第四章 水环境化学

水中溶解氧的数量DO(dissolvedoxygen)是 水中溶解氧的数量DO(dissolvedoxygen)是 水质的重要指标． 水质的重要指标．
碳酸平衡
在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、 CO32—等四种化合态，常把CO2、H2CO3合并为 H2CO3，H2CO3含量极低，主要是溶解性气体 CO2。
b)离子交换软化法． b)离子交换软化法 离子交换软化法． 使水通过钠型的 聚苯乙烯磺酸型离子交 换树脂，使水中Ca 换树脂 ， 使水中 Ca2+置 换树脂上的Na 换树脂上的 Na+ 而除去 Ca2+． 当树脂被 Ca2+饱 当树脂被Ca 和而失去交换能力时， 和而失去交换能力时 ， 通浓食盐水让Na 通浓食盐水让 Na+ 置换 Ca2+而再生。 而再生。
第四章 水环境化学
一 、天然水的基本特征 二、水中污染物
一 、天然水的基本特征 人类的生存离不开水，人体的 人类的生存离不开水， 59％-66％由水组成．工农业生产 59％ 66％由水组成． 也离不开水．水的环境化学涉及环 也离不开水． 境科学各个方面, 境科学各个方面, 是环境化学的最 基本最重要的内容。 基本最重要的内容。
水的软化
将钙、 将钙、镁等可溶盐从硬水中除去的过程叫做水的 软化．软化方法很多，例如： 软化．软化方法很多，例如： a) 加入药剂软化法 ． 加入一定数量的碳酸钠 、 石 a)加入药剂软化法 加入一定数量的碳酸钠、 加入药剂软化法． 磷酸三钠(Na 灰乳[Ca(OH) 灰乳 [Ca(OH)2] 、 磷酸三钠 (Na3PO4) 、 磷酸二氢钠 (NaH2PO4)，使钙、镁离子沉淀出来使水软化： 使钙、镁离子沉淀出来使水软化： CaSO4+Na2CO3 → CaCO3↓+Na2SO4 Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 → 2CaCO3 ↓+2H2O 3Ca2++2 Na3PO4 → Ca3(PO4)2 ↓+6Na+ 若在水中加入少量三聚磷酸钠(Na 若在水中加入少量三聚磷酸钠 (Na5P3O10) ， 它将和 硬水中的Ca 络合, 不再和肥皂产生沉淀， 硬水中的 Ca2+ ， Mg2+ 络合 , 不再和肥皂产生沉淀 ， 也不会生成锅垢． 也不会生成锅垢．
The equilibrium expression that governs this reaction is called the solubility product, or Ksp. Ksp is a constant value for any substance, and if known, can be used to calculate the solubility of that substance in water. For Calcium Carbonate:
硬水有两大危害 硬水有两大危害： 两大危害： i)Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子能和肥皂 (C17H35COONa)产生沉淀(C17H35COO) 2Ca，能和 COONa)产生沉淀 产生沉淀(C Ca， 许多化学试剂配位络合，影响产品的品质． 许多化学试剂配位络合，影响产品的品质． ii)暂时硬水加热时产生的碳酸盐在锅炉内壁上形成 ii)暂时硬水加热时产生的碳酸盐在锅炉内壁上形成 锅垢，不但阻碍传热，消耗燃料，而且会堵塞管道， 锅垢，不但阻碍传热，消耗燃料，而且会堵塞管道， 导致爆炸． 导致爆炸．
例 ； 与水接触大气压力 101.325千帕时， 计算25℃时氧气 与水接触大气压力101.325千帕时 计算25℃ 千帕时， 在水中溶解度（mg/L） 25℃水的饱和蒸汽压为3 167千 在水中溶解度（mg/L）？25℃水的饱和蒸汽压为3.167千 帕。 查出25℃ 2633× mol/升 千帕， 解：查出25℃时KH=1.2633×10-5mol/升千帕，O2在干 空气中的含量为20.95% V/V） 空气中的含量为20.95%（V/V）。 氧气在空气中分压为Po 氧气在空气中分压为Po2=（P-PH2O）×V/V总=（101.325101.3253.167）×0.2095=20.5622（千帕） 167） 2095=20.5622（千帕） 根据亨利定律， 根据亨利定律，[O2]=1.2633×10-5×20.5622×32 ]=1 2633× 20.5622× =8.31（mg/L） 31（mg/L）
图3－2
All gases are also in a equilibrium between air and water
Carbonate equilibrium in Natural Water Systems:
Calculate HCO3- , CO32- and H2CO3 when the pH is known.
