水环境化学总结.pptx

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1、1.4 1.4 天然水的组成优势离子优势离子有机质有机质 海水海水 NaNa+MgMg2+2+CaCa2+2+；ClCl-SOSO4 42-2-HCOHCO3 3-海水海水MgMg2+2+NaNa+；HCOHCO3 3-SOSO4 42-2-ClCl-淡水淡水 2mg/L天然水体中主要的离子组成淡水的特征淡水的特征(2)(2)主要的离子组成主要的离子组成第1页/共46页1.4 1.4 天然水的组成(2)主要的离子组成 天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量：第2页/共46页1.4 1.4 1.4 1.4 天然水的组成天然水的组成(4)(4)(4)(4)气体在水中的溶解性气体在水中的

2、溶解性(4-1)(4-1)氧气在水中的溶解度：与水的温度、氧气在水中的分压、水中的含盐量等因素有关。在一个标准大气压下、温度为25时，氧在水中的溶解度为8.32mg/L。（掌握计算方法）第3页/共46页41.4 1.4 1.4 1.4 天然水的组成天然水的组成(4)(4)(4)(4)气体在水中的溶解性气体在水中的溶解性(4-2)(4-2)二氧化碳在水中的溶解度：除了溶解在水中的CO2，CO2在水中部分离解，产生H+和HCO3-。在一个标准大气压下、温度为25时，CO2在水中的溶解度为0.55mg/L。（掌握计算方法）第4页/共46页1.5天然水的性质（1）碳酸平衡封封闭闭体体系系第5页/共46

3、页61.5天然水的性质（1）碳酸平衡 在开放体系,CO2在气相和液相之间处于平衡状态，即体系中的 不变，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为PCO2和pH的函数。第6页/共46页71.5天然水的性质第7页/共46页81.5天然水的性质 比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，HH2 2COCO3 3*、HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-等可随等可随pHpH值变化，但总的碳酸量值变化，但总的碳酸量c cT T始终不变。而对于开始终不变。而对于开放体系放体系c cT T 、HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-均随均随pHpH值改变而变

4、化，但值改变而变化，但HH2 2COCO3 3*总总保持与大气相平衡的固定数值。（保持与大气相平衡的固定数值。（p106p106）（1）碳酸平衡第8页/共46页9(2)(2)天然水中的碱度和酸度a.a.碱度(Alkalinity)(Alkalinity)是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,亦即能接受质子的物质的总量。组成水中碱度的物质包括：l强碱:NaOH;Ca(OH):NaOH;Ca(OH)2 2l弱碱:NH:NH3 3l强碱弱酸盐:各种碳酸盐、重碳酸盐等1.5天然水的性质第9页/共46页10(2)天然水中的碱度和酸度总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红

5、色(pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。其化学反应计量关系式如下：1.5天然水的性质第10页/共46页11(2)天然水中的碱度和酸度酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液pH值降到8.3时，表示OH-被中和，COCO3 32-2-全部转化为HCOHCO3 3-，得到酚酞碱度表达式：1.5天然水的性质第11页/共46页12(2)天然水中的碱度和酸度苛性碱度：苛性碱度：达到达到COCOCOCO3 3 3 32 2 2 2 滴定终点所需滴定终点所需酸量时的碱度酸量时的碱度，但不易测得。，但不易测得。1.5天然水的性质第12页/共46页13(2)天然水中的碱度和酸度b.b.酸度（

6、Acidity)Acidity)：指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H H+或经过水解能产生H H+的物质总量。组成水中酸度的物质：强酸、弱酸、强酸弱碱盐。1.5天然水的性质第13页/共46页14(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质第14页/共46页15(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质第15页/共46页16(2)天然水中的碱度和酸度1.5天然水的性质例四例四:在封闭体系中在封闭体系中2525水中水中,加入少量下列物质加入少量下列物质,总碱度如何变总碱度如何变化化?(1)HCl;(2)NaOH;(3)CO(1)HCl;(2)NaOH;(3)CO2 2;(4)NaH

