、天然水体中配合、天然水体中配合、天然水体中配合(pih)(pih)作用的特点作用的特点作用的特点作用的特点(Character of Complexation in Natrual(Character of Complexation in Natrual Water Bodies)Water Bodies)(1)大多数配合物稳
23、定(wndng)地存在于水中;(2)羟基、卤素配体的竞争(jngzhng)配位作用,影 响金属难溶盐的溶解度;(3)重金属离子与不同配体的配位作用,改变其化学形态和毒性。第51页/共72页第五十一页,共72页。腐殖质的配合腐殖质的配合(pih)作用作用(ComplexationofHumicSubstances)腐腐殖酸(殖酸(Humic acid)溶于稀碱不溶于酸)溶于稀碱不溶于酸 分类分类富里酸(富里酸(Fulvic acid)溶于酸碱,溶于酸碱,腐黑物(腐黑物(Humin)不被酸碱提取。不被酸碱提取。第52页/共72页第五十二页,共72页。结构:含大量苯环,还含大量羧基、醇结构:含大量苯
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