水環(huán)境化學(xué)課件

1、關(guān)于水環(huán)境化學(xué)第一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài) 一. 天然水的基本特征1 天然水的組成水溶液中金屬離子的表達(dá)式通?？梢詫懗蒑n+，表示簡(jiǎn)單的水合金屬離子M(H2O)xn+。 水中金屬離子常常以多種形態(tài)存在。例如鐵: Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2(OH)24+, Fe3+ , K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, NO3-, Cl-, SO42- 為天然水中常見的八大離子，占天然水離子總量的95-99%。(1) 天然水的主要離子組成：(2) 水中的金屬離子：第二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(3)

2、 氣體在水中的溶解性大氣中的氣體與溶液中同種氣體間的平衡為：G(aq) = KHpG亨利定律并不能說明氣體在溶液中進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)。溶解于水中的實(shí)際氣體的量，可以大大高于亨利定律表示的量。KH 是各種氣體在一定溫度下的亨利定律常數(shù)(mol/LPa); 一. 天然水的基本特征第三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 氧在干燥空氣中的含量為 20.95% ，大部分元素氧來自大氣。氧在水中的溶解度與水的溫度、氧在水中的分壓及水中含鹽量有關(guān)。水在25時(shí)的蒸汽壓為0.03167 105 Pa。氧在 1.013 105 Pa， 25 飽和水中的溶解度： 氧在水中的溶解度 1. 天然水的基本特征第四張，

3、PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月不同溫度下，氣體在水中溶解度的計(jì)算： 1. 天然水的基本特征第五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 CO2在干燥空氣中的含量為 0.0314% ，水在25時(shí)的蒸汽壓為0.03167 105 Pa，CO2的亨利定律常數(shù)為3.34 10-7 mol/L.Pa。則CO2在水中的濃度為： CO2的溶解度 1. 天然水的基本特征第六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 水生生物 生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)； 生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者； 自養(yǎng)生物、異養(yǎng)生物； 生產(chǎn)率、富營(yíng)養(yǎng)化、C、N、P 1. 天然水的基本特征第七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年

4、6月(1) 碳酸平衡在水體中存在著CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-等4種物質(zhì);常把CO2和H2CO3 合并為H2CO3*;實(shí)際上H2CO3 的含量極低，主要是溶解性的氣體CO2。 以下將H2CO3*略寫為H2CO3 2. 天然水的性質(zhì)第八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月CT = H2CO3 + HCO3- + CO32- 2. 天然水的性質(zhì)第九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月以上屬封閉的水溶液體系的情況；沒有考慮大氣交換過程。CO2+H2CO3HCO3-CO32-1008060402002 4 6 8 10 12pH圖6-1 碳酸化合態(tài)分布圖 2. 天然水的性質(zhì)第

5、十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于開放體系，應(yīng)考慮大氣交換過程： 2. 天然水的性質(zhì)第十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月堿度是指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，亦即能接受H+的物質(zhì)總量。組成水中堿度的物質(zhì)可以歸納為三類： 強(qiáng)堿；弱堿； 強(qiáng)堿弱酸鹽。At pH values below 7, H+ in water detracts significantly from alkalinity, and its concentration must be subtracted in computing the total alkalinity. Therefore the

6、 following equation is the complete equation for alkalinity in a medium where the only contributors to it are HCO3-, CO32-, and OH-.總堿度 = HCO3- + 2CO32- + OH- H+2.2 天然水中酸度和堿度 2. 天然水的性質(zhì)第十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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)水解能產(chǎn)生H+的物質(zhì)總量。包括強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)酸弱堿鹽等。某水體的pH = 8.00, 堿度為1.0010-3 mol/L,

7、該水體中HCO3-, CO32-, OH-, H+等物質(zhì)的濃度。解：pH = 8.00時(shí)， CO32-的濃度很低，可認(rèn)為堿度全部由HCO3-貢獻(xiàn)，則HCO3- = 堿度 = 1.0010-3 mol/L；根據(jù)pH值，H+ = 1.00 10-8 mol/L; OH- = 1.00 10-6 mol/L總酸度 = H+ + HCO3- + 2H2CO3 OH- 2. 天然水的性質(zhì)第十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 天然水的性質(zhì)第十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月解：堿度的貢獻(xiàn)：OH- + HCO3- + 2CO32- H+的濃度可以忽略不計(jì)。 H+ = 1.00 10

