教學(xué)第三章水環(huán)境化學(xué)課件

第三章水環(huán)境化學(xué)

(WaterEnvironmentalChemistry)胡綿好旅游與城市管理學(xué)院第三章水環(huán)境化學(xué)

(WaterEnvironmenta1本章重點(diǎn)1、無(wú)機(jī)污染物在水體中進(jìn)行沉淀-溶解、氧化-還原、配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;2、計(jì)算水體中金屬存在形態(tài);3、pE計(jì)算;4、有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程和分配系數(shù)、揮發(fā)速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的計(jì)算方法。本章重點(diǎn)1、無(wú)機(jī)污染物在水體中進(jìn)行沉淀-溶解、氧化-還原、22第一節(jié)天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)一、天然水體的基本特征(BasicCharacterofNaturalWaters)1、天然水的組成(ConstitutionofNaturalWaters)八大離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-總含鹽量(TDS)：TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-第一節(jié)天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)一、天然水體的基本32、天然水的性質(zhì)

(CharacteristicofNaturalWaters)（1）碳酸平衡(BalanceofH2CO3)水體中存在四種化合態(tài)：CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3常把CO2和H2CO3合并為H2CO3*。2、天然水的性質(zhì)

(Characteristicof4H2CO3*—HCO3-—CO32-體系可用下面的反應(yīng)和平衡常數(shù)表示：CO2+H2O=H2CO3*pK0=1.46H2CO3*=H++

HCO3-pK1=6.35

HCO3-=H++CO32-pK2=10.33H2CO3*—HCO3-—CO32-體系可5α0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-

]}α1=[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-

]}α2=[CO32-

]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-

]}α0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO36（2）天然水中的堿度和酸度

(AcidityandAlkalinityinNaturalWaters)

堿度（Alkalinity）指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，即接受質(zhì)子的物質(zhì)總量，包括強(qiáng)堿、弱堿及強(qiáng)堿弱酸鹽。（2）天然水中的堿度和酸度

(AcidityandAl7H++OH-=H2OH++CO32-=HCO3-

(酚酞終點(diǎn))

H++HCO3-=H2CO3

(甲基橙終點(diǎn))測(cè)定方法：酸堿滴定，雙指示劑法H++OH-=H2O8總堿度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]–[H+]酚酞堿度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*]–[H+]苛性堿度=[OH-]-[HCO3-]-2[CO32-]–[H+]總堿度=[HCO3-]+2[CO32-]+[9酸度

（Acidity）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。強(qiáng)酸弱酸強(qiáng)酸弱堿鹽酸度（Acidity）是指水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中10總酸度=

[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]-[OH-]CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-]無(wú)機(jī)酸度=

[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]總酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]11二、水中污染物的分布及存在形態(tài)1、有機(jī)污染物(OrganicPollutant)農(nóng)藥有機(jī)氯有機(jī)磷多氯聯(lián)苯(PCBS)鹵代脂肪烴醚二、水中污染物的分布及存在形態(tài)1、有機(jī)污染物(Organi12單環(huán)芳香族化合物苯酚類和甲酚類酞酸酯類多環(huán)芳烴（PAH)亞硝胺和其他化合物單環(huán)芳香族化合物苯酚類和甲酚類酞酸酯類多環(huán)芳烴（PAH)亞硝132、金屬污染物(MetalPollutant)Cd、Hg、Pb、As、Cr、Cu、Zn、Tl、Ni、Be2、金屬污染物(MetalPollutant)Cd、H14第三章水環(huán)境化學(xué)課件15第二節(jié)

水中無(wú)機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化(TransportandTransformationofinorganicPollutants)

一、顆粒物與水之間的遷移(TransportBetweenParticlesandWater)1、水中的顆粒物的類別礦物微粒和黏土礦物金屬水合氧化物腐殖質(zhì)懸浮沉積物其他第二節(jié)

