第四章-水环境化学.ppt

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第四章水环境化学,1水的数量和分布,地球上水的总量是巨大的，达到1.41021kg,淡水占总水量的2.7。

但是这些淡水的99却难以直接被人们利用因为地球南、北极的冰帽和高山的冰川储存了淡水的77%，地下水占22，容易利用的江河湖水及浅层地下水仅约占总淡水量的1人们正是利用这些少量淡水，解决生活和工农业生产的用水要求,分布,我国淡水资源年供应量约为2.81015kg，居世界各国的第六位但由于人口众多，国土辽阔，平均每人占有的水资源量远远低于世界的平均水平我国水资源的分布随地域和季节有很大差异洪涝灾害和干旱缺水在我国普遍而经常地出现供水短缺，将是我国在21世纪所面临的重大问题,当前我国解决水短缺的基本措施是：

（1）巩固和改善现有水利工程，疏浚河湖，并新建必要的工程，增强蓄水、防洪和供水能力

（2）加强污水处理，有效保护水源（3）注意节约用水和综合利用水源，提高水的使用价值（4）加强水资源的管理长远的根本措施：

除切实做好上述几点外，要加强种树种草，绿化国土，保持水土,A硬水及其软化工业上把含有可溶性的钙、镁和铁盐的水叫做硬水硬水中存在的阴离子一般是Cl-，SO42-，HCO3-等水的硬度标准是指ldm3水中含MgO和CaO的总量相当于10mgCaO，则定为1,2水中的天然成分,

（1）可溶性物质,主要的成分为：

K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-、HCO3-、SO42-、Cl-,例如,ldm3水中含CaO为100mg，MgO为50mg，则该水的硬度可计算如下：

CaO：

100mg10mg10MgO：

（50mg/MMgO）（MCaO）/10mg50mg（56gmol-1）/（40gmol-1）/10mg7该水硬度为17,通常规定水的硬度如下：

04488一16163030很软水软水中硬水硬水很硬水含HCO3-的水称为暂时硬水，因加热时它会发生如下化学反应而使之软化：

Ca2+2HCO3-CaCO3+CO2+H2O含Cl-，SO42-的水不能通过加热除去，叫永久硬水,硬水有两大危害：

i）Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子能和肥皂（C17H35COONa）产生沉淀（C17H35COO）2Ca，能和许多化学试剂配位络合，影响产品的品质ii）暂时硬水加热时产生的碳酸盐在锅炉内壁上形成锅垢，不但阻碍传热，消耗燃料，而且会堵塞管道，导致爆炸,水的软化,将钙、镁等可溶盐从硬水中除去的过程叫做水的软化软化方法很多，例如：

a）加入药剂软化法加入一定数量的碳酸钠、石灰乳Ca（OH）2、磷酸三钠（Na3PO4）、磷酸二氢钠（NaH2PO4），使钙、镁离子沉淀出来使水软化：

CaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4Ca（HCO3）2+Ca（OH）22CaCO3+2H2O3Ca2+2Na3PO4Ca3（PO4）2+6Na+若在水中加入少量三聚磷酸钠（Na5P3O10），它将和硬水中的Ca2+，Mg2+络合,不再和肥皂产生沉淀，也不会生成锅垢,b）离子交换软化法使水通过钠型的聚苯乙烯磺酸型离子交换树脂，使水中Ca2+置换树脂上的Na+而除去Ca2+当树脂被Ca2+饱和而失去交换能力时，通浓食盐水让Na+置换Ca2+而再生。

从长远看，海水最有价值的组分是淡水海水淡化已在某些地区进行工业化生产主要方法有二：

一.蒸馏法脱盐充分利用热能的物理过程；二.反渗透法脱盐依靠选择性薄膜（如醋酸纤维素膜），只让水通过而不让盐通过，将盐水加压（大于3MPa）超过海水渗透压，盐不能通过，水可通过，就得到淡水,B海水,反渗透法脱盐示意图,海水,含盐多的海水,淡水,3MPa,H2O,

（2）水中的气体,水中氧溶量天然水中一般溶入的气体有O2，CO2，N2，H2S，CH4等，其中最重要的是O2和CO2,可用亨利定律（Henryslaw）表示：

PgKHCequil式中：

Pg溶液中溶质在气相中的平衡分压，kPa；KH亨利常数，kPam3/g；Cequil液相中污染气体的浓度，g/m3。

CequilKHPg,表3125时一些气体在水中的亨利定律常数,例；与水接触大气压力101.325千帕时，计算25时氧气在水中溶解度（mg/L）？

25水的饱和蒸汽压为3.167千帕。

解：

查出25时KH=1.263310-5mol/升千帕，O2在干空气中的含量为20.95%（V/V）。

氧气在空气中分压为Po2=（P-PH2O）V/V总=（101.325-3.167）0.2095=20.5622（千帕）根据亨利定律，O2=1.263310-520.562232=8.31（mg/L）,水中溶解氧的数量DO（dissolvedoxygen）是水质的重要指标,碳酸平衡在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、CO32等四种化合态，常把CO2、H2CO3合并为H2CO3，H2CO3含量极低，主要是溶解性气体CO2。

图32,Allgasesarealsoinaequilibriumbetweenairandwater,CalculateHCO3-,CO32-andH2CO3whenthepHisknown.,CarbonateequilibriuminNaturalWaterSystems:

