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第三章-水环境化学

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环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化知识交流

环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化知识交流

之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
(2)氧化还原电位E和pE的关系
Ox ＋ne→Red
(1)
根据Nernst方程
E＝E0-(2.303RT/nF)lg[Red]/[Ox] (2) 当反应达平衡时，定义
E0＝(2.303RT/nF) lgK
(3)
从上述化学方程式(1)，可写出
K= [Red]/{[Ox][e]n }
如果考虑到羟基配合作用，那么金属氧化物或氢氧化物的 溶解度（MeT）表征为：
MeT = [ Mez+ ] +∑[ Me(OH)nz-n ]
固体的氧化物和氢氧化物具有两性的特征，它们和质子或 羟基离子都发生反应，存在一个pH值，在该值下溶解度为最 小值。在碱性或酸性更强的pH值区域内，溶解度都会变得更 大。
因此，在 H2S 和硫化物均达到饱和的溶液中，溶液重金属离子 的饱和浓度为： [Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp [H+]2/Ksp´ =Ksp [H+]2/（0.1K1K2）
3、碳酸盐
——多相平衡，pH通过控制碳酸根浓度影响沉淀平衡
封闭体系： 只考虑固相和液相，把 H2CO3* 当作不挥发酸类处理。
吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定 时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。
温度变化、几种离子共存（竞争作用）等。
3、沉积物中重金属的释放——属于二次污染问题
诱发释放的主要因素有： （1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗
粒上的金属离子交换出来。
（2）氧化还原条件的变化：有机物增多，产生厌氧环境、铁锰氧 化物还原溶解，使结合在其中的金属释放出来。
2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面 也能进行吸附作用。

环境化学第三章水

环境化学第三章水

二节 气体在水中的溶解性
水的质量特征：
• 酸度和碱度
第一节 概述
• 盐度和氯度:1千克水中碳酸盐转变为氧化物、溴化物 和碘化物转变为氯化物、有机物完全氧化后所含固体 的总克数。
• 硬度 • 溶氧量：25℃时的饱和浓度
[O2 (aq)] = 2.6×10-3 mol/L = 8.32 mg/L
• 清度和色度
化合物直接与 pH值有关，实际涉及到水解和羟基配合物的平
衡过程，该过程往往复杂多变，这里用强电解质的最简单关 系式表述： Me(OH)n(s) → Men+ + nOH根据溶度积表达式 可导出金属离子浓度 等号两边取负对数： Ksp = [Men+][OH-]n [Men+] = Ksp/[OH-]n = Ksp[H+]n/Kwn -lg[Men+] =－lgKsp－nlg[H+] + nlgKw (3-21)
HS- → H+ + S2则总反应： H2S →2 H+ + S2-
K2= 1.3×10-15
K1,2=K1K2=1.16×10-22
三、溶解沉淀平衡
在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，则 [H+]2[S2-] = K1,2×[H2S] = 1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 由于在水溶液中 H 2 S 的二级电离甚微，故可近似认为 [H+] = [HS-]，因此可求得溶液中[S2-]浓度：
三、溶解沉淀平衡
第二节 天然水中的平衡
溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径，一般金
属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。
溶解度小者，迁移能力小； 溶解度大者，迁移能力大。 在固—液平衡体系中，需用溶度积来表征溶解度。

第三章水环境化学

第三章水环境化学

第三章水环境化学第三章水环境化学一、名词解释：亨利定律水体富营养化分配定律辛醇-水分配系数吸附等温线分配系数生长代谢赤潮共代谢水解速率直接光解间接光解生物浓缩因子二、填空1、天然水中的总碱度= [HCO3-] +2 [CO32-] + [OH-] - [H+] 。

2、水中污染物大体可分为8类：①耗氧污染物，②致病污染物，③合成有机物，④植物营养物，⑤无机物与矿物质，⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物，⑦放射性物质，⑧热污染。