7、CO;(4)NaHCO3 3;(5)Na(5)Na2 2COCO3;3;(6)Na(6)Na2 2SOSO4 4第16页/共46页17第二节水体中无机污染物的迁移转化1.1.重金属污染的特点重金属污染的特点2.2.迁移方式迁移方式3.3.吸附作用吸附作用4.4.沉淀作用沉淀作用5.5.氧化还原作用氧化还原作用6.6.配合作用配合作用第17页/共46页18第二节水体中无机污染物的迁移转化1.重金属污染的特点天然水中的微量重金属就可产生毒性效应天然水中的微量重金属就可产生毒性效应微生物不能降解重金属微生物不能降解重金属生物体对重金属有富集作用生物体对重金属有富集作用重金属可通过食物、饮水、呼吸等多

8、种途径进入人体重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进入人体第18页/共46页19第二节水体中无机污染物的迁移转化3.水体中胶体物质对重金属的吸附作用 3-2 3-2 胶体物质对污染物的吸附作用胶体物质对污染物的吸附作用 表面吸附表面吸附离子交换吸附离子交换吸附专属吸附专属吸附 第19页/共46页20第二节水体中无机污染物的迁移转化3.水体中胶体物质对重金属的吸附作用 3-4 3-4 沉积物中重金属的释放沉积物中重金属的释放 盐浓度升高盐浓度升高氧化还原条件的变化氧化还原条件的变化降低降低pHpH值值 增加水中配合剂的含量增加水中配合剂的含量 第20页/共46页21第二节水体中无机污染物的迁移

9、转化4.沉淀作用4-1 4-1 氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物根据溶度积：根据溶度积：第21页/共46页224.沉淀作用4-1 4-1 氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物 若溶解后的金属离子不再发生其他化学反应，则在金属氢氧化物的饱和若溶解后的金属离子不再发生其他化学反应，则在金属氢氧化物的饱和溶液中，金属离子的最大浓度溶液中，金属离子的最大浓度MeMen+n+即为该金属氢氧化物的溶解度，即为该金属氢氧化物的溶解度，它与水体的它与水体的pHpH有关。有关。第22页/共46页234.沉淀作用4-2 4-2 硫化物硫化物 溶液中促成硫化物沉淀的是溶液中促成硫化物沉淀的是S S2-2-，若溶液中存在

10、二价的金属离子，若溶液中存在二价的金属离子MeMe2+2+，则有：，则有：在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液中，可以算出溶液中金属离子的饱和在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液中，可以算出溶液中金属离子的饱和浓度为浓度为 第23页/共46页245.氧化-还原作用 5-1 电子活度概念代表氢离子在水溶液中的活度，它衡量代表氢离子在水溶液中的活度，它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势。溶液接受或迁移质子的相对趋势。代表电子在水溶液中的活度，它衡量溶代表电子在水溶液中的活度，它衡量溶液接受或迁移电子的相对趋势。液接受或迁移电子的相对趋势。第24页/共46页255.氧化-还原作用 5-2 电子活度和氧化还原电

11、位第25页/共46页265.氧化-还原作用 5-2 电子活度和氧化还原电位l l 是氧化态和还原态浓度相等时的是氧化态和还原态浓度相等时的 。准确地讲，。准确地讲，应用电子活度来代替上述的电子浓度。应用电子活度来代替上述的电子浓度。l l从从 概念可知，概念可知，越小，电子浓度越高，体系提供越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强；反之，电子的倾向就越强；反之，越大，电子浓度越低，越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。体系接受电子的倾向就越强。l l当当 增大时，体系氧化态相对浓度升高。增大时，体系氧化态相对浓度升高。第26页/共46页275.氧化-还原作用Fe3+-Fe2+体系的

