第三章水环境化学
环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化知识交流
之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
(2)氧化还原电位E和pE的关系
Ox ＋ne→Red
(1)
根据Nernst方程
E＝E0-(2.303RT/nF)lg[Red]/[Ox] (2) 当反应达平衡时，定义
E0＝(2.303RT/nF) lgK
(3)
从上述化学方程式(1)，可写出
K= [Red]/{[Ox][e]n }
如果考虑到羟基配合作用，那么金属氧化物或氢氧化物的 溶解度（MeT）表征为：
MeT = [ Mez+ ] +∑[ Me(OH)nz-n ]
固体的氧化物和氢氧化物具有两性的特征，它们和质子或 羟基离子都发生反应，存在一个pH值，在该值下溶解度为最 小值。在碱性或酸性更强的pH值区域内，溶解度都会变得更 大。
因此，在 H2S 和硫化物均达到饱和的溶液中，溶液重金属离子 的饱和浓度为： [Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp [H+]2/Ksp´ =Ksp [H+]2/（0.1K1K2）
3、碳酸盐
——多相平衡，pH通过控制碳酸根浓度影响沉淀平衡
封闭体系： 只考虑固相和液相，把 H2CO3* 当作不挥发酸类处理。
吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定 时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。
温度变化、几种离子共存（竞争作用）等。
3、沉积物中重金属的释放——属于二次污染问题
诱发释放的主要因素有： （1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗
粒上的金属离子交换出来。
（2）氧化还原条件的变化：有机物增多，产生厌氧环境、铁锰氧 化物还原溶解，使结合在其中的金属释放出来。
2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面 也能进行吸附作用。
环境化学第三章水
二节 气体在水中的溶解性
水的质量特征：
• 酸度和碱度
第一节 概述
• 盐度和氯度:1千克水中碳酸盐转变为氧化物、溴化物 和碘化物转变为氯化物、有机物完全氧化后所含固体 的总克数。
• 硬度 • 溶氧量：25℃时的饱和浓度
[O2 (aq)] = 2.6×10-3 mol/L = 8.32 mg/L
• 清度和色度
化合物直接与 pH值有关，实际涉及到水解和羟基配合物的平
衡过程，该过程往往复杂多变，这里用强电解质的最简单关 系式表述： Me(OH)n(s) → Men+ + nOH根据溶度积表达式 可导出金属离子浓度 等号两边取负对数： Ksp = [Men+][OH-]n [Men+] = Ksp/[OH-]n = Ksp[H+]n/Kwn -lg[Men+] =－lgKsp－nlg[H+] + nlgKw (3-21)
HS- → H+ + S2则总反应： H2S →2 H+ + S2-
K2= 1.3×10-15
K1,2=K1K2=1.16×10-22
三、溶解沉淀平衡
在饱和水溶液中，H2S浓度总是保持在0.1mol/L，则 [H+]2[S2-] = K1,2×[H2S] = 1.16×10-22×0.1 = 1.16×10-23 由于在水溶液中 H 2 S 的二级电离甚微，故可近似认为 [H+] = [HS-]，因此可求得溶液中[S2-]浓度：
三、溶解沉淀平衡
第二节 天然水中的平衡
溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径，一般金
属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。
溶解度小者，迁移能力小； 溶解度大者，迁移能力大。 在固—液平衡体系中，需用溶度积来表征溶解度。
(完整版)第三章水环境化学答案
第三章水环境化学1、请推导出封闭和开放体系碳酸平衡中[H 2CO 3*]、[HCO 3-]和[CO 32-]的表达式，并讨论这两个体系之间的区别。
解: 开放体系，考虑到CO 2在气液相之间的平衡，[H 2CO 3*] 不变根据亨利定律： [CO 2(aq)] = K H Pco 2 lg[H 2CO 3*] ≈ lg[CO 2(aq)] = lg K H + lg Pco 2 = - 4.9lg[HCO 3-] = lg K 1 + lg [H 2CO 3*] + pH= -11.3 + pHlg[CO 32-] = lgK 1 + lgK 2 + lg[H 2CO 3*] + 2pH= -21.6 + 2pH*][][][*][]][[32133231CO H H K HCO CO H HCO H K +--+==*][][][*][][][32221233223221CO H H KK CO CO H CO H K K +--+⋅==⋅][][][233*32--++=CO HCO CO H C T 是常数。
的总和为各种碳酸化合态浓度假设,T C TC HCO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=31αTC CO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=232αTC CO H ⎥⎦⎤⎢⎣⎡*=320α122122][][1(-+++=K H K K H α1211)][][1(-++++=H K K H α122110][][1(-++++=H K K H K α*][][][*][]][[32133231CO H H K HCO CO H HCO H K +--+==*][][][*][][][32221233223221CO H H K K CO CO H CO H K K +--+⋅==⋅][][][][21233*32+--H K K CO HCO C CO H T 和含有的表示式，，为变量表示以:,][],[*],[21023332得到，，代入把αααT C CO HCO CO H --eg oo d 2、请导出总酸度、CO 2酸度、无机酸度、总碱度、酚酞碱度和苛性碱度的表达式作为总碳酸量和分布系数（α）的函数。
