精编制作水环境化学全PPT课件

1、1 环境化学 EnvironmentalChemistry 2 第三章水环境化学AquaticEnvironmentalChemistry 1 天然水的基本特征及污染物的存在形态2 水中无机污染物的迁移转化3 水中有机污染物的迁移转化4 水质模型 3 1 1天然水的基本特征1 2水中污染物的分布和存在形态 1 天然水的基本特征及污染物的存在形态 4 水体 在水环境化学中 水体指河流 湖泊 沼泽 水库 地下水 冰川 海洋等贮水体的总称 水体的组成不仅包括水 而且也包括其中的悬浮物质 胶体物质 溶解物质 底泥和水生生物 所以水体是个完整的生态系统 或是被水覆盖地段的自然综合体 1 天然水的基本特征及污染物的存在形态 1 1天然水的基本特征 5 天然水系的类别 1 1天然水的基本特征 1 天然水的基本特征及污染物的存在形态 1 1 1天然水的组成 1 天然水体中的悬浮物总残渣包括过滤性残渣 又称总溶解性固体物TDS 和非过滤性残渣 又称悬浮物或悬浮固体物SS 总残渣又可分为挥发性残渣和固定残渣两部分 2 天然水体中颗粒物质的来源 1 陆生的岩石碎屑 包括石英 SiO2 刚玉 Al2O3 或赤

2、铁矿 Fe2O3 等颗粒物 2 粘土矿物 3 碳酸盐和硅石 4 颗粒状有机物 5 天然和人造的化学物质 1 1天然水的基本特征 含有可溶性物质和悬浮物质 悬浮物 颗粒物 水生生物等 1 1天然水的基本特征 1 1 1天然水的组成 K Na Ca2 Mg2 HCO3 NO3 Cl SO42 为天然水中常见的八大离子 占天然水离子总量的95 99 3 天然水的主要离子组成 含有可溶性物质和悬浮物质 悬浮物 颗粒物 水生生物等 水中主要离子组成图 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 8 1 1天然水的基本特征 1 1 1天然水的组成 水溶液中金属离子的表达式通常可以写成Mn 表示简单的水合金属离子M H2O n 水中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 4 水中的金属离子 9 5 气体在水中的溶解性 大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为 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 KH是各种气体在一定温度下的亨利定律常数 mol L P

3、a 1 1 1天然水的组成 10 氧在干燥空气中的含量为20 95 大部分元素氧来自大气 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 105Pa 氧在1 013 105Pa 25 饱和水中的溶解度 氧在水中的溶解度 1 1 1天然水的组成 11 不同温度下 气体在水中溶解度的计算 1 1 1天然水的组成 氧在水中的溶解度 CO2在干燥空气中的含量为0 0314 水在25 时的蒸汽压为0 03167 105Pa CO2的亨利定律常数为3 34 10 7mol L Pa 则CO2在水中的浓度为 CO2的溶解度 1 1 1天然水的组成 13 6 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 1 1 1天然水的组成 水体产生生物体的能力 赤潮 Algalbloom或Redtide 是海水中某些微小浮游植物 原生动物或细菌在一定的环境条件下突发性的增殖 引起一定范围一段时间的海水变色现象 起始阶段 存在诱发赤潮的物质条件 表面现象不明显 发展阶段 赤潮生物迅速繁殖 水体颜

4、色开始转变 稍微不同于周围水体 维持阶段 赤潮现象出现后至临近消失时所持续的时间 颜色较深 消亡阶段 赤潮现象消失的过程 水体表面出现较多泡沫 赤潮的长消大致可分为四个阶段 1 1 1天然水的组成 6 水生生物 15 海水颜色异常 主要为红色 褐色 而且颜色分布不均 或呈块状 或呈条带状 或呈不规则形状 pH值升高 透明度降低 海水中溶解氧白天明显增高 夜间明显降低 一种或少数几种赤潮生物处于优势地位 数量急剧升高 怎样判断赤潮 6 水生生物 16 海域中存在赤潮生物种源 海洋中有330多种浮游生物能形成赤潮 有毒的种类大约有80多种 目前在中国沿海海域的赤潮生物约有150种 为什么会发生赤潮 海域水体的富营养化 含有有机质和丰富营养盐的工农业废水和生活污水排入海洋 尤其是水体交换能力差的河口海湾地区 污染物不容易被稀释扩散 海水养殖密度高的区域也往往存在水体的富营养化 6 水生生物 合适的海流作用和天气形势 一般在海潮流缓慢 水体交换弱 天气形势稳定 风力较小 湿度大 气压低 闷热 阳光充足时 易发生赤潮 海流 风有时能使赤潮生物聚集在一起 沿岸的上升流可以将含有大量营养盐物质的下层

5、水带到表层 也可以将赤潮生物的 种子 带入水表层 为赤潮的发生提供必要的物质条件 如果风力适当 风向适宜的话 就会促进赤潮生物的聚集 从而使赤潮的产生更加容易 适宜的水温和盐度 一般在表层水温的突然增加和盐度降低时 会促进赤潮的发生 6 水生生物 18 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 以下将H2CO3 略写为H2CO3 1 1 2天然水的性质 19 CT H2CO3 HCO3 CO32 1 1 2天然水的性质 以上属封闭的水溶液体系的情况 没有考虑大气交换过程 CO2 H2CO3 HCO3 CO32 100806040200 24681012 pH 图6 1碳酸化合态分布图 1 1 2天然水的性质 21 对于开放体系 应考虑大气交换过程 1 1 2天然水的性质 22 1 1 2天然水的性质 23 碱度 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H 的物质总量 组成水中碱度的物质可以归纳为三类 强碱 在溶液中全部电离生