12、 5-3第27页/共46页285.氧化-还原作用 5-4水体系的 水体系的 第28页/共46页295.氧化-还原作用 5-5 决定电位 对于只有一个氧化还原平衡的单体系，其平衡电位对于只有一个氧化还原平衡的单体系，其平衡电位就是体系的就是体系的pEpE。实际上体系中往往同时存在多个氧。实际上体系中往往同时存在多个氧化还原平衡，它的化还原平衡，它的pEpE应介于其中各个单体系的电位应介于其中各个单体系的电位之间，而且接近于含量较高的单体系的电位。如果之间，而且接近于含量较高的单体系的电位。如果某个单体系的含量比其他体系高得多，其电位几乎某个单体系的含量比其他体系高得多，其电位几乎等于混合体系的等

13、于混合体系的pEpE，该单体系的电位称为决定电位，该单体系的电位称为决定电位 第29页/共46页305.氧化-还原作用 5-6 水体决定电位 l l在一般的天然水体环境中，水体中起决定电位作用的物在一般的天然水体环境中，水体中起决定电位作用的物质是溶解氧，溶解氧为质是溶解氧，溶解氧为“决定电位决定电位”物质。物质。l l在有机物较多的缺氧情况下，有机物起着决定电位的作在有机物较多的缺氧情况下，有机物起着决定电位的作用；如水体处于上述两种状况之间，决定电位应是溶解用；如水体处于上述两种状况之间，决定电位应是溶解氧体系和有机物体系电位的综合。氧体系和有机物体系电位的综合。l l除氧和有机物外，铁和

14、锰是环境中分布相当普遍的变价除氧和有机物外，铁和锰是环境中分布相当普遍的变价元素，它们是水体中氧化还原反应的主要参与者。在特元素，它们是水体中氧化还原反应的主要参与者。在特殊条件下，甚至起着决定电位的作用。殊条件下，甚至起着决定电位的作用。第30页/共46页316.配合作用6-2配合物在溶液中的稳定性稳定性:指配合物在溶液中离解成中心离子和配位体，当离解达到平衡时离解程度的大小。天然水体中重要的无机配体有：OH-、Cl-、CO32-、HCO3-、F-、S2-等。有机配体有：天然有机质（如氨基酸、糖、腐殖酸），洗涤剂、清洁剂等。第31页/共46页326.配合作用6-3羟基对重金属离子的配合作用

15、第32页/共46页336.配合作用6-3氯离子对重金属离子的配合作用 氯离子与重金属配合作用的程度决定于氯离子与重金属配合作用的程度决定于 ClCl-的浓度及重金属离子对的浓度及重金属离子对ClCl-的亲和力。的亲和力。氯离子配合作用对重金属迁移的影响主氯离子配合作用对重金属迁移的影响主 要表现为：一方面大大提高了难溶重金要表现为：一方面大大提高了难溶重金 属化合物的溶解度。另一方面由于氯络属化合物的溶解度。另一方面由于氯络 重金属离子的生成，减弱了胶体对重金重金属离子的生成，减弱了胶体对重金 属离子的吸附作用。属离子的吸附作用。第33页/共46页346.配合作用6-4腐殖质的配合作用 腐殖质

16、腐殖质是有机高分子物质，分子量在300到30000以上。腐殖质除了含有大量苯环之外，还含有大量羧基、醇基和酚基。分为三类：富里酸（Fulvicacid）腐殖酸（腐殖酸（HumicacidHumicacid）腐黑物（腐黑物（HuminHumin）又叫胡敏素）又叫胡敏素 第34页/共46页35影响腐殖质对水体中重金属污染物配合作用的因素:腐殖质对金属离子的螯合作用有较强的选择性腐殖质对金属离子的螯合作用有较强的选择性 腐殖质对金属离子的螯合能力与其来源有关腐殖质对金属离子的螯合能力与其来源有关 同一来源的腐殖质，螯合能力与其成分有关同一来源的腐殖质，螯合能力与其成分有关 腐殖质的螯合能力还与水体腐

