水环境化学水化学基础资料
《水环境化学》课件
水环境化学的重要性 和应用
水环境化学对于保护水资 源、维护环境、促进可持 续发展具有重要的意义。
水的物理化学性质
溶解度溶解度是指单位体Fra bibliotek溶液中 最多能溶解多少物质，它是 表征物质在水中溶解程度的 重要参数。
离子强度
水中的离子强度是所有阴离 子和阳离子的浓度之和和它 们的电荷平方和之比的平方 根。
pH值
水环境监测方法
通过水质监测，及时发现水体 污染的情况，采取有效的技术 措施来防治和修复水体污染。
水环境化学的未来
1 水环境化学的发展趋势
未来水环境化学将逐渐转向绿色、可持续和低碳化发展。
2 水环境化学的应用前景
水环境化学需求将继续增长，未来将更多地应用于水资源保护、净化和开发领域。
3 水环境化学的挑战与机遇
水环境化学
水是地球上最珍贵的资源之一，水环境化学是研究水体的化学性质、污染及 其净化和水质监测的学科。
水环境化学简介
什么是水环境化学？
水环境化学是研究水及其 体系在自然界和生产生活 中的各种过程所涉及到的 化学现象的学科。
水环境化学的研究对 象和内容
研究水环境中各种物质的 迁移、转化和去除，以及 不同水环境对生态环境的 影响。
3
物理污染物
有些物理污染物如悬浮物、浮游生物、颗粒物或沉积物都会影响水的质量和可用性。
水的净化与处理
常见水污染物的去除方法
颗粒物、悬浮物主要通过过滤 和沉淀去除，生物污染物主要 通过消毒去除，化学污染物主 要依靠氧化、还原、沉淀和离 子交换等方法除去。
常见水处理技术及其原理
如生物处理、深度处理、反渗 透等技术，利用技术手段将水 中的污染物清除或降低到符合 生产和生活需求的标准。
水化学及水处理技术研究
水化学及水处理技术研究水是人类生存的必需品，同时也是一个至关重要的资源。
自然水体中所含物质，不仅直接影响人们的饮用水质量，还会加剧环境的恶化。
因此，水处理技术的研究对保障人类未来的生存环境与质量，具有至关重要的作用。
本篇文章将围绕水处理技术中相关的水化学知识展开论述。
一、水化学基础水化学是研究水与其他物质在分子水平上的相互作用与反应的学科。
水化学的基本概念是电离，电离是指离子或电子从分子或原子中分离出来的现象。
在水中，电离主要有两种：弱电解质和强电解质。
弱电解质的电离程度较小，大部分分子还是原来的状态，如氨水等。
而强电解质的电离程度较高，大部分分子都被电离成了离子，如氯化钠等。
水在化学反应中具有以下特点：1、作为一种极性溶剂，可以溶解许多物质。
2、具有较高的介电常数并且是一个强酸弱碱型溶液。
3、在化学反应中可以充当水合物质的溶剂。
二、水处理技术水处理技术是指通过预处理、净化和消毒等过程，将原水转化为符合生产、消费、饮用和其他用途的水质要求的一系列工艺。
水处理技术中有以下几种处理方法：1、机械过滤：主要通过滤网或滤层将水中的悬浮物、泥沙、亚微米颗粒等物质拦截或吸附下来，从而净化水质。
2、化学过滤：在机械滤除杂质后，将净化后的水进一步滴加化学药剂如石灰、氢氧化钙等，通过化学还原、溶解、中和、沉淀等反应，吸附并去除水中的杂质、有机物、异味等物质。
3、纯化过程：纯化过程包括反渗透和蒸馏等技术，可以净化水质到较高的水平。
反渗透主要是通过一些薄膜的使用，将水分离出来，达到净化的目的。
而蒸馏则是通过加热水，使水蒸发，再将水蒸汽冷却为水，从而净化水质。
4、消毒过程：水在经过以上步骤后，需要消除水中存在的细菌病毒等有害物质。
消毒过程中，通常采用氯离子消毒、臭氧消毒、紫外线消毒或过滤消毒等方法。
三、未来水处理技术的趋势目前，水处理技术正处于快速发展阶段。
未来的水处理技术将更多的关注环保、可持续等方面，主要趋势有：1、绿色化水处理：未来水处理技术将重点关注绿色环保理念，优先选择使用可再生的、安全的催化剂进行水处理，减少对环境的污染。
水环境化学1
二、在Cl--OH-M2+体系中的配位作用
（教材95页）
▪ Cl-与OH-的竞争 与对中心离子的配位能力和[Cl-]及pH有关， ▪ 形成复杂配离子 例如：Hg(OH)Cl、Cd(OH)Cl
三、腐殖质的配位作用（教材95页）
▪ 腐殖质——一种带负电的高分子弱电解质，来自 动植物的分泌物或者残骸。在水体中大多以胶体 或者悬浮物状态存在。
色，CO32-转变为HCO3-。两 色变为红色， HCO3-
次滴定耗用的标准酸量之和 转变为H2CO3*。三次
叫做酚酞碱度。
滴定的标准酸量之和
叫做总碱度。
总碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-] – [H+] （ 由H2CO3的质子条件PBE导出 [H+] = [OH-] + [ HCO3-] + 2[CO32-]）
有机污染物
有机污染物和无机污染物在水环境中的迁移转 化行为差别很大！！
表 有机物在水环境中的迁移和转化方式
无机污染物
有机污染物
沉淀与溶解
水解
氧化还原
配位 吸附与解吸
吸附与解吸
分配 挥发