Compoundsthataresparinglysolubleinwaterareinequilibriumbetweenanionicformandanon-ionicform.Calciumcarbonateisanexampleofsuchasubstance,Theequilibriumexpressionthatgovernsthisreactioniscalledthesolubilityproduct,orKsp.Kspisaconstantvalueforanysubstance,andifknown,canbeusedtocalculatethesolubilityofthatsubstanceinwater.,ForCalciumCarbonate:

Thesolubilityofcalciumcarbonateinpurewater（inasystemnotexposedtoairandignoringreactionswithwater）canbecalculatedasfollows:

LetXbetheconcentrationofCa2+insolution-atequilibriumsincethenumberofmolesofCa2+isequaltothenumberofmolesofCO32-,XisalsoequaltothenumberofmolesofCO32-.,Then:

Therefore,thesolubilityofcalciumcarbonateinwaterifnotopentotheair,is,6.69x10-5molesCaCO3/Liter.,Byallowingthewatertomixwithair,thevalueforCO32-wouldchangetoreflectCO32-fromdissolvedcalciumcarbonateandfromCO32-fromdissolvedcarbondioxide.,（3）水中异相物质悬浮（suspended）、悬浮固体的尺寸较大时，可以通过沉降或过滤从水中除去，此时有固液两相存在。

藻（alga）,细菌（bacterium）属于尺寸较小的悬浮固体，大小约0.11.0m之间。

可被玻璃纤维滤盘（glassfiberfilterdisc）分离的固体颗粒，称为悬浮颗粒，也称为可过滤颗粒（filterablesolids）。

胶体（colloidal）胶体颗粒的尺寸介于溶解性物质与悬浮固体之间。

胶体颗粒会产生丁达尔（Tyndall）现象,水的特性,1常温常压条件的三态变化2异常热力学性质较高的热稳定性异常物理性质包括沸点高、蒸发热大、热容高3特殊的体温效应4异常的表面张力5水的良好溶解作用6适中的化学活性,二水体的污染水体是指水和水中溶解物质、水中悬浮物质、水生生物和底泥的总称水体污染与自净水体污染水体污染是指水体中污染物的含量超过水体的本体含量及其自净能力，造成水质恶化，破坏水体的正常功能，降低水体的使用价值,水体自净指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经一段时间后恢复到受污染前状态的过程。

自净作用：

物理自净污染物进入水体后，可沉性固体逐渐沉至水底形成污泥，悬浮物、胶体和溶解性污染物则因混合稀释而逐渐降低浓度。

化学自净污染物进入水体后经络合、氧化还原、沉淀反应等而得到净化。

生物自净在生物的作用下，污染物的数量减少，浓度下降，毒性减轻或消失.,

（1）水体中的污染物水体污染包括无机和有机有毒物质、耗氧有机物、石油类、放射性物质、热污染以及病原微生物等。

病原体污染物生活污水、畜禽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水，常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫。

第一节污染物的概述,耗氧污染物耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程所消耗的氧量表示，即以生化需氧量（BOD5）表示。

石油污染石油是烷烃、烯烃和芳香烃混合物。

石油污染物主要来自工业排放，清洗石油运输船只的船舱、机件及发生意外事故，海上采油等均可造成石油污染。

植物营养物植物营养物主要指氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化，使BOD5升高的物质。

富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡的现象。

重金属污染物重金属Pb、Cr、Cd、Hg、As,1.汞汞蒸气和大多数汞盐都是有毒的，有机汞化合物如甲基汞Hg（CH3）2的毒性更大。

水体中的汞和汞化合物主要来自有关工业生产中的排放废物。

中毒的主要症状有：

头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌肉震颤和运动失调等，严重的可致死。

2.镉水体中镉污染的主要来源为冶锌厂（锌矿常含有镉元素，而独立的镉矿极为少见）及镀镉厂。

引起骨质疏松、骨质软化等病症而使人体感到骨痛，镉中毒的其它症状有高血压、肾脏病，镉还可能引起癌变。

3.铅铅和可溶性铅盐都是有毒的，水体中铅污染的主要来源是从冶铅厂等排出的废水。

铅主要损害造血系统、神经系统，能引起贫血、头痛、头晕、疲乏、记忆力减退、失眠等。

对婴幼儿的影响更大，可造成婴幼儿智力低下，发育异常。

4.铬污染水体的铬化合物中的铬有两种价态，+3和+6价，+6价铬的毒性是+3价铬毒性的100倍，+3价铬可对胎儿产生致畸作用，而+6价铬有致癌作用，但是铬却是人体必需的微量元素之一，成年人每天对铬的正常摄入量需20-50微克，缺铬可引起糖尿病、动脉粥样硬化症。

5.砷砷属非金属元素，砷元素常与上述重金属元素相提并论。

一般说来，+3价砷的毒性比+5价砷的毒性大，三氧化二砷As2O3（砒霜）微溶于水，有剧毒，致死最小量是0.060.2克，急性中毒常见于口服一小时后发生，表现为恶心、呕吐、腹泻、脱水等，严重时出现痉挛、昏迷以至死亡。

慢性中毒引起食欲不振、头痛、四肢酸痛、脱发、肝肿大等。

放射性污染物放射性污染是由放射性物质进入水体造成。

放射性污染物主要来源于核动力工厂排出的冷却水，向海洋投弃的放射性废物，核爆炸降落到水体的散落物，核动力船舶事故泄漏的核燃料；开采、提炼和使用放射性物质时，如果处理不当，也会造成放射性污染。

酸、碱