水中無(wú)機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、顆粒物與16腐殖質(zhì)(HumicSubstances)帶負(fù)電荷的高分子弱電解質(zhì)，多含有–COOH、–OH等。在pH高，離子強(qiáng)度低條件下，羥基、羧基大多離解，負(fù)電荷相互排斥，構(gòu)型伸展，親水性強(qiáng)。腐殖質(zhì)(HumicSubstances)帶負(fù)172、水環(huán)境中顆粒物的吸附作用(AdsorptionofParticalsinWaterEnvironmen)表面吸附離子交換吸附專屬吸附2、水環(huán)境中顆粒物的吸附作用表面吸附離子交換吸附專屬吸附18（1）吸附等溫線和等溫式(AdsorptionIsothermsandIsothermalEquation)吸附是指溶質(zhì)在界面層濃度升高的現(xiàn)象，水體中顆粒物對(duì)溶質(zhì)的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。（1）吸附等溫線和等溫式吸附是指溶質(zhì)在界面層濃度升高的現(xiàn)象，19H型（Henry）等溫式（直線型）F型（Freundlich）等溫式用對(duì)數(shù)表示：式中：K——分配系數(shù)在一定的溫度下，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，顆粒物表面上的吸附量（G）與溶液中溶質(zhì)平衡濃度(C)之間的關(guān)系用吸附等溫式表達(dá)。H型（Henry）等溫式（直線型）F型（Freundlic20L型（Langmuir）等溫式

G0—單位表面上達(dá)到飽和時(shí)的最大吸附量A—常數(shù)L型（Langmuir）等溫式G0—單位表面上達(dá)到飽和時(shí)的213、沉積物中重金屬的釋放(ReleaseofHeavyMetalsinSediment)沉積物中的重金屬可能重新進(jìn)入水體，這是產(chǎn)生二次污染的主要原因。不僅對(duì)于水生生態(tài)系統(tǒng)，而且對(duì)于飲用水的供給都是很危險(xiǎn)的。3、沉積物中重金屬的釋放沉積物中的重金屬可能重新進(jìn)入22誘發(fā)釋放的主要因素：（1）鹽濃度升高；（2）氧化還原條件的變化；（3）降低pH值；（4）增加水中配合劑的含量。誘發(fā)釋放的主要因素：（1）鹽濃度升高；（2）氧化還原條件的變23二、水中顆粒物的聚集(AggregationofParticalsinWater)膠體顆粒的聚集亦可稱為凝聚或絮凝。凝聚：由電介質(zhì)促成的聚集。絮凝：由聚合物促成的聚集。二、水中顆粒物的聚集膠體顆粒的聚集亦可稱為凝聚或絮凝。凝聚：24膠體顆粒凝聚方式(FlocculationWayofColloidParticulate)1、壓縮雙電層的聚集2、專屬吸附凝聚3、膠體相互凝聚4.“邊對(duì)面”絮凝膠體顆粒凝聚方式1、壓縮雙電層的聚集2、專屬吸附凝聚3、膠體25膠體顆粒凝聚方式(AggregationWayofColloidParticulate)（5）第二極小值絮凝；（6）聚合物粘結(jié)架橋絮凝；（7）無(wú)機(jī)高分子的絮凝；（8）絮團(tuán)卷掃絮凝；（9）顆粒層吸附絮凝；（10）生物絮凝。膠體顆粒凝聚方式（5）第二極小值絮凝；（6）聚合物粘26三、沉淀和溶解(PrecipitationandDissolution)1、金屬氧化物和氫氧化物三、沉淀和溶解(PrecipitationandDiss27金屬氧化物和氫氧化物的溶解度與溶液的pH值呈線性關(guān)系。金屬氧化物和氫氧化物的溶解度與溶液的pH值呈28第三章水環(huán)境化學(xué)課件29第三章水環(huán)境化學(xué)課件302、硫化物(Sulfide)金屬硫化物是比氫氧化物溶度劑更小的一類難溶沉淀物。在硫化氫和硫化物均達(dá)到飽和的溶液中，可算出溶液中金屬離子的飽和濃度為：[Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp[H+]2/(0.1K1K2)2、硫化物(Sulfide)金屬硫化物是比313、碳酸鹽(Carbonates)（以CaCO3為例）（1）封閉體系(ClosedSystemfortheAtmosphere)CT為常數(shù)，CaCO3的溶解度CaCO3=Ca2++CO32-KSP=[Ca2+][CO32-]=10-8.233、碳酸鹽(Carbonates)（以CaCO3為例）（132第三章水環(huán)境化學(xué)課件33開放體系(OpenSystemfortheAtmosphere)CaCO3暴露在含有CO2的氣相中，大氣中pCO2固定，溶液中CO2濃度也相應(yīng)固定。開放體系(OpenSystemfortheAtmo34第三章水環(huán)境化學(xué)課件35四、氧化-還原(OxidationandReduction)1、電子活度和氧化還原電位（1）電子活度的概念pE=-lg(αe)αe——水溶液中電子的活度還原劑—電子給予體氧化劑—電子接受體四、氧化-還原(OxidationandReducti36熱力學(xué)定義:

