第二章 天然水的基本特性和水污染

1、 環(huán)境化學環(huán)境化學 第二章 天然水的基本特性 與水污染 第一節(jié)第一節(jié) 水圈、水的特性和分子結構水圈、水的特性和分子結構 一、水圈一、水圈 地球表面的71%為海洋，占地球 總水量的97%，鹽度3.5%。 淡水占2.6%，可人類使用的僅占地球總水量的 0.6%。 我國水資源居世界第六位，但人均水量為居世界 第110位。 天然水系的類別天然水系的類別: （聚合水）（聚合水） 第二節(jié)第二節(jié) 天然水的組成和性質(zhì)天然水的組成和性質(zhì) 一、天然水的組成一、天然水的組成 1 1、主要離子成分、主要離子成分 ClCl- -、SOSO4 42- 2-、 、HCOHCO3 3- -、COCO3 32- 2-、 、Na

2、Na+ +、CaCa2+ 2+、 、K K+ +、 MgMg2+ 2+， ，占占95-99%95-99% 海水中Na+ 、 Cl-占優(yōu)勢；天然淡水中Ca2+、 SO42-占優(yōu)勢；地下水受地域變化的影響大。 2 2、藻類、藻類 富營養(yǎng)化現(xiàn)象：指向水體中排入氮、磷等營養(yǎng)物 質(zhì)后，在水面上出現(xiàn)由藻類形成 的一片片“水華”。 3 3、微生物、微生物 微生物：原生動物、藻類、放線菌、細菌。 好氧細菌：醋酸菌、亞硝酸菌等。 厭氧細菌：甲烷菌、硫酸還原菌等。 兼氧細菌：釀酒酵母等。 4 4、溶解性氣體、溶解性氣體 天然水中主要有O2、CO2，少量H2S。 污染水中還存在HCl、SO2、NH3等。 常溫下，D

3、O濃度為3-14mg/l。 溶解氧測定儀溶解氧測定儀 計算計算2525 C C時的時的 的飽和溶解度 的飽和溶解度。大氣壓為。大氣壓為.0130.0130 1010 ，水在，水在2525 C C時的蒸汽壓為時的蒸汽壓為0.031670.03167 10 Pa, Pa,空氣中氧的含空氣中氧的含 量為量為20.9520.95 P293 即溶解度為：即溶解度為： 亨利常數(shù)，亨利常數(shù)，P312P312 5 5、天然水的酸堿化學平衡、天然水的酸堿化學平衡 （1 1）碳酸平衡）碳酸平衡 P30-31 碳酸平衡：碳酸平衡： 在水體中存在在水體中存在COCO2 2、H H2 2COCO 、 、HCOHCO -

4、 -、 、COCO3 32- 2-等四種 等四種 化合態(tài)，常把化合態(tài)，常把COCO2 2、H H2 2COCO3 3合并為合并為HH2 2COCO3 3* * 。 H H2 2COCO3 3* *=CO=CO2 2(g) + H(g) + H2 2COCO3 3 H H2 2COCO3 3含量極低，主要是溶解性氣體含量極低，主要是溶解性氣體COCO2 2 ( (aq aq) ) 。 p.31 式式(2-8), (2-9), (2-10)怎么得到的？怎么得到的？ O 的溶解度 的溶解度（0.512mg/L） 它的濃度與水的酸堿性有密切相關。它的濃度與水的酸堿性有密切相關。 CT = H2CO3*

5、+HCO3-+CO32- CO2+H2O H2CO3 H2CO3 HCO3- +H+ HCO3 CO32- +H+ 各種碳酸化合態(tài)的總量：各種碳酸化合態(tài)的總量： 在封閉體系在封閉體系 p.32 總堿度：總堿度：水中各種堿度成分的總和，即水中各種堿度成分的總和，即加酸加酸至使至使 HCOHCO3 3- -、COCO3 32- 2-全部轉(zhuǎn)化為 全部轉(zhuǎn)化為COCO2 2。 甲基橙為指示劑甲基橙為指示劑 此時溶液的此時溶液的pHpH約為約為4.34.3。 （甲基橙）總堿度（甲基橙）總堿度 = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ 酚酞為指示劑酚酞為指示劑 此時此時OHOH- -被中和，被中和

