水环境化学专题知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三章第三章 水环境化学水环境化学 Water Environmental Chemistry青海大学生态环境工程学院1第1页水环境化学水环境化学是研究化学物质在天然水体中存是研究化学物质在天然水体中存在形态、反应机制、迁移转化、归趋规律与在形态、反应机制、迁移转化、归趋规律与化学行为及其对生态环境影响。它是环境化化学行为及其对生态环境影响。它是环境化学主要组成部分，这些研究将为水污染控制学主要组成部分，这些研究将为水污染控制和水资源保护提供科学依据。和水资源保护提供科学依据。2第2页教学要求教学要求了解水基本性质及无机污染物在水体中进行沉淀了解水基本性质及无机污染物在水体中进行沉淀溶解、溶解、氧化氧化还原、配合作用、絮凝还原、配合作用、絮凝沉降等迁移过程基本原理。沉降等迁移过程基本原理。掌握水体掌握水体pEpE计算，了解计算，了解pEpHpEpH图制作。图制作。掌握水体中有机物、重金属等污染物起源、危害及其迁移掌握水体中有机物、重金属等污染物起源、危害及其迁移转化基本原理。转化基本原理。掌握水体富营养化起源、防治与水污染防治对策。掌握水体富营养化起源、防治与水污染防治对策。3第3页天然水基本特征及污染物存在形态第一节第一节水中无机污染物迁移转化第三节第三节水质模型第四节第四节第二节第二节水中有机污染物迁移转化4第4页第一节第一节 天然水基本特征及天然水基本特征及污染物存在形态污染物存在形态一、天然水基本特征一、天然水基本特征二、水中污染物分布和存在形态二、水中污染物分布和存在形态 三、水中营养元素及水体富营养化三、水中营养元素及水体富营养化5第5页一、天然水基本特征一、天然水基本特征1、天然水组成2、天然水性质6第6页1 1、天然水组成、天然水组成（离子、溶解气体、水生生物）（离子、溶解气体、水生生物）天然水是含有可溶性物质和悬浮物一个天然天然水是含有可溶性物质和悬浮物一个天然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化过溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化过程中，经过水溶解迁移、搬运到水中地壳矿物质。程中，经过水溶解迁移、搬运到水中地壳矿物质。7第7页（1 1）天然水中主要离子组成）天然水中主要离子组成天然水中常见八大离子：天然水中常见八大离子：K K+、NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+、HCOHCO3 3-、NONO3 3-、ClCl-、SOSO4 42-2-。常见八大离子占天然水中离子总量常见八大离子占天然水中离子总量95%-99%95%-99%。水中这些主要离子，惯用来作为表征水体主要化学特征性指标。水中这些主要离子，惯用来作为表征水体主要化学特征性指标。硬硬 度度酸酸碱碱 金金 属属阳阳 离离 子子CaCa2+2+MgMg2+2+H H+NaNa+HCOHCO3 3-COCO3 32-2-OH OH-SOSO4 42 2 Cl Cl-NONO3 3-阴阴 离离 子子碱碱 度度酸酸 根根8第8页 除上述八大离子之外，还有H+、OH-、NH4+、HS-、S2-、NO2-、NO3-、HPO4-、PO43-、Fe2+、Fe3+等。普通水体中特征离子海水中：普通Na+、Cl-占优势；湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势；9第9页矿化过程和矿化度矿化过程和矿化度矿化过程：天然水中主要离子成份形成过程，称为矿化过程；矿化过程：天然水中主要离子成份形成过程，称为矿化过程；矿矿化化度度：矿矿化化过过程程中中进进入入天天然然水水体体中中离离子子成成份份总总量量，以以总总含含盐量（盐量（TDS-Total dissolved SolidTDS-Total dissolved Solid）表示。）表示。普通天然水中普通天然水中TDSTDS能够表示为：能够表示为：TDS=CaTDS=Ca2+2+Mg+Mg2+2+Na+Na+K+K+Fe+Fe2+2+Al+Al3+3+HCO+HCO3 3-+SO+SO4 42-2-+Cl+Cl-+CO+CO3 32-2-+NO+NO3 3-+PO+PO4 43-3-10第10页经经常常，近近似似地地天天然然水水中中常常见见主主要要离离子子总总量量能能够够粗粗略略地地作作为为水水总含盐量（总含盐量（TDSTDS）:TDS CaTDS Ca2+2+Mg+Mg2+2+Na+Na+K+K+HCO+HCO3 3-+SO+SO4 42-2-+Cl+Cl-11第11页(2)(2)天然水中溶解金属离子天然水中溶解金属离子 水溶液中金属离子表示式常写成水溶液中金属离子表示式常写成M Mn+n+,预示着是简单水合金属阳离预示着是简单水合金属阳离子子M(HM(H2 2O)O)x xn n+。