根據(jù)H2的半電池反應(yīng)2H+(aq)+2e=H2當(dāng)反應(yīng)的全部組分活度為1單位，該反應(yīng)的自由能變化ΔG可定義為零。即當(dāng)H+(aq)為1個(gè)單位活度與H2為1.0130×105Pa(活度1)平衡的介質(zhì)中，電子活度α為1，則pE=0.0。熱力學(xué)定義:根據(jù)H2的半電池反應(yīng)2H+(37Ox+ne=Red根據(jù)Nernst方程，

氧化還原電位E與pE的關(guān)系Ox+ne=Red根據(jù)Nernst方程，382、天然水體的pE-pH圖(pEinNatrualWater)水的氧化還原限度氧化限度1.0130×105Pa氧分壓pE=20.75-pH2、天然水體的pE-pH圖(pEinNatrualW39還原限度1.0130×105Pa氫分壓還原限度1.0130×105Pa氫分壓403、天然水的pE和決定電位

(pEinNatrualWater)

水中主要氧化劑：Fe(III)、Mn(IV)、S(VI)等還原劑：H2O、Fe(II)、Mn(II)、S(-II)、有機(jī)物等3、天然水的pE和決定電位水中主要氧化劑：還原劑：41決定電位：某個(gè)單體系的含量比其他體系高得多，該單體系的電位幾乎等于混合體系的pE，被視作決定電位。在一般水環(huán)境中，溶解氧是“決定電位”，而有機(jī)污染物積累的厭氧體系中有機(jī)物是“決定電位”。決定電位：某個(gè)單體系的含量比其他體系高在424、無(wú)機(jī)氮化合物的氧化還原轉(zhuǎn)化水中氮的形態(tài)主要是：NH4+、NO2-、NO3-等。4、無(wú)機(jī)氮化合物的氧化還原轉(zhuǎn)化水中氮的形態(tài)主要是：43第三章水環(huán)境化學(xué)課件44

5、無(wú)機(jī)鐵的氧化還原轉(zhuǎn)化天然水中的鐵主要以Fe(OH)3(S)或Fe2+形態(tài)存在。設(shè)總?cè)芙忤F的濃度為1.00×10-3mol/LFe3++e=Fe2+pEo=13.055、無(wú)機(jī)鐵的氧化還原轉(zhuǎn)化天然水中的鐵主要以45第三章水環(huán)境化學(xué)課件466、水中有機(jī)物的氧化

(OxidationofOrganicinWater)微生物利用水中的溶解氧對(duì)水中的有機(jī)物進(jìn)行有氧降解，可以表示為：{CH2O}+O2→CO2+H2O6、水中有機(jī)物的氧化

(OxidationofOrgan47當(dāng)水中有機(jī)物增多，溶解氧減少，可能發(fā)生缺氧降解，主要產(chǎn)物為NH4+、H2S、CH4等，使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。天然水體有自凈能力。當(dāng)水中有機(jī)物增多，溶解氧減少，可能發(fā)生缺氧降解，主48第三章水環(huán)境化學(xué)課件49五、配合作用(Complexation)1、水中多數(shù)金屬污染物以配合物形態(tài)存在天然水體中重要的無(wú)機(jī)配體有：OH-、Cl-、CO32-、HCO3-、F-、S2-、CN-、NH3五、配合作用(Complexation)1、水中多數(shù)金屬污50有機(jī)配體情況復(fù)雜，包括動(dòng)植物組織中的天然降解產(chǎn)物，如氨基酸、糖、腐殖質(zhì)以及生活廢水中的洗滌劑、NTA、EDTA等。有機(jī)配體情況復(fù)雜，包括動(dòng)植物組織中的天然降解產(chǎn)物512、天然水體中配合作用的特點(diǎn)

