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1、第三章水环境化学第三章水环境化学第三章水环境化学第三章水环境化学第1页，共114页，编辑于2022年，星期二海洋水海洋水湖泊咸水和地下咸水湖泊咸水和地下咸水淡水淡水 1.74%1.74%0.03%0.03%0.76%0.76%冰川冰川地下淡水地下淡水其他淡水其他淡水96.5396.53%0.94%0.94%2.53%2.53%永冻土底冰永冻土底冰湖泊淡水湖泊淡水土壤水土壤水大气水大气水沼泽水沼泽水河水河水生物水生物水各种水体所占比例：各种水体所占比例：一、水资源状况一、水资源状况一、水资源状况一、水资源状况第一节第一节第一节第一节 天然水的基本特征天然水的基本特征天然水的基本特征天然水的基本特
2、征第2页，共114页，编辑于2022年，星期二数量特点数量特点:总量大、人均少总量大、人均少空间分布空间分布:南多北少、东多西少；北方、西南多北少、东多西少；北方、西 北干旱地区严重缺水；北干旱地区严重缺水；时间分配时间分配:夏秋多、冬春少；年际变化大夏秋多、冬春少；年际变化大第3页，共114页，编辑于2022年，星期二二、合理利用和保护水资源二、合理利用和保护水资源第4页，共114页，编辑于2022年，星期二1 1：构成水循环的主要过程：构成水循环的主要过程：蒸发、蒸腾、凝结、降水、渗透、径流蒸发、蒸腾、凝结、降水、渗透、径流2 2：水循环的驱动力：水循环的驱动力：太阳能太阳能 三、水循环三
3、、水循环蒸发蒸发水汽输送水汽输送10%地表径流地表径流地表蒸发地表蒸发降水降水地下径流地下径流降水降水90%第5页，共114页，编辑于2022年，星期二水体的定义水体的定义在水污染化学中，水体指河流、湖泊、沼泽、水库、地在水污染化学中，水体指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等贮水体的总称。下水、冰川、海洋等贮水体的总称。四、天然水的组成四、天然水的组成分散颗粒溶解物胶体悬浮物颗 粒 大 小（nm)1000外观 透明光照下浑浊肉眼可见分类分类存在于水中的物质，按他们在水的存在状态可分为三类：悬存在于水中的物质，按他们在水的存在状态可分为三类：悬浮物、胶体和溶解物质。浮物、胶体和溶解物质
4、。第6页，共114页，编辑于2022年，星期二溶解在天然水中的物质溶解在天然水中的物质1 1、主要离子、主要离子主要阳离子有主要阳离子有:Ca Ca2+2+、MgMg2+2+、NaNa+、K K+。主要阴离子有：主要阴离子有：Cl Cl-、SOSO4 42-2-、HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-。这八种离子可占水中溶解固体总量的这八种离子可占水中溶解固体总量的95%95%99%99%以上。以上。陆地水中下列成分的含量顺序一般为：陆地水中下列成分的含量顺序一般为：HCO HCO3 3-SOSO4 42-2-ClCl-，CaCa2+2+NaNa+MgMg2+2+海水中相应的含量顺序为：
5、海水中相应的含量顺序为：Cl Cl-SOSO4 42-2-HCOHCO3 3-，NaNa+MgMg2+2+CaCa2+2+。第7页，共114页，编辑于2022年，星期二2 2 2 2、微量元素、微量元素、微量元素、微量元素AsAsAsAs、CdCdCdCd、HgHgHgHg、NiNiNiNi、PbPbPbPb、SbSbSbSb、SnSnSnSn、ZnZnZnZn、MnMnMnMn、CuCuCuCu等。等。等。等。4 4、有机物质、有机物质 非腐殖质、腐殖质非腐殖质、腐殖质 5 5 5 5、溶解气体、溶解气体、溶解气体、溶解气体3 3、营养物质、营养物质N N、P P、SiSi、MnMn、FeF
6、e、CuCu等等第8页，共114页，编辑于2022年，星期二五、天然水体的性质五、天然水体的性质1：碳酸平衡：碳酸平衡第9页，共114页，编辑于2022年，星期二2 2 2 2：封闭碳酸体系（碳酸体系各形态的比例分布图）：封闭碳酸体系（碳酸体系各形态的比例分布图）：封闭碳酸体系（碳酸体系各形态的比例分布图）：封闭碳酸体系（碳酸体系各形态的比例分布图）第10页，共114页，编辑于2022年，星期二HCO3-pH=1/2(pKc1+pkc2)CO32-pHpKc2HCO3-=CO32-pH=pKc2H2CO3*=HCO3-pH=pKc1H2CO3*pHpKc1结论：结论：问：显然，三种形态的浓度比