它可经过化学反应到达最稳定状态。酸它可经过化学反应到达最稳定状态。酸-碱，沉淀、配合及氧化碱，沉淀、配合及氧化-还原等反应是他们在水中到达最稳定状态过程还原等反应是他们在水中到达最稳定状态过程。水中金属离子经常以各种形态存在。比如铁水中金属离子经常以各种形态存在。比如铁:Fe(OH):Fe(OH)2+2+,Fe(OH)Fe(OH)2+2+,Fe,Fe2 2(OH)(OH)2 24+4+,Fe,Fe3+3+,在近于中性天然水溶液中，水合铁离子浓度可忽略不计。在近于中性天然水溶液中，水合铁离子浓度可忽略不计。12第12页（3 3）天然水中溶解主要气体）天然水中溶解主要气体 天然水中溶解气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲烷等。天然水中溶解气体有氧气、二氧化碳、氮气、甲烷等。水表面以水表面以COCO2 2、N N2 2、O O2 2为特征，不流通深海中为特征，不流通深海中COCO2 2过饱和、有时还有过饱和、有时还有硫化氢。硫化氢。气体溶解在水中，对于生物种类生存是非常主要。气体溶解在水中，对于生物种类生存是非常主要。比如：鱼需要溶解氧，普通要求水体溶解氧浓度不能低于比如：鱼需要溶解氧，普通要求水体溶解氧浓度不能低于4mg/L4mg/L13第13页大大气气中中气气体体分分子子与与溶溶液液中中同同种种气气体体分分子子间间平平衡衡服服从从亨亨利利定定律律，即即一个气体在液体中溶解度正比于液体所接触该种气体分压一个气体在液体中溶解度正比于液体所接触该种气体分压。气体在水中溶解度可用以下平衡式表示：气体在水中溶解度可用以下平衡式表示：G(aq)=KG(aq)=KH HPPG G 式中：式中：K KH H各种气体在一定温度下亨利定律常数；各种气体在一定温度下亨利定律常数；P PG G各种气体分压。各种气体分压。14第14页 在计算气体溶解度时，需要对水蒸气分压加以校正（在温度较低时，这个数值很小）。依据水在不一样温度下分压，就可按亨利定律计算出气体在水中溶解度。氧在水中溶解氧在水中溶解 氧在干燥空气中含量为20.95%，大部分元素氧来自大气，所以水体与大气接触再复氧能力是水体一个主要特征。藻类光合作用会放出氧气，但这个过程仅限于白天。所以水中溶解氧主要起源有两个：水中藻类光合作用释放氧气和大气再复氧作用。15第15页例例 子子：氧氧 在在 水水 中中 溶溶 解解 度度 与与 水水 温温 度度、氧氧 在在 水水 中中 分分 压压 等等 相相 关关。氧氧 在在1.0130101.0130105 5PaPa、2525（标准状态）饱和水中溶解度，可按下面步骤计算。（标准状态）饱和水中溶解度，可按下面步骤计算。水水在在2525时时蒸蒸汽汽压压为为0.03167100.03167105 5PaPa，因因为为干干空空气气中中氧氧含含量量为为20.95%20.95%，所所以以氧分压为：氧分压为：=(1.0130-0.03167)10=(1.0130-0.03167)105 50.2095=0.2056100.2095=0.2056105 5PaPa代入亨利定律即可求出氧在水中摩尔浓度为：代入亨利定律即可求出氧在水中摩尔浓度为：OO2 2(aq)=K(aq)=KH HPOPO2 2=1.2610=1.2610-8-80.2056100.2056105 5=2.610=2.610-4-4 mol/L mol/L 氧分子量为氧分子量为3232，所以其溶解度为，所以其溶解度为8.32mg/L8.32mg/L。16第16页式中：式中：用绝对温度用绝对温度 和和 时气体在水中浓度；时气体在水中浓度；溶解热，溶解热，J/mol;J/mol;R R气体常数气体常数8.314J/8.314J/（molKmolK）。）。所以，若温度从所以，若温度从00上升到上升到3535时，氧在水中溶解度将从时，氧在水中溶解度将从14.74mg/L14.74mg/L降低到降低到7.03mg/L7.03mg/L，由此可见，与其它溶质相比，溶解氧，由此可见，与其它溶质相比，溶解氧水平是不高，一旦发生氧消耗反应，这溶解氧水平能够很快水平是不高，一旦发生氧消耗反应，这溶解氧水平能够很快降至零。降至零。