三篇水環(huán)境化學(xué)

1、三篇水環(huán)境化學(xué)2 第三篇第三篇 水水 環(huán)環(huán) 境境 化化 學(xué)學(xué) 世界上可供人類利用的淡水資源僅占地球水資源的0.64%。 重點(diǎn)轉(zhuǎn)向重點(diǎn)轉(zhuǎn)向 (1) 有毒難降解有機(jī)污染物的水環(huán)境行為和歸趨模式方面研究; (2) 金屬存在形態(tài)與生物有效性及生物地球化學(xué)循環(huán)的研究; (3) 飲用水資源的保護(hù)及地下水污染問題。 3 第三篇第三篇 水水 環(huán)環(huán) 境境 化化 學(xué)學(xué) 教學(xué)要求:1. 掌握天然水的組成和性質(zhì);2. 溶解和沉淀，氧化還原，配合作用及固-液界面相互作用等基本化學(xué)原理在水環(huán)境化學(xué)中的應(yīng)用；3. 掌握主要有毒難降解有機(jī)污染物的環(huán)境行為和歸趨模式的基本原理。4第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組

2、成水質(zhì)概況水質(zhì)概況 地球表面有70.8%為海洋所覆蓋，占地球總水量的97.3%，淡水只占2.7%，可供人類使用的淡水資源約為850萬km3，僅占地球總水量的0.64%。 我國水資源比較豐富，約為27210億m3，居世界第六位。 目前用水量僅次于美國。 對(duì)44個(gè)城市水質(zhì)調(diào)查: 地下水93.2%被污染，地表水100%污染. 5第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水系的類別天然水系的類別6第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水的組成天然水的組成 天然水化學(xué)組成的形成過程天然水化學(xué)組成的形成過程 考慮巖石風(fēng)化和土壤生成等有關(guān)過程。 風(fēng)化過程風(fēng)化過程 地殼中原生巖石是

3、火成巖，經(jīng)過風(fēng)化作用、遷移和沉積作用而成為沉積巖，沉積巖經(jīng)地殼變遷可重新轉(zhuǎn)入大陸，也可再經(jīng)變質(zhì)巖轉(zhuǎn)為火成巖，構(gòu)成巖石循環(huán)。 水的關(guān)鍵作用水的關(guān)鍵作用 大氣組成受到火山排出物的直接或間接影響，提供CO2和氧化劑(O2)而參與化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。7第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水中的主要離子組成天然水中的主要離子組成 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3、NO3、Cl和SO42為天然水中常見的八大離子，占天然水中離子總量的9599%。水中的金屬離子水中的金屬離子 水溶液中的金屬離子通過化學(xué)反應(yīng)可以達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)，酸-堿、沉淀、配合及氧化-還原等反應(yīng)是它們?cè)谒羞_(dá)到最穩(wěn)定狀

4、態(tài)的過程。 8第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成溶解在水中的氣體溶解在水中的氣體水生生物水生生物 水生生物可直接影響許多物質(zhì)的濃度，包括代謝、攝取、轉(zhuǎn)化、存貯和釋放等。 自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物 自養(yǎng)生物利用太陽能或化學(xué)能量，把簡單、無生命的無機(jī)物元素引進(jìn)其復(fù)雜的生命分子中即組成生命體。 異養(yǎng)生物利用自養(yǎng)生物產(chǎn)生的有機(jī)物作為能源及合成它自身生命的原始物質(zhì)。 9第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成溶解氧（溶解氧（DODO） 水體與大氣交換或經(jīng)化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)后溶于水中的氧稱為溶解氧。 水體受污染對(duì)其溶解氧反逐漸減少，因此，水中溶解氧的濃度是表明水體污染

5、程度的重要指標(biāo)之一。地面水要求溶解氧含量不能低于4毫克/升。 10第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成生物生物( (或生化或生化) )需氧量（需氧量（BODBOD5 5 ） 生物(或生化)需氧量BOD5是另一個(gè)水質(zhì)的重要參數(shù)，它是指在一定體積的水中有機(jī)物降解所要耗用的氧的量。化學(xué)需氧量（化學(xué)需氧量（CODCOD） 化學(xué)需氧量是指水樣在規(guī)定條件下用氧化劑處理時(shí)，其溶解性或懸浮性物質(zhì)消耗氧化劑的量。11第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)天然水的性質(zhì) 碳酸平衡碳酸平衡 在水體中存在著CO2、H2CO3、HCO3、CO32等四種化合態(tài)，常把CO2、H2CO3合