8、-10 mol/L; OH- = 1.00 10-4 mol/LOH- + HCO3- + 2CO32- = 1.00 10-3 mol/L (1)H+ = 1.00 10-10 mol/L; OH- = 1.00 10-4 mol/L (2)(3)若水體的pH為10.0，堿度為1.00 10-3 mol/L, 則上述各形態(tài)物質(zhì)的濃度為多少？ 2. 天然水的性質(zhì)第十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月2 2.18 10-4 = 4.36 10-4 eq/L from CO32- 4.64 10-4 eq/L from HCO3- 1.00 10-4 eq/L from OH- Alk =

9、 1.00 10-3 eq/LSolving these three equations gives HCO3- = 4.64 10-4 mol/L and CO32- = 2.18 10-4 mol/L, so the contributions to the alkalinity of this solution are the following: 2. 天然水的性質(zhì)第十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 二. 水中污染物的分布和存在形態(tài)第十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月（1） 農(nóng)藥 (pesticide)殺蟲劑 insecticide 殺菌劑除草劑 1. 有機(jī)污染物

10、disifectant n.消毒劑germicide n.殺菌劑fungicide n. 殺真菌劑bactericide n. 殺菌劑herbicide n. 除草劑第十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 有機(jī)氯農(nóng)藥 (Organochlorine pesticide)：DDT 1. 有機(jī)污染物難以被化學(xué)降解和生物降解，較低的水溶性，較高的辛醇/水分配系數(shù)。DDTHCH (hexachlorocyclohexane) 六氯環(huán)己烷Aldrin (艾氏劑)Heptachlor (七氯)Dieldrin (狄氏劑)第十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月o,p-DDTo,p-DDEp,

11、p-DDEp,p-DDDo,p-DDD 1. 有機(jī)污染物第二十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月1948年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)給了DDT發(fā)明者、瑞士化學(xué)家米勒。DDT對(duì)消滅農(nóng)業(yè)害蟲和居家殺蟲確實(shí)發(fā)揮過神奇作用，但DDT是一種難降解有毒化合物，長(zhǎng)期使用會(huì)在環(huán)境及生物體內(nèi)積累，造成環(huán)境污染。1976年美國(guó)洛杉磯動(dòng)物園小河馬突然全部死亡，就是飲用附近農(nóng)藥廠排放的DDT廢液所致。據(jù)此，許多國(guó)家70年代就停止使用DDT。影響遠(yuǎn)未終結(jié)。在1995年美國(guó)醫(yī)生發(fā)現(xiàn)死嬰的腦部也有DDT，DDT還造成男性發(fā)育異常，有“非男性化”表現(xiàn)。同時(shí)DDT還造成在美國(guó)、日本出現(xiàn)大量畸形青蛙。 1. 有機(jī)污染物第二十

12、一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月Figure 15. The flattened egg within this white-faced ibis clutch was caused by DDE. 1. 有機(jī)污染物第二十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月Figure 16. Damage to the central nervous system of birds by chlorinated hydrocarbon insecticides results in the type of aberrant posture seen in this hen pheasant

13、1. 有機(jī)污染物第二十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月BFigure 16. Damage to the central nervous system of birds by chlorinated hydrocarbon insecticides results in the type of aberrant posture seen in this mallard duck. 1. 有機(jī)污染物第二十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月HCH AldrinDieldrinHeptachlor 1. 有機(jī)污染物第二十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 磷酸酯(2)

14、 硫代磷酸酯(3) 膦酸酯和硫代膦酸酯類(4) 磷酰胺和硫代磷酰胺類 有機(jī)磷農(nóng)藥 1. 有機(jī)污染物大部分是磷酸酯或磷酰胺類化合物。第二十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 磷酸酯：磷酸中三個(gè)氫原子被有機(jī)基團(tuán)置換所生成的化合物，如 敵敵畏、二溴磷等。 1. 有機(jī)污染物(2) 硫代磷酸酯：硫代磷酸分子中的氫原子被甲基等基團(tuán)所置換而形成的化合物。磷酸甲基對(duì)硫磷敵敵畏第二十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸分子中一個(gè)羥基被有機(jī)基團(tuán)置換，即在分子中形成C-P鍵，稱為膦酸。如果膦酸中羥基的氫原子再被有機(jī)基團(tuán)取代，即形成膦酸酯。如果膦酸酯中的氧原子被硫原子取代，即為硫代膦酸酯，如敵