气体溶解度随温度升高而降低，这种影响可由气体溶解度随温度升高而降低，这种影响可由Clausius-ClapeyronClausius-Clapeyron（克拉帕龙）方程式显示出：（克拉帕龙）方程式显示出：17第17页18第18页19第19页COCO2 2溶解溶解 2525时水中时水中COCO2 2 值能够用亨利定律来计算。已知干空气中值能够用亨利定律来计算。已知干空气中COCO2 2含量为含量为0.0314%0.0314%（体积），水在（体积），水在2525时蒸汽压为时蒸汽压为0.031670.03167，COCO2 2亨亨利定律常数是利定律常数是3.343.341010-7-7mol/(LPa)(25)mol/(LPa)(25)，则，则COCO2 2在水中溶解度为：在水中溶解度为：所以：所以：mol/Lmol/L20第20页 (4)(4)水生生物水生生物水水生生生生物物可可直直接接影影响响许许多多物物质质浓浓度度，其其作作用用有有代代谢谢、摄摄取取、转转化化、存放和释放等。存放和释放等。水生生态系统生存生物体，能够分为自养生物和异养生物。水生生态系统生存生物体，能够分为自养生物和异养生物。自自养养生生物物利利用用太太阳阳能能或或化化学学能能量量，把把简简单单、无无生生命命无无机机物物元元素素引引进至复杂生命分子中即组成生命体。进至复杂生命分子中即组成生命体。异异养养生生物物利利用用自自养养生生物物产产生生有有机机物物作作为为能能源源及及合合成成它它本本身身生生命命原原始物质。始物质。21第21页生产率生产率：水体产生生物体能力称为生产率。水体产生生物体能力称为生产率。生产率是由化学及物理原因相结合而决定。生产率是由化学及物理原因相结合而决定。水水中中营营养养物物通通常常决决定定水水生生产产率率，水水生生植植物物需需要要供供给给适适量量C(C(二二氧氧化化碳碳)、N(N(硝硝酸酸盐盐)、P(P(磷磷酸酸盐盐及及痕痕量量元元素素)()(如如Fe)Fe)，在在许许多多情情况况下下，P P是限制营养物是限制营养物。决定水体中生物范围及种类关键物质是决定水体中生物范围及种类关键物质是氧氧，氧缺乏可使许，氧缺乏可使许多多水水生生生生物物死死亡亡，氧氧存存在在能能够够杀杀死死许许多多厌厌氧氧细细菌菌。在在测测定定河河流流及及湖湖泊生物特征时，首先要测定水中溶解氧浓度。泊生物特征时，首先要测定水中溶解氧浓度。22第22页生物生物(或生化或生化)需氧量需氧量BODBOD是另一个水质主要常数，它是指在一定体积水是另一个水质主要常数，它是指在一定体积水中有机物降解所要消耗氧量。一个中有机物降解所要消耗氧量。一个BODBOD高水体，不可能很快补充氧气，高水体，不可能很快补充氧气，显然对水生生物是不利。显然对水生生物是不利。COCO2 2是由水及沉积物中呼吸过程产生，也能从大气进入水体。藻类生命是由水及沉积物中呼吸过程产生，也能从大气进入水体。藻类生命体光合作用需要体光合作用需要COCO2 2，由水中有机物降解产生高水平，由水中有机物降解产生高水平COCO2 2，可能引发过，可能引发过量藻类生长以及水体超生长率，所以，在有些情况下量藻类生长以及水体超生长率，所以，在有些情况下COCO2 2是一个限制原是一个限制原因。因。23第23页细菌等其它微生物细菌等其它微生物水环境中主要微生物：原生动物、藻类、真菌、放线菌、细菌；水环境中主要微生物：原生动物、藻类、真菌、放线菌、细菌；细细菌菌等等微微生生物物关关系系到到水水环环境境自自然然净净化化和和废废水水生生物物处处理理过过程程主主要要微生物群体；微生物群体；普普通通污污水水处处理理中中，依依据据氧氧化化过过程程需需要要氧氧不不一一样样，分分为为：厌厌氧氧菌菌（油油酸酸菌菌、甲甲烷烷菌菌）、好好氧氧菌菌（醋醋酸酸菌菌、亚亚硝硝酸酸菌菌）、兼兼氧氧菌菌（乳酸菌）；（乳酸菌）；24第24页2 2 2 2、天然水性质天然水性质天然水性质天然水性质 （1 1）碳酸平衡碳酸平衡 二氧化碳在水中形成酸二氧化碳在水中形成酸,可同岩石中碱性物质发生反应可同岩石中碱性物质发生反应,并能够并能够经过沉淀反应变为沉淀物而从水中除去经过沉淀反应变为沉淀物而从水中除去.在水和生物体之间生物化学在水和生物体之间生物化学交换中交换中,溶解碳酸盐化合态与岩石圈大气圈进行酸碱和交换反应溶解碳酸盐化合态与岩石圈大气圈进行酸碱和交换反应,对对调整天然水调整天然水pHpH和组成有主要作用和组成有主要作用。25第25页CO2(g)CO2(aq)+H2O H2CO3 H+HCO3-H+CO32-CaCO3(s)，MgCO3(s)碳酸盐体系与水酸度、碱度亲密相关；是天然水中优良缓冲系统，防碳酸盐体系与水酸度、碱度亲密相关；是天然水中优良缓冲系统，防止止pHpH值急剧变；与水处理相关，如水质软化等；与水生生物光合作用、值急剧变；与水处理相关，如水质软化等；与水生生物光合作用、呼吸作用等相关。