水环境化学剖析学习教案.pptx
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1、会计学1水环境水环境(hunjng)化学剖析化学剖析第一页,共66页。2023/2/272物理性质物理性质(wl(wl xngzh)xngzh)指标指标 温度、嗅味 色度(1单位=1mg Pt+0.5mg Co 颜 色/L)浊度(zhu d)(1=1mg白陶土/L 所产生的 浑浊度(zhu d)第2页/共66页第二页,共66页。2023/2/273l l悬浮物悬浮物 (坩埚抽滤恒重法)(坩埚抽滤恒重法)l l电导率电导率 S/cm S/cm l lpHpH值值 l l氧化还原氧化还原(hun yun)(hun yun)电位电位物理性质物理性质(wl xngzh)(wl xngzh)指标指标第3
2、页/共66页第三页,共66页。2023/2/274化学性质化学性质(huxu xngzh)(huxu xngzh)指标指标(I I)n n酸度、碱度n n硬度(yngd)n n重金属 Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、Fe、As、Cr、Tl、Ni、Be 第4页/共66页第四页,共66页。2023/2/275 化学性质化学性质(huxu xngzh)指标(指标(II)三氧和总氧三氧和总氧 溶解溶解(rngji)(rngji)氧(氧(DODO)Dissolved OxygenDissolved Oxygen 溶解溶解(rngji)(rngji)于水中的分子态氧于水中的分子态氧 mg/L mg/L 化学
3、需氧量(化学需氧量(CODCOD)Chemical Oxygen Demand Chemical Oxygen Demand 氧化水中有机物氧化水中有机物(或其它还原性物质或其它还原性物质)所需化学氧化剂的量,以氧的所需化学氧化剂的量,以氧的 mg/L mg/L计。计。第5页/共66页第五页,共66页。2023/2/276 常用的氧化剂有:常用的氧化剂有:重铬酸钾(重铬酸钾(CODCrCODCr),主要测定污染水体;),主要测定污染水体;高锰酸钾(高锰酸钾(CODMnCODMn),主要测定清洁水),主要测定清洁水体或饮用水中的还原性物质,现常称作体或饮用水中的还原性物质,现常称作(chn(ch
4、n zu)zu)高锰酸钾指数。高锰酸钾指数。化学性质化学性质(huxu xngzh)(huxu xngzh)指标指标(IIII)第6页/共66页第六页,共66页。2023/2/277 生物需氧量生物需氧量生物需氧量生物需氧量(BOD)Biochemical oxygen demand(BOD)Biochemical oxygen demand 好好好好气气气气(h(h o o q)q)条条条条件件件件下下下下水水水水中中中中有有有有机机机机物物物物被被被被微微微微生生生生物物物物所所所所氧氧氧氧化化化化,在在在在一一一一定定定定期期期期间间间间内内内内所所所所消消消消耗耗耗耗的的的的溶溶溶溶解
5、解解解氧氧氧氧的的的的量量量量单单单单位位位位 mg/Lmg/L,BOD5BOD5称称称称五五五五日生物耗氧量。日生物耗氧量。日生物耗氧量。日生物耗氧量。化学性质化学性质(huxu xngzh)(huxu xngzh)指标指标(IIII)第7页/共66页第七页,共66页。2023/2/278 总需氧量(总需氧量(TOC)Total Oxygen Demand 水水中中有有机机物物完完全全氧氧化化(ynghu)所需氧的量(燃烧法)所需氧的量(燃烧法)化学性质化学性质(huxu xngzh)(huxu xngzh)指标指标(IIII)第8页/共66页第八页,共66页。2023/2/279 无机碳和
6、有机碳 游离(yul)的 CO2(CO2+H2CO3)侵蚀性的CO2,包括碳酸盐 总有机碳(TOC)(燃烧法)Total organic carbon 三氮 NH3-N,NO2-N,NO3-N化学性质化学性质(huxu xngzh)(huxu xngzh)指标指标(IIII)第9页/共66页第九页,共66页。2023/2/2710 有机有机(y(y uj)uj)污染物污染物 挥发性酚、农药残留、洗涤剂、多环挥发性酚、农药残留、洗涤剂、多环芳烃、多氯联苯等芳烃、多氯联苯等化学性质化学性质(huxu xngzh)(huxu xngzh)指标指标(IIII)第10页/共66页第十页,共66页。202