3、水循环过程通常由蒸发、水汽输送、凝结降水、径流4个环节组成。

4、水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附、离子交换吸附和专性吸附等。

5、天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低，因而表层水呈氧化性环境。

6、有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和降解等过程进行迁移转化。

7、一般天然水体的决定电位是溶解氧，而有机污染物积累的厌氧体系中决定电位是有机物。

8、腐殖质与环境有机物之间的作用主要涉及吸附效应、溶解效应、对水解反应的催化作用、对微生物过程的影响以及光敏效应和猝灭效应等。

9、水体呈富营养状态时，水面藻类增殖，成片成团地覆盖水体表面。

这种现象发生在湖面上称为水华或湖靛，而发生在海湾或河口区域则称为赤潮。

10、海水以Cl- 和Na+离子为主。

11、天然水中常见的八大离子是K+，Na+，Ca2+，Mg2+，HCO3-，NO3-，Cl-，SO42-。

12、天然水体中最重要的无机配位体是OH-和Cl-，其次是HCO3-和SO42-等。

13、水体中常见的吸附等温线有Henry型、Langmuir型和Freundlich型三种14、有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主要机理：分配作用和吸附作用。

15、辛醇-水分配系数常用k ow表示，反映了化合物在水相和有机相之间的迁移能力，它与化合物的水溶性、土壤吸咐常数和生物浓缩因子密切相关。

16、水体中典型的自养生物是藻类，自养生物的C、N、P源分别是CO2、NO3-、PO43-。

环境化学第三章水环境化学复习知识点

环境化学第三章水环境化学复习知识点

第三章水环境化学1、水中八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-为常见八种离子2、溶解气体与Henry定律:溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系，气体的大气分压P G与气体的溶解度的比表现为常数关系，称为Henry定律，该常数称为Henry定律常数K H。

[G(aq)] = K H PG K H－气体在一定温度下的亨利定理常数 (mol/L.Pa) PG －各种气体的分压 (Pa)3、水体中可能存在的碳酸组分 CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 ( H2CO3*)4、天然水中的碱度和酸度：碱度：水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能够接受质子H+的物质总量；酸度：凡在水中离解或水解后生成可与强碱（OH-）反应的物质（包括强酸、弱酸和强酸弱碱盐）总量；即水中能与强碱发生中和作用的物质总量。

5、天然水中的总碱度=HCO3-+2CO32-+ OH- —H+6、水体中颗粒物的类别(1)矿物微粒和粘土矿物（铝或镁的硅酸盐）(2)金属水合氧化物（铝、铁、锰、硅等金属）(3)腐殖质 (4)水体悬浮沉积物 (5)其他（藻类、细菌、病毒等）影响水体中颗粒物吸附作用的因素有：颗粒物浓度、温度、PH。

7、水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附、化学吸附、离子交换吸附和专属吸附。

8、天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低，因而表层水呈氧化性环境。

9、吸附等温线：在一定温度，处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线；水环境中常见的吸附等温线主要有L－型、F－型和H－型。

10、无机物在水中的迁移转化过程：分配作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集、生物降解作用。

11、PE:pE 越小，电子活度越高，提供电子的倾向越强，水体呈还原性。

pE 越大，电子活度越低，接受电子的倾向越强，水体呈氧化性。

pe影响因素：1)天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低；2)天然水的pE随其pH减少而增大。

第三章-水环境化学(第一次课)

第三章-水环境化学(第一次课)
次要离子：Fe2+、CO32－、HSiO3－、NO2－、 HPO42－、H2PO4－、PO43－
ii 表示方法
总含盐量(Total Dissolved Solids－TDS)，也称总矿化度： 水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为水的总含盐量。
总含盐量＝Σ阳离子+Σ阴离子
iii 测定
重量法
总含盐量＝溶解固形物
cT
[H
2 CO
* 3
](1
K1 [H
]
K1K 2 [H ]2
)
0
[H2CO*3
]
1
cT
(1
K1 [H ]
K1K 2 [H ]2
) 1
说明pH决定它们的 含量多少
1
[HCO
3
]
cT
[H ] (
K1
1
K2 [H
) ]
1
2
[CO32 ] cT
([H ]2 K1K 2
[H ] 1)1 K2
lg c2 H • ( 1 1 ) 15.59103 ( 1 1 ) c1 2.303R T1 T2 2.3038.314 298.15 273.15
c2 8.289 1.778 14.74mg / L
0 ℃时的含量14.74mg/L 20 ℃时为9.227mg/L
2．在一个标准大气压下，25℃时CO2在水中的溶解度。已知 CO2在干空气中的含量为0.0314%（体积）。
氧气的分压为
0.9813105 20.95% 0.2056105 Pa
[G(O2) ] KH PG 1.26108 0.2056105 2.590104 mol / L
[G(O2) ] 2.590104 32 8.289mg / L