17、殖质的螯合能力还与水体pHpHpHpH有关有关 水体中水体中CaCaCaCa2+2+2+2+、MgMgMgMg2+2+2+2+、ClClClCl-等离子的含量对腐殖质的螯合作用有一等离子的含量对腐殖质的螯合作用有一定的影响定的影响第35页/共46页36第三节 水中有机物污染物的迁移转化第36页/共46页37 分配理论分配理论:吸着（吸着（sorptionsorption）指有化合物在土壤）指有化合物在土壤(沉积物沉积物)中的吸着存在，可中的吸着存在，可以用以用二种机理二种机理来描述有机污染物和土壤质点表面间物理化学作用的范围。来描述有机污染物和土壤质点表面间物理化学作用的范围。吸附作用（吸附作

18、用（adsorption)adsorption)分配作用（分配作用（partitionpartition）3-1 3-1 分配作用（吸附与解吸）分配作用（吸附与解吸）第三节 水中有机物污染物的迁移转化第37页/共46页38 吸附作用（吸附作用（adsorption)adsorption)在非极性有机溶剂中，在非极性有机溶剂中，土壤矿物质土壤矿物质对有机化合物的对有机化合物的表面吸附作用表面吸附作用，或，或干土干土壤矿物质壤矿物质对有机化合物的对有机化合物的表面吸附作用表面吸附作用。前者靠范德华力，后者是化学键。前者靠范德华力，后者是化学键力，如氢键、离子偶极键、配位键、力，如氢键、离子偶极键、

19、配位键、键等。键等。3-1 3-1 分配作用（吸附与解吸）分配作用（吸附与解吸）第三节 水中有机物污染物的迁移转化第38页/共46页39 分配作用（分配作用（partitionpartition）：在水溶液中，）：在水溶液中，土壤有机质土壤有机质对水体中的有机污染物对水体中的有机污染物的的溶解作用溶解作用，而且在溶质的整个溶解范围内，而且在溶质的整个溶解范围内吸附等温线都是线性的吸附等温线都是线性的，与表，与表面吸附位无关，只与有机化合物的溶解度有关。面吸附位无关，只与有机化合物的溶解度有关。3-1 3-1 分配作用（吸附与解吸）分配作用（吸附与解吸）第三节 水中有机物污染物的迁移转化第39页

20、/共46页403-2 3-2 分配系数分配系数 分配系数分配系数：有机污染物在沉积物（土壤）和水中含量的比值。有机污染物在沉积物（土壤）和水中含量的比值。第三节 水中有机物污染物的迁移转化第40页/共46页413-3 3-3 标化分配系数标化分配系数 第三节 水中有机物污染物的迁移转化第41页/共46页423-3 3-3 标化分配系数标化分配系数 第三节 水中有机物污染物的迁移转化第42页/共46页433-3 3-3 标化分配系数标化分配系数 第三节 水中有机物污染物的迁移转化第43页/共46页443-5 光解作用 第三节 水中有机物污染物的迁移转化 直接光解：有机化合物本身直接吸收了太阳能而

21、进行直接光解：有机化合物本身直接吸收了太阳能而进行分解反应分解反应 敏化光解：水体中存在的天然物质敏化光解：水体中存在的天然物质(如腐殖质等如腐殖质等)被阳被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应分解反应 光氧化反应：天然物质被辐照而产生自由基或纯态光氧化反应：天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧氧(又称单一氧又称单一氧)等中间体，这些中间体又与化合物作等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物用而生成转化的产物第44页/共46页453-6 生物降解作用第三节 水中有机物污染物的迁移转化l l生长代谢生长代谢 Growth metabolismGrowth metabolism 有毒有机物作为微生物培养的唯一碳源，使有毒有机物进行彻底的降解或矿化有毒有机物作为微生物培养的唯一碳源，使有毒有机物进行彻底的降解或矿化,因因而是解毒生长基质而是解毒生长基质l l共代谢共代谢 CometabolismCometabolism 某些有机物不能作为微生物培养的唯一碳源，必须有另外的化合物提供微生物碳某些有机物不能作为微生物培养的唯一碳源，必须有另外的化合物提供微生物碳源或能源，该有机物才降解源或能源，该有机物才降解 第45页/共46页46感谢您的观看！第46页/共46页