第三章 水环境化学天然水的基本特征

如当 pH低 →pH高时，Fe(Ⅲ)的变化 ：

Fe3+→Fe(OH)2+→Fe(OH)2+→ Fe2(OH)24+→Fe(OH)3 ↓
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态 一、天然水的基本特征
1、天然水的组成
（3）气体在水中的溶解性
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1、天然水的组成
生物(或生化)需氧量（BOD5 ） 生物(或生化)需氧量BOD5是另一个 水质的重要参数，在一定时间温度下，微 生物分解水中有机物发生生物化学反应中 所消耗的溶解氧量，单位mg/L 。 化学需氧量（COD） 化学需氧量是指水样在规定条件下用 氧化剂处理时，其溶解性或悬浮性物质消 耗氧化剂的量。

气体的溶解度随温度升高而降低， 如O2: 0℃ (14.74mg/L) → 35℃ (7.03mg/L)
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③氧在水中的溶解 水体中的元素氧主要来自大气 温度↑→水中平衡氧浓度↓
0℃(14.74 )→25℃(8.32) →35℃(7.03mg/L) 水中氧的溶解度低，一旦发生氧的消耗反应，则溶 解氧的水平可以很快降至零。 {CH2O} + O2 → CO2+H2O
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
天然水系的类别
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表-自然环境中的水量分布
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态

复氧过程


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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1、天然水的组成
溶解氧（DO）
水体与大气交换或经化学、生物化 学反应后溶于水中的氧称为溶解氧。 水体受污染，其溶解氧逐渐减少， 因此，水中溶解氧的浓度是表明水体污 染程度的重要指标之一。地面水要求溶 解氧含量不能低于4毫克/升。


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第一节 天然水的基本特征及污染物的 存在形态
一、天然水的基本特征 2、天然水的性质 （1） 碳酸平衡 在 水 体 中 存 在 着 CO2、H2CO3、HCO3—、 H 2CO 3 CO32—等四种化合态，常把CO2、H2CO3合并为 * 含 H 2CO 3 * 量极低， 主要是溶解性气体CO2。
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表- 河水中部分元素的含量及其可能存在的形态
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（2）水中的金属离子
水溶液中的金属离子可通过化学反应(酸 －碱、沉淀、配合及氧化-还原等)达到最 稳定的状态； 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。
1.26×10-8 9.16×10-8 3.34×10-7 1.32×10-8 4.84×10-8 7.80×10-9 7.01×10-1
气体
N2 NO NO2 HNO2 HNO3 NH3 SO2
KH[mol/(L· Pa)]
6.40×10-9 1.97×10-8 9.74×10-8 4.84×10-4 2.07 6.12×10-4 1.22×10-5
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②温度对气体溶解度的影响
(Clausius-Clapeyron方程式)：
c H 1 1 lg c0 2.303R T T0
lg(C)
lg(1/T)
c，c0—温度T和T0时气体在水中的浓度； △H—溶解热，J/mol，(△H <0)； R—气体常数，8.314J/(mol· K)。
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（4）水生生物对溶解氧的影响--富营养化


水体中溶解氧(DO)浓度是耗氧过程与复 氧过程平衡的结果 耗氧过程

有机物的氧化 自养生物和异养生物的呼吸。 大气中氧的溶解 自养生物的光合作用
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态 一、天然水的基本特征
1、天然水的组成
（1）天然水中的主要离子组成
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3—、 NO3—、Cl—和SO42—为天然水中常见的八大 离子，占天然水中离子总量的95~99%。
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（4） 水生生物对溶解氧的影响--富营养化


藻类(自养生物)的生成与分解
生成: 光合作用（P） 分解: 呼吸作用（R）
106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+
P
R
C106H263O110N16P+138O2
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
水质概况 地球表面有70.8%为海洋所覆盖，占地球总 水量的97.3%，淡水只占2.7%，可供人类使用的 淡水资源约为850万km3，仅占地球总水量的 0.64%。 我国水资源比较丰富，约为27210亿m3， 居世界第六位。 目前用水量仅次于美国。 对44个城市水质调查: 地下水93.2%被污染，地表水100%污染.
一、天然水的基本特征 1、天然水的组成
天然水化学组成的形成过程 考虑岩石风化和土壤生成等有关过程。 风化过程 地壳中原生岩石是火成岩，经过风化作用、迁移和 沉积作用而成为沉积岩，沉积岩经地壳变迁可重新转入 大陆，也可再经变质岩转为火成岩，构成岩石循环。 水的关键作用 大气组成受到火山排出物的直接或间接影响，提供 CO2和氧化剂(O2)而参与化学转化过程。
亨利定律..\拉乌尔定律和亨利定律.ppt
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①气体分子在气液相两间的平衡--亨利定律
O2 ( g ) O2 (aq) X ( g ) X (aq) C X K X PX 一种气体在液体中的溶解度
正比于液体所接触的该种 气体的分压。
pH2O 0.0424 0.0562 0.0737 1 1 4 (×105Pa)
0.0958 0.1233 1.0130 1 0
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（3）气体在水中的溶解性 氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含
盐量有关。在1.0130×105Pa、25℃饱和水中溶解度为
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表3－3 水在不同温度下的分压
T(℃) 0 5 10 15 20 25
pH2O 0.0061 0.0087 0.0122 1 2 8 (×105Pa) T(℃) 30 35 40
0.0170 0.0233 0.0316 5 7 7 45 50 100
PCO2 =(Pa-PH2O) ×fCO2
=(1.013-0.0317) ×105 ×3.14 × 10-4 =30.8 (Pa) [CO2]=3.34×10-7×30.8=1.03×10-5 (mol/L) CO2在水中可部分离解，产生等浓度的H+和 HCO3H+和HCO3-的浓度可从CO2的酸离解常数计算
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利用亨利定律时的注意事项

在计算气体的溶解度时，需考虑水蒸气对气 体分压的影响 Px=(Pa-PH2O)×fx
Pa: 大气压； fX: 大气中气体的摩尔分数

亨利定律不能反应气体在溶液中的进一步的 化学反应，如CO2的溶解: CO2(g) CO2(aq) CO2(aq) +H2O H+HCO3+
第三章
重点转向
水环境化学
(1) 有毒难降解有机污染物的水环境行为和归趋模式方 面研究; (2) 金属存在形态与生物有效性及生物地球化学循环的 研究; (3) 饮用水资源的保护及地下水污染问题。
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第三章
水环境化学
教学要求: 1. 掌握天然水的组成和性质； 2. 掌握溶解和沉淀，氧化还原，配合作用及固液界面相互作用等基本化学原理在水环境化学 中的应用； 3. 掌握主要有毒难降解有机污染物的环境行为和 归趋模式的基本原理。
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态 一、天然水的基本特征
1、天然水的组成
天然水体中除水以外，还有其他各种物质； 根据它们在水中存在的状态不同，可将这些物 质分为三类。
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第一节 天然水的基本特征及污 染物的存在形态
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一、天然水的的基本特征
(1) 天然水中的主要离子组成
硬度 酸 H+ Ca2+、Mg2+ HCO3－、CO32－、OH－