6、，COCO3 32- 2-全部轉(zhuǎn)化為 全部轉(zhuǎn)化為HCOHCO3 3- -。溶液的。溶液的 pHpH約為約為8.38.3。 酚酞堿度酚酞堿度 = CO32- +OH- - H+ - H2CO3* CT、HCO3-、CO32- 隨隨pHpH 變化而變化；變化而變化； pH6時時， H2CO3*是主成分；是主成分； 6pH10.3時時， CO32-是主要；是主要； H2CO3是主成分，隨是主成分，隨pHpH變化變化 而不變；而不變； 特特 征征: : 圖圖2-6 封閉體系碳酸化合物形態(tài)分布封閉體系碳酸化合物形態(tài)分布 封閉體系：封閉體系： H2CO3*、HCO3-、CO32-是是 變化，變化，但但CT

7、是不變是不變。 開放體系：開放體系： CT 、 HCO3-、CO32-是變化，是變化， 但但 H2CO3*是不變是不變。 封閉體系與開放體系比較封閉體系與開放體系比較 計算題（計算題（P33, P33, 例例2-12-1） 某水體的某水體的pHpH值為值為8.00, 8.00, 堿度為堿度為 1.001.00 1010-3 -3 mol/L, mol/L, 求求H H2 2COCO3 3* *、 HCOHCO3 3- -、 COCO3 32- 2-的濃度。 的濃度。 答：答： 當當pHpH值為值為8.008.00時，時， COCO3 32- 2-的濃度 的濃度與與HCOHCO3 3- -濃度相

8、比，可以濃度相比，可以忽忽 略不計略不計。 根據(jù)解離常數(shù)根據(jù)解離常數(shù)K K2 2, ,可以計算出可以計算出COCO3 32- 2-的濃度 的濃度 COCO3 32- 2-=K =K2 2 HCOHCO3 3- -/H/H+ +=4.49=4.49 1010-6 -6mol/L mol/L HH2 2COCO3 3* *=2.25=2.25 1010-5 -5mol/L mol/L ，根據(jù)解離常數(shù)根據(jù)解離常數(shù)K K1 1, , 課堂作業(yè)：課堂作業(yè)：P33 P33 例例2-22-2， P33 P33 例例2-32-3。 總堿度 = = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ 若水體的若水體

9、的pHpH值為值為10.00, 10.00, 堿度為堿度為1.001.00 1010-3 -3 mol/L, mol/L, 求各形態(tài)物質(zhì)的濃度。求各形態(tài)物質(zhì)的濃度。 計算題（計算題（P33, P33, 例例2-22-2） 總堿度總堿度 = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ = 1.00 10-3 CO32- = 總堿度總堿度- HCO3- - OH-/ 2 K2 =CO32- H+ / HCO3- =4.69 10-11 計算得到，計算得到，HCO3- = 4.64 10-4 mol/L CO32- = 2.18 10-4 mol/L 例例2-32-3 已知某一天然水已知某一天然

10、水pH=7.0pH=7.0，堿度為堿度為1.4 mmol1.4 mmol L L-1 -1， ，問需加問需加 多少酸多少酸才能使天然水的才能使天然水的pHpH降到降到6.06.0？ 解解 p34 p34 表表2-62-6，可查找，可查找1 1, ,2 2 ( (或 或) ) ，代入得，代入得, , pH=7.0 pH=7.0時，時， pH=6.0 pH=6.0時，時， 堿度差堿度差: : A A=1.4-0.526=0.874 mmol=1.4-0.526=0.874 mmol L L-1 -1 )2( 21 HOHCT總堿度 )( 2 1 21 OHHCT總堿度 1 4 71. 14 . 1