光解
生物降解
3.3.1 碳酸平衡（教材80、88页）
水体中可能存在的碳酸组分： CO2、 H2CO3 、 HCO3-、 CO32- ，常把CO2和 H2CO3 合并为 H2CO3*，实际上H2CO3 、 含 量较低，主要是溶解性气体CO2。
二、碳酸盐（封闭体系）
▪ 碳酸盐的沉淀-溶解应该同时考虑碳酸平衡 。
▪ 封闭体系，CT守恒。只考虑固相和液相， 把H2CO3*当作 不挥发酸处理。 CaCO3 = Ca2+ + CO32+ KSP = [Ca2+] [CO32-] = 10-8.23
水化学基础知识
2、课程教学的基本要求 基本概念（主要离子、溶解气体、营养盐类、 有机物质、有毒物质），物质转化关系和水 质变化规律 天然水中固相溶解与沉淀、气体溶解与逸出、 吸附与解吸、氧化与还原、配合与解离过程 的基本理论，并具初步运用的能力 污染物在水环境中动态（迁移和转化）的一 般规律。初步掌握毒物毒性的研究方法。
一、天然水水质复杂多变性
The atomic structure of a water molecule consists of two hydrogen (H) atoms joined to one oxygen (O) atom.
CONTENTS
• Part 1 养殖水环境化学（Aquatic Environmental Chemistry in Aquaculture）——理论讲授 28学时 • Part 2 水质化学分析(Chemical Analyses of Water Quality) ——实验 20学时 • 总学时：48学时
——研究水体 环境中主要化学 物质存在形态、 迁移转化规律、 化学反应机理及 这些物质对生态 环境影响
水环境化学 大气环境化学 土壤环境化学 ……
2. 水环境化学的研究领域
研究对象—水质系 天然水质系的复杂性 研究内容—研究天然水体化学物质的 来源、存在形态、迁移转化、生态效 应及防治方法等 重点研究的污染物：重金属（包括类 金属） 耗氧有机物 持久性有机物
二、养殖水环境化学
• 1. 定义：水化学、水环境化学的分 支，研究天然和养殖水体内各水化因 子（水化学成分）的来源、转化、迁 移及其与水产养殖/水生生物的相互关 系。
——研究化 学物质在环境中 的存在、转化、 行为及其控制的 原理和方法，是 化学科学的一个 新的分支
环境化学第三章水环境化学复习知识点
第三章水环境化学1、水中八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-为常见八种离子2、溶解气体与Henry定律:溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系，气体的大气分压P G与气体的溶解度的比表现为常数关系，称为Henry定律，该常数称为Henry定律常数K H。
[G(aq)] = K H PG K H－气体在一定温度下的亨利定理常数 (mol/L.Pa) PG －各种气体的分压 (Pa)3、水体中可能存在的碳酸组分 CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 ( H2CO3*)4、天然水中的碱度和酸度：碱度：水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能够接受质子H+的物质总量；酸度：凡在水中离解或水解后生成可与强碱（OH-）反应的物质（包括强酸、弱酸和强酸弱碱盐）总量；即水中能与强碱发生中和作用的物质总量。
5、天然水中的总碱度=HCO3-+2CO32-+ OH- —H+6、水体中颗粒物的类别(1)矿物微粒和粘土矿物（铝或镁的硅酸盐）(2)金属水合氧化物（铝、铁、锰、硅等金属）(3)腐殖质 (4)水体悬浮沉积物 (5)其他（藻类、细菌、病毒等）影响水体中颗粒物吸附作用的因素有：颗粒物浓度、温度、PH。
7、水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附、化学吸附、离子交换吸附和专属吸附。
8、天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低，因而表层水呈氧化性环境。
9、吸附等温线：在一定温度，处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线；水环境中常见的吸附等温线主要有L－型、F－型和H－型。
10、无机物在水中的迁移转化过程：分配作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集、生物降解作用。
11、PE:pE 越小，电子活度越高，提供电子的倾向越强，水体呈还原性。
pE 越大，电子活度越低，接受电子的倾向越强，水体呈氧化性。
