第三章 水体环境
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 KHCO 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 T C HCO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=31αT C CO ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=232αT C 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 --2、请导出总酸度、CO2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。
第三章水环境化学3
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、Be 优先污染物 (Priority pollutants)“黑名单”
CO 2 3
(1 [H ]2 [H ])1
2
C
KK K
T
12
2
[H2CO3*]= CT0 [HCO3-] = CT1 [CO32-] = CT2 以上为封闭体系，未考虑溶解性CO2与大气的交换， CT不变，其余各浓度变化。
开放体系 考虑到CO2在气-液相之间的平衡，[H2CO3*] 不变。
如藻类（Algae)的生成和分解
106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H++ (痕量元素) (Respiration) R↑↓P (Photosynthesis) C106H263O110N16P + 138 O2
利用太阳能从无机矿物合成有机物的生物体称为生产者，水 体产生生物体的能力称为生产率，生产率是由化学及物理的 因素相结合而决定的。 在高生产率的水体中藻类生产旺盛， 死藻的分解引起水中溶解氧水平的降低，这就是水体的富营 养化。
二、 水中污染物的分布及存在形式
Eight types of pollutants：
耗氧类污染物
致病污染物 植物营养物 无机及矿物质
美国 学者
合成有机物
沉积物
放射性污染物
热污染
1. 有机颗粒物
农药(Pesticides)
有机氯—难化学和生物降解，低水溶性，高辛醇-水分配系数， 易沉积到有机质和生物脂肪之中，如食物链积累。
化学需氧量（COD-Chemical Oxygen Demand ）
90第三章水环境质量评价PPT课件
清洁 微污染 轻污染
中度 污染
5.0~10 重污染
10~100
严重 污染
>100
极严重 污染
25
◆ 南京水域质量综合指数（I水）
① 评价参数：酚、氰化物、砷、汞、铬。
② 评价标准：地面水中污染物最高允许浓度(地面水质量标准)
③ 评价模式： I水1/nWiPi Pi Ci /Si Wi 1
④ 质量等级的划分：
I水值 <0.2 0.2~0.4 0.4~0.7 0.7~1.0 1.0~2.0 >2.0
级别 清洁 尚清洁 轻污染 中污染 重污染 严重污染
分类依据 多数项目未检出，个别项目检出，也在标准内
检出值均在标准内，个别指接近标准 有一项检出值超过标准 由1~2项检出值超过标准
全部或相当部分监测项目检出值超过标准 相当部分监测项目检出值超过标准1倍到数倍26
式中 ：PI——j类水用途指数；
Ci ——污染物的实测浓度； Si——污染物对应类水用途的标准。
3
3)整个水体评价： PI WjPIj
21
i1
4)评价等级的划分的说明
5）优缺点
优点：世界上首次按用途对水进行评价划分并 建立了一套专用的评价标准； 评价模式中既考虑了平均状况，又考 虑了个别极端状况（max值）
I0
n
i1
1nCTiK i i 12i 21xi
式中 ：Ci——五毒的实测浓度；Ti——标准；
Ki——污染率/超标率
Ki的作用：A削减偶然数据的影响
B有利于反应时间空间分布
28
I0
n
i1
1nCTiK i i 12i 21xi
Xi——COD、DO的评分 <4 x=1 4—8 x=2
环境监测 第3章 水体监测-1.