7、例与什么有关？问：显然，三种形态的浓度比例与什么有关？作作pH图图pKc1pKc2第11页，共114页，编辑于2022年，星期二3 3 3 3：开放碳酸体系：开放碳酸体系：开放碳酸体系：开放碳酸体系第12页，共114页，编辑于2022年，星期二=-21.6+2pH=-21.6+2pH=-21.6+2pH=-21.6+2pH第13页，共114页，编辑于2022年，星期二pH10.3CO32-占优势占优势pH=610，HCO3-占优势占优势CT=H2CO3*+HCO3-+CO32-随随pH升高而增加。升高而增加。由以上方程式作由以上方程式作由以上方程式作由以上方程式作lgcpHlgcpHlgcpH
8、lgcpH图可看出图可看出图可看出图可看出第14页，共114页，编辑于2022年，星期二封闭体系与开放体系比较：封闭体系与开放体系比较：封闭体系与开放体系比较：封闭体系与开放体系比较：封闭体系：封闭体系：封闭体系：封闭体系：（1）CT（总的碳酸量）不变（总的碳酸量）不变（2）H2CO3*、HCO3-、CO32-随随pH而变。而变。开放体系：开放体系：开放体系：开放体系：（1）H2CO3*总保持与大气相平衡的固定数值。总保持与大气相平衡的固定数值。（2）CT、HCO3-、CO32-随随pH的改变而变。的改变而变。在在天天然然条条件件下下，开开放放体体系系是是实实际际存存在在的的，而而封封闭闭体体
9、系系是是计计算算短短时时间间溶溶液液组组成成的的一一种种方方法法，即即把把其其看看作作是是开开放放体体系系趋趋向向平衡过程中的一个微小阶段。平衡过程中的一个微小阶段。第15页，共114页，编辑于2022年，星期二 例例题题：若若纯纯空空气气与与2525的的纯纯水水达达到到平平衡衡时时，水水中中COCO2 2、HCOHCO3 3-和和H H+的的浓浓度度各为多少？各为多少？（已已知知，2525时时，干干燥燥空空气气中中COCO2 2的的浓浓度度为为3301033010-6-6（v/vv/v），水水的的蒸蒸汽汽压压为为0.0313atm,CO0.0313atm,CO2 2的亨利常数：的亨利常数：K
10、 KHCHC=3.3610=3.3610-7-7molLmolL-1-1PaPa-1-1)解：解：Pco2=(1.0000-0.0313)33010-6=3.2010-4(atm)=3.2010-41.013105=32.42(Pa)CO2(aq)=KHCPco2=3.3610-732.42=1.08910-5（mol/L)第16页，共114页，编辑于2022年，星期二CO2在在水水中中离离解解部部分分可可产产生生等等浓浓度度的的H+和和HCO3-。H+及及HCO3-可可从从CO2的酸离解常数的酸离解常数Kcl计算出：计算出：结论：（结论：（结论：（结论：（1 1）COCO2 2（aq)=1.
11、08910aq)=1.08910-5-5（mol/L)mol/L)（2 2）HCOHCO3 3-=2.210=2.210-6-6（mol/L)mol/L)（3 3）pH=5.65pH=5.65第17页，共114页，编辑于2022年，星期二六、碱度和酸度六、碱度和酸度六、碱度和酸度六、碱度和酸度（一）碱度（一）碱度（Alkalinity)1.定义定义：在水中能与强酸发生中和作用的全部物：在水中能与强酸发生中和作用的全部物质，也就是能接受质，也就是能接受H+物质总量。物质总量。2.构成天然水碱度的物质：构成天然水碱度的物质：（1）强碱类：）强碱类：NaOH、Ca(OH)2等。等。（2）弱碱类：）弱
12、碱类：NH3、苯胺等。、苯胺等。（3）强碱弱酸类：）强碱弱酸类：CO32-、HCO3-、BO3-、SiO32-第18页，共114页，编辑于2022年，星期二在在在在测测测测定定定定已已已已知知知知体体体体积积积积水水水水样样样样总总总总碱碱碱碱度度度度时时时时，可可可可用用用用一一一一个个个个强强强强酸酸酸酸标标标标准准准准溶溶溶溶液液液液滴滴滴滴定定定定，用用用用甲甲甲甲基基基基橙橙橙橙为为为为指指指指示示示示剂剂剂剂，当当当当溶溶溶溶液液液液由由由由黄黄黄黄色色色色变变变变成成成成橙橙橙橙红红红红色色色色(pH(pH(pH(pH约约约约4.3)4.3)4.3)4.3)，停停停停止止止止滴滴