呼吸作用等相关。碳酸盐系统中存在平碳酸盐系统中存在平衡关系衡关系26第26页27第27页同理：同理：以上属封闭水溶液体系情况，没有考虑大气交换过程。以上属封闭水溶液体系情况，没有考虑大气交换过程。100 CO2+H2CO3 HCO3-CO32-80 60 40 20 0 2 4 6 8 10 12 pH28第28页碳酸化合态分布图了解：碳酸化合态分布图了解：a a、总体分布态势：、总体分布态势：pH6pH6时，溶液中主要组分是时，溶液中主要组分是H H2 2COCO3 3pHpH在在6-106-10之间时，溶液中主要组分之间时，溶液中主要组分HCOHCO3 3-pH10.3pH10.3时，溶液中主要组分是时，溶液中主要组分是COCO3 32-2-b b、交界点意义、交界点意义：pH=pKpH=pK1 1=6.35=6.35时，时，a a0 0=a=a1 1=0.50=0.50 pH=pK pH=pK2 2=10.33=10.33时，时，a a1 1=a=a2 2=0.50=0.5029第29页在封闭体系中，在封闭体系中，H H2 2COCO3 3*、HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-等可随等可随pHpH改变而改改变而改变，但总碳酸量变，但总碳酸量cTcT一直保持不变。一直保持不变。对于开放体系，对于开放体系，HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-和和cTcT均随均随pHpH改变而改变，但改变而改变，但H H2 2COCO3 3*总保持与大气相平衡固定数值。总保持与大气相平衡固定数值。所以，在天然条件下，开放体系是实际存在，而封闭体系是计算所以，在天然条件下，开放体系是实际存在，而封闭体系是计算短时间溶液组成一个方法，即把其看成是开放体系趋向平衡过程一个短时间溶液组成一个方法，即把其看成是开放体系趋向平衡过程一个微小阶段。微小阶段。30第30页碳酸平衡应用实例碳酸平衡应用实例某条河流某条河流pH=8.3pH=8.3，总碳酸盐含量，总碳酸盐含量C CT T=310=310-3-3molLmolL-1-1。现在有浓度为。现在有浓度为110110-2-2molLmolL-1-1硫酸废水排入该河流中。按照相关标准，河流硫酸废水排入该河流中。按照相关标准，河流pHpH不能低不能低于于6.76.7以下，问每升河水中最多能够排入这种废水多少毫升？以下，问每升河水中最多能够排入这种废水多少毫升？解：因为酸碱反应十分快速，所以能够用封闭体系方法进行计算：pH=8.3时,河水中主要碳酸盐为HCO3-，所以能够假设此时HCO3-=CT=310-3-3molL-1-1，假如排入酸性废水，则将会使河水中一部分HCO3-转化为H2CO3*，即有反应：HCO3-+H+H2CO3*当河水pH=6.7时，河水中主要碳酸盐类为HCO3-和H2CO3*。31第31页因为因为K K1 1=10=10-6.35-6.35,所以此时：所以此时：=10=100.350.35=2.24=2.24所以所以0 0=0.3086=0.3086 1 1=0.6914=0.6914所以此时所以此时HH2 2COCO3 3*=0 0C CT T=0.3086310=0.3086310-3-3molLmolL-1-1=0.925810=0.925810-3-3molLmolL-1-1HCOHCO3 3-=-=1 1C CT T=0.6914310=0.6914310-3-3molLmolL-1-1=2.074210=2.074210-3-3molLmolL-1-1加酸性废水到加酸性废水到pH=6.7pH=6.7，有，有0.9258100.925810-3-3molLmolL-1-1H H2 2COCO3 3*生成，故每升河水中要加入生成，故每升河水中要加入0.9258100.925810-3-3molmolH H+才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为110110-2-2 molLmolL-1-1硫酸废水量硫酸废水量V V为：为：V=0.925810V=0.925810-3-3mol/(2110mol/(2110-2-2molLmolL-1-1)=0.0463L=46.3mL)=0.0463L=46.3mL。所以相当于每升河水中。所以相当于每升河水中最多加入酸性废水最多加入酸性废水46.3mL46.3mL。