第三章水的化学处理
第三章水环境化学水中无机污染物的迁移转化
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
④吸附和聚沉对污染物的影响
有人研究某入海河口铬、铜、汞的迁 移机制，测定了该河口底层水和表层底 泥中铬、铜、汞的含量及它们在底泥中 的富集系数(相对底层水)，发现多年来 该河口水中铬、铜、汞含量，基本稳定 在标准以下，而部分站位表层底泥中有 时出现超标的情况；而且在表层底泥中 铬、铜、汞的平均富集系数很大，分别 为980～1100、164～500、18～45，呈 现明显的富集能力，其中对铬尤为显著。
第二节 水中无机污染物的迁移转化
无机污染物主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作 用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行 迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环 过程，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造 成永久性的潜在危害。
实际上微量污染物在水体中的浓度和形态分布，在 很大程度上取决于水体中各类胶体的行为。胶体微粒 作为微量污染物的载体，它们的絮凝沉降、扩散迁移 等过程决定着污染物的去向和归宿。在天然水体中， 重金属在水相中含量极微，而主要富集于固相中，在 很大程度上与胶体的吸附作用有关。因此，胶体的吸 附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应 有重要影响。
27
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
②不同吸附剂对金属离子的吸附有较大
的差别
P.A.Krenkel和E.B.Shin等研究了各种天然 和人工合成的吸附剂对HgCl2的吸附作用， 其吸附能力大致顺序是：含硫的沉积物(还 原态的)＞商业去污剂(硅的混合物、活性 碳)＞三维黏土矿物(伊利石、蒙脱石)＞含 蛋白去污剂＞铁、锰氧化物及不含硫的天 然有机物＞不含硫但含胺的合成有机去污 剂、二维黏土矿物和细砂。
26
补充：胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的 影响
环境化学-第三章-第2节-水中无机污染物的迁移转化概述
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸量
A—常数
（p122 图3－4）
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4 沉积物中重金属的释放（p125）
沉积物中的重金属可能重新进入水体，这 是产生二次污染的主要原因。
碱金属和碱土金属离子可将吸附在颗粒 物表面的重金属离子置换出来，这是重金属 从颗粒物表面解吸的重要途径之一。
氧化还原条件的变化，使金属以水合离 子解吸。
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4 沉积物中重金属的释放（p125）
水环境pH值的降低，导致硫酸盐和氢 氧化物的溶解
废水中配合剂的含量增加，和重金属 形成稳定的可溶性配合物，使重金属 重新进入水体，以上几种途径都有可 能构成环境水体重金属的二次污染
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聚多胺，聚丙烯酰胺，阳离子型 （淀粉－二甲基二烯丙基氯化铵接枝 共聚物）, 两性絮凝剂等。
复合型絮凝剂
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三、沉淀和溶解
1. 金属氧化物和氢氧化物
M (OH )n (S ) M n nOH
KSP [M n ][OH ]n
[M
n
]
K SP [OH
]n
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将[Fe(OH)+] = 1.0×10-7 mol/L代入，
pH = 11.6
(2)
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pE – pH 图
Fe(OH)3(S) Fe2+的边界 Fe(OH)3(S) + 3H+ + e = Fe2+ + 3H2O
K
Re d Ox en
第三章第三节 工业废水处理方法
3.1 中和法
第三章 水污染及其防治
三、 药剂中和法
酸性废水的药剂中和法
药剂中和法投药量计算：
G Q C a K (kg / h)
式中： Q ——废水流量(m3/h) C ——废水中酸（碱）浓度(kg/m3) ——换算（比重1） a ——药剂单位理论耗量(kg/kg) α——药剂纯度或浓度(0.6-0.98) K ——反应不均匀系数(1.1-2.0)
3.1 中和法 二、 酸碱废水中和法
中和能力的计算
第三章 水污染及其防治
1）根据当量定律计算: Q1C1=Q2C2
Q-废水流量（m3/h），C-废水中酸/碱浓度（kg/m3）
2）等当点:在滴定分析中，用标准溶液对被测溶液进行滴定，当反 应达到完全时，两者以相等当量化合，这一点称为等当点。
3）等当点的pH
酸碱废水的危害： 1）破坏水体水质，影响水生动植物生存 2）排水管道、设施腐蚀破坏 3）影响污水处理效果（混凝，生物）
3.1 中和法
第三章 水污染及其防治
一、 概述
中和方法的分类
酸性废水的中和方法主要有：与碱性废水互相中和，药剂 中和，过滤中和。
碱性废水的中和方法主要有：与酸性废水互相中和以及药 剂中和。
3.1 中和法 三、 药剂中和法
碱性废水的药剂中和法
第三章 水污染及其防治
原理：向碱性废水投加酸性药剂，使废水的pH值降低的方法。
常采用的中和剂有硫酸、盐酸、硝酸以及锅炉烟道气（CO2、SO2） 等，还应尽可能使用一些工业废酸（工业硫酸）。
3.1 中和法
第三章 水污染及其防治
三、 药剂中和法
碱性废水的药剂中和法
第三章 水污染及其防治
3.3.3 臭氧氧化法
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：第三章 水环境化学 1
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