13、滴滴定定定定，此此此此时时时时所所所所得得得得的的的的结结结结果果果果称称称称为为为为总总总总碱碱碱碱度度度度，也称为甲基橙碱度。其化学反应的计量关系式如下：也称为甲基橙碱度。其化学反应的计量关系式如下：也称为甲基橙碱度。其化学反应的计量关系式如下：也称为甲基橙碱度。其化学反应的计量关系式如下：总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+OH-H+，(单位单位molH+/L)第19页，共114页，编辑于2022年，星期二酚酞碱度酚酞碱度=CO32-+OH-H2CO3*-H+苛性碱度苛性碱度=OH-HCO3-2H2CO3*-H+如如果果用用总总碳碳酸酸量量CT和和相相应应的的分分布布系系数数 来来表
14、表示示H2CO3*CT 0，HCO3-CT 1和和CO32-CT 2，则有：，则有：以酚酞作指示剂以酚酞作指示剂总碱度总碱度=CT（12 2）Kw/H+-H+酚酞碱度酚酞碱度=CT（2-0）Kw/H+-H+苛性碱度苛性碱度=-CT（12 0）Kw/H+-H+第20页，共114页，编辑于2022年，星期二3.3.碱度的测定：碱度的测定：碱度的测定：碱度的测定：（原理（原理（原理（原理:中和滴定法，根据消耗的酸量求出）中和滴定法，根据消耗的酸量求出）中和滴定法，根据消耗的酸量求出）中和滴定法，根据消耗的酸量求出）式中：式中：Vs水样体积）水样体积）(mL)cHCl浓度（浓度（mol/L)VHCl体
15、积（体积（mL）思考：碱度和碱性的区别思考：碱度和碱性的区别思考：碱度和碱性的区别思考：碱度和碱性的区别第21页，共114页，编辑于2022年，星期二 例如例如例如例如:若一个天然水的若一个天然水的若一个天然水的若一个天然水的pHpH为为为为7.07.0，碱度为，碱度为，碱度为，碱度为1.4mmo1/l1.4mmo1/l，求需，求需，求需，求需加多少酸才能把水体的加多少酸才能把水体的加多少酸才能把水体的加多少酸才能把水体的pHpH降低到降低到降低到降低到6.06.0。令令令令第22页，共114页，编辑于2022年，星期二第23页，共114页，编辑于2022年，星期二（1）已已 知知 温温 度度
16、 为为 25天天 然然 水水，pH=7.0，总总 碱碱 度度Alk=1.0010-3（molH+/L),求求碳碳酸酸盐盐系系统统中中各各物物类类的的浓浓度值。度值。CO2?HCO3-?CO32-?碱度和碳酸盐的平衡碱度和碳酸盐的平衡碱度和碳酸盐的平衡碱度和碳酸盐的平衡第24页，共114页，编辑于2022年，星期二（2 2）当）当pH=10.0pH=10.0，总碱度，总碱度Alk=1.0010Alk=1.0010-3-3（molHmolH+/L),/L),碳酸碳酸盐系统中各物类的浓度值（盐系统中各物类的浓度值（COCO2 2?HCO?HCO3 3-?CO?CO3 32-2-）为多少）为多少?第2
17、5页，共114页，编辑于2022年，星期二 表层水光合作用后，表层水光合作用后，pHpH但碱度不变。但碱度不变。此此结结果果表表明明，含含有有一一定定碱碱度度的的天天然然水水在在发发生生光光合合作作用用时时，水水的的pHpH值值上上升升并并有有相相当当数数量量的的无无机机碳碳转转化化为为生生物物量量，所所以以碱碱度度可可被被看看作作为为水水体体肥肥力力（因因而而也也是是水水生生生生物物繁殖能力）的一种近似量度。繁殖能力）的一种近似量度。结论：结论：pHpH，意味着产生更多的生物量。，意味着产生更多的生物量。高碱度的水就有高浓度的无机碳，所高碱度的水就有高浓度的无机碳，所 以碱度高比碱度低能产生
18、更多的生物物质。以碱度高比碱度低能产生更多的生物物质。碱度被生物学家用作肥力的一种近似量度。碱度被生物学家用作肥力的一种近似量度。第26页，共114页，编辑于2022年，星期二6.6.6.6.测定碱度的意义测定碱度的意义测定碱度的意义测定碱度的意义 （1 1）在水处理过程中很重要。）在水处理过程中很重要。Al(H Al(H2 2O)O)6 63+3+3 OH+3 OH-Al(OH)Al(OH)3 3(s)+6H(s)+6H2 2O O 水水中中一一定定的的碱碱度度，有有利利于于高高价价金金属属离离子子在在水水中中生生成成凝凝胶状的氢氧化铝而使水净化。胶状的氢氧化铝而使水净化。（2 2）防防止止
19、管管道道等等设设备备受受腐腐蚀蚀。若若碱碱度度低低，则则城城市市水水供供给给系系统统的的管管道道等等设设备备易易受受腐腐蚀蚀，所所以以，在在水水处处理理时，需增加碱度，以防止水过度酸化。时，需增加碱度，以防止水过度酸化。（3 3）高高碱碱度度的的水水，不不适适宜宜用用于于锅锅炉炉、食食品品加加工工和和城城市供水系统。市供水系统。第27页，共114页，编辑于2022年，星期二 1.1.定定义义：指指水水样样中中除除水水分分子子外外所所含含物物质质的的种种类类和和数量。数量。2.2.分类分类分分为为四四类类：物物理理指指标标、化化学学指指标标、生生物物指指标标和和放放射射性性指标。指标。七、水质指