第三章水环境化学

第三章水环境化学
总含盐量(TDS)：
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)

环境化学课件第三章 水环境化学

环境化学课件第三章 水环境化学
水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市 水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各 种水体如湖泊、水库、河流和地下水等是该水环境的重要组成部分 ，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包 括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层 地下水和深层地下水等。
图 水环境体系（水体）
<返回>
水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制 、迁移转化和归趋的规律及其化学行为对生态环境的影响。水环 境化学是环境化学的重要组成部分，为水污染控制和水资源的保 护提供了科学依据。
水环境化学研究的领域包括河口、海洋、河流、湖泊等。
研究的特点是： （1）体系非常复杂 离子、分子、胶体微粒 （2）界面现象突出、重要 重金属、有机物附着在胶体微粒面
海湾 海
大洋 海洋沉积物间隙水
DP Dg K
P 0
水循环 Water cycle
1.水的自然循环： 特点：①由降雨量自然循环的大致尺度
②水的性质基本不变 2.水的社会循环 特点：①工业与生活污水的产生与排放是主
要的污染源 ②水的性质不断变化
水资源的主要问题
●我国水资源人均和亩均水量少； ●水资源在地区分布上很不均匀，水土资源 组合不平衡 ●水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁 ●水土流失严重，许多河流含沙量大； ●我国水资源开发利用各地很不均衡
第三章 水环境化学 Aquatic chemistry
知识点：认识天然水的基本特征和污染物的分布形 态，掌握水中污染物的迁移转化规律，学 会建立水质模型
重 点：水中污染物的迁移和转化规律 难 点：水质模型的建立
水圈：Hydrosphere 1978年.R.A.Horne

第三章-水环境化学

第三章-水环境化学

气体在水中的溶解度服从亨利定理，即： 一种气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。
则溶于水的气体的量为：
[G(aq)] = KH PG
KH － 气体在一定温度下的亨利定理常 数 (mol/L.Pa)
PG － 各种气体的分压 (Pa)
溶解的气体若有进一步的化学反应，如：
CO2 + H2O = H+ + HCO3SO2 + H2O = H+ + HSO3则亨利定律并不能说明进一步的化学反应。
1.00×10-3 = [HCO3-] + 2[CO32-] + 1.00×10 -4
[[H C3C O 23]]O 1 4..0 60 9 1 1 0 011010.46,9
[CO32-] = 0.469 [HCO3-] [HCO3-]+ 0.469 [HCO3-]× 2 = 0.0009
[HCO3-] = 4.64×10-4 mol.L-1 [CO32-] = 2.18×10-4 mol.L-1 对总碱度的贡献仍为1.00×10-3 mol.L-1
二氧化碳在水中的溶解度： (25℃)
Pco2 =(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4 = 30.8 (Pa)
[CO2(aq)] = KH Pco2 = 3.34×10-7×30.8 = 1.028×10-5 mol.L-
CO2在水中离解，则： [H+] = [HCO3-]
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， 因此水 中溶解氧的浓度 (DO) 是天然水体的 重要参数。
生物需氧量（BOD）是水质的另一个 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