11、 1082. 32816. 0 1 LmmolCT 1 21 526. 0 25. 3 71. 1 )2( LmmolCT堿度 C CT T不變不變 堿度差堿度差? ? p30p30 總堿度總堿度 = = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ 總堿度總堿度 = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ = CT 1 1 + 2 + 2CT 2 2 + + OH- - H+ CT = 總堿度總堿度 + H+ - OH- /（ 1 1+ 2 2 2 2） 總堿度總堿度/（ 1 1+ 2 2 2 2） 總堿度總堿度 例例2-3 p.34 H2CO3* = CT 0 0 (2-5) H

12、CO3- = CT 1 1 (2-6) CO32- = CT 2 2 (2-7) p.30 6 6、天然水的硬度、天然水的硬度 總硬度：總硬度：在水質(zhì)中在水質(zhì)中鈣和鎂離子濃度鈣和鎂離子濃度所代表的特性。所代表的特性。 高硬水有苦、澀外，危害消化道功能紊亂，耗肥皂高硬水有苦、澀外，危害消化道功能紊亂，耗肥皂 多，影響鍋爐使用壽命。多，影響鍋爐使用壽命。 地面水硬度一般不高，地下水硬度往往高。地面水硬度一般不高，地下水硬度往往高。 硬度硬度常以常以CaCOCaCO3 3或或CaOCaO的當量來表示的當量來表示。 1 1法國度法國度 = 10mg/L CaCO= 10mg/L CaCO3 3 1 1

13、德國度德國度 = 10mg/L = 10mg/L CaOCaO 總硬度：水中所含鈣、鎂離子構成的硬度總量?？傆捕龋核兴}、鎂離子構成的硬度總量。 水的硬度分級水的硬度分級 總硬度總硬度水質(zhì)水質(zhì) 0 04 4度度很軟水很軟水 4 48 8度度軟水軟水 8 81616度度中等硬水中等硬水 16163030度度硬水硬水 3030度以上度以上很硬水很硬水 我國飲用水的硬度規(guī)定為我國飲用水的硬度規(guī)定為“不超過不超過2525度度” 計算：若水質(zhì)中含有計算：若水質(zhì)中含有10ppm10ppm的鎂離子（的鎂離子（MgMg2+ 2+），以及 ），以及 15ppm15ppm的鈣離子（的鈣離子（CaCa2+ 2+

14、），則它的總硬度值。 ），則它的總硬度值。 【解解】總硬度總硬度 鎂硬度鎂硬度 + + 鈣硬度鈣硬度 鎂硬度鎂硬度10ppm10ppm100/24.4100/24.441.0ppm41.0ppm。 鈣硬度鈣硬度15ppm15ppm100/40.0100/40.037.5ppm37.5ppm。 總硬度總硬度41.0ppm + 37.5ppm41.0ppm + 37.5ppm78.5ppm78.5ppm。 注注 計算中的計算中的24.424.4為鎂的當量重，為鎂的當量重，40.040.0為鈣的當為鈣的當 量量 重，重，100100為為CaCOCaCO3 3的當量重）。的當量重）。 第三節(jié)第三節(jié) 水

15、體污染物水體污染物 一、有機污染物一、有機污染物 顆粒態(tài)有機物：顆粒態(tài)有機物：Particle Organic Carbon 膠體態(tài)污染物：膠體態(tài)污染物：Colloid Organic Carbon 溶解性污染物：溶解性污染物：Dissolved Organic Carbon 生物可降解污染物：生物可降解污染物：Biodegradable Organic Carbon 生物難降解污染物：生物難降解污染物：Non Biodegradable Organic Carbon 生物可同化有機碳：生物可同化有機碳：Assimilable Organic Carbon 二、無機污染物二、無機污染物 1 1

16、、無機無害物：、無機無害物：ClCl- -、SOSO4 42- 2-、 、HCOHCO3 3- -、COCO3 32- 2-、 、NaNa+ +、 Ca Ca2+ 2+、 、K K+ +、MgMg2+ 2+ 2 2、無機有害物、無機有害物 固體懸浮固體懸浮物物 酸、堿、鹽等酸、堿、鹽等 3 3、無機有毒物無機有毒物 氰化物：氰化物：CNCN- - 重金屬污染物：重金屬污染物：Hg, Cd, Cr, Cu, Zn等等 非金屬污染物：非金屬污染物：As 三、放射性污染物三、放射性污染物 1 1、天然水：、天然水：238U 鈾鈾、226Ra 鐳鐳、232Th 釷釷。 2 2、廢水：、廢水：238U