6、成OH 离子 弱碱 在水中发生反应生成OH 离子 强碱弱酸盐 如各种碳酸盐 硅酸盐 磷酸盐 硫化物和腐殖酸盐等 水解生成OH 或者直接接受质子H 2 天然水中酸度和碱度 1 1 2天然水的性质 24 总碱度 HCO3 2 CO32 OH H 2 天然水中酸度和碱度 1 1 2天然水的性质 总碱度 是指水中各种碱度成分的总和 即加酸至水中HCO3 和CO32 全部转化为CO2 总碱度的测定方法 用强酸标准溶液来滴定 以甲基橙为指示剂 当溶液由黄色变成橙红色 pH 4 3 停止滴定 此时所得的结果称为总碱度 甲基橙碱度 25 酚酞碱度 CO32 OH H2CO3 H 2 天然水中酸度和碱度 1 1 2天然水的性质 酚酞碱度的测定方法 用强酸标准溶液来滴定 以酚酞为指示剂 当溶液pH 8 3 停止滴定 表示OH 被中和 CO32 全部转化为HCO3 作为碳酸盐只中和了一半 得到酚酞碱度表示式 苛性碱度 苛性碱度 OH HCO3 2 H2CO3 H 酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质 亦即放出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 H2

7、CO3 OH 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 无机酸度的测定方法 用强碱标准溶液来滴定 以甲基橙为指示剂 当溶液由黄色变成橙红色 pH 4 3 游离CO2酸度 用强碱标准溶液来滴定 以酚酞为指示剂 当pH 8 3 总酸度 pH 10 8 CO2酸度 H H2CO3 CO32 OH 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 无机酸度的测定方法 用强碱标准溶液来滴定 以甲基橙为指示剂 当溶液由黄色变成橙红色 pH 4 3 游离CO2酸度 用强碱标准溶液来滴定 以酚酞为指示剂 当pH 8 3 总酸度 pH 10 8 无机酸度 H HCO3 2 CO32 OH 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 如果应用总碳酸量 CT 和相应分布系数 来表示 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 如果应用总碳酸量 CT 和相应分布系数 来表示 30 某水体的pH 8 00 碱度为1 00 10 3mol L 该水体中 HCO3 CO32 OH H 等物质的浓度 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

8、 10 3mol L 根据pH值 H 1 00 10 8mol L OH 1 00 10 6mol L 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 解 碱度的贡献 OH HCO3 2 CO32 H 的浓度可以忽略不计 H 1 00 10 10mol L OH 1 00 10 4mol L OH HCO3 2 CO32 1 00 10 3mol L 1 H 1 00 10 10mol L OH 1 00 10 4mol L 2 3 若水体的pH为10 0 碱度为1 00 10 3mol L 则上述各形态物质的浓度为多少 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 Solvingthesethreeequationsgives HCO3 4 64 10 4mol Land CO32 2 18 10 4mol L sothecontributionstothealkalinityofthissolutionarethefollowing 1 1 2天然水的性质 2 天然水中酸度和碱度 34 1 海洋 海洋覆盖着70 8 的地球表面 总面

9、积约361 1012m2 平均深度3800m 总体积为1370 1015m3 海水离子强度约为0 7 温度和盐度是决定海水各种性质的决定性因数 海水pH值在表层为8 1 8 3 在深层可下降到7 8 溶解于海水中的物质按它们存在的数量分为三类 即主要离子 少量物质和微量元素 1 1 3几种天然水体的基本特征 35 溶解于海水中的物质按它们存在的数量分为三类 即主要离子 少量物质和微量元素 主要成分依次为Cl Na Mg2 SO42 Ca2 K 和 HCO3 CO32 盐度 多数海水在33 37 和含氯量之间的经验关系式为 盐度 0 03 1 805 含氯量 含氯量包括水样中氯化物 溴化物和碘化物总和 后两者被折算为氯化物 1 1 3几种天然水体的基本特征 1 海洋 36 1 海洋 1 1 3几种天然水体的基本特征 37 1 海洋 海洋污染问题 1 由汇入海洋的河水夹带的工农业废水以及投弃海洋的各种工业废物 2 在由河水夹带入海的生活污水中含有很丰富的营养物质 可在河口 海湾地区引起赤潮 3 海岸建立的核电站 热电站排水中的放射性污染物和热污染 4 运输船只机房排出的机油 海难事件油轮倾

10、翻的大量原油 5 各种塑料制件 破碎鱼网 船上丢弃人海的废塑料制品 6 由旅游事业引起的海滨地区污染等 1 1 3几种天然水体的基本特征 38 2 河流 大气降水及来自地下的水向低洼处汇集 并在重力作用下沿泄水的长条形凹槽流动 且终年有水者称为河流 常年性流水和槽床 即河床 是形成河流的基本条件 有关河流水体的基本综合性质有受纳水量 水位 流速 流量 含固量 矿化度 即以g kg表示的离子总浓度 等 与地下水相比 河流是敞开流动水体与海洋相比 河流只有很小的水量 占地球总水量的百万分之一 1 1 3几种天然水体的基本特征 39 主要离子中 Na Ca2 占大多数 阴离子含量一般递减顺序是HCO3 Cl SO42 河流的主要污染物是各种有毒金属和各类有机物 释入河流的重金属污染物 Hg Cd Pb等 很容易被水中悬浮颗粒物吸附 随即沉入水底 当富含有机物的城市污水经排污管释入河流水体后 随水逐流的污染物会引起上下游水段内溶解氧渐次降低的效应 造成种种不良环境后果 1 1 3几种天然水体的基本特征 2 河流 40 3 湖泊 由地面上大小形状不同的洼地积水而成湖泊 形成湖泊必须条件是要具有一

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