32第32页（2）天然水碱度）天然水碱度和酸度和酸度：碱度碱度(Alkalinity)(Alkalinity)是指水中能与强酸发生中和作用是指水中能与强酸发生中和作用全部物质，亦即能接收质子全部物质，亦即能接收质子H H+物质总量。物质总量。组成水中碱度物质可分为：组成水中碱度物质可分为：A.A.强碱，如强碱，如 NaOH NaOH、Ca(OH)Ca(OH)2 2；B.B.弱碱，如弱碱，如 NH NH3 3、C C6 6H H5 5NHNH2 2；C.C.强碱弱酸盐，强碱弱酸盐，如如 NaCO NaCO3 3、NaNa3 3POPO4 4等。等。33第33页举例：举例：我们说碱度和pH是两个不一样概念，能够经过一个例子说明：普通pH反应是水中氢离子活泼程度，而碱度是能够与强酸发生中和作用全部物质，亦即能接收质子H+物质总量。比如摩尔浓度相同NaOH和NaHCO3与同一浓度HCl溶液反应。NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2NaOH+HCl=NaCl+H2O二者消耗HCl溶液是相同，也就是说二者碱度是相同，不过他们pH必定不相同，应为一个是强碱，一个是弱碱，其中氢离子活度必定不相同。34第34页 水碱度对于水处理，天然水化学与生物学作用含有主要意义。通常，在水处理中需要知道水碱度，比如惯用铝盐作为絮凝剂去除水中悬浮物：Al3+3OH-=Al(OH)3(s)。胶体状Al(OH)3(s)在带走悬浮物同时，也除去了水中碱度，为了不使处理效率下降，需要保持水中一定碱度。普通说来，高碱度水含有较高pH和较多溶解固体。35第35页 另外，碱度与生物量之间也存在着关系：简单用下式表示：CO2+H2O+hv(光能)CH2O(表示生物物质简单形式)+O2HCO3-+H2O+hv(光能)CH2O(表示生物物质简单形式)+OH-+O2 所以在藻类大量繁殖时，水中CO2消耗很快，以至于不能保持与大气CO2平衡，此时水中HCO3-代替CO2参加光合作用，造成水中pH会很高，碱度也很高。甚至大于10。36第36页总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当总碱度：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（溶液由黄色变成橙红色（pHpH约约4.34.3），停顿滴定，此时所得结），停顿滴定，此时所得结果，也称为甲基橙碱度。水中各种碱度成份总和，即加酸至果，也称为甲基橙碱度。水中各种碱度成份总和，即加酸至 HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-全部转化为全部转化为COCO2 2。此时溶液。此时溶液pHpH约为约为4.34.3。其化学反应计量关系式以下：其化学反应计量关系式以下：37第37页所以，总碱度是水中各种碱度成份总和，即加酸至所以，总碱度是水中各种碱度成份总和，即加酸至HCOHCO3 3-和和COCO3 32-2-全部转化为全部转化为COCO2 2。依据溶液质子平衡条件，能够得到碱度。依据溶液质子平衡条件，能够得到碱度表示式：表示式：总碱度总碱度=HCO=HCO3 3-+2CO+2CO3 32-2-+OH+OH-H-H+此时，此时，CT=HCT=H2 2COCO3 3*，全部，全部HCOHCO3 3-和和COCO3 32-2-全部转化为全部转化为HH2 2COCO3 3*（即（即COCO2 2(aq)(aq)和和H H2 2COCO3 3）38第38页酚酞碱度酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液：滴定以酚酞为指示剂，当溶液pHpH值降到值降到8.38.3时，表示时，表示OHOH-被中和，被中和，COCO3 32-2-全部转化为全部转化为HCOHCO3 3-，得到酚酞，得到酚酞碱度表示式：碱度表示式：酚酞碱度酚酞碱度=CO=CO3 32-2-+OH+OH-H-H+-H-H2 2COCO3 3*此时全部此时全部COCO3 32-2-被中和，转化为被中和，转化为HCOHCO3 3-，所以又称为，所以又称为碳酸盐碱度。碳酸盐碱度。39第39页苛性碱度苛性碱度：中和水中：中和水中OH-OH-，滴定到达终点时，滴定到达终点时COCO3 32-2-并未反应，这时水并未反应，这时水中碱度为苛性碱度，但不易测得。中碱度为苛性碱度，但不易测得。