水环境化学-总结 第14次课.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第三章 水环境化学,天然水的基本特征及污染物的存在形态,水中无机污染物的迁移转化,水中有机污染物的迁移转化,1,水环境,环境科学大辞典,的解释：,“,水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床、海岸、植被、土壤等,”,。,2,1.4,天然水的组成,优势离子,有机质,海水,Na,+,Mg,2+,Ca,2+,；,Cl,-,SO,4,2-,HCO,3,-,海水,Mg,2+,Na,+,；,HCO,3,-,SO,4,2-,Cl,-,淡水,2mg/L,天然水体中主要的离子组成,淡水的特征,(2),主要的离子组成,3,1.4,天然水的组成,(2),主要的离子组成,天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量：,4,1.4,天然水的组成,(4),气体在水中的溶解性,(4-1),氧气在水中的溶解度：与水的温度、氧气在水中的分压、水中的含盐量等因素有关。在一个标准大气压下、温度为,25,时，氧在水中的溶解度为,8.32mg/L,。（掌握计算方法）,5,1.4,天然水的组成,(4),气体在水中的溶解性,(4-2),二氧化碳在水中的溶解度：除了溶解在水中的,CO,2,，,CO,2,在水中部分离解，产生,H,+,和,HCO,3,-,。在一个标准大气压下、温度为,25,时，,CO,2,在水中的溶解度为,0.55mg/L,。（掌握计算方法）,6,1.5,天然水的性质,（,1,）碳酸平衡,封闭体系,7,1.5,天然水的性质,（,1,）碳酸平衡,在开放体系,CO,2,在气相和液相之间处于平衡状态，,即体系中的 不变，,各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为,P,CO2,和,pH,的函数。,8,1.5,天然水的性质,9,1.5,天然水的性质,比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，,H,2,CO,3,*,、,HCO,3,-,、,CO,3,2-,等可随,pH,值变化，但总的碳酸量,c,T,始终不变。而对于开放体系,c,T,、,HCO,3,-,、,CO,3,2-,均随,pH,值改变而变化，但,H,2,CO,3,*,总保持与大气相平衡的固定数值。（,p106,）,（,1,）碳酸平衡,10,(2),天然水中的碱度和酸度,a.,碱度,(Alkalinity),是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,亦即能接受质子的物质的总量。组成水中碱度的物质包括：,强碱,:NaOH;Ca(OH),2,弱碱,:NH,3,强碱弱酸盐,:,各种碳酸盐、重碳酸盐等,1.5,天然水的性质,11,(2),天然水中的碱度和酸度,总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色,(pH,约,4.3),，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。其化学反应计量关系式如下：,1.5,天然水的性质,12,(2),天然水中的碱度和酸度,酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液,pH,值降到,8.3,时，表示,OH,-,被中和，,CO,3,2-,全部转化为,HCO,3,-,，得到酚酞碱度表达式：,1.5,天然水的性质,13,(2),天然水中的碱度和酸度,苛性碱度：,达到,CO,3,2,滴定终点所需酸量时的碱度,，但不易测得。,1.5,天然水的性质,14,(2),天然水中的碱度和酸度,酸度（,Acidity),：指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出,H,+,或经过水解能产生,H,+,的物质总量。组成水中酸度的物质：强酸、弱酸、强酸弱碱盐。,1.5,天然水的性质,15,(2),天然水中的碱度和酸度,1.5,天然水的性质,16,(2),天然水中的碱度和酸度,1.5,天然水的性质,17,(2),天然水中的碱度和酸度,1.5,天然水的性质,例四,:,在封闭体系中,25,水中,加入少量下列物质,总碱度如何变化,?,(1)HCl;(2)NaOH;(3)CO,2,;(4)NaHCO,3,;,(5)Na,2,CO,3;,(6)Na,2,SO,4,18,第二节 水体中无机污染物的迁移转化,重金属污染的特点,迁移方式,吸附作用,沉淀作用,氧化还原作用,配合作用,19,第二节 水体中无机污染物的迁移转化,重金属污染的特点,天然水中的微量重金属就可产生毒性效应,微生物不能降解重金属,生物体对重金属有富集作用,重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进入人体,20,第二节 水体中无机污染物的迁移转化,水体中胶体物质对重金属的吸附作用,3-2,胶体物质对污染物的吸附作用,表面吸附,离子交换吸附,专属吸附,21,第二节 水体中无机污染物的迁移转化,水体中胶体物质对重金属的吸附作用,3-4,沉积物中重金属的释放,盐浓度升高,氧化还原条件的变化,降低,pH,值,增加水中配合剂的含量,22,第二节 水体中无机污染物的迁移转化,沉淀作用,4-1,氧化物和氢氧化物,根据溶度积：,23,沉淀作用,4-1,氧化物和氢氧化物,若溶解后的金属离子不再发生其他化学反应，则在金属氢氧化物的饱和溶液中，金属离子的最大浓度,Me,n+,即为该金属氢氧化物的溶解度，它与水体的,pH,有关。,24,沉淀作用,4-2,硫化物,溶液中促成硫化物沉淀的是,S,2-,，若溶液中存在二价的金属离子,Me,2+,，则有：,在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液中，可以算出溶液中金属离子的饱和浓度为,25,氧化,-,还原作用,5-1,电子活度概念,代表氢离子在水溶液中的活度，它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势。,代表电子在水溶液中的活度，它衡量溶液接受或迁移电子的相对趋势。