15、百蟲。 1. 有機(jī)污染物(3) 膦酸酯和硫代膦酸酯類敵百蟲第二十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 磷酰胺和硫代磷酰胺類 1. 有機(jī)污染物乙酰甲胺磷膦酸酰胺酯磷酸分子中羥基被氨基取代的化合物為磷酰胺；磷酸胺分子中的氧原子被硫原子所取代形成硫代磷酰胺，如甲胺磷。第二十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月馬拉硫磷二硫代磷酸酯樂果二硫代磷酸酯 1. 有機(jī)污染物有機(jī)磷農(nóng)藥的特點(diǎn)：較易被生物降解，高效、低毒、低殘留；第三十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月除草劑 1. 有機(jī)污染物Atrazine阿特拉津Simazine西瑪津第三十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2

16、). POPs and PTSPOPs: Persistent Organic PollutantsPTS: Persistent Toxic Substances持久性有機(jī)污染物持久性有毒物質(zhì)第三十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月2001年5月，中國(guó)政府簽署了關(guān)于對(duì)某些持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約，根據(jù)這項(xiàng)公約，各締約國(guó)將采取一致行動(dòng)，首先控制并逐步消除12種對(duì)人類健康和自然環(huán)境特別有害的持久性有機(jī)污染物(POP)，它們是：艾氏劑、氯丹、狄氏劑、異狄氏劑、七氯、滅蟻靈、毒殺芬、滴滴涕、六氯代苯、多氯聯(lián)苯(PCB)、二惡英(PCDD)和呋喃(PCDF)。2004年5月，人大常委會(huì)

17、批準(zhǔn)的該公約。環(huán)境激素, 內(nèi)分泌干擾物 (Endocrine disruptors)。 Persistent Organic Pollutants (POPs) 持久性有機(jī)污染物 (2). POPs and PTS第三十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月POPs的判別標(biāo)準(zhǔn)持久性遠(yuǎn)距離環(huán)境遷移的潛在能力 T1/2 (in air) 2 daysT1/2 （水中) 2個(gè)月T1/2 (土壤或沉積物） 6個(gè)月 BCF 5000, 或 logKow 5 的證據(jù)有令人關(guān)注的其他證據(jù)生物積累性毒性 (1). POPs and PTS第三十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 持久性有毒物質(zhì)(P

18、TS)有機(jī)PTSPOPs殺蟲劑艾氏劑、氯丹、狄氏劑、異狄氏劑、七氯、滅蟻靈、毒殺芬、滴滴涕、六氯(代)苯工業(yè)化學(xué)品：多氯聯(lián)苯(PCB)、六氯(代)苯人類無意合成的物質(zhì)：多氯代二苯并對(duì)二惡英和呋喃( PCDD/F)其它有機(jī)PTS十氯酮、六六六（HCH）、阿特拉津、五氯酚、氯代石蠟、多環(huán)芳烴(PAH)、多溴代聯(lián)苯醚（PBDE）、辛基酚、壬基酚、酞酸酯、.有機(jī)汞化合物、有機(jī)錫化合物、有機(jī)鉛物 金屬有機(jī)污染物 (2). POPs and PTSPTS是指在環(huán)境中不容易被降解、可以被生物蓄積的有毒物質(zhì)的總稱，即持久性有毒物質(zhì)。 第三十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月多氯聯(lián)苯 (Polychlo

19、rinated biphenyl, PCB): 209+1種化合物。化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、變壓器、電容器的冷卻劑、絕緣材料、耐腐蝕涂料等。極難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑和脂肪，具有高的辛醇/水分配系數(shù)； (2). POPs and PTSDioxin類污染物第三十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月PCDD/F: Polychlorinated dibenzo-p-dioxin/furan (PCDD/F)PCDD: 75;PCDF: 1352,3,7,8-substituted PCDD/Fs: 22 (毒性相差1000倍；)Dioxin is the name given to a g