17、鈾鈾、226Ra 鐳鐳、90Sr鍶鍶 、137Cs 銫銫、131I 碘碘、60Co 鈷鈷、64Cu 銅銅、32P 磷磷、 222Rn 氡氡 。 四、營養(yǎng)物質(zhì)四、營養(yǎng)物質(zhì) 排入氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)后，在水面上往往出現(xiàn)排入氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)后，在水面上往往出現(xiàn) 由藻類形成的一片片由藻類形成的一片片“水華水華”。 五、病原微生物五、病原微生物 細菌總數(shù)細菌總數(shù) 大腸桿菌大腸桿菌 原生動物（原生動物（Giardia，Cryptosporidium） 六、熱污染六、熱污染 破壞水生態(tài)平衡，溶解氧減少、細菌繁殖、破壞水生態(tài)平衡，溶解氧減少、細菌繁殖、 厭氧發(fā)酵（產(chǎn)生惡臭）。厭氧發(fā)酵（產(chǎn)生惡臭）。 七、硬水污染七

18、、硬水污染 Ca2+、Mg2+等含量構成的水的硬度。等含量構成的水的硬度。 第四節(jié)第四節(jié) 水質(zhì)標準、水質(zhì)指標和分析水質(zhì)標準、水質(zhì)指標和分析 一、水質(zhì)標準一、水質(zhì)標準 p41 p41 表表2-92-9 色、懸浮物、臭和味、色、懸浮物、臭和味、pHpH、揮發(fā)酚類、硫酸鹽、揮發(fā)酚類、硫酸鹽、 TDSTDS、氨氮、氯化物、硫化物、氰化物、砷、重金、氨氮、氯化物、硫化物、氰化物、砷、重金 屬、屬、DDTDDT、六六六、六六六、BODBOD5 5、CODCODCr Cr、細菌總數(shù)、總 、細菌總數(shù)、總、 總總等。等。 二、水質(zhì)指標二、水質(zhì)指標 p42p42 天然水天然水( (及各種用水、廢水及各種用水、廢水

19、) )的水質(zhì)指標，的水質(zhì)指標， 可分為可分為物理、化學、生物、放射性物理、化學、生物、放射性四類。四類。 2 2、化學指標、化學指標 - - 非專一性指標：非專一性指標：電導率、電導率、pHpH值、氧化還原電位值、氧化還原電位 、硬度、堿度、無機酸度。、硬度、堿度、無機酸度。 - - 無機物指標：無機物指標：各種金屬、其他無機化合物。各種金屬、其他無機化合物。 - - 有機物指標：有機物指標：BODBOD5 5、CODCODCr Cr、高錳酸鹽指數(shù)、總 、高錳酸鹽指數(shù)、總 需氧量（需氧量（TOD)TOD)、總有機碳、總有機碳(TOC)(TOC)、 酚類、洗滌劑類、石油類。酚類、洗滌劑類、石油類。 - - 溶解性氣體：溶解性氣體：氧氣、二氧化碳。氧氣、二氧化碳。 3 3、生物指標：、生物指標：細菌總數(shù)、大腸桿菌、藻類。細菌總數(shù)、大腸桿菌、藻類。 4 4、放射性指標：、放射性指標：總總、總總、鈾、鐳、釷等。、鈾、鐳、釷等。 總需氧量總需氧量 指水中能被氧化的物質(zhì)指水中能被氧化的物質(zhì)，主要是有機物質(zhì)在燃燒，主要是有機物質(zhì)在燃燒 時所需要的氧量，結果以時所需要的氧量，結果以O O2 2的的mg/Lmg/L表示。表示。 測定原理：測定原理：將水樣注入裝有鉑催化劑的石英燃燒將水樣注入裝有鉑催化劑的石英燃燒 管，通入含已知氧濃度的載氣管，通入含已知