2010年赤潮灾害损失统计
省（自治区、 直辖市） 发生 时间 发生 海域 最大面积 赤潮优势种 （平方公里） 直接经济 损失 （万元） 500
7月24日-30日 河北省 5月-6月 浙江省 福建省 5月6日-29日 6月13日-16日 —
水的循环：自然循环、社会循环
自然循环：自然界的水并非静止，它始终处于
不断的循环之中。
社会循环：社会循环是指人类社会为了满足生
活和生产的需求，从各种天然水中取用大量的
水，经使用后排入天然水体，在人类社会中构
成了一个局部的循环。
（二）水体污染（water pollution ） 水体污染：由于水是一种良好的溶剂，它是流动 性又很大，因此，在自然 循环和社会循环中，每 一个环节都会有各种杂质混入和溶入，使自然界几
（一）水体
水体：地表被水覆盖地段的自然综合体。（水 相、固相和生物相）。
水质监测就是水体质量监测。而水体不仅包括水， 而且还包括水中共存的悬浮物、底质和水生生物 等。因此，水质监测及评价应该包括水相（水、 水溶液）、固相（悬浮物、底质）和生物相，才 能得出全面、正确的结论。
水资源
我国地表水年径流量为 27210 亿 m3，居世界第六位。而按照人均年径 流量计，只相当于世界人均占有量的 1/4，排第84位。 可利用1%
水体的污染——水环境质量
海水中的主要污染物依然是无机氮、活性磷酸盐和
石油类。 局部海域沉积物受到重金属、石油类污染。 部分贝类体内污染物残留水平依然较高。
滦
北京市
营口市
河
辽
河
秦皇岛市
渤
丹东市
鸭 江绿
中
国
湾 海 峡
台
台 湾
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)
2024年高考地理考前速背【必修一】核心知识点：第三单元水环境(上海专用)
地理高考考前速背【必修一】第三单元水环境核心知识点主题7自然界的水循环1.水圈的主体是海洋水，淡水的主体是冰川。
目前人类使用的淡水资源主要来自河流水、淡水湖泊水、浅层地下淡水。
人类可以通过咸水淡化技术获得淡水，以增加缺水地区的水资源来源，但咸水淡化能源消耗大、资金需求多，目前未能广泛使用。
2.以下水体更新周期由短到长的依次是河流、湖泊、地下水、冰川、海洋。
一旦人类使用水资源的速度超过补充、更新速度，产生水资源紧缺问题（或：威胁水资源安全）。
3.三类水循环中，外流河、外流湖参与海陆间循环，内流河、内流湖参与陆地内循环，未登陆的台风（飓风）参与海上内循环。
4.迎岸风（指来自海洋的风，如季风区的夏季风、中纬大陆西岸的西风、低纬大陆东岸的信风等）属于水循环中的水汽输送环节，其意义是给沿海地区带来丰富的降水，陆地水资源不断得到补充、更新，吸引人口、经济活动集聚。
5.参与流水地貌、喀斯特地貌、黄土地貌、冰川地貌、水土流失、泥石流等形成的主要是水循环中的地表径流环节。
6.修建水库、跨流域调水等，主要改变了水循环中的地表径流环节。
【拓展】跨流域调水的利、弊——以澳大利亚雪山调水工程为例①.澳大利亚建设雪山调水工程的原因是东南沿海以雪山山脉为界，东坡为迎风坡，降水多，水资源丰富；西坡为背风坡，气候干旱，水资源少，但多灌溉农业区，需水量大，水资源紧缺。
②.建设雪山调水工程需要克服的困难有输水管需要开凿隧道穿过雪山山脉，山地地形地质复杂，施工困难，修建成本高。
③.评价雪山调水工程的利弊。
利:缓解西部地区水资源紧缺状况，利于灌溉农业发展，并获得水电开发等综合效益，促进经济发展。
弊：改变东部河流的流向，使东部地区入海径流量减少，河口地区湿地减少，导致生物多样性减少、海水入侵等环境问题；西部地区因过度发展灌溉农业，可能会加剧土壤盐碱化问题。
7. 导致地表水下渗量大的因素可能有地势平坦，植被覆盖率高、水面面积大、土质疏松（砂土、壤土）。
水体环境.ppt
生物积累：bioaccumulation，生物从周围环境中蓄积
某些元素或难分解的化合物，以致随着生长发育，浓缩 系数不断增大的现象
生物放大：biomagnification，指生态系统中，某中元
素或难分解化合物在生物机体中的浓度随营养级的提高 而逐步增大的现象
第四节 水体污染与自净
二、水体自净 受污染水体经过水中物理、化学与生物作 用，使污染物浓度降低，并逐步恢复到污 染前的水平。 什么时间开始？