pe影响因素：1)天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低；2)天然水的pE随其pH减少而增大。
第三章-水环境化学(第一次课)
ii 表示方法
总含盐量(Total Dissolved Solids－TDS)，也称总矿化度： 水中所含各种溶解性矿物盐类的总量称为水的总含盐量。
总含盐量＝Σ阳离子+Σ阴离子
iii 测定
重量法
总含盐量＝溶解固形物
cT
[H
2 CO
* 3
](1
K1 [H
]
K1K 2 [H ]2
)
0
[H2CO*3
]
1
cT
(1
K1 [H ]
K1K 2 [H ]2
) 1
说明pH决定它们的 含量多少
1
[HCO
3
]
cT
[H ] (
K1
1
K2 [H
) ]
1
2
[CO32 ] cT
([H ]2 K1K 2
[H ] 1)1 K2
lg c2 H • ( 1 1 ) 15.59103 ( 1 1 ) c1 2.303R T1 T2 2.3038.314 298.15 273.15
c2 8.289 1.778 14.74mg / L
0 ℃时的含量14.74mg/L 20 ℃时为9.227mg/L
2．在一个标准大气压下，25℃时CO2在水中的溶解度。已知 CO2在干空气中的含量为0.0314%（体积）。
氧气的分压为
0.9813105 20.95% 0.2056105 Pa
[G(O2) ] KH PG 1.26108 0.2056105 2.590104 mol / L
[G(O2) ] 2.590104 32 8.289mg / L
水环境化学3---氧化还原反应(11.18)
铁体系的pe-pH图 铁体系的pe-pH图 pe
(s)与 (s)的边界 （5）Fe(OH)2(s)与Fe(OH)3(s)的边界
Fe(OH)3(s)+ 3H+ = Fe3+ + 3H2O K1 Fe(OH)2(s)+ 2H+ = Fe2+ + 2H2O K2 K1 = 9.1×103; K2 = 8.0×1012 pe = 13.05 - lg[Fe2+]/[Fe3+] = 13.05 - lgK2[H+]2 / K1[H+]3 pe = 4.1 - pH
问题: 问题: 近年来，水化学中为何不用E而常用 pe表示氧化还原电位？
解释
(a) pe有明确的物理意义, pe= -lg[e]表示电子 的相对活度。
(b) pe每变化一个单位，[Red]/[Ox]变化10倍 便于比较。 (n=1时) (c) pe把数据拉开了便于比较。
Pe与△G 的关系 与
标准态： △G0=-nFE0 △G0=-2.303nRTpe0 任意态： △G=-nFE △G=-2.303nRTpe （ E0=2.303RT/F · pe0 E=2.303RT/F · pe）
问题：
水中主要还原剂为？ 主要氧化剂为？
天然水体的pe 天然水体的pe
水中物质存在的形态
还原态 CH4 H2S Fe2+ S NH4+ NO2- ,有机物等； 氧化态 CO2 Fe(OH)3 SO42- O2 NO3- 等；
天然水体的pe 天然水体的pe
(一)决定电位
若某个单体系的含量比其它体系高得多，则此 时该单体系电位几乎等于混合复杂体系的pe, 称决定电位。 一般情况下，天然水中溶解氧 溶解氧是决定电位，有 溶解氧 机物积累的厌氧环境中，有机物 有机物是决定电位。 有机物
环境化学课件第三章 水环境化学
图 水环境体系（水体）
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水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制 、迁移转化和归趋的规律及其化学行为对生态环境的影响。水环 境化学是环境化学的重要组成部分，为水污染控制和水资源的保 护提供了科学依据。
水环境化学研究的领域包括河口、海洋、河流、湖泊等。
研究的特点是： （1）体系非常复杂 离子、分子、胶体微粒 （2）界面现象突出、重要 重金属、有机物附着在胶体微粒面
海湾 海
大洋 海洋沉积物间隙水
DP Dg K
P 0
水循环 Water cycle
1.水的自然循环： 特点：①由降雨量自然循环的大致尺度
②水的性质基本不变 2.水的社会循环 特点：①工业与生活污水的产生与排放是主
要的污染源 ②水的性质不断变化
水资源的主要问题
●我国水资源人均和亩均水量少； ●水资源在地区分布上很不均匀，水土资源 组合不平衡 ●水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁 ●水土流失严重，许多河流含沙量大； ●我国水资源开发利用各地很不均衡
第三章 水环境化学 Aquatic chemistry
知识点：认识天然水的基本特征和污染物的分布形 态，掌握水中污染物的迁移转化规律，学 会建立水质模型
重 点：水中污染物的迁移和转化规律 难 点：水质模型的建立
水圈：Hydrosphere 1978年.R.A.Horne