6、并為H2CO3，H2CO3含量極低，主要是溶解性氣體CO2。 12 碳酸平衡系統(tǒng)13第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水的堿度和酸度天然水的堿度和酸度 堿度是指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，即能接受質(zhì)子H+的物質(zhì)總量。 組成水中堿度的物質(zhì)：（1）強(qiáng)堿在溶液中全部電離生成OH離子；（2）弱堿在水中發(fā)生反應(yīng)生成OH離子；（3）強(qiáng)堿弱酸鹽如各種碳酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、硫化物和腐殖酸 鹽等，水解生成OH或者直接接受質(zhì)子H+。 14第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成 酸度是指水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，亦即放出H+或經(jīng)過水解能產(chǎn)生H+的物質(zhì)的總量。 組成

7、水中酸度的物質(zhì)：（1）強(qiáng)酸；（2）弱酸如CO2、H2CO3、H2S、蛋白質(zhì)以及各種有機(jī)酸類；（3）)強(qiáng)酸弱堿鹽。天然水體的緩沖能力天然水體的緩沖能力 天然水體的pH值一般在69之間。 水中含有的各種碳酸化合物控制水的pH值并具有緩沖作用。 15第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成水的硬度水的硬度 水中所含鈣、鎂離子總量稱為水的總硬度。 水的硬度分級(jí) 總硬度 水質(zhì) 04度 很軟水 48度 軟水 816度 中等硬水 1630度 硬水 30度以上 很硬水 常用“度”作為硬度單位。例如l0mg/L的CaO稱為1德國度，l0mg/L的CaCO3稱為法國度。16第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組

8、成天然水的性質(zhì)和組成天然水體中的顆粒物和沉積物天然水體中的顆粒物和沉積物 總殘?jiān)ㄟ^濾性殘?jiān)?又稱總?cè)芙庑怨腆w物TDS)和非過濾性殘?jiān)?又稱懸浮物或懸浮固體物SS)。 總殘?jiān)挚煞譃閾]發(fā)性殘?jiān)凸潭堅(jiān)鼉刹糠?天然水體中顆粒物質(zhì)的來源天然水體中顆粒物質(zhì)的來源 （1 1）陸生的巖石碎屑）陸生的巖石碎屑 包括石英(SiO2)、剛玉(Al2O3)或赤鐵礦 (Fe2O3)等顆粒物. （2 2）粘土礦物）粘土礦物（3 3）碳酸鹽和硅石）碳酸鹽和硅石 （4 4）顆粒狀有機(jī)物）顆粒狀有機(jī)物（5 5）天然和人造的化學(xué)物質(zhì)）天然和人造的化學(xué)物質(zhì)17天然水體天然水體- -海洋海洋海洋海洋 海洋覆蓋著70.8%的

9、地球表面，總面積約3611012m2，平均深度3800m，總體積為13701015m3。 海水離子強(qiáng)度I約為0.7。 溫度和鹽度是決定海水各種性質(zhì)的決定性因數(shù)。 海水pH值在表層為8.18.3，在深層可下降到7.8。 溶解于海水中的物質(zhì)按它們存在的數(shù)量分為三類，即主要離子、少量物質(zhì)和微量元素。18天然水體天然水體- -海洋海洋 主要成分依次為Cl、Na+、Mg2+、SO42、Ca2+、K+和（HCO3+ CO32）。 含氯量包括水樣中氯化物、溴化物和碘化物總和(后兩者被折算為氯化物)。 鹽度和含氯量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： 鹽度 = 0.03 + 1.805（含氯量） 多數(shù)海水的鹽度在33 - 3