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_环境化学第三章
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
3、相互结合的离子半径差别愈小，其离子化合物愈牢固， 即难溶解。 溶解度小于0.01克/100克水的物质叫做“难溶物” 地表水和沉积物的孔隙水中主要阴离子Cl-、SO2-4、HCO-3
还原条件下有H2S衍生的HS-与S2-，碳酸盐、氢氧化物、硫 化物难溶。
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
一、氧化物和氢氧化物
金属氢氧化物沉淀有多种形态，它们在水环境中的行为差
别很大。氧化物可看成是氢氧化物脱水而成。金属氢氧化 物的沉淀溶解平衡可以用化学反应的通式表述：
Me (OH)n(s) ==== Me n+ + nOH¯ Ksp = [Me n+][OH–]n [Me n+]= Ksp/[OH–]n = Ksp[H+]n / Knw
pc = ( pKsp – npKw ) + npH （3-1）
第一节
水环境中的沉淀溶解反应
1、pc 与pH成直线关系，即在一定的pH的范围内， pH 越高，金属离子的浓度越低；
2、金属离子的价数就是浓度随pH变化的斜率，其中
lg[Men+] 与pH的关系，斜率分别为 -1、-2、-3。 Ag+、Hg+ 的斜率为 1； Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe2+ 、 Mn2+ 、 Zn2+ 、 Pb2+ 、 Cu2+ 、 Hg2+ 、 Ni2+ 、 Cd2+ 、 Co2+ 的斜率为 2； Al3+、Fe3+、Cr3+ 的斜率为 3； 3、当pc = 0时（-lg[Men+] = 0 即 [Men+] = 1 mol/L）， 直线在横轴上的pH值为截距 ， 用下式计算：
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
第三章水环境化学
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
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
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第三章水环境化学
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第七节 有机污染物的水环境化学
7.1 有机物污染程度的指标
▪ 溶解氧 DO (dissolved oxygen) 水中溶解的氧的量。
耗氧作用：使 DO 下降，如耗氧有机物分解，生物 呼吸等。
复氧作用：使 DO 增加，如空气中氧的溶解，水生 植物的光合作用。
有机物的氧化分解需要消耗大量的氧，若有机物过多， 会造成水中 DO 量不断减少，可导致有机物缺氧分解而产生 腐败现象。
第三章 水环境化学
第三章水环境化学
1
第六节 水体的氮、磷污染和富营养化
水体营养物增加导致水生植物(主要是浮游植 物和各种藻类)大量繁殖，水体溶解氧下降，水质 恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象。
在湖泊、水库、河口、港湾等水流缓慢的地 区最容易发生，是由氮、磷等化合物过多排入水 体所引发的二次污染现象。
第三章水环境化学
3
在适当的温度、光照和环境酸度下，天然水体中的藻 类进行光合作用，合成本身的藻类原生质。
106 CO2 + 16 NO3- + HPO42- + 122 H2O + 18 H+ + 能量 + 微量元素
C106H263O116N16P (藻类原生质) + 138 O2
藻类的繁殖中成为控制性因பைடு நூலகம்的是无机态的氮 和磷营养物。
第三章水环境化学
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受蓝藻污染的太湖水
工作人员在打捞蓝藻
第三章水环境化学
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第三章水环境化学
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云南滇池的蓝藻污染
第三章水环境化学
11
云南滇池的蓝藻污染
第三章水环境化学
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赤潮
第三章水环境化学
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2000 年舟山群岛赤潮
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珊瑚的坟场
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6.5 富营养化的防治
第三章水环境化学
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6.2 N、P 的主要来源
▪ 雨水
NO3-：