20、标七、水质指标七、水质指标七、水质指标A A：物理指标：温度，嗅和味，色度，浊度，悬浮物：物理指标：温度，嗅和味，色度，浊度，悬浮物B B：化学指标：化学指标：EhEh，pHpH，硬度，酸度和碱度，硬度，酸度和碱度第28页，共114页，编辑于2022年，星期二C C：与水体中有机污染物相关的水质指标与水体中有机污染物相关的水质指标与水体中有机污染物相关的水质指标与水体中有机污染物相关的水质指标2)：生物化学需氧量生物化学需氧量（BOD，BiochemicalOxygenDemand）表示在有氧的情况下，由于微生物（主要是细菌）的活表示在有氧的情况下，由于微生物（主要是细菌）的活动，可降解的有机
21、物稳定化所需的氧量。动，可降解的有机物稳定化所需的氧量。3)：化学需氧量化学需氧量（COD，ChemicalOxygenDemand）表示利用化学氧化剂氧化有机物等所需的氧量。表示利用化学氧化剂氧化有机物等所需的氧量。4)：总需氧量总需氧量（TOD,TotalOxygenDemand）表示在高温下（表示在高温下（900）燃烧化合物而耗去的氧量。）燃烧化合物而耗去的氧量。1)：溶解氧（溶解氧（溶解氧（溶解氧（DODODODO）第29页，共114页，编辑于2022年，星期二5)5)：总有机碳总有机碳（TOC Total Organic CarbonTOC Total Organic Carbon）
22、将水样在高温下燃烧，有机碳即氧化成将水样在高温下燃烧，有机碳即氧化成COCO2 2，量测所产生的，量测所产生的COCO2 2量，即可求出水样的量，即可求出水样的TOCTOC。6)6)：理论需氧量理论需氧量（ThOD Theoretical Oxygen DemandThOD Theoretical Oxygen Demand）对单一化合物，从理论上计算彻底氧化为对单一化合物，从理论上计算彻底氧化为COCO2 2和水所需要的氧量。和水所需要的氧量。耗氧参数的数值关系：耗氧参数的数值关系：ThODTODCODThODTODCODcrcrCODCODMnMnBODBOD5 5 第30页，共114页，
23、编辑于2022年，星期二八八 水体富营养化水体富营养化 1 1、什么是水质富营养化、什么是水质富营养化 通通常常是是指指湖湖泊泊、水水库库和和海海湾湾等等封封闭闭性性或或半半封封闭闭性性水水体体，由由于于生生物物营营养养元元素素的的增增加加，促促进进了了藻藻类类等等浮游生物的异常增殖，使水质恶化的过程。浮游生物的异常增殖，使水质恶化的过程。第31页，共114页，编辑于2022年，星期二2 2 2 2、水体富营养化的危害、水体富营养化的危害、水体富营养化的危害、水体富营养化的危害1.1.消耗水体的消耗水体的DODO2.2.向水体释放有毒物质向水体释放有毒物质3.3.破坏水体生态平衡破坏水体生态平
24、衡4.4.使水味腥臭难闻使水味腥臭难闻5.5.降低水的透明度降低水的透明度6.6.增加制水成本增加制水成本7.7.使湖泊死亡，水体消失使湖泊死亡，水体消失第32页，共114页，编辑于2022年，星期二3 3、营养状况指标、营养状况指标总磷，总氮，叶绿素总磷，总氮，叶绿素a a，透明度，透明度,BOD,BOD5 5，CODcrCODcr4 4、水体中营养物质的来源、水体中营养物质的来源1 1：生活污水：生活污水2 2：农业污水：农业污水3 3：工业污水：工业污水4 4：雨：雨 水水第33页，共114页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 水中污染物的分布和存在形态水中污染物的分布和存在形态 水
25、水体体污污染染(water(water body body pollution)pollution)：主主要要是是由由于于人人类类活活动动排排放放的的污污染染物物进进入入河河流流、湖湖泊泊、海海洋洋或或地地下下水水等等水水体体，使使水水和和水水体体底底泥泥的的物物理理、化化学学性性质质或或生生物物群群落落组组成成发发生生变变化化，从从而而降降低低了了水水体体的的使使用用价价值值，这这种种现现象象称称为为水水体体污污染染。一、水体污染与自净一、水体污染与自净第34页，共114页，编辑于2022年，星期二水体自净作用可分为三类：水体自净作用可分为三类：1.1.物理自净物理自净2.2.化学自净化学自