,26,氧化,-,还原作用,5-2,电子活度和氧化还原电位,27,氧化,-,还原作用,5-2,电子活度和氧化还原电位,是氧化态和还原态浓度相等时的,。准确地讲，应用电子活度来代替上述的电子浓度。,从,概念可知，,越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强；反之，,越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。,当,增大时，体系氧化态相对浓度升高。,28,氧化,-,还原作用,Fe,3+,-Fe,2+,体系的,5-3,29,氧化,-,还原作用,5-4,水体系的,水体系的,30,氧化,-,还原作用,5-5,决定电位,对于只有一个氧化还原平衡的单体系，其平衡电位就是体系的,pE,。实际上体系中往往同时存在多个氧化还原平衡，它的,pE,应介于其中各个单体系的电位之间，而且接近于含量较高的单体系的电位。如果某个单体系的含量比其他体系高得多，其电位几乎等于混合体系的,pE,，该单体系的电位称为决定电位,31,氧化,-,还原作用,5-6,水体决定电位,在一般的天然水体环境中，水体中起决定电位作用的物质是溶解氧，溶解氧为,“,决定电位,”,物质。,在有机物较多的缺氧情况下，有机物起着决定电位的作用；如水体处于上述两种状况之间，决定电位应是溶解氧体系和有机物体系电位的综合。,除氧和有机物外，铁和锰是环境中分布相当普遍的变价元素，它们是水体中氧化还原反应的主要参与者。在特殊条件下，甚至起着决定电位的作用。,32,配合作用,6-2,配合物在溶液中的稳定性,稳定性,:,指配合物在溶液中离解成中心离子和配位体，当离解达到平衡时离解程度的大小。,天然水体中重要的,无机配体有：,OH,-,、,Cl,-,、,CO,3,2-,、,HCO,3,-,、,F,-,、,S,2-,等。,有机配体有：天然有机质（如氨基酸、糖、腐殖酸），洗涤剂、清洁剂等。,33,配合作用,6-3,羟基对重金属离子的配合作用,34,配合作用,6-3,氯离子对重金属离子的配合作用,氯离子与重金属配合作用的程度决定于,Cl,-,的浓度及重金属离子对,Cl,-,的亲和力。,氯离子配合作用对重金属迁移的影响主,要表现为：一方面大大提高了难溶重金,属化合物的溶解度。另一方面由于氯络,重金属离子的生成，减弱了胶体对重金,属离子的吸附作用。,35,配合作用,6-4,腐殖质的配合作用,腐殖质,是有机高分子物质，分子量在,300,到,30000,以上。腐殖质除了含有大量苯环之外，还含有大量羧基、醇基和酚基。分为三类：,富里酸（,Fulvic,acid,）,腐殖酸（,Humic,acid,）,腐黑物（,Humin,）又叫胡敏素,36,影响腐殖质对水体中重金属污染物配合作用的因素,:,腐殖质对金属离子的螯合作用有较强的选择性,腐殖质对金属离子的螯合能力与其来源有关,同一来源的腐殖质，螯合能力与其成分有关,腐殖质的螯合能力还与水体,pH,有关,水体中,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Cl,-,等离子的含量对腐殖质的螯合作用有一定的影响,37,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,38,分配理论,:,吸着（,sorption,）指有化合物在土壤,(,沉积物,),中的吸着存在，可以用,二种机理,来描述有机污染物和土壤质点表面间物理化学作用的范围。,吸附作用（,adsorption),分配作用（,partition,）,3,-1,分配作用（吸附与解吸）,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,39,吸附作用（,adsorption),在非极性有机溶剂中，,土壤矿物质,对有机化合物的,表面吸附作用,，或,干土壤矿物质,对有机化合物的,表面吸附作用,。前者靠范德华力，后者是化学键力，如氢键、离子偶极键、配位键、,键等。,3,-1,分配作用（吸附与解吸）,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,40,分配作用（,partition,）：在水溶液中，,土壤有机质,对水体中的有机污染物的,溶解作用,，而且在溶质的整个溶解范围内,吸附等温线都是线性的,，与表面吸附位无关，只与有机化合物的溶解度有关。,3,-1,分配作用（吸附与解吸）,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,41,3,-,2,分配系数,分配系数 ：,有机污染物在沉积物（土壤）和水中含量的比值。,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,42,3,-,3,标化分配系数,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,43,3,-,3,标化分配系数,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,44,3,-,3,标化分配系数,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,45,3,-,5,光解作用,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,直接光解：有机化合物本身直接吸收了太阳能而进行分解反应,敏化光解：水体中存在的天然物质,(,如腐殖质等,),被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应,光氧化反应：天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧,(,又称单一氧,),等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物,46,3,-,6,生物降解作用,第三节 水中有机物污染物的迁移转化,生长代谢,Growth metabolism,有毒有机物作为微生物培养的唯一碳源，使有毒有机物进行彻底的降解或矿化,因而是解毒生长基质,共代谢,Cometabolism,某些有机物不能作为微生物培养的唯一碳源，必须有另外的化合物提供微生物碳源或能源，该有机物才降解,47,