苛性碱度苛性碱度=OH=OH-HCO-HCO3 3-2 H-2 H2 2COCO3 3*-HH+=2酚酞碱度酚酞碱度-总碱度总碱度苛性碱度苛性碱度=2=2（COCO3 32-2-+OH+OH-H-H2 2COCO3 3*-H-H+）-（HCOHCO3 3-+2CO2CO3 32-2-+OH+OH-H-H+）=OH=OH-HCO-HCO3 3-2H-2H2 2COCO3 3*-H-H+40第40页41第41页（2 2）天然水天然水碱度和碱度和酸度酸度：酸度酸度(Acidity)(Acidity)是指水中能与强碱发生中和作用全是指水中能与强碱发生中和作用全部物质，亦即放出部物质，亦即放出H H+或经过水解能产生或经过水解能产生H H+物质总量。物质总量。组成水中酸度物质可分为：组成水中酸度物质可分为：A.A.强酸，如强酸，如 HClHCl、H H2 2SOSO4 4；B.B.弱酸，如弱酸，如 COCO2 2、H H2 2COCO3 3、各种有机酸等；、各种有机酸等；C.C.强酸弱碱盐，强酸弱碱盐，如如 FeClFeCl、AlAl2 2（SOSO4 4）3 3等。等。42第42页有反应：有反应：OH-+H+H2O OH-+H2CO3*HCO3-+H2OOH-+HCO3-CO32-+H2O水酸度对于水处理含有主要意义，对于酸性废水，常需要测定水中酸度以确定需要加入水中石灰或其它化学药剂量。以强碱滴定含碳酸水溶液测定其酸度时，其反应过程与上述相反。以甲基橙为指示剂滴定到pH=4.3,得到无机酸度。43第43页无机酸度：无机酸度：以甲基橙为指示剂，滴定到以甲基橙为指示剂，滴定到pH=4.3pH=4.3。无机酸度无机酸度=H=H+-HCO-HCO3 3-2CO-2CO3 32-2-OH-OH-无机酸度，又称为矿物酸度，或者甲基橙酸度无机酸度，又称为矿物酸度，或者甲基橙酸度（pH=4.3pH=4.3）。此时溶液中总碳酸盐为）。此时溶液中总碳酸盐为CT=HCT=H2 2COCO3 3*，全，全部部HH+被被OHOH-中和。中和。以酚酞为指示剂滴定到以酚酞为指示剂滴定到pH=8.3pH=8.3，得到游离，得到游离COCO2 2酸度。酸度。44第44页无机酸度：无机酸度：以甲基橙为指示剂，滴定到以甲基橙为指示剂，滴定到pH=4.3pH=4.3。无机酸度无机酸度=H=H+-HCO-HCO3 3-2CO-2CO3 32-2-OH-OH-无机酸度，又称为矿物酸度，或者甲基橙酸度（无机酸度，又称为矿物酸度，或者甲基橙酸度（pH=4.3pH=4.3）。）。此时溶液中总碳酸盐为此时溶液中总碳酸盐为C CT T=H=H2 2COCO3 3*，全部，全部HH+被被OHOH-中和。中和。以酚酞为指示剂滴定到以酚酞为指示剂滴定到pH=8.3pH=8.3，得到游离，得到游离COCO2 2酸度。酸度。COCO2 2酸度酸度=H+H2 2CO3 3*-CO3 32-2-OH-（酚酞酸度）（酚酞酸度）此时此时溶液中总碳酸盐为CT T=HCO3 3-，全部H2 2CO3 3*被OH-中和，所以称为二氧化碳酸度。或称为酚酞酸度。45第45页总酸度应在pH=10.8处得到。但此时滴定曲线无显著突跃，难以选择适合指示剂，故普通以游离CO2作为酸度主要指标。一样也依据溶液质子平衡条件，得到总酸度：总酸度总酸度=H+HCO3-+2H2CO3*-OH-总酸度总酸度=2CO=2CO2酸度酸度-无机酸度无机酸度=2（H+H2CO3*-CO32-OH-）-（H+-HCO3-2CO32-OH-）=H+HCO3-+2H2CO3*-OH-46第46页碱度和酸度计算关系式推导。碱度和酸度计算关系式推导。在化学计量点pH=4.3（pH CO2）:水中全部碳酸盐类都要转化为H2CO3*，此时一个HCO3-需要消耗1个H+，一个CO32-需要消耗2个H+，一个OH-需要消耗1个H+所以得到H+平衡方程：H+=HCO3-+2CO32-+OH-滴定前，假如上式右侧左侧，则存在总碱度，而当上式右侧左侧，存在矿物酸度，并得到其计算公式：总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+OH-H+矿物酸度矿物酸度=H+-HCO3-2CO32-OH-47第47页在化学计量点pH=8.3（pH HCO3-）:水中全部碳酸盐类都要转化为HCO3-，此时一个H2CO3*能够提供1个H+，一个CO32-需要消耗1个H+，一个OH-需要消耗1个H+所以得到H+平衡方程：H+H2CO3*=CO32-+OH-滴定前，假如上式右侧左侧，则存在碳酸盐碱度，而当上式右侧左侧，存在二氧化碳酸度，并得到其计算公式：碳酸盐碱度碳酸盐碱度=CO32-+OH-H+-H2CO3*二氧化碳酸度二氧化碳酸度=H+H2CO3*-CO32-OH-48第48页在化学计量点pH=10.8（pH CO32-）:水中全部碳酸盐类都要转化为CO32-，此时一个HCO3-能够提供1个H+，一个H2CO3*能够提供2个H+，一个OH-需要消耗1个H+所以得到H+平衡方程：H+HCO3-+2H2CO3*=OH-滴定前，假如上式右侧左侧，则存在苛性碱度，而当上式右侧7pH7时，以时，以CuCu2+2+、CuOHCuOH+形态为主；当形态为主；当pH8pH8以上时，则以上时，则Cu(OH)Cu(OH)2 2、Cu(OH)Cu(OH)3 3-、CuCOCuCO3 3及及Cu(COCu(CO3 3)2 22-2-等铜形态逐步增多。