26、净3.3.生物自净生物自净 水水体体自自净净(self-purification(self-purification of of water water body)body)是是指指受受污污染染的的水水体体由由于于物物理理、化化学学、生生物物等等方方面面的的作作用用，使使污污染染物物浓浓度度逐逐渐渐降降低低，经经一一段段时时间间后后恢恢复复到到受受污污染染前前的的状态。状态。第35页，共114页，编辑于2022年，星期二二、水体中的污染物二、水体中的污染物病原体污染物病原体污染物耗氧污染物耗氧污染物 植物营养物植物营养物石油类污染物石油类污染物放射性物质放射性物质酸、碱、盐无机污染物酸、碱、盐
27、无机污染物 热污染热污染 第36页，共114页，编辑于2022年，星期二 有毒污染物有毒污染物 (1)(1)重金属重金属 (2)(2)无机阴离子无机阴离子 (3)(3)有机农药、多氯联苯有机农药、多氯联苯 (4)(4)致癌物质致癌物质 (5)(5)一般有机物质一般有机物质 第37页，共114页，编辑于2022年，星期二三、水体中的污染物的运动过程三、水体中的污染物的运动过程5.5.5.5.富集过程富集过程富集过程富集过程物理化学物理化学物理化学物理化学生物生物生物生物吸附吸附吸附吸附 共沉淀共沉淀共沉淀共沉淀 离子交换离子交换离子交换离子交换凝聚沉淀凝聚沉淀凝聚沉淀凝聚沉淀至海底至海底至海底至
28、海底鱼鱼鱼鱼浮游生物浮游生物浮游生物浮游生物藻类藻类藻类藻类人类人类人类人类鱼鱼鱼鱼大气降落物大气降落物大气降落物大气降落物1.1.1.1.稀释、扩散过程稀释、扩散过程稀释、扩散过程稀释、扩散过程2.2.2.2.生物等活动过程生物等活动过程生物等活动过程生物等活动过程3.3.3.3.转化过程转化过程转化过程转化过程4.4.4.4.停留过程停留过程停留过程停留过程海洋海洋污水排入污水排入污水排入污水排入第38页，共114页，编辑于2022年，星期二四、水体污染对人体健康的影响四、水体污染对人体健康的影响 v 引起急性和慢性中毒。引起急性和慢性中毒。v 致癌作用。致癌作用。v 发生以水为媒介的传染
29、病。发生以水为媒介的传染病。v 间接影响。间接影响。水体污染既可严重危害生态系统，还可造成水体污染既可严重危害生态系统，还可造成严重的经济损失。严重的经济损失。第39页，共114页，编辑于2022年，星期二一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移二、水中颗粒物的凝聚二、水中颗粒物的凝聚二、水中颗粒物的凝聚二、水中颗粒物的凝聚三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀四、氧化和还原四、氧化和还原四、氧化和还原四、氧化和还原五、配合作用五、配合作用五、配合作用五、配合作用第三节第三节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移
30、转化第40页，共114页，编辑于2022年，星期二1.1.重金属污染的特点重金属污染的特点重金属污染的特点重金属污染的特点(1)天然水中的微量重金属就可产生毒性效应。天然水中的微量重金属就可产生毒性效应。(2)某某些些重重金金属属元元素素可可在在微微生生物物作作用用下下转转化化为为金金属属有机化合物，产生更大的毒性。有机化合物，产生更大的毒性。(3)(3)生物体对重金属有富集作用生物体对重金属有富集作用生物体对重金属有富集作用生物体对重金属有富集作用。(4)重重金金属属可可通通过过食食物物、饮饮水水、呼呼吸吸等等多多种种途途径径进入人体，从而对人体健康产生不利的影响。进入人体，从而对人体健康产
31、生不利的影响。一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移第41页，共114页，编辑于2022年，星期二2.2.水体中重金属的迁移水体中重金属的迁移水体中重金属的迁移水体中重金属的迁移(1)机械迁移机械迁移(2)物理化学迁移物理化学迁移(3)生物迁移生物迁移3.水体中水体中颗粒物颗粒物颗粒物颗粒物的种类的种类(1)粘土矿物粘土矿物(2)金属水合氧化物金属水合氧化物(3)腐殖质腐殖质第42页，共114页，编辑于2022年，星期二v元素组成：元素组成：COHNS%45-5530-453-61-50-1v主要官能团：主要官能团：羟基羟基-OH、酚羟