7、3/2/2711 水中总大肠杆菌群水中总大肠杆菌群 指能在指能在3535,48h48h内发酵乳糖、产酸内发酵乳糖、产酸产气的、需氧的及兼性厌氧的革兰氏产气的、需氧的及兼性厌氧的革兰氏阴性的无芽孢阴性的无芽孢(y bo)(y bo)杆菌。杆菌。生物性质生物性质(xngzh)指标指标第11页/共66页第十一页,共66页。2023/2/2712第二节第二节 天然水的组成天然水的组成(z chn)和和基本特征基本特征 一、天然水的组成一、天然水的组成(z chn)1.主要离子组成主要离子组成(z chn)Ca2+Mg2+H+Na+K+HCO3-CO32-OH-SO42-Cl-NO3-总含盐量(总含盐量
8、(TDS)=Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-+SO42-+Cl-第12页/共66页第十二页,共66页。2023/2/2713 水 中 金 属 离 子(lz)以M(H2O)xn+以及各种络合态化合物存在。以金属Fe为例,在中性水体中各形态存在如下平衡:(1)(2)(3)2.水中金属(jnsh)离子第13页/共66页第十三页,共66页。2023/2/2714 如如果果考考虑虑(k(k ol ol)到到存存在在固固体体 Fe(OH)3(S)Fe(OH)3(S),则,则 (4)(4)当当 pH=7 pH=7 时时,2.水中金属水中金属(jnsh)离子离子第14页/共66页第十四页,共66页。202
9、3/2/2715 将这一数据代入上面的方程中,即将这一数据代入上面的方程中,即可得到其它可得到其它(qt)(qt)各形态的浓度:各形态的浓度:Fe(OH)2+=8.110Fe(OH)2+=8.11014 mol.L-114 mol.L-1Fe(OH)2+=4.510Fe(OH)2+=4.51010 mol.L-110 mol.L-1Fe2(OH)24+=1.0210Fe2(OH)24+=1.021023 mol.L-123 mol.L-12.水中金属水中金属(jnsh)离子离子第15页/共66页第十五页,共66页。2023/2/2716 气体在水中的溶解度服从亨利定理,即:一种(y zhn)气
10、体在液体中的溶解度正比于液体所接触的该种气体的分压。3.气体气体(qt)在水中的溶解性在水中的溶解性第16页/共66页第十六页,共66页。2023/2/2717则溶于水的气体的量为:则溶于水的气体的量为:G(aq)=KH PG G(aq)=KH PG KH KH 气气体体在在一一定定温温度度(wnd)(wnd)下下的亨利定理常的亨利定理常 数数(mol/L.Pa)(mol/L.Pa)PG PG 各种气体的分压各种气体的分压(Pa)(Pa)3.气体气体(qt)在水中的溶解性在水中的溶解性第17页/共66页第十七页,共66页。2023/2/2718 溶解的气体若有进一步的化学反,溶解的气体若有进一
11、步的化学反,如:如:CO2+H2O=H+HCO3-CO2+H2O=H+HCO3-SO2 +H2O=H+HSO3-SO2 +H2O=H+HSO3-则亨利定律则亨利定律(dngl(dngl)并不能说明进并不能说明进一步的化学反应。一步的化学反应。3.气体气体(qt)在水中的溶解性在水中的溶解性第18页/共66页第十八页,共66页。2023/2/2719计算计算(j sun)示例示例 氧在水中的溶解度:氧在水中的溶解度:(25(25)P PO2 O2=(1.0130-0.03167)10=(1.0130-0.03167)105 50.2095 0.2095 =0.205610 =0.2056105
12、5(PaPa)OO2 2(aq)=K(aq)=KH HPoPo2 2=1.2610=1.26108 80.2056100.2056105 5 =2.610=2.610-4-4 mol.Lmol.L-1-1氧的分子量氧的分子量3232,溶解度,溶解度 8.32 mg.L8.32 mg.L-1-1(DO)(DO)第19页/共66页第十九页,共66页。2023/2/2720 二氧化碳(r yng hu tn)在水中的溶解度:(25)Pco2=(1.0130-0.03167)1053.1410-4 =30.8(Pa)CO2(aq)=KH Pco2=3.3410-730.8=1.02810-5 mol.