第3章：水环境化学

第3章：水环境化学
➢湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势； ➢地下水主要离子成分受地域变化影响很大，一般说地下水硬度 高，就是其中Ca2+、Mg2+含量高，对于一些苦水或咸水地区， 地下水中Na+、HCO3-含量较高； ➢河水中所含有的部分Na+和大部分的Ca2+主要分别来源于硅酸 盐和碳酸盐的风化、溶解；水中所含有的SO42-主要来自硫化物矿 物和硫酸盐矿物（如石膏）的溶解。
第3章：水环境化学
举例：水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以
Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Fe3+等形态存在。这些 形态在中性(pH=7)水体中的浓度可以通过平衡常数加以计算：
Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+ [Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+]=8.9×10-4
代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：
[O2(aq)]= KH·=1.26×10-8×0.2056×105=2.6×10-4 mol/L 氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L。
气 体 溶 解 度 随 温 度 升 高 而 降 低 ， 这 种 影 响 可 由 Clausius-Clapeyron （克拉帕龙）方程式显示出：
CO2在水中离解部分可产生等浓度的H+和HCO3-。H+及HCO3-的浓度可 从 CO2的酸离解常数（K1）计算出： CO2+H2O CO2·H2O 亨利常数 KH [C=OP23CO H.232O 4]×10-7molL-1Pa-1
第3章：水环境化学
CO2·H2O HCO3-+H+ 一级电离

第三章水环境化学

第三章水环境化学

4
§1.1天然水的组成
天然水中的主要离子组成
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3—、NO3—、Cl—和 SO42—为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子 总量的95~99%。
水中的金属离子
水溶液中的金属离子通过化学反应可以达到最稳定 的状态，酸-碱、沉淀、配合及氧化-还原等反应是它们 在水中达到最稳定状态的过程。硅、铝、铁的水合氧 化物 (如：Fe(OH)2+)形成胶体物质。
化学污染物和生物性污染物。
第三章水环境化学
24
§2.1化学污染物
(1)重金属及其化合物
主要有汞、镉、铬、铅、钒、钴、铜、镍、锰等重金 属。这些重金属都可以通过食物链富集，直接使人体 中毒。 汞：水体中汞主要以Hg2+、Hg(OH)2、CH3Hg+、 CH3Hg(OH)、CH3HgCl、C6H5Hg +形态存在。 镉：水体中镉主要以Cd2+状态存在。 铅：水体中铅主要以Pb2+状态存在。
（1）碳酸平衡
在 水 体 中 存 在 着 CO2、H2CO3、HCO3—、CO32— 等 四 种 化 合 态 ， 常 把 CO2、H2CO3 合 并 为 H2CO3。 H2CO3含量极低，主要是溶解性气体CO2。
第三章水环境化学
9
碳酸平衡系统
第三章水环境化学
10
§1.2天然水的性质
（2）天然水的碱度和酸度
(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，由海难事件中油轮倾翻的 大量原油；

(完整版)第三章水环境化学

(完整版)第三章水环境化学
化学反应平衡：
分布分数：α0 、α1、α2分别表示化合物在总量中的比 例则：
α0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO3]+[CO32-] } α1 =[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO]+[CO32-] } α2=[CO32-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-] }
2003年我国万元GDP用水量为465m3，是世界平均水平的4 倍；农业灌溉用水有效利用系数为0.4～0.5，是发达国家 的1/2；水的重复利用率为50％，发达国家已达到了85％； 全国城市供水管网漏损率达20％左右。
水危机的出现
根据水利部《21世纪中国水供求》分析，2010年 我国工业、农业、生活及生态环境总需水量在中 等干旱年为6988亿立方米，供水总量6670亿立方 米，缺水318亿立方米。这表明，2010年后我国 将开始进入严重的缺水期。
CT=[H2CO3*]+[HCO3- ]+[CO32- ]
试计算封闭体系和开放体系中各碳酸形态的表示式？ （1）封闭体系
总碳酸量不变 （2）开放体系
[H2CO3*]保持不变
封闭体系：
0
H]
k1k2 [H ]2
)1
1
HCO3 CT
(1
[H k1
]
k2 [H
)1 ]
溶解于水中气体的量可能高于亨利定律表示的量。
氧在25℃ ，1.013X105Pa下溶解度计算：
由亨利定律[G(aq)]=KH*pG
不同温度下，气体在水中溶解度的计算：
CO2在25℃ ，1.013X105Pa下溶解度计算
（4）水体富营养化(eutrophication) 由于水体中氮磷营养物质的富集，引起