等铜形态逐步增多。迁移转化方式：水体中大量无机和有机颗粒物，能强烈吸附或螯合铜迁移转化方式：水体中大量无机和有机颗粒物，能强烈吸附或螯合铜离子，使铜最终进入底部沉积物中。离子，使铜最终进入底部沉积物中。66第66页（7 7）锌（）锌（ZnZn）起源：各种工业废水排放。起源：各种工业废水排放。存在形态：天然水中锌以存在形态：天然水中锌以ZnZn2+2+状态存在，但在天然水状态存在，但在天然水pHpH范围内，锌范围内，锌都能水解生成多核羟基配合物都能水解生成多核羟基配合物Zn(OH)Zn(OH)n n(n-2)(n-2)，还可与水中，还可与水中C1C1-、有机、有机酸和氨基酸等形成可溶性配合物。酸和氨基酸等形成可溶性配合物。迁移转化方式：锌可被水体中悬浮颗粒物吸附，或生成化学沉积迁移转化方式：锌可被水体中悬浮颗粒物吸附，或生成化学沉积物向底部沉积物迁移，沉积物中锌含量为水中物向底部沉积物迁移，沉积物中锌含量为水中1 1万倍。水生生物对万倍。水生生物对锌有很强吸收能力，因而可使锌向生物体内迁移，富集倍数达锌有很强吸收能力，因而可使锌向生物体内迁移，富集倍数达10103 310105 5倍。倍。67第67页（8 8）铊（）铊（TlTl）起源：铊主要是从处理硫化矿时所得到烟道灰中制取。起源：铊主要是从处理硫化矿时所得到烟道灰中制取。存在形态：以存在形态：以TlTl2 2O O和和TlTl2 2O O3 3形式存在于水中。形式存在于水中。迁移转化方式：迁移转化方式：TlTl2 2O O溶于水，生成水合物溶于水，生成水合物TlOHTlOH，其溶解度很高，而且，其溶解度很高，而且有很强碱性。有很强碱性。TlTl2 2O O3 3几乎不溶于水，但可溶于酸。可在有机体内积蓄。几乎不溶于水，但可溶于酸。可在有机体内积蓄。68第68页（9 9）镍（）镍（NiNi）起源：岩石风化，镍矿开采、冶炼及使用镍化合物工业排放废水等。起源：岩石风化，镍矿开采、冶炼及使用镍化合物工业排放废水等。存在形态：常以卤化物、硝酸盐、硫酸盐以及一些无机和有机配合物存在形态：常以卤化物、硝酸盐、硫酸盐以及一些无机和有机配合物形式溶解于水。形式溶解于水。迁移转化方式：水中镍可被水中悬浮颗粒物吸附、沉淀和共沉淀，最迁移转化方式：水中镍可被水中悬浮颗粒物吸附、沉淀和共沉淀，最终迁移到底部沉积物中，沉积物中镍含量为水中终迁移到底部沉积物中，沉积物中镍含量为水中3.89.23.89.2万倍。水中万倍。水中水生生物也能富集镍。水生生物也能富集镍。69第69页（1010）铍（）铍（BeBe）起源：主要来自生产铍矿山、冶炼及加工厂排放废水和粉尘。起源：主要来自生产铍矿山、冶炼及加工厂排放废水和粉尘。存在形态：普通在靠近中性或酸性天然水中以存在形态：普通在靠近中性或酸性天然水中以BeBe2+2+形态存在为主；当形态存在为主；当水体水体pH7.8pH7.8时，则主要以不溶时，则主要以不溶BeBe（OHOH）2 2形态存在。形态存在。迁移转化方式：不溶迁移转化方式：不溶BeBe（OHOH）2 2形态存在，并聚集在悬浮物表面，沉形态存在，并聚集在悬浮物表面，沉降至底部沉积物中。降至底部沉积物中。70第70页三、水中营养元素及水体富营养化三、水中营养元素及水体富营养化1 1、水中营养元素、水中营养元素 水中水中N N，P P，C C，O O和微量元素如和微量元素如FeFe，MnMn，ZnZn是湖泊等水体中生物是湖泊等水体中生物必需元素。必需元素。近年来研究表明，湖泊水质恶化和富营养化发展，与湖体内积近年来研究表明，湖泊水质恶化和富营养化发展，与湖体内积累营养物有着非常直接关系。累营养物有着非常直接关系。71第71页2 2、水体富营养化、水体富营养化72第72页73第73页 富营养化是湖泊分类和演化一个概念，是湖泊水体老化自然富营养化是湖泊分类和演化一个概念，是湖泊水体老化自然现象。湖泊由贫营养湖演变成富营养湖，进而发展成沼泽地和旱现象。湖泊由贫营养湖演变成富营养湖，进而发展成沼泽地和旱地，在自然条件下，这一历程需几万年至几十万年。但如受氮、地，在自然条件下，这一历程需几万年至几十万年。