13、L-1计算计算(j sun)示例示例第20页/共66页第二十页,共66页。2023/2/2721CO2CO2在水中离解在水中离解(l ji)(l ji),则:,则:H+=H+=HCO3-HCO3-=4.4510-7 =4.4510-7 H+=H+=(1.02810-5 4.4510-7 1.02810-5 4.4510-7)1/21/2 =2.1410-6 mol.L-1 =2.1410-6 mol.L-1 pH=5.67 pH=5.67计算计算(j sun)示例示例第21页/共66页第二十一页,共66页。2023/2/2722 CO2在水中的溶解度:CO2+HCO3-=1.02810-5+2
14、.1410-6 =1.2410-5 mol.L-1 =0.55 mg.L-1计算计算(j sun)示例示例第22页/共66页第二十二页,共66页。2023/2/2723 水水生生生生物物直直接接影影响响水水中中许许多多物物质质的的存存在在,具具有有代代谢谢、摄摄取取、转转化化(zhu(zhu nhu)nhu)、存存储和释放等的作用。储和释放等的作用。4水生生物(shngw)第23页/共66页第二十三页,共66页。2023/2/2724 如藻类的生成和分解如藻类的生成和分解(fnji)(p104)(fnji)(p104)106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H+106CO2+
15、16NO3+HPO42-+122H2O+18H+(痕量元素痕量元素)(respiration)(respiration)RP RP(photosynthesis)(photosynthesis)C106H263O110N16P+138 O2 C106H263O110N16P+138 O24水生生物水生生物(shngw)第24页/共66页第二十四页,共66页。2023/2/2725n n自自自自养养养养生生生生物物物物利利利利用用用用太太太太阳阳阳阳能能能能或或或或化化化化学学学学能能能能把把把把简简简简单单单单(ji(ji ndn)ndn)无无无无生生生生命命命命的的的的无无无无机机机机物物物
16、物引引引引进进进进复复复复杂杂杂杂的的的的生命分子中,组成生命体。生命分子中,组成生命体。生命分子中,组成生命体。生命分子中,组成生命体。n n 异异异异养养养养生生生生物物物物利利利利用用用用自自自自养养养养生生生生物物物物产产产产生生生生的的的的有有有有机机机机物作为能源及合成它自身的原始物质。物作为能源及合成它自身的原始物质。物作为能源及合成它自身的原始物质。物作为能源及合成它自身的原始物质。4水生生物水生生物(shngw)第25页/共66页第二十五页,共66页。2023/2/2726n n 利用太阳能从无机矿物合成有机物的生利用太阳能从无机矿物合成有机物的生n n物体称为生产者,水体产
17、生生物体的能物体称为生产者,水体产生生物体的能力力n n称为生产率,生产率是由化学称为生产率,生产率是由化学(huxu)(huxu)及及物理的因物理的因n n素相结合而决定的。素相结合而决定的。n n 在高生产率的水体中藻类生产旺盛,死在高生产率的水体中藻类生产旺盛,死n n藻的分解引起水中溶解氧水平的降低,藻的分解引起水中溶解氧水平的降低,这这n n就是水体的富营养化。就是水体的富营养化。4水生生物水生生物(shngw)第26页/共66页第二十六页,共66页。2023/2/2727决定水体中生物的范围和种类的关键物质是氧,氧的缺乏使水生生物死亡,氧的存在杀死许多厌氧细菌,因此(ync)水中溶
18、解氧的浓度(DO)是天然水体的重要参数。4水生生物水生生物(shngw)第27页/共66页第二十七页,共66页。2023/2/2728 生物需氧量(BOD)是水质(shu zh)的另一个重要参数,一个高BOD的水体,不可能很快补充氧气,显然不利于水生生物。水中的CO2的增多可引起过量藻类的生长,因此 CO2常常(chngchng)是一个限制因素。4水生生物水生生物(shngw)第28页/共66页第二十八页,共66页。2023/2/2729二、天然水的性质二、天然水的性质(xngzh)1 1碳酸平衡碳酸平衡(pnghng)(pnghng)在水生生物体之间的生物化学转化中,在水生生物体之间的生物化
19、学转化中,CO2CO2占有独特的位置,同时对调节天然水占有独特的位置,同时对调节天然水pH pH 值也起着重要作用。值也起着重要作用。水体中可能存在的碳酸组分:水体中可能存在的碳酸组分:CO2 CO2、CO32-CO32-、HCO3-HCO3-、H2CO3 (H2CO3*)H2CO3 (H2CO3*)第29页/共66页第二十九页,共66页。2023/2/2730 水体中可能水体中可能(knng)(knng)存在的碳酸平衡:存在的碳酸平衡:CO2+H2O=H2CO3*CO2+H2O=H2CO3*pK0=1.46 pKS=2.84 pK0=1.46 pKS=2.84 H2CO3*=H+HCO3-H
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