32、基、酚羟基Ar-OH、羧基羧基-COOH、羰基、羰基C=O第43页，共114页，编辑于2022年，星期二v结构特点：结构特点：以碳链为骨架，以碳链为骨架，为交联基团；为交联基团；含氢键，带有很多会氧功能基；含氢键，带有很多会氧功能基；分子量大；分子量大；分子内多处带有电荷，高度极性；分子内多处带有电荷，高度极性；分子内含的芳香核部分不易发生化学降解和生物降解。分子内含的芳香核部分不易发生化学降解和生物降解。v有代表性的螯合方式：有代表性的螯合方式：第44页，共114页，编辑于2022年，星期二4.4.水环境中颗粒物的吸附作用水环境中颗粒物的吸附作用水环境中颗粒物的吸附作用水环境中颗粒物的吸附作
33、用(1)(1)粘土矿物对重金属的吸附粘土矿物对重金属的吸附第45页，共114页，编辑于2022年，星期二v离子交换吸附机制离子交换吸附机制:v重金属形成羟基配合物而被吸附：重金属形成羟基配合物而被吸附：AOH+Me2+=AOMe+H+(或或M+)AOH+Me(OH)n(2-n)+=AMe(OH)n+1(1-n)+Me2+nH2O=Me(OH)n(2-n)+nH+式中式中代表微粒表面，代表微粒表面，A代表微粒表面的铁、铝、代表微粒表面的铁、铝、硅或锰，硅或锰，Men+为重金属离子，箭头代表配位键。为重金属离子，箭头代表配位键。第46页，共114页，编辑于2022年，星期二(2)水合金属氧化物对重
34、金属离子的吸附水合金属氧化物对重金属离子的吸附nAOH+Men+=(AO)nMe+nH+式中式中代表微粒表面，代表微粒表面，A代表微粒表面的铁、代表微粒表面的铁、铝、硅或锰，铝、硅或锰，Men+为重金属离子，箭头代表配位键。为重金属离子，箭头代表配位键。第47页，共114页，编辑于2022年，星期二(3)腐殖质对重金属离子的吸附腐殖质对重金属离子的吸附v离子交换机理：离子交换机理：v螯合作用：螯合作用：第48页，共114页，编辑于2022年，星期二重重金金属属与与腐腐殖殖质质离离子子交交换换吸吸附附或或螯螯合合作作用用的的相相对对大大小小，可可用用NH4Ac或或EDTA溶溶液液解解吸吸吸吸附附
35、在在腐腐殖殖质质上上的的金属离子来计算。金属离子来计算。第49页，共114页，编辑于2022年，星期二吸附等温线吸附等温线在恒温条件下，吸附量在恒温条件下，吸附量G G与吸附物平衡浓与吸附物平衡浓度度c c的关系曲线称为吸附等温线，其相应的数学方程的关系曲线称为吸附等温线，其相应的数学方程式称为式称为吸附等温式吸附等温式。吸附量吸附量:单位质量吸附剂所吸附的吸附物的量称为吸附单位质量吸附剂所吸附的吸附物的量称为吸附量，以量，以G G表示，它表示吸附剂的吸附能力。表示，它表示吸附剂的吸附能力。5.5.吸附量、吸附等温线和等温式吸附量、吸附等温线和等温式弗莱特利希弗莱特利希(Freundlich)
36、(Freundlich)简称简称F F型型朗格缪尔朗格缪尔(Langmuir)(Langmuir)简称简称L L型型吸附等温式吸附等温式:亨利亨利(Henry)(Henry)简称简称H H型型第50页，共114页，编辑于2022年，星期二Henry型吸附等温式为：型吸附等温式为：GKcFreundlich吸附等温式为：吸附等温式为：G=Kcn当当0n1时，时，G与与c并非直线关并非直线关系。若将系。若将G=Kcn改为：改为：lgG=lgK+nlgc式中式中K为表示吸附强度的常数为表示吸附强度的常数第51页，共114页，编辑于2022年，星期二Langmuir吸附等温式为：吸附等温式为：G=G0
37、c/(A+c)式中式中G为吸附量，为吸附量，G0为饱和吸附量，为饱和吸附量，c为被吸附为被吸附物的平衡浓度，物的平衡浓度，A为半饱和吸附量时吸附物的平为半饱和吸附量时吸附物的平衡浓度。衡浓度。1/G=1/G0+(A/G0)(1/c)第52页，共114页，编辑于2022年，星期二6.6.沉积物中重金属的释放沉积物中重金属的释放沉积物中重金属的释放沉积物中重金属的释放（1 1）盐浓度的升高）盐浓度的升高）盐浓度的升高）盐浓度的升高（2 2）氧化还原条件的变化）氧化还原条件的变化）氧化还原条件的变化）氧化还原条件的变化（3 3）降低）降低）降低）降低pHpH值值值值（4 4）水中配合剂的含量）水中配
38、合剂的含量）水中配合剂的含量）水中配合剂的含量（5 5）生物化学作用）生物化学作用）生物化学作用）生物化学作用第53页，共114页，编辑于2022年，星期二二、水中颗粒物的凝聚二、水中颗粒物的凝聚二、水中颗粒物的凝聚二、水中颗粒物的凝聚由电介质促成的聚集称为由电介质促成的聚集称为凝聚凝聚，而由聚合物，而由聚合物促成的聚集称为促成的聚集称为絮凝絮凝。1 1胶体颗粒凝聚的基本原理和方式胶体颗粒凝聚的基本原理和方式 典典型型胶胶体体的的相相互互作作用用是是以以DLVO物物理理理理论论为为定定量量基础。如图所示：基础。如图所示：总的综合作用位能为：总的综合作用位能为：VtVR十十VA式中：式中：vA由