20、roup of persistent, very toxic chemicals. The most toxic form of dioxin is 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin or TCDD. (2). POPs and PTS第三十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月Dioxin is released by paper mills, by metal smelters, by many chemical plants, by many pesticide factories, and by all incinerators. The en

21、tire dioxin family consists of 75 different dioxins and 135 different furans. The dioxin, 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), is considered to be the most toxic type of dioxin. Polychlorinated biphenyl ether(PCDE)Polybrominated biphenyl ether(PBDE) (2). POPs and PTSWhere does dioxin come fro

22、m?第三十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (2). POPs and PTS第三十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(3). 鹵代脂肪烴例如freon, CFC-11容易揮發(fā)、可以光解；辛醇/水分配系數(shù)較低;(4). 醚類：在美國(guó)EPA優(yōu)先污染物中，有7種醚類化合物。(5). 單環(huán)芳烴類化合物，主要是氯代苯類、硝基苯類、(6). 苯酚類和苯胺類：較高的水溶性，例如五氯苯酚; 1. 有機(jī)污染物第四十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(7). 酞酸酯類：水溶解度低，辛醇/水分配系數(shù)高；(8). 多環(huán)芳烴類化合

23、物 (Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAH)：來源、危害(9). 亞硝胺等化合物(10). 染料廢水(偶氮、蒽醌) 1. 有機(jī)污染物第四十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(1).鎘：工業(yè)廢水排放； 多種形態(tài)存在：配合物；水生生物對(duì)Cd有很強(qiáng)的富集能力；水體懸浮物有很強(qiáng)的吸附能力；日本的痛痛病：長(zhǎng)期食用含Cd高的稻米。 (2)汞：廠礦、有色金屬冶煉、化工生產(chǎn)廢水； 甲基化作用；揮發(fā)作用；日本水俁病。1956年，日本熊本縣水俁灣附近發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的病。這種病癥最初出現(xiàn)在貓身上，病貓步態(tài)不穩(wěn)，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被稱為“自殺貓”。 2. 金屬污染

24、物第四十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 金屬污染物隨后不久，此地也發(fā)現(xiàn)了患這種病癥的人?；颊哂捎谀X中樞神經(jīng)和末梢神經(jīng)被侵害，輕者口齒不清、步履瞞珊、面部癡呆、手足麻痹、感覺障礙、視覺喪失、震顫、手足變形，重者神經(jīng)失常，或酣睡，或興奮，身體彎弓高叫，直至死亡。這種“怪病” 是最早出現(xiàn)的由于工業(yè)廢水排放污染造成的公害病。排放的廢水含有大量的汞。當(dāng)汞在水中被水生物食用后，會(huì)轉(zhuǎn)化成甲基汞(CH3HgCl)。這種劇毒物質(zhì)只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命，當(dāng)時(shí)水俁灣的甲基汞含量達(dá)到了足以毒死日本全國(guó)人口2次都有余的程度。第四十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月(3). 鉛：

25、礦山開采、金屬冶煉、汽車廢氣、燃煤、油漆、涂料；水體中懸浮物的吸附作用。(4). 砷：天然來源、人為來源(農(nóng)藥)。不同存在形態(tài)。(5). 鉻：冶煉、電鍍、制革、印染；Cr3+, CrO2-, CrO42-, Cr2O7-;(6). 銅：(7). 鋅：(8). 2. 金屬污染物第四十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月1、水中營(yíng)養(yǎng)元素 水中的N、P、C、O和微量元素如Fe、Mn、Zn是湖泊等水體中生物的必需元素。三、水中營(yíng)養(yǎng)元素及水體富營(yíng)養(yǎng)化N/P比值大于100-貧營(yíng)養(yǎng)湖泊小于10-富營(yíng)養(yǎng)湖泊第四十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 赤潮(Algal bloom或Red tide)是海水中某些微小浮游植物、原生動(dòng)物或細(xì)菌在一定的環(huán)境條件下突發(fā)性的增殖，引起一定范圍一段時(shí)間的海水變色現(xiàn)象。2 、水體富營(yíng)養(yǎng)化-赤潮起始階段：存在誘發(fā)赤潮的物質(zhì)條件，表面現(xiàn)象