(Characterof

ComplexationinNatrualWaterBodies)（1）大多數(shù)配合物穩(wěn)定地存在于水中；（2）羥基、鹵素配體的競(jìng)爭(zhēng)配位作用，影響金屬難溶鹽的溶解度；（3）重金屬離子與不同配體的配位作用，改變其化學(xué)形態(tài)和毒性。2、天然水體中配合作用的特點(diǎn)

(CharacterofC52腐殖質(zhì)的配合作用(ComplexationofHumicSubstances)

腐殖酸（Humicacid）溶于稀堿不溶于酸分類富里酸（Fulvicacid）溶于酸堿，腐黑物（Humin）不被酸堿提取。腐殖質(zhì)的配合作用腐53結(jié)構(gòu)：含大量苯環(huán)，還含大量羧基、醇基和酚基，隨親水性基團(tuán)含量的不同，腐殖質(zhì)的水溶性不同，并且具有高分子電解質(zhì)的特性，表現(xiàn)為酸性。結(jié)構(gòu)：含大量苯環(huán)，還含大量羧基、醇基和酚基，隨親水性基團(tuán)含量54第三章水環(huán)境化學(xué)課件55第三節(jié)水中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化(TransportandTransformationoforganicPollutants)

有機(jī)污染物在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化取決于有機(jī)污染物的自身性質(zhì)和水體的環(huán)境條件。遷移轉(zhuǎn)化主要方式：吸附、揮發(fā)、水解、光解、生物富集、生物降解等。第三節(jié)水中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化有機(jī)污染物56一、分配作用

(Partition)1、分配理論(PartitionTheory)吸著（sorption）指有化合物在土壤(沉積物)中的吸著存在，可以用二種機(jī)理來描述有機(jī)污染物和土壤質(zhì)點(diǎn)表面間物理化學(xué)作用的范圍。分配作用（partition）吸附作用（adsorption)一、分配作用(Partition)1、分配理論(Par572、標(biāo)化分配系數(shù)(Koc)Cs、Cw表示有機(jī)物在沉積物和水中的平衡濃度。有機(jī)物在沉積物(土壤)與水之間的分配系數(shù)Kp2、標(biāo)化分配系數(shù)(Koc)Cs、Cw表示有機(jī)物在沉積物和水中583、生物濃縮因子(BCF)有機(jī)毒物在生物群-水之間的分配稱為生物濃縮或生物積累。生物濃縮因子（KB）定義:

有機(jī)體在生物體某一器官內(nèi)的濃度與水中該有機(jī)物濃度之比，用BCF或KB表示。3、生物濃縮因子(BCF)有機(jī)毒物在生物群59二、揮發(fā)作用(Volatilization)有機(jī)污染物的揮發(fā)速率及揮發(fā)速率常數(shù)的關(guān)系：二、揮發(fā)作用(Volatilization)60三、水解作用(Hydrolysis)有機(jī)毒物與水的反應(yīng)是X-基團(tuán)與OH-基團(tuán)交換的過程：在水體環(huán)境條件下，可能發(fā)生水解的官能團(tuán)有烷基鹵、酰胺、胺、氨基甲酸酯、羧酸酯、環(huán)氧化物、腈、磷酸酯、磺酸酯、硫酸酯等。三、水解作用(Hydrolysis)有機(jī)毒物61四、光解作用(Photolysis)直接光解敏化光解氧化反應(yīng)四、光解作用(Photolysis)直接光解敏化光解氧化反62五、生物降解作用(Biodegradation)1、生長(zhǎng)代謝(Growthmetabolism)有毒有機(jī)物作為微生物培養(yǎng)的唯一碳源，使有毒有機(jī)物進(jìn)行徹底的降解或礦化。五、生物降解作用(Biodegradation)1、生長(zhǎng)代謝63pH值溫度鹽度溶解氧濃度營(yíng)養(yǎng)物料的種類濃度等。