39、范德华力所产生的位能；由范德华力所产生的位能；vR由静电排斥力所产生的位能。由静电排斥力所产生的位能。第54页，共114页，编辑于2022年，星期二不不同同溶溶液液离离子子强强度度有有不不同同VR曲曲线线，VR随随颗颗粒粒间间的的距距离离按按指指数数律律下下降。降。VA则则只只随随颗颗粒粒间间的的距距离离变变化化，与与溶溶液液中中离离子强度无关。子强度无关。不不同同溶溶液液离离子子强强度度有有不同的不同的VT曲线。曲线。第55页，共114页，编辑于2022年，星期二三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀三、溶解和沉淀1.氢氧化物氢氧化物金属氢氧化物的溶解平衡可表示为：金属氢氧化物的溶解平衡
40、可表示为：Me(OH)n=Men+nOH-溶度积为：溶度积为：Ksp=Men+OH-nMen+=Ksp/OH-n=KspH+n/Kwn(Kw为水的溶度积为水的溶度积)第56页，共114页，编辑于2022年，星期二将上式两边取负对数可得：将上式两边取负对数可得：-lgMen+=npH+pKsp-npKw令令pM=-lgMen+，则，则pM=npH+pKsp-14n第57页，共114页，编辑于2022年，星期二2.硫化物硫化物H2S=H+HS-K1=H+HS-/H2SHS-=H+S2-K2=H+S2-/HS-Me2+S2-=MeS(s)Ksp=Me2+S2-硫离子浓度可表示为：硫离子浓度可表示为：
41、S2-=cTs2式中式中cTs为水中溶解的总无机硫量，即：为水中溶解的总无机硫量，即：cTs=H2S+HS-+S2-第58页，共114页，编辑于2022年，星期二而而2为为S2-在在cTs中所占的分数比例，它与水体中所占的分数比例，它与水体pH的的关系为：关系为：2=(1+H+/K2+H+2/K1K2)-1所以所以Me2+=Ksp/S2-=Ksp/cTs2=Ksp/cTs(1+H+/K2+H+2/K1K2)若水体中硫化氢处于饱状态，若水体中硫化氢处于饱状态，cTs值近似等于硫化氢浓值近似等于硫化氢浓度，即为度，即为0.1mol/L，上式可简化为：，上式可简化为：Me2+=KspH+2/0.1K
42、1K2第59页，共114页，编辑于2022年，星期二3.碳酸盐碳酸盐HCO3-是天然水体中主要阴离子之一，它能与金属是天然水体中主要阴离子之一，它能与金属离子形成碳酸盐沉淀，从而影响水中重金属离子的迁移。离子形成碳酸盐沉淀，从而影响水中重金属离子的迁移。MeCO3(s)+CO2+H2O=Me2+2HCO3-当上述反应达到平衡时，根据当上述反应达到平衡时，根据MeCO3的溶度积的溶度积Ksp和碳酸一级、二级电离常数和碳酸一级、二级电离常数K1、K2，可得到：，可得到：Me2+=KspK1CO2/K2HCO3-2第60页，共114页，编辑于2022年，星期二例如，北高加索一家铅锌冶炼厂的含铅废水经
43、化学处例如，北高加索一家铅锌冶炼厂的含铅废水经化学处理后排入河水中，排污口附近水中铅的含量为理后排入河水中，排污口附近水中铅的含量为0.40.5mg/L，而在下流，而在下流500m处铅的含量只有处铅的含量只有34g/L。分。分析其原因。析其原因。第61页，共114页，编辑于2022年，星期二四、氧化和还原四、氧化和还原四、氧化和还原四、氧化和还原1 1电子活度和氧化还原电位电子活度和氧化还原电位电子活度和氧化还原电位电子活度和氧化还原电位(1)(1)电子活度的概念：电子活度的概念：电子活度的概念：电子活度的概念：pHpH的定义为：的定义为：的定义为：的定义为：式中式中式中式中aHH氢离子在水溶
44、液中的活度，它衡量氢离子在水溶液中的活度，它衡量氢离子在水溶液中的活度，它衡量氢离子在水溶液中的活度，它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势。溶液接受或迁移质子的相对趋势。溶液接受或迁移质子的相对趋势。溶液接受或迁移质子的相对趋势。PHPHlg(lg(aHH)第62页，共114页，编辑于2022年，星期二与此相似，还原剂和氧化剂可以定义为电子给予与此相似，还原剂和氧化剂可以定义为电子给予与此相似，还原剂和氧化剂可以定义为电子给予与此相似，还原剂和氧化剂可以定义为电子给予体和电子接受体，同样可以定义体和电子接受体，同样可以定义体和电子接受体，同样可以定义体和电子接受体，同样可以定义PEPE：PEPE