第三章 水环境化学

第三章 水环境化学

pKc1
pKc2
结论：
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ pH<<pKc1 pH=pKc1 pH=pKc2 pH>>pKc2 pH=1/2(pKc1+pkc2) H2CO3* αH2CO3*=αHCO3αHCO3-=αCO32CO32HCO3-
3：开放碳酸体系
= -21.6 + 2pH
由以上方程式作lgc—pH图可看出
3. 碱度的测定：
（原理: 中和滴定法，根据消耗的酸量求出）
c V 1000 碱度（mmol/L ） Vs 单位：mmol[H ]/L
式中：Vs——水样体积）(mL) c——HCl浓度（mol/L) V——HCl体积（mL）
思考：碱度和碱性的区别
例如:若一个天然水的pH为7.0，碱度为1.4mmo1/l， 求需加多少酸才能把水体的pH降低到6.0。
二、水体中的污染物
病原体污染物
耗氧污染物 植物营养物 石油类污染物 放射性物质
酸、碱、盐无机污染物
热污染
有毒污染物
(1)重金属
(2)无机阴离子 (3)有机农药、多氯联苯 (4)致癌物质 (5)一般有机物质
三、水体中的污染物的运动过程
大气降落物 污水排入
1.稀释、扩散过程
3.转化过程
溶解在天然水中的物质
1、主要离子 主要阳离子有: Ca2+、Mg2+、Na+、K+。 主要阴离子有： Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-。 这八种离子可占水中溶解固体总量的95%～99%以上。 陆地水中下列成分的含量顺序一般为： HCO3- ＞SO42- ＞Cl-，Ca2+ ＞Na+ ＞Mg2+ 海水中相应的含量顺序为： Cl- ＞SO42- ＞HCO3-，Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+。

第三章 水环境化学

第三章 水环境化学

6
1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物） 天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天 然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化 过程中，经过水溶解迁移、搬运到水中的地壳矿 物质。
7
（1）天然水中的主要离子组成
天然水中常见的八大离子： K+ 、 Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 HCO3- 、 NO3- 、 Cl- 、 SO42-。 常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。 水中这些主要离子，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。 硬 Ca2+ HCO3度 Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱 金 属


1 =0.3086 2.24 1 2.24 =0.6914 2.24 1
[ H 2 CO3 ] [ HCO3 ]
*


所以此时[H2CO3*]=α0CT=0.3086×3×10-3molL-1=0.9258×10-3molL-1 [HCO3-]=α1CT=0.6914×3×10-3molL-1=2.0742×10-3molL-1 加酸性废水到pH=6.7，有0.9258×10-3molL-1的H2CO3*生成，故每升河水中要加入 0.9258×10-3mol的H+才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为1×10-2 molL-1的硫酸废水的量V为： V=0.9258×10-3mol/(2×1×10-2molL-1)=0.0463L=46.3mL。因此相当于每升河水中
100 CO2+H2CO3 HCO3CO32-
80 60 40 20 0
2 4 6 pH 8 10 12
28
碳酸化合态分布图的理解： a、总体分布态势：