影響生物降解作用的因素還有環(huán)境條件：pH值影響生物降解作用的因素還有環(huán)境條件：64可用Monod方程式來描述當(dāng)化合物為唯一碳源時(shí)，化合物的降解速率：可用Monod方程式來描述當(dāng)化合物為唯一碳源65當(dāng)微生物種群及量確定后，通?？梢杂煤?jiǎn)單的一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程表示降解速率為：當(dāng)微生物種群及量確定后，通常可以用簡(jiǎn)單的一級(jí)662、共代謝(Cometabolism)某些有機(jī)物不能作為微生物培養(yǎng)的唯一碳源，必須有另外的化合物提供微生物碳源或能源，該有機(jī)物才降解，這類降解稱共代謝作用。2、共代謝(Cometabolism)某些有機(jī)物不67共代謝作用直接與微生物種群的多少成正比，Paris等描述了微生物催化水解反應(yīng)的二級(jí)速率定律：共代謝作用直接與微生物種群的多少成正比，Par68第四節(jié)水質(zhì)模型

(WaterQualityModel)氧平衡模型湖泊富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)模型有毒有機(jī)污染物的歸趨模型。第四節(jié)水質(zhì)模型

(WaterQualityMod69水體富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)模型(PredictionModelofEutrophicWaterBody)水體的富營(yíng)養(yǎng)化是一種由磷、氮的化合物過多排放引起的二次污染。主要表現(xiàn)為水體中藻類的大量繁殖，嚴(yán)重影響了水質(zhì)。水體富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)模型水體的富營(yíng)養(yǎng)化是一種由磷、氮70水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源雨水農(nóng)業(yè)排水城市污水其他來源水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源雨水農(nóng)業(yè)排水城市污水其他來源71第三章水環(huán)境化學(xué)

(WaterEnvironmentalChemistry)胡綿好旅游與城市管理學(xué)院第三章水環(huán)境化學(xué)

(WaterEnvironmenta72本章重點(diǎn)1、無(wú)機(jī)污染物在水體中進(jìn)行沉淀-溶解、氧化-還原、配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;2、計(jì)算水體中金屬存在形態(tài);3、pE計(jì)算;4、有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程和分配系數(shù)、揮發(fā)速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的計(jì)算方法。本章重點(diǎn)1、無(wú)機(jī)污染物在水體中進(jìn)行沉淀-溶解、氧化-還原、273第一節(jié)天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)一、天然水體的基本特征(BasicCharacterofNaturalWaters)1、天然水的組成(ConstitutionofNaturalWaters)八大離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-總含鹽量(TDS)：TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-第一節(jié)天然水的基本特征及污染物的存在形態(tài)一、天然水體的基本742、天然水的性質(zhì)

(CharacteristicofNaturalWaters)（1）碳酸平衡(BalanceofH2CO3)水體中存在四種化合態(tài)：CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3常把CO2和H2CO3合并為H2CO3*。2、天然水的性質(zhì)

(Characteristicof75H2CO3*—HCO3-—CO32-體系可用下面的反應(yīng)和平衡常數(shù)表示：CO2+H2O=H2CO3*pK0=1.46H2CO3*=H++

HCO3-pK1=6.35

HCO3-=H++CO32-pK2=10.33H2CO3*—HCO3-—CO32-體系可76α0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-

]}α1=[HCO3-]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-

]}α2=[CO32-

]/{[H2CO3*]+[HCO3-]+[CO32-

]}α0=[H2CO3*]/{[H2CO3*]+[HCO377（2）天然水中的堿度和酸度

(AcidityandAlkalinityinNaturalWaters)

堿度（Alkalinity）指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，即接受質(zhì)子的物質(zhì)總量，包括強(qiáng)堿、弱堿及強(qiáng)堿弱酸鹽。（2）天然水中的堿度和酸度