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——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
水处理I-第三章：水的化学处理
连续流中和池
水质水量变化不大，pH要求高时； 间歇式中和池 水质水量变化较大，无法保证出水pH要求；
§3 2.3 投药中和法；
I. 酸性废水的药剂中和处理
（1）酸性废水中和剂：石灰、石灰石、大理石、白云
石、碳酸钠、苛性钠、氧化镁等。常用者为石灰。
（2）中和反应 H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2O
2HNO3+Ca(OH)2=Ca(NO3)2+2H2O
2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2+2H2O 2H3PO4+3Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+6H2O 2CH2COOH+Ca(OH)2=Ca(CH2COO)2+2 H2O FeCl2+Ca(OH)2=Fe(OH)2+CaCl2
PbCl2+Ca(OH)2=Pb(OH)2+CaCl2
病毒（10nm-300nm）蛋白质（1nm-50nm）
腐殖酸
§3 1.1 混凝原理
（1）胶体结构（双电层结构）
A、电位离子层：胶核表面，吸附了一层带同号电
荷的离子； B、反离子层 ：电位离子层外吸附了电量与电位离 子层总电量相同，而电性相反的离子； 吸附层 扩散层
C、滑动面： 吸附层与扩散层的交界面； D、胶体的电动电位 ： 指胶粒与扩散层之间的电位差；
阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)(Cationic Polyacrylamide)
+
-
阴离子聚丙烯酰胺（APAM）(Anionic Polyacrylamide)
-+
淀粉类 ——土豆、玉米、小麦具有高含量淀粉
——直链淀粉的絮凝性能高于支链淀粉
第三章 研究与实践 了解水处理过程中的化学原理
研究与实践了解水处理过程中的化学原理研究目的通过查阅资料或现场参观等，了解水处理过程中所涉及的化学原理，认识水溶液中的离子反应与平衡在生产、生活中的应用，提高安全用水的意识，体会化学的价值。
材料阅读材料一水硬度的分类，一般来说水的硬度是暂时硬度和永久硬度的总和。
水的暂时硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，这种水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙或碳酸氢镁就会分解成不溶于水的碳酸钙和难溶于水的碳酸镁沉淀。
这些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度较高的水得到软化。
水的永久硬度则是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，永久硬度不能用加热的方法软化，一般有加入碳酸盐的沉淀法和离子交换法等。
材料二水垢(Water scale)俗称“水锈、水碱”，是指硬水煮沸后所含矿质附着在容器(如锅、壶等)内逐渐形成的白色块状或粉末状的物质，主要成分有碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁等。
水垢的导热能力很差，如果锅炉内形成的水垢过厚则会导致锅炉效率降低，重则会引起锅炉爆管造成锅炉事故。
水垢的处理方法有许多，如：酸除水垢。
如烧水壶有了水垢，可将几勺醋(或柠檬片)放入水中，煮沸浸泡一段时间，水垢即除。
如水垢中的主要成分是硫酸钙，则可将纯碱溶液倒在水壶里烧煮，再加酸即可去垢。
其他还有离子交换，专用清洁剂等。
材料三 水的化学处理法是通过化学反应来分离、去除废水中的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。
常见的化学处理法：混洗方法，如明矾净水。
沉淀法，硫化物沉淀含汞、镉等废水。
氧化还原法，如氰化物等处理。
电解法(下一章会介绍)、中和法、离子交换等方法。
1．加热煮沸可使暂时硬水软化，分析其化学原理。
答案 暂时硬水中含有Ca(HCO 3)2、Mg(HCO 3)2Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑Mg(HCO 3)2=====△MgCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑MgCO 3＋H 2O===Mg(OH)2＋CO 2↑沉淀析出后，水的硬度降低。
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第三章水的化学处理
一:名词解释:
混凝电动电位化学沉淀消毒折点氯化
二: 填空题:
1碱性废水处理时所用中和剂有_______和_______
2过滤中和所使用的中和滤池有普通中和滤池,_______________和__________
3混凝剂的种类较多,目前应用最广的是_______和_____________
4混凝沉淀的处理包括__________ __________ __________几个部分
5助凝剂有以下几类__________ _____________ __________
6化学混凝的设备包括:混凝剂的设备和_______ _____________和_____________
7药剂投入原水的形式可分为三种形式即_________ ___________和_________
8臭氧氧化反应设备可分为气泡式,_________和___________三种
9在废水处理中用的最多的药剂氧化法是________
10<生活饮用水卫生标准>规定:出厂水游离性余氯在接触30min后不应低于_______,在管网末梢不应低于__________
三:判断题:
1投加药剂中和法常用于酸性废水中( )
2 结晶氧化铝为无色透明晶体,易溶于水,也溶于乙醚,乙醇等有机溶剂,也溶于苯( )
3在澄清池内,可以同时完成混合,反应,沉淀分离等过程( )
4中和处理与PH值调节是同一概念.( )
5酸性污水中和处理中常用的中和剂是石灰.( )
6投加助凝剂的作用是减弱混凝效果,生成粗大结实易于沉降的絮凝体.( )
7化学氧化法常用的氧化剂臭氧,液氯,次氯酸钠,空气等.( )
8氯消毒与氯胺消毒的原理是一致的,且消毒效果一样.( )
四:简答题
1试述混凝的机理.及影响混凝的因数？
2混凝剂的投配流程.