第3章水环境化学

第3章水环境化学
= 2.6×10-4 mol.L-1 氧的分子量32，溶解度 8.32 mg.L-1 (DO)
二氧化碳在水中的溶解度： (25℃)
Pco2 =(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4 = 30.8 (Pa)
[CO2(aq)] = KH Pco2 = 3.34×10-7×30.8 = 1.028×10-5 mol.L-1
CO2含量超过平衡容量，过量CO2会使CaCO3溶解，这部分CO2称为侵蚀性CO2，侵
蚀性CO2对水下混凝土建筑起破坏作用。
硬度 水中硬度决定于钙、镁离子的总量。硬度的表示方法各
国不统一，我国也不一致，在《生活饮用水的水质标准》中规定 总硬度（以碳酸钙计）小于450mg/L，也可用小于250mg/L（以
H2CO3*
HCO3-COΒιβλιοθήκη 2-lg C6.35
10.33
pH
（2）开放体系（所研究的过程在长时间内发生时采用开放体系 ）
CO2在气相和液相之间达到平衡，此时 [H2CO3* ] = [CO2 (aq)]
而[CO2 (aq)]根据亨利定律可以算出： [CO2 (aq)] = KH Pco2
因此，pH变化时，开放体系中[H2CO3* ] 不变，而CT, [HCO3- ]，以 及[CO32- ]改变
性CO2； ③有机物指标：溶解氧、化学需氧量(COD)、生化需氧量
(BOD)、总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)等。
1、物性指标
温度 水温对水中溶盐有影响，对杂质的存在与迁移也有
影响。
气味 由于水中有机物的分解和水中溶解的气体、矿物成
分及沟渠中的污物而产生的水臭称为天然臭气；工业污水 和生活污水所引起的水臭称为人为臭气。水中含有矿物质 和有机物时，便会产生气味。饮用水应无异嗅和异味。工 业给水对气味一般无严格要求。

3 水环境化学 环境化学课件

3 水环境化学 环境化学课件

3
水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特 征指标。
硬 Ca2+ HCO3度 Mg2+ CO32酸 H+ OH碱 金 属 阳 离 子 Na+ SO42- ClNO3-
阴 离 子
碱
度
酸
根
4
2.水中的金属离子
水 溶 液 中 金 属 离 子 的 表 示 式 常 写 成 Mn+, 与 水 水 合 形 成
19
2.天然水中的酸碱度
酸度 水中能与强碱发生中和作用的全部物质
（放出H+或经过水解能产生H+的物质的总量)
组成水中酸度的物质
（1）强酸； （2）弱酸如CO2、H2CO3、H2S、蛋白质以及各种有机酸类； （3）强酸弱碱盐。
天然水体的缓冲能力
天然水体的pH值一般在6~9之间。 水中碳酸化合物控制水的pH值--具有缓冲作用。
矿物酸度=[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]
23
在化学计量点 pH=8.3 （ pH HCO3- ） : 水中所有碳酸盐类都要转 化为HCO3-，此时 一个H2CO3*能够提供1个H+， 一个CO32-需要消耗1个H+， 一个OH-需要消耗1个H+ 因此得到H+平衡方程：[H+]+[H2CO3*]=[CO32-]+[OH-] 滴定前，如果上式右侧〉左侧，则存在碳酸盐碱度，而当上式 右侧<左侧，存在二氧化碳酸度，并得到其计算公式： 碳酸盐碱度= [CO32-]+[OH-]-[H+]-[H2CO3*]

=4.45×10-7molL-1
=4.68×10-11molL-1

【环境化学】第三章 水环境化学

【环境化学】第三章 水环境化学

[H2CO3*]=[H+][HCO3-]/
K1
（1）
=1.00×10-8×1.00×10-3 / 4.45×10-
7
[CO32-] = K2[HCO3-] / [H+]
（2）
= 4.69×10-11×1.00×10-3 /1.00×10-8
= 4.69 ×10-6mol.L-1
例2
若水体 pH升高到10.00, 碱度仍保持1.00×10-3 mol.L-1，再计算该水体中各碱度成分的浓度 。 解 ： 碱 度 = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] (mol.L-1)
[HCO3-] = 4.64×10-4 mol.L-1 [CO32-] = 2.18×10-4 mol.L-1 对总碱度的贡献仍为1.00×10-3 mol.L-1
例3
天然水pH=7.0,碱度为1.4 m mol.L-1, 为使
pH=6.0加入酸多少？
解：总碱度 = CT (α1+2α2) + KW /[H+] – [H+]
氧化还原电位E与pE的关系 Ox + n e = Red
[OH-] = 1.00×10-4 mol.L-1
1.00×10-3 = [HCO3-] + 2[CO32-] + 1.00×10 -4
[CO 2 ] 4.691011
3 [HCO Biblioteka 1.0010100.469
3
[CO32-] = 0.469 [HCO3-]
[HCO3-]+ 0.469 [HCO3-]× 2 = 0.0009
lg[HCO3-] = lg K1 + lg [H2CO3*] + pH = -11.3 + pH