(AcidityandAl78H++OH-=H2OH++CO32-=HCO3-

(酚酞終點(diǎn))

H++HCO3-=H2CO3

(甲基橙終點(diǎn))測(cè)定方法：酸堿滴定，雙指示劑法H++OH-=H2O79總堿度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]–[H+]酚酞堿度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*]–[H+]苛性堿度=[OH-]-[HCO3-]-2[CO32-]–[H+]總堿度=[HCO3-]+2[CO32-]+[80酸度

（Acidity）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。強(qiáng)酸弱酸強(qiáng)酸弱堿鹽酸度（Acidity）是指水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中81總酸度=

[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]-[OH-]CO2酸度=[H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-]無(wú)機(jī)酸度=

[H+]-[HCO3-]-2[CO32-]-[OH-]總酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3*]82二、水中污染物的分布及存在形態(tài)1、有機(jī)污染物(OrganicPollutant)農(nóng)藥有機(jī)氯有機(jī)磷多氯聯(lián)苯(PCBS)鹵代脂肪烴醚二、水中污染物的分布及存在形態(tài)1、有機(jī)污染物(Organi83單環(huán)芳香族化合物苯酚類和甲酚類酞酸酯類多環(huán)芳烴（PAH)亞硝胺和其他化合物單環(huán)芳香族化合物苯酚類和甲酚類酞酸酯類多環(huán)芳烴（PAH)亞硝842、金屬污染物(MetalPollutant)Cd、Hg、Pb、As、Cr、Cu、Zn、Tl、Ni、Be2、金屬污染物(MetalPollutant)Cd、H85第三章水環(huán)境化學(xué)課件86第二節(jié)

水中無(wú)機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化(TransportandTransformationofinorganicPollutants)

一、顆粒物與水之間的遷移(TransportBetweenParticlesandWater)1、水中的顆粒物的類別礦物微粒和黏土礦物金屬水合氧化物腐殖質(zhì)懸浮沉積物其他第二節(jié)

水中無(wú)機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化一、顆粒物與87腐殖質(zhì)(HumicSubstances)帶負(fù)電荷的高分子弱電解質(zhì)，多含有–COOH、–OH等。在pH高，離子強(qiáng)度低條件下，羥基、羧基大多離解，負(fù)電荷相互排斥，構(gòu)型伸展，親水性強(qiáng)。腐殖質(zhì)(HumicSubstances)帶負(fù)882、水環(huán)境中顆粒物的吸附作用(AdsorptionofParticalsinWaterEnvironmen)表面吸附離子交換吸附專屬吸附2、水環(huán)境中顆粒物的吸附作用表面吸附離子交換吸附專屬吸附89（1）吸附等溫線和等溫式(AdsorptionIsothermsandIsothermalEquation)吸附是指溶質(zhì)在界面層濃度升高的現(xiàn)象，水體中顆粒物對(duì)溶質(zhì)的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。（1）吸附等溫線和等溫式吸附是指溶質(zhì)在界面層濃度升高的現(xiàn)象，90H型（Henry）等溫式（直線型）F型（Freundlich）等溫式用對(duì)數(shù)表示：式中：K——分配系數(shù)在一定的溫度下，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，顆粒物表面上的吸附量（G）與溶液中溶質(zhì)平衡濃度(C)之間的關(guān)系用吸附等溫式表達(dá)。H型（Henry）等溫式（直線型）F型（Freundlic91L型（Langmuir）等溫式