0.16 mg/L ～ 1.06 mg/L
NH3、NH4+： 0.04 mg/L ～ 1.70 mg/L
P:
0.01 mg/L
▪ 农业排水：化肥的应用引入氮磷。
▪ 城市污水：排泄物，食品污物， 合成洗涤剂 ( 50~70% 的总磷)等。
▪ 其它：工业废水，水产养殖，地下水，底泥等。
第三章水环境化学
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6.3 湖水的富营养化程度
▪ 总磷含量：水中的正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸 盐及有机磷总浓度(可用标准分析法测定)。
▪ 总氮含量：氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、有机氮的总和 ( 可以各自测定后加和)。
▪ 叶绿素a 含量：水中绿色物质含量。 (丙酮萃取后，测 665nm 处吸光度)。
第三章水环境化学
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6.1 引起富营养化的物质
▪ 营养盐类
C：水中溶解的 CO2，含量稳定。 N：NO3-，NO2-，NH3，NH4+，尿素等。 P：无机态或有机态。
水体富营养化： 无机态氮> 300 mg/m3 总磷 > 20 mg/m3
▪ 微量元素 Fe，Zn，Mn，Cu，B，Mo，Co，I，V 等。 ▪ 维生素，有机物。
RCOOH + CO2 + NH3
II: 2NH3 + 3O2 2HNO2 + O2
2HNO2 + 2H2O 2HNO3
一般指将有机物分解为 CO2，NH3，H2O 的过程 (I)。
BOD20：一般可认为分解在 20 天内完成，用 BOD20 表示。 BOD5： 20oC，5天内可完成 70～80％，称为五日生化需氧 量。
洗衣粉中大多含有 17％左右的三聚磷酸钠，成为造 成富营养化污染的磷的主要来源。
目前世界很多国家已经实行了禁磷措施。 对生活废水进行三级处理是消减水体磷负荷的最有效 途径。
第三章水环境化学
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▪ 增加给水处理成本
▪ 还原态氮会因硝化作用消耗大量的溶解氧。
▪ 化合态氮对生物和人体具有毒性。
水中氨氮含量超过 1 mg/L 时，会使水生生物血液结 合氧量降低，超过 3 mg/L 时，可于 24～96 小时内使金 鱼、鳊鱼等死亡。饮用氨氮含量超过 10 mg/L 的水，可 以引起高铁血红蛋白症。有机氮亦可经微生物作用转化 为硝酸盐和亚硝酸盐。
第三章水环境化学
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第三章水环境化学
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▪ 生物脱氮技术： 利用微生物将含氮化合物最终转化为 N2。
亚硝化细菌
NH4+
NO2-
硝化细菌
反硝化细菌
NO3-
N2
O2
O2
▪ 沉淀法除磷：加入沉淀剂生成难溶物而去除水中的磷。
利用消石灰在 pH=11 时，可以除去 90％的磷，生 成 Ca5(OH)(PO4)3 沉淀。
▪ 透明度
第三章水环境化学
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6.4 N、P 污染的危害性
▪ 水体富营养化
水体富营养化引起藻类恶性繁殖，产生毒素。藻类 死亡后分解消耗大量溶解氧，严重影响鱼类生存。大量 藻类导致水流变缓。近海发生赤潮、棕潮、绿潮等。
磷污染对水体富营养化的影响更大。藻类的过度繁殖 与磷酸盐的含量之间存在某些平行关系。
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▪ 化学需氧量 COD (chemical oxygen demand)
水中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化 所消耗氧化剂的量，以 O2 计，单位为 mg/L。
KMnO4 法(CODMn)：测定较清洁水样。 K2Cr2O7 法(CODCr)：测定严重污染水样或工业废水。
优点：测量快，不受水质条件限制。 缺点：不能正确反应微生物氧化所需消耗的氧量。
DO 正常值：5 ～ 10 mg/L，海水可达 14 mg/L。
当 DO＜4 mg/L时，鱼类将死亡。
第三章水环境化学
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▪ 生化需氧量 BOD ( biochemical oxygen demand)
水体中微生物分解有机物过程消耗水中溶解氧的 量，单位为 mg/L。
氨基酸的分解：
I: RCH(NH2)COOH + O2
第三章水环境化学
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优点：能正确反映水中有机物氧化分解时消耗的氧量。 缺点：测量时间长，反映环境问题不及时，受水中有毒
物质影响。
BOD
< 1mg/L： 清洁 > 3~4 mg/L：受到有机物污染
城市生活污水：BOD < 100 mg/L 工业污水： BOD 常大于1000 mg/L
第三章水环境化学
不能把水中有机物全部氧化。
KMnO4 法： 约 60％。 K2Cr2O7 法：80～90％。
水质相对稳定时：
CODCr > BOD20 第>三B章O水D环境5 化>学CODMn
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▪ 总有机碳 TOC (total organic carbon) 与总需氧量 TOD (total oxygen demand)