但如受氮、磷等植物营养性物质污染后，能够使富营养化进程大大地加速。磷等植物营养性物质污染后，能够使富营养化进程大大地加速。这种演变一样可发生在近海、水库甚至水流速度较迟缓江河。这种演变一样可发生在近海、水库甚至水流速度较迟缓江河。eg eg：赤潮：赤潮74第74页定义：定义：是指在人类活动影响下，生物所需氮、磷等营养是指在人类活动影响下，生物所需氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引发藻类及物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引发藻类及其它浮游生物快速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，其它浮游生物快速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡现象。鱼类及其它生物大量死亡现象。分为：分为：天然富营养化天然富营养化和和人为富营养化人为富营养化。引发原因：引发原因：由磷、氮化合物过多排放，铁、锰等微量由磷、氮化合物过多排放，铁、锰等微量元素及有机化合物含量大大增加而引发水体中一些浮游植元素及有机化合物含量大大增加而引发水体中一些浮游植物、原生动物或细菌暴发性增殖或高度聚集物、原生动物或细菌暴发性增殖或高度聚集 。75第75页湖水营养化程度判定标准：湖水营养化程度判定标准：总磷：是指正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸盐以及有机磷总浓度。总磷：是指正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸盐以及有机磷总浓度。总氮：是指水体中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机氮总浓度。总氮：是指水体中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机氮总浓度。叶绿素含量：是指水体中绿色物质含量。叶绿素含量：是指水体中绿色物质含量。普通总磷超出普通总磷超出0.02mg/L0.02mg/L，无机态氮超出，无机态氮超出0.3mg/L,0.3mg/L,即处于危险状态。即处于危险状态。通常使用通常使用N/PN/P值大小来判断湖泊富营养情况。当值大小来判断湖泊富营养情况。当N/PN/P值大于值大于100100时，时，属贫营养湖泊情况。其值小于属贫营养湖泊情况。其值小于1010时，则认为属富营养情况。时，则认为属富营养情况。76第76页富营养化发生机制：富营养化发生机制：（1 1）流域污染物排入湖泊流域污染物排入湖泊是湖泊富营养化发生最关键是湖泊富营养化发生最关键原因之一原因之一 （2 2）富营养化湖泊中水化学平衡发生改变）富营养化湖泊中水化学平衡发生改变；湖水湖水pHpH值、溶解氧下降、值、溶解氧下降、COCO2 2 （3 3）湖泊生态遭到严重破坏，生物群落发生显著改变）湖泊生态遭到严重破坏，生物群落发生显著改变；浅水湖泊生态系统主要初级生产者从以大型水生植物为浅水湖泊生态系统主要初级生产者从以大型水生植物为主转变为以藻类为主主转变为以藻类为主 （4 4）湖泊内源营养物质释放）湖泊内源营养物质释放77第77页富营养化防治：富营养化防治：1 1、降低污染源、降低污染源2 2、污水中氮、磷去除。、污水中氮、磷去除。除氮：物理化学法（氯气法、吹脱法和选择性离子交换法去除氨态氮和除氮：物理化学法（氯气法、吹脱法和选择性离子交换法去除氨态氮和生物脱氮技术。生物脱氮技术。除磷：物理除磷法、化学除磷法和生物除磷法除磷：物理除磷法、化学除磷法和生物除磷法(生物诱导化学沉淀作用生物诱导化学沉淀作用和生物积磷作用：底泥微生物代谢作用，使微环境发生改变，废水中溶解和生物积磷作用：底泥微生物代谢作用，使微环境发生改变，废水中溶解性磷酸盐转化为难溶化合物而沉积在污泥上性磷酸盐转化为难溶化合物而沉积在污泥上)。78第78页第二节第二节 水中无机污染物迁移转化水中无机污染物迁移转化 一、颗粒物与水之间迁移一、颗粒物与水之间迁移二、水中胶体颗粒物聚集基本原理和方式二、水中胶体颗粒物聚集基本原理和方式三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀四、氧化四、氧化还原还原五、配合作用五、配合作用79第79页无无机机污污染染物物，尤尤其其是是重重金金属属和和准准金金属属等等污污染染物物，一一旦旦进进入入水水环环境境，不不能被生物降