G0—單位表面上達(dá)到飽和時(shí)的最大吸附量A—常數(shù)L型（Langmuir）等溫式G0—單位表面上達(dá)到飽和時(shí)的923、沉積物中重金屬的釋放(ReleaseofHeavyMetalsinSediment)沉積物中的重金屬可能重新進(jìn)入水體，這是產(chǎn)生二次污染的主要原因。不僅對(duì)于水生生態(tài)系統(tǒng)，而且對(duì)于飲用水的供給都是很危險(xiǎn)的。3、沉積物中重金屬的釋放沉積物中的重金屬可能重新進(jìn)入93誘發(fā)釋放的主要因素：（1）鹽濃度升高；（2）氧化還原條件的變化；（3）降低pH值；（4）增加水中配合劑的含量。誘發(fā)釋放的主要因素：（1）鹽濃度升高；（2）氧化還原條件的變94二、水中顆粒物的聚集(AggregationofParticalsinWater)膠體顆粒的聚集亦可稱為凝聚或絮凝。凝聚：由電介質(zhì)促成的聚集。絮凝：由聚合物促成的聚集。二、水中顆粒物的聚集膠體顆粒的聚集亦可稱為凝聚或絮凝。凝聚：95膠體顆粒凝聚方式(FlocculationWayofColloidParticulate)1、壓縮雙電層的聚集2、專屬吸附凝聚3、膠體相互凝聚4.“邊對(duì)面”絮凝膠體顆粒凝聚方式1、壓縮雙電層的聚集2、專屬吸附凝聚3、膠體96膠體顆粒凝聚方式(AggregationWayofColloidParticulate)（5）第二極小值絮凝；（6）聚合物粘結(jié)架橋絮凝；（7）無(wú)機(jī)高分子的絮凝；（8）絮團(tuán)卷掃絮凝；（9）顆粒層吸附絮凝；（10）生物絮凝。膠體顆粒凝聚方式（5）第二極小值絮凝；（6）聚合物粘97三、沉淀和溶解(PrecipitationandDissolution)1、金屬氧化物和氫氧化物三、沉淀和溶解(PrecipitationandDiss98金屬氧化物和氫氧化物的溶解度與溶液的pH值呈線性關(guān)系。金屬氧化物和氫氧化物的溶解度與溶液的pH值呈99第三章水環(huán)境化學(xué)課件100第三章水環(huán)境化學(xué)課件1012、硫化物(Sulfide)金屬硫化物是比氫氧化物溶度劑更小的一類難溶沉淀物。在硫化氫和硫化物均達(dá)到飽和的溶液中，可算出溶液中金屬離子的飽和濃度為：[Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp[H+]2/(0.1K1K2)2、硫化物(Sulfide)金屬硫化物是比1023、碳酸鹽(Carbonates)（以CaCO3為例）（1）封閉體系(ClosedSystemfortheAtmosphere)CT為常數(shù)，CaCO3的溶解度CaCO3=Ca2++CO32-KSP=[Ca2+][CO32-]=10-8.233、碳酸鹽(Carbonates)（以CaCO3為例）（1103第三章水環(huán)境化學(xué)課件104開放體系(OpenSystemfortheAtmosphere)CaCO3暴露在含有CO2的氣相中，大氣中pCO2固定，溶液中CO2濃度也相應(yīng)固定。開放體系(OpenSystemfortheAtmo105第三章水環(huán)境化學(xué)課件106四、氧化-還原(OxidationandReduction)1、電子活度和氧化還原電位（1）電子活度的概念pE=-lg(αe)αe——水溶液中電子的活度還原劑—電子給予體氧化劑—電子接受體四、氧化-還原(OxidationandReducti107熱力學(xué)定義:

根據(jù)H2的半電池反應(yīng)2H+(aq)+2e=H2當(dāng)反應(yīng)的全部組分活度為1單位，該反應(yīng)的自由能變化ΔG可定義為零。即當(dāng)H+(aq)為1個(gè)單位活度與H2為1.0130×105Pa(活度1)平衡的介質(zhì)中，電子活度α為1，則pE=0.0。熱力學(xué)定義:根據(jù)H2的半電池反應(yīng)2H+(108Ox+ne=Red根據(jù)Nernst方程，

氧化還原電位E與pE的關(guān)系Ox+ne=Red根據(jù)Nernst方程，1092、天然水體的pE-pH圖(pEinNatrualWater)水的氧化還原限度氧化限度1.0130×105Pa氧分壓pE=20.75-pH2、天然水體的pE-pH圖(pEinNatrualW110還原限度1.0130×105Pa氫分壓還原限度1.0130×105Pa氫分壓1113、天然水的pE和決定電位