10、7。 19天然水體天然水體- -海洋海洋20天然水體天然水體- -海洋海洋海洋污染問題海洋污染問題(1)由匯入海洋的河水夾帶的工農(nóng)業(yè)廢水以及投棄海洋的各種工業(yè)廢物；(2)在由河水夾帶入海的生活污水中含有很豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可在河口、海灣地區(qū)引起赤潮；(3)海岸建立的核電站、熱電站排水中的放射性污染物和熱污染；(4)運(yùn)輸船只機(jī)房排出的機(jī)油，由海難事件中油輪傾翻的大量原油；(5)各種塑料制件(破碎魚網(wǎng)、船上丟棄人海的廢塑料制品)；(6)由旅游事業(yè)引起的海濱地區(qū)污染等。 21天然水體天然水體河流河流二、河流二、河流 大氣降水及來自地下的水向低洼處匯集，并在重力作用下沿泄水的長條形凹槽流動(dòng)，且終年有水者

11、稱為河流。 常年性流水和槽床(即河床)是形成河流的基本條件。 有關(guān)河流水體的基本綜合性質(zhì)有受納水量、水位、流速、流量、含固量、礦化度(即以g/kg表示的離子總濃度)等。 與地下水相比，河流是敞開流動(dòng)水體； 與海洋相比，河流只有很小的水量(占地球總水量的百萬分之一)。 22天然水體天然水體河流河流 主要離子中，Na+、Ca2+占大多數(shù)，陰離子含量一般遞減順序是HCO3、Cl、SO42。 河流的主要污染物是各種有毒金屬和各類有機(jī)物。 釋入河流的重金屬污染物(Hg、Cd、Pb等)很容易被水中懸浮顆粒物吸附，隨即沉入水底。 當(dāng)富含有機(jī)物的城市污水經(jīng)排污管釋入河流水體后，隨水逐流的污染物會(huì)引起上下游水段

12、內(nèi)溶解氧漸次降低的效應(yīng)，造成種種不良環(huán)境后果。 23天然水體天然水體湖泊湖泊三、湖泊三、湖泊 由地面上大小形狀不同的洼地積水而成湖泊。形成湖泊必須條件是要具有一個(gè)周圍高、中間低的能蓄水的湖盆以及長期有水蓄積。 湖水中含鈣、鎂、鈉、鉀、硅、氮、磷、錳、鐵等元素，其中氮、磷等元素引起的富營養(yǎng)化問題是湖泊的主要污染問題。 富營養(yǎng)化是湖泊等水體的衰老表現(xiàn)，極端富營養(yǎng)化會(huì)使湖泊演化為沼澤或干地。 由酸雨引起湖水酸化是湖泊嚴(yán)重污染問題。 24天然水體天然水體地下水地下水四、地下水四、地下水 地下水的主要水源是大氣降水。降水中一部分通過巖石和土壤的間隙而滲入地下形成地下水。嚴(yán)格地說，存在于地表之下飽和層的水

13、體才是地下水，即是由水的重力克服了向上的毛細(xì)管力從而匯聚在此的水分。地下水水質(zhì)特點(diǎn)：地下水水質(zhì)特點(diǎn)：(1)懸浮顆粒物含量很少，水體清沏透明； (2)無菌、鹽分高、硬度大、含較多量的有機(jī)物；(3)不與空氣接觸，水體呈還原態(tài)，鐵、錳等元素以低價(jià)形態(tài)存在； (4)水溫不受氣溫影響； (5)因有巖石等阻隔，流動(dòng)速度很小，各部位水層的水質(zhì)也可有很大差異。25天然水體天然水體地下水地下水地下水中污染物質(zhì)地下水中污染物質(zhì)n耗氧污染物 n病原體，如細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物等 n植物營養(yǎng)物質(zhì) n有機(jī)化學(xué)物品 n放射性物質(zhì) 26天然水的水質(zhì)天然水的水質(zhì) 水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)指標(biāo) 水質(zhì)、水量和水能是度量水資源可利用價(jià)值的三個(gè)重要指標(biāo). 水質(zhì)指標(biāo)指水樣中除水分子外所含雜質(zhì)的種類和數(shù)量或濃度。 天然水(也兼及各種用水、廢水)的水質(zhì)指標(biāo)，可分為物理、化學(xué)、生物、放射性四類。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 國家環(huán)境保護(hù)局于1988年發(fā)