第三章水环境化学-fxc11

第三章水环境化学-fxc11
可溶性气体多以分子形态存在，其中氧和二氧化碳是 最主要的两种气体。
大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡：
X(g)=X(aq)
服从亨利定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与 液体所接触的该种气体的分压，表示为： [G(aq)]=KH·pG
其中：KH——各种气体在一定温度下的亨利定律常数， pG——各种气体的分压。
8.3
CO32-→HCO3酚酞碱度
14
12
CO32苛性碱度
总碱度= [HCO3-] + 2 [CO32-] + [OH-] - [H+] 酚酞碱度= [CO32-] + [OH-] - [H2CO3*] - [H+] 苛性碱度= [OH-]- [HCO3-]-2 [H2CO3*] -[H+]
天然水在环境中的循环
大气水更新一次只要8d，每年平均更换45次； 河水的更新期是16d； 海洋水全部更新一次需要2500a； 地下水平均更新期为1400a。
水的社会循环：
——指由于人的社会需要而促成的循环，称 为水的社会循环。水的社会循环是直接为人 类的生活和生产服务的。
这个过程包括了：给水、排水两个环节
比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭 体系中，[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]等可随 pH 值变化，但总的碳酸量 CT 始终不变。
而对于开放体系CT 、[HCO3-]、[CO32-] 均随pH值改变而变化，但[H2CO3*]总保持与 大气相平衡的固定数值.
（2）天然水中的碱度和酸度
CO2在水中离解，则： [H+] = [HCO3-] [H+]2/[CO2] = K1 = 4.45×10-7 [H+] =(1.028×10-5× 4.45×10-7)1/2 = 2.14×10-6 mol·L-1 [HCO3-] =[H+] =(1.028×10-5×4.45×10-7)1/2= 2.14×10-6mol·L-1 pH = 5.67 故CO2在水中的溶解度应为[CO2] ＋[HCO3-] = 1.24×10-5mol·L-1
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高锰酸钾（CODMn），主要测定清洁 水体或饮用水中的还原性物质，现常称
作高锰酸盐指数。
生物需氧量(BOD)
Biochemical oxygen demand
好气条件下水中有机物被微生物所 氧化，在一定期间内所消耗的溶解氧的量 单位 mg/L ， BOD5称五日生物耗氧量。
总需氧量（TOD）
Total Oxygen Demand
[F3 e]/H []39.1130 (4) 当 pH = 7 时,
[F 3 ] e 9 .1 1 (1 0 .0 1 7 )3 0 9 .1 1 1m 0 8/L o
将这一数据代入上面的方程中，即 可得到其它各形态的浓度： • [Fe(OH)2+] = 8.1×10－14 mol.L-1 • [Fe(OH)2+] = 4.5×10－10 mol.L-1 • [Fe2(OH)24+] =1.02×10－23 mol.L-1
[H ]2 [CO2 ]
K1
= 4.45×10-7
[H+] =（ 1.028×10-5× 4.45×10-7）1/2 = 2.14×10-6 mol.L-1 pH = 5.67
CO2在水中的溶解度： [CO2] + [ HCO3-]
= 1.028×10-5+ 2.14×10-6 = 1.24×10-5 mol.L-1
F ( O e ) 2 ] H H [ ] 2 /F [3 ] e 4 .9 1 7 (20 )
[ F 2 ( O e ) 2 4 ] H H [ ] 2 /F [ 3 ] 2 e 1 .2 1 3 3 (30 )
如果考虑到存在固体 Fe(OH)3(S)，则
F ( O e ) 3 ( s ) H 3 H F 3 e 3 H 2 O
气体在水中的溶解度服从亨利定理，即： 一种气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。
则溶于水的气体的量为：
[G(aq)] = KH PG