表3－1
气体 O2 O3 CO2 CH4 C2H4 H2 H2O2
25℃ 25℃时一些气体在水中的亨 利定律常数
KH[mol/(L·Pa)] 1.26× 1.26×10-8 9.16× 9.16×10-8 3.34× 3.34×10-7 1.32× 1.32×10-8 4.84× 4.84×10-8 7.80× 7.80×10-9 7.01× 7.01×10-1 气体 N2 NO NO2 HNO2 HNO3 NH3 SO2 KH[mol/(L·Pa)] 6.40× 6.40×10-9 1.97× 1.97×10-8 9.74× 9.74×10-8 4.84× 4.84×10-4 2.07 6.12× 6.12×10-4 1.22× 1.22×10-5
Compounds that are "sparingly" soluble in water are in equilibrium between an ionic form and a non-ionic form. Calcium carbonate is an example of such a substance
当前我国解决水短缺的基本措施是： 当前我国解决水短缺的基本措施是： (1) 巩固和改善现有水利工程 ， 疏浚河湖 ， 并新 巩固和改善现有水利工程， 疏浚河湖， 建必要的工程，增强蓄水、防洪和供水能力． 建必要的工程，增强蓄水、防洪和供水能力． (2)加强污水处理，有效保护水源． 加强污水处理 有效保护水源． 污水处理， (3) 注意 节约用水 和综合利用水源 ， 提高水的使 注意节约用水 和综合利用水源， 节约用水和综合利用水源 用价值． 用价值． (4)加强水资源的管理． 加强水资源的管理 水资源的管理． 长远的根本措施：除切实做好上述几点外， 长远的根本措施：除切实做好上述几点外，要加 强种树种草，绿化国土，保持水土． 强种树种草，绿化国土，保持水土．
例如, 例如, l dm3水中含CaO为100mg，MgO为50mg， 水中含CaO为100mg，MgO为50mg， 则该水的硬度可计算如下： 则该水的硬度可计算如下： CaO：100mg／10mg＝10° CaO：100mg／10mg＝10° MgO： MgO：[(50mg /MMgO )×(MCaO)]/10mg ＝50mg ×[(56g·mol-1)/( 40g·mol-1)]/10mg ＝7 ° 该水硬度为17 该水硬度为17 °
我国淡水资源年供应量约为2.8× 我国淡水资源年供应量约为2.8×1015kg，居 kg， 世界各国的第六位．但由于人口众多，国土辽 世界各国的第六位．但由于人口众多， 阔，平均每人占有的水资源量远远低于世界的 平均水平． 平均水平．我国水资源的分布随地域和季节有 很大差异． 很大差异．洪涝灾害和干旱缺水在我国普遍而 经常地出现．供水短缺，将是我国在21世纪所 经常地出现．供水短缺，将是我国在21世纪所 面临的重大问题． 面临的重大问题．
2 水中的天然成分
（1）可溶性物质 ）
主要的成分为： 主要的成分为：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-、 HCO3-、SO42-、Cl-
A 硬水及其软化
工业上把含有可溶性的钙、 工业上把含有可溶性的钙 、 镁和铁盐的水叫 做硬水．硬水中存在的阴离子一般是Cl 做硬水． 硬水中存在的阴离子一般是 Cl-，SO42-， HCO3-等． 水的硬度标准是指 l dm3 水中含 MgO和 CaO 水中含MgO 和 的总量相当于10mgCaO，则定为1 的总量相当于10mgCaO，则定为1°．
B 海水
从长远看，海水最有价值的组分是淡水． 从长远看，海水最有价值的组分是淡水．海水 淡化已在某些地区进行工业化生产． 淡化已在某些地区进行工业化生产．主要方法 有二： 有二： 一.蒸馏法脱盐 充分利用热能的物理过程； 充分利用热能的物理过程； 二.反渗透法脱盐 依靠选择性薄膜(如醋酸纤维 依靠选择性薄膜( 素膜) 只让水通过而不让盐通过， 素膜 ) ， 只让水通过而不让盐通过 ， 将盐水加 压(大于3MPa)超过海水渗透压，盐不能通过， 大于3MPa)超过海水渗透压 盐不能通过， 超过海水渗透压， 水可通过，就得到淡水． 水可通过，就得到淡水．
反渗透法脱盐示意图Fra bibliotek>3MPa
海水
H 2O
含盐多的海水
淡水
（2）．水中的气体 ）．水中的气体
水中氧溶量 天然水中一般溶入的气体有O 天然水中一般溶入的气体有O2，CO2，N2， H2S，CH4等，其中最重要的是O2和CO2． 其中最重要的是O
•可用亨利定律(Henry’s law)表示： 可用亨利定律(Henry s law)表示 表示： 可用亨利定律(Henry Cequil＝ KH Pg • Pg ＝ KHCequil •式中 ： Pg — 溶液中溶质在气相中的平衡分压 ， 式中： 溶液中溶质在气相中的平衡分压， 式中 kPa； kPa； 亨利常数， kPa•m /g； KH — 亨利常数， kPa m3/g； 液相中污染气体的浓度， Cequil — 液相中污染气体的浓度，g/m3。