四、湖水的营养化程度
在湖泊水体中，凡生产者、还原者、消费者达到生
地下水等。 对水体中藻类来说，营养物质指的是那些促
进其生长或修复其组织的能源性物质，按原生 质的合成反应式可见，关键性的营养物质是磷 和
三、水体中氮磷营养的转化
1. 含氮化合物的转化 （1）硝化及亚硝化 Vc被证明能使NO2-还原为NO，从而降低
其浓度以阻断亚硝胺的生成。因此多吃新 鲜蔬菜、水果，增加Vc摄入量，对防止亚 硝胺的形成有一定的作用。 （2）反硝化及脱氮作用 （3）化学脱氮
环境化学课件第三章 水环境化学
水危机产生的原因 The causes of water crisis
1.自然条件的影响：
●淡水在地球上分布不均 ●气候变化的影响
2.城市与工业区集中发展
●世界人口趋向于集中在地球较小部分 的城镇和城市：
41.6%人口集中于占0.3的土地面积的城镇
●城市及其周围大量建设工业区，集中 用水量很大，超过当地水资源的供水能力
电离度：很小。是真正的中性物质，并能同时提供微量的H+
和OH-，有利于维持生物体的酸碱平衡。
透明度：相当地大。对红外和紫外的辐射能吸收大，对可见
光的选择吸收比较小，既是无色的又透明度大，这种特征 性的吸收，能保护浮游生物不受紫外线的伤害。
热传导：所有液体中最高（汞除外）。在活细胞里小尺度范
围内有重要作用，其分子热传导过程远不如涡动热传导过 程剧烈。
③破坏了水中固有的生态系统； ④破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的 作用
地球上水的总储量约为1.38×109km3，海洋占97.41%，覆盖了地 球表面积的71%，地球因而表现为漂亮的蔚蓝色星球。淡水占总水 量的2.59%，而其中大约70%以上以固态储存在极地和高山上，只 有不到30%的淡水资源存在于地下、湖泊、土壤、河流、大气等之 中。水圈的上限算到对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。
生成热 （千焦/摩）
6.02 -286.26
H2O (-95) (推测)
H2S -85.2
(-80) (2.58） (12.55) (2.09) (-8.56)
-60.3 1.10
18.66
2.38 -22.02
H2Se -65.7
-41.3 0.40
19.33
2.51 -66.14
环境学概论 3水体污染
③总有机碳量（TOC）：水中溶解性和 悬浮性有机物中存在的全部碳量 ④ 总需氧量（TOD）：当有机物全部被 氧化时，碳被氧化为二氧化碳，而氢、 氮、硫则被氧化为水、一氧化氮和二氧 化硫等。此时氧化所需的氧量称为总需 氧量。 • 在水质状况基本相同的情况下，BOD5与 TOC或TOD之间存在一定的相关关系。 通过实验建立相关，则可快速测定出 TOC，从而推算出其他有机物污染指标。
• 用BOD、DO两组方程式来表达水质变化。则 S-P模型的基本形式：
dL k1 L dt dc k1 L k2 (cs c ) dt
这两个方程式是耦合的。当取边界条件时
L 0
• 可得解析解为
L L0e k1 L0 k1t k2t k2t C C ( e e ) ( C C ) e s s 0 k2 k1
（一）河流 • 污染程度随径流量变化 • 污染扩散快 • 污染影响大 （二）湖泊（水库） • 污染来源广、途径多、类型复杂 • 污染稀释和搬运能力弱 • 生物降解和累积能力强
（三）地下水 • 污染来源广泛 • 污染难于治理 • 污染危害严重 （四）海洋 • 污染源多而复杂 • 污染持续性强 • 污染扩散范围大
• 常用的表示耗氧有机物污染的指标有： ① 化学耗氧量（COD）：在规定条件下， 使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用氧 化剂的量。常用的氧化剂K2Cr2O7、 KMnO4。 2K2Cr2O7+3C+8H2SO4→ 2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2+8H2O ② 生化需氧量（BOD）：指在好气条件下， 微生物分解水体中有机物质的生物化学过 程中所需溶解氧的量，是反映水体中有机 污染程度的综合指标之一