45、lglg（a ae e）式中：式中：式中：式中：aae e水溶液中电子的活度。水溶液中电子的活度。水溶液中电子的活度。水溶液中电子的活度。pEpE是平衡状是平衡状是平衡状是平衡状态下态下态下态下(假想假想假想假想)的电子活度，它衡量溶液接收或迁移的电子活度，它衡量溶液接收或迁移的电子活度，它衡量溶液接收或迁移的电子活度，它衡量溶液接收或迁移电子的相对趋势。电子的相对趋势。电子的相对趋势。电子的相对趋势。第63页，共114页，编辑于2022年，星期二(2)(2)氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位E E和和和和pEpE的关系：的关系：的关系：的关系：根据根据根据根据NernstNer
46、nst方程一般式，则有：方程一般式，则有：方程一般式，则有：方程一般式，则有：在恒温恒压体系自由能的减小等于体系作最大电工在恒温恒压体系自由能的减小等于体系作最大电工在恒温恒压体系自由能的减小等于体系作最大电工在恒温恒压体系自由能的减小等于体系作最大电工的能力。的能力。的能力。的能力。第64页，共114页，编辑于2022年，星期二当反应物和产物在标准状态下：当反应物和产物在标准状态下：当反应物和产物在标准状态下：当反应物和产物在标准状态下：用用用用pEpE表示表示表示表示NernstNernst方程：方程：方程：方程：第65页，共114页，编辑于2022年，星期二pE有有明明确确的的物物理理意
47、意义义，pE=-lge表表示示相相对对电电子子浓浓度度；其其次次，pE每每改改变变1个个单单位位，Ox/Red就就变变化化10倍倍(n=1)，便于对比。便于对比。第66页，共114页，编辑于2022年，星期二说明：说明：说明：说明：（1 1）pEpE0 0是是是是 氧化态氧化态氧化态氧化态 还原态还原态还原态还原态 时的时的时的时的pEpE值值值值（2 2）pEpE越越越越小小小小，体体体体系系系系的的的的电电电电子子子子浓浓浓浓度度度度越越越越高高高高，提提提提供供供供电电电电子子子子的的的的趋趋趋趋势势势势越越越越强强强强，反反反反之之之之，pEpE越越越越大大大大，电电电电子子子子浓浓浓
48、浓度度度度越越越越低低低低，体体体体系系系系接接接接受受受受电电电电子子子子能能能能力力力力越强。越强。越强。越强。（3 3）当当当当pEpE增增增增大大大大时时时时，体体体体系系系系氧氧氧氧化化化化态态态态相相相相对对对对浓浓浓浓度度度度升升升升高高高高；当当当当pEpE减小时，体系还原态浓度升高。减小时，体系还原态浓度升高。减小时，体系还原态浓度升高。减小时，体系还原态浓度升高。第67页，共114页，编辑于2022年，星期二2.2.各物理量之间的关系各物理量之间的关系各物理量之间的关系各物理量之间的关系第68页，共114页，编辑于2022年，星期二第69页，共114页，编辑于2022年，星
49、期二总总 结结第70页，共114页，编辑于2022年，星期二例题例题1：在在野野外外测测定定某某池池塘塘水水的的pH=7.8，温温度度为为25oC(与与池池塘塘平平衡衡的的大大气气含含O2为为21%)，该该水水样样在在运运回回实实验验室室过过程程中中，由由于于在在卡卡车车上上受受阳阳光光照照射射，发发生生了了光光合合作作用用，pH=10.2，水水样样容容器器上上空空O2的的含含量量为为40%，温温度度仍仍为为25oC，假假定定下下列列反反应应控控制制着着水水体体的的氧氧化化还还原原反反应应，O2+4H+4e2H2O,pEo=20.75,试试计计算算水水样样到到达达实实验验室时，室时，pE值为多
50、少？水样值为多少？水样pE的变化值为多少？的变化值为多少？第71页，共114页，编辑于2022年，星期二解：解：（1）在采样前的）在采样前的pE值：值：pE=pEo+1/4lg（PO2H+4）=12.78（2）带回实验室时的）带回实验室时的pE值：值：pE=pEo+1/4lgPO2H+4=10.45（3）水样）水样pE的变化值为的变化值为:12.78-10.45=2.33答答：水水样样到到达达实实验验室室时时，pE值值为为10.45，水水样样pE的的变变化值为化值为2.33。第72页，共114页，编辑于2022年，星期二例题例题2：氧气按下式还原为水：氧气按下式还原为水：1/4O2+H+e1/