(pEinNatrualWater)

水中主要氧化劑：Fe(III)、Mn(IV)、S(VI)等還原劑：H2O、Fe(II)、Mn(II)、S(-II)、有機(jī)物等3、天然水的pE和決定電位水中主要氧化劑：還原劑：112決定電位：某個(gè)單體系的含量比其他體系高得多，該單體系的電位幾乎等于混合體系的pE，被視作決定電位。在一般水環(huán)境中，溶解氧是“決定電位”，而有機(jī)污染物積累的厭氧體系中有機(jī)物是“決定電位”。決定電位：某個(gè)單體系的含量比其他體系高在1134、無(wú)機(jī)氮化合物的氧化還原轉(zhuǎn)化水中氮的形態(tài)主要是：NH4+、NO2-、NO3-等。4、無(wú)機(jī)氮化合物的氧化還原轉(zhuǎn)化水中氮的形態(tài)主要是：114第三章水環(huán)境化學(xué)課件115

5、無(wú)機(jī)鐵的氧化還原轉(zhuǎn)化天然水中的鐵主要以Fe(OH)3(S)或Fe2+形態(tài)存在。設(shè)總?cè)芙忤F的濃度為1.00×10-3mol/LFe3++e=Fe2+pEo=13.055、無(wú)機(jī)鐵的氧化還原轉(zhuǎn)化天然水中的鐵主要以116第三章水環(huán)境化學(xué)課件1176、水中有機(jī)物的氧化

(OxidationofOrganicinWater)微生物利用水中的溶解氧對(duì)水中的有機(jī)物進(jìn)行有氧降解，可以表示為：{CH2O}+O2→CO2+H2O6、水中有機(jī)物的氧化

(OxidationofOrgan118當(dāng)水中有機(jī)物增多，溶解氧減少，可能發(fā)生缺氧降解，主要產(chǎn)物為NH4+、H2S、CH4等，使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。天然水體有自凈能力。當(dāng)水中有機(jī)物增多，溶解氧減少，可能發(fā)生缺氧降解，主119第三章水環(huán)境化學(xué)課件120五、配合作用(Complexation)1、水中多數(shù)金屬污染物以配合物形態(tài)存在天然水體中重要的無(wú)機(jī)配體有：OH-、Cl-、CO32-、HCO3-、F-、S2-、CN-、NH3五、配合作用(Complexation)1、水中多數(shù)金屬污121有機(jī)配體情況復(fù)雜，包括動(dòng)植物組織中的天然降解產(chǎn)物，如氨基酸、糖、腐殖質(zhì)以及生活廢水中的洗滌劑、NTA、EDTA等。有機(jī)配體情況復(fù)雜，包括動(dòng)植物組織中的天然降解產(chǎn)物1222、天然水體中配合作用的特點(diǎn)

(Characterof

ComplexationinNatrualWaterBodies)（1）大多數(shù)配合物穩(wěn)定地存在于水中；（2）羥基、鹵素配體的競(jìng)爭(zhēng)配位作用，影響金屬難溶鹽的溶解度；（3）重金屬離子與不同配體的配位作用，改變其化學(xué)形態(tài)和毒性。2、天然水體中配合作用的特點(diǎn)

(CharacterofC123腐殖質(zhì)的配合作用(ComplexationofHumicSubstances)

腐殖酸（Humicacid）溶于稀堿不溶于酸分類富里酸（Fulvicacid）溶于酸堿，腐黑物（Humin）不被酸堿提取。腐殖質(zhì)的配合作用腐124結(jié)構(gòu)：含大量苯環(huán)，還含大量羧基、醇基和酚基，隨親水性基團(tuán)含量的不同，腐殖質(zhì)的水溶性不同，并且具有高分子電解質(zhì)的特性，表現(xiàn)為酸性。結(jié)構(gòu)：含大量苯環(huán)，還含大量羧基、醇基和酚基，隨親水性基團(tuán)含量125第三章水環(huán)境化學(xué)課件126第三節(jié)水中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化(TransportandTransformationoforganicPollu