KH － 气体在一定温度下的亨利定理常 数 (mol/L.Pa)
PG － 各种气体的分压 (Pa)
溶解的气体若有进一步的化学反应，如：
CO2 + H2O = H+ + HCO3SO2 + H2O = H+ + HSO3则亨利定律并不能说明进一步的化学反应。
自养生物—利用太阳能或化学能把简 单无生命的无机物引进复杂的生命分 子中，组成生命体。
异养生物—利用自养生物产生的有机 物作为能源及合成它自身的原始物质。
• 利用太阳能从无机矿物合成有机物的生 物体称为生产者，水体产生生物体的能力 称为生产率，生产率是由化学及物理的因 素相结合而决定的。 • 在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死 藻的分解引起水中溶解氧水平的降低，这 就是水体的富营养化。
水中有机物完全氧化所需氧的量， 近于理论耗氧量值
（燃法）
无机碳和总有机碳
无机碳：游离的 CO2(CO2+H2CO3)， 侵蚀性的CO2，包括碳酸盐 总有机碳 (TOC)：近于理论有机碳 量（燃烧法）
Total organic carbon
三氮
NH3-N, NO2-－N, NO3-－N
有机污染物
总含盐量（TDS）= [Ca2++ Mg2+ + H+ + Na+ + K+] + [HCO3-+ CO32-+ OH- + SO42-+Cl-+ NO3-]
2. 水中金属离子
水中金属离子以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:
[ F ( O e ) 2 ] H H [ ] /F [3 ] e 8 .9 1 4 (10 )
挥发性酚、农药残留、洗涤剂、多环
芳烃、多氯联苯等
生物性质指标
水中总大肠杆菌群(粪大肠菌群) 指能 在35℃，48h内发酵乳糖、产酸产气的、 需氧的及兼性厌氧的革兰氏阴性的无芽 孢杆菌。
第二节 天然水的组成和基本特征
一、天然水的组成
1. 主要离子组成 Ca2+ Mg2+ H+ Na+ K+ HCO3CO32- OH- SO42- Cl- NO3-
化学性质指标（II）
三氧和总氧 溶解氧（DO）Dissolved Oxygen 溶解于水中的分子态氧 mg/L 化学需氧量（COD） Chemical Oxygen Demand 氧化水中有机物(或其它还原性物质)所需 化学氧化剂的量，以氧的 mg/L计。
常用的氧化剂有：
重铬酸钾（CODCr），主要测定污染 水体；
二氧化碳在水中的溶解度： (25℃)
Pco2 =(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4 = 30.8 (Pa)
[CO2(aq)] = KH Pco2 = 3.34×10-7×30.8 = 1.028×10-5 mol.L-
CO2在水中离解，则： [H+] = [HCO3-]
第三章 水环境化学
第一节 天然水的水质标准
物理性质指标
温度、嗅味 色度 (1单位 = 1mg Pt + 0.5mg Co 颜
色/L ) 浊度 (1°= 1mg白陶土/L 所产生的
浑浊度) 悬浮物 （坩埚抽滤恒重法）
电导率 μS/cm pH值 氧化还原电位
• 化学性质指标（I）
酸度、碱度 硬度 重金属 Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、Fe、 As、 Cr、 Tl、Ni、Be
计算示例
氧在水中的溶解度：(25℃) PO2 = (1.0130-0.03167)×105×0.2095
= 0.2056×105 （Pa） [O2(aq)] = KHPo2=1.26×10-8×0.2056×105
= 2.6×10-4 mol.L-1 氧的分子量32，溶解度 8.32 mg.L-1 (DO)
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， 因此水 中溶解氧的浓度 (DO) 是天然水体的 重要参数。
= 0.55 mg.L-1
4．水生生物
水生生物直接影响水中许多物质的 存在，具有代谢、摄取、转化、存 储和释放等的作用。
如藻类的生成和分解 106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H++ (痕量元素)
(respiration) R↑↓P (photosynthesis) C106H263O110N16P + 138 O2