3简述化学沉淀法的工艺过程.
4酸性废水中投药和法的优缺点
5酸碱废水中和处理的基本原理是什么?
6臭氧氧化法有那些优缺点?
五:计算
某地表水源的总碱度为0.2mmol/L.市售精制硫酸铝(含AL2O3约16%0,投加量28mmol/L.试估算石灰头投量(市售石灰纯度为50%).
六:识图
图中OM MA AB BP各表示什么?
答案:
一 名词解释
1混凝:就是在混凝剂的离解和水解产物作用下,使水中的胶体杂质和细小悬浮物脱稳,并聚结成可以与水分离的絮凝体的过程.
2电动电位:胶粒表面剩余电荷使滑动面和溶液主体之间有一个电位差.
3化学沉淀:向废水中投加某种化学物质,使它和其中某些溶解物质发生化学反应,生产难溶的盐或氢氧化物而沉淀下来,这种方法即化学沉淀.
4消毒:是指用某种方法杀死某种病原微生物的措施.
5折点氯化:加氯量超过折点需要量时称为折点氯化.
二 填空题
1盐酸 硫酸
2升流式膨胀中和滤池 滚筒式中和滤池
3铝盐 铁盐
4 投药 混合 反应及沉淀分离
5 PH 调整剂 氧化剂类 絮凝结构改良剂
6 投加设备 混合设备 反映设备
7 重力式 压力式 泵前吸入式
8水模式 水滴式
9氯氧化法
10 0.3 mg/L 0.05mg/L
三 判断题：
对 错 对 错 对 对 错 错
四 简答题：
1混凝的机理，主要有三方面，1压缩双电层作用 2吸附架桥作用 3网捕作用 主要影响因数：PH 值 水温 混凝剂的种类和投加量 水利条件的影响
2 混凝剂的投配流程：药剂 溶解池 溶液池 计量设备 投加设备 混合设备 反应设备
3 化学沉淀法的工艺过程包括:1)投加化学沉淀剂,与水中污染物反应,形成难溶的沉淀物余
氯
量
O M P
投氯量
而析出;2)通过凝,沉降,浮上,过滤,离心等方面进行固液分离;3)泥渣的处理和回收利用.
4 投药中和法的优点是:适用于任何浓度,性质的酸性废水;其对水质水量的波动适应强,中和剂利用率高,中和过程容易调节.缺点是:劳动条件差,药剂配制和投加设备多,基建投资大,泥渣多且脱水困难.
5 中和处理发生的主要反应是酸与碱生成盐和水的中和反应,在中和过程中,酸碱双方的当量恰好相等是称为中和反应的等当点.强酸强碱互相中和时,由于生成的强酸强碱盐不发生水解,因此等当点即中性点,溶液的pH值等于7.0.如中和的一方为弱酸或弱碱,由于中和过程所生成的盐的水解,尽管达到等当点,但溶液并非中性,pH值大小取决于所生成盐的水解度.
6 臭氧氧化法的主要优点是氧化能力强,对除臭,脱色,杀菌,去除无机物和有机物都有显著的效果,处理后废水中的臭氧易分解,不产生二次污染,一般也不产生污泥,设备操作运行方便.但缺点也是明显的,主要是臭氧发生装置造价高,臭氧生产产率低,臭氧氧化过程中臭氧利用率相对低,这样使得臭氧化造价高,处理成本也较高.
五计算题
解:投药量折合Al2O3为28*16%=4.48mg/L.
Al2O3分子量为102，故投药量为4.48/102=0.044mmol/L。
剩余碱度取0.37mmol/L，则得：
[CaO]=3*0.044—0.2+0.37=0.3mmol/L
CaO分子量为56，则市售石灰投加量为：0.3*56/0.5=33.6mg/L。
六识图题
OM段表示水中其他杂质消耗氧，余氯量为零；MA段表示氯与氨生成氯胺，有化合性余氯存在；AB段表示部分氯胺被投入的氯氧化为不起消毒作用的N2，NO，N2O等化合物。
BP表示此阶段已经没有杂质消耗氧，投加的氯全部成为余氯，消毒效果最好。