能源环境化学水综述.ppt
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能源环境化学能源环境化学第第66部分部分水化学与水圈水化学与水圈能动学院环境工程系能动学院环境工程系能动学院环境工程系能动学院环境工程系刘萍萍刘萍萍刘萍萍刘萍萍电话:
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水环境污染与水资源危机水环境污染与水资源危机66水化学与水圈水化学与水圈人类面临的十大环境问题人类面临的十大环境问题酸雨污染酸雨污染温室效应或气候变暖温室效应或气候变暖臭氧层破坏臭氧层破坏土地沙漠化土地沙漠化森林面积减少森林面积减少物种灭绝与生物多样性锐减物种灭绝与生物多样性锐减水环境污染与水资源危机水环境污染与水资源危机水土流失水土流失城市垃圾成灾城市垃圾成灾大气环境污染大气环境污染66水化学与水圈水化学与水圈鄱阳湖面积缩水鄱阳湖面积缩水90%66水化学与水圈水化学与水圈2011.5.312009.6.7鄱阳湖鄱阳湖66水化学与水圈水化学与水圈水污染水污染国家环保总局历年环境状况公报国家环保总局历年环境状况公报http:
/水循环水循环6.2天然水的组成天然水的组成6.3天然水的化学性质天然水的化学性质6.4水污染水污染6.5水资源管理技术水资源管理技术66水化学与水圈水化学与水圈55碳循环,氮循环,硫循环碳循环,氮循环,硫循环6.1水循环水循环6.1.1地球上水的分布地球上水的分布6.1.2水循环水循环66水化学与水圈水化学与水圈6.1.1地球上水的分布地球上水的分布地球的地球的71%的表面积为水体所占据,水总量为的表面积为水体所占据,水总量为13.86108km3,平均深度可达平均深度可达3.8km;人类可以利用的人类可以利用的河水、淡水湖及浅层地下水河水、淡水湖及浅层地下水,大约为总水量的,大约为总水量的0.2,约为,约为3106km3。
55碳循环,氮循环,硫循环碳循环,氮循环,硫循环6.1水循环水循环按按1995年人口统计,全球人均淡水资源约年人口统计,全球人均淡水资源约7170-7450m3,其中易于使用的淡水人均约其中易于使用的淡水人均约2180-2440m3。
1995年全球用水总量已达年全球用水总量已达36000亿亿m3,人均用水,人均用水628m3,约占易用淡水资源量的约占易用淡水资源量的26-29。
6水化学与水圈水化学与水圈我国水资源的概况:
我国水资源的概况:
l水资源总量:
水资源总量:
2.81012m3,水资源大国,水资源大国,世界总量世界总量第六位第六位l人均占有水量:
人均占有水量:
只有只有2200m3(1997年人口),仅为世界平均水年人口),仅为世界平均水平的平的1/4,在世界上名列,在世界上名列121位,是全球位,是全球13个人均水资源最贫乏的个人均水资源最贫乏的国家之一。
国家之一。
到到2121世纪中叶,人口达到世纪中叶,人口达到1616亿高峰时,人均水资源亿高峰时,人均水资源量仅有量仅有17601760亿亿mm33,66水化学与水圈水化学与水圈6.1.2水循环水循环水汽输送水汽输送自自然然循循环环66水化学与水圈水化学与水圈大气水更新一次只要大气水更新一次只要8d8d,每年平均更换,每年平均更换4545次;次;河水的更新期是河水的更新期是16d16d;海洋水全部更新一次需要海洋水全部更新一次需要2500a2500a;地下水平均更新期为地下水平均更新期为1400a1400a。
6.1.2水循环水循环66水化学与水圈水化学与水圈6.1.2水循环水循环社社会会循循环环原始水利用方式原始水利用方式自然水源自然水源取水取水使用使用直接排放大自然直接排放大自然自然净化功效自然净化功效早期水利用方式早期水利用方式自然水源自然水源使用使用简单处理简单处理兼有自然净化功效兼有自然净化功效取水取水简单处理简单处理排放排放现代水利用方式现代水利用方式水质工程水质工程II排放排放+再生再生水资源利用水资源利用+保护保护管网工程管网工程(排水排水)管网工程管网工程(供水供水)水的利用水的利用生活、农业、工业、市政、环境生活、农业、工业、市政、环境水质工程水质工程I取水及输水工程取水及输水工程66水化学与水圈水化学与水圈目前人类可影响的目前人类可影响的水循环水循环环节环节时间上:
修建水库时间上:
修建水库空间上:
跨流域调水空间上:
跨流域调水地表径流地表径流66水化学与水圈水化学与水圈l东线方案:
计划从长江下游东线方案:
计划从长江下游扬州市江都段扬州市江都段取水,利用取水,利用京行京行大运大运河河及大致与其平行的河道作主干线,通过及大致与其平行的河道作主干线,通过13级抽水台阶提级抽水台阶提水水64米到东平湖,再采取隧洞虹吸方式穿越米到东平湖,再采取隧洞虹吸方式穿越黄黄河进入河进入天津。
天津。
l中线方案:
计划从长江支流中线方案:
计划从长江支流汉江江的丹江口水库的丹江口水库引水,加高水库引水,加高水库大坝,沿京广线以西的伏牛山、太行山引水到大坝,沿京广线以西的伏牛山、太行山引水到北京北京。
l西线方案:
计划从大渡河、雅砻江、通天河调水至黄河上游,西线方案:
计划从大渡河、雅砻江、通天河调水至黄河上游,供宁厦、内蒙古、供宁厦、内蒙古、陕西、山西。
陕西、山西。
上上跨流域调水跨流域调水-南水北调工程南水北调工程66水化学与水圈水化学与水圈跨流域调水跨流域调水-南水北调工程南水北调工程66水化学与水圈水化学与水圈6.2天然水的组成天然水的组成水体:
水体:
河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。
河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。
水体水体作为包括水中的悬浮物、溶解性物质、水生生物、底泥在内的作为包括水中的悬浮物、溶解性物质、水生生物、底泥在内的一个完整的生态系统。
一个完整的生态系统。
溶溶解解物物生源物质:
生源物质:
胺胺/氮氮/磷等离子磷等离子气体气体:
氮氮/氧氧/微量气体微量气体离子离子:
阴阴/阳离子阳离子微量元素:
微量元素:
卤素卤素/过渡金属过渡金属胶体:
胶体:
无机无机/有机胶体有机胶体固体悬浮物:
固体悬浮物:
硅酸盐硅酸盐/砂粒砂粒/粘土粘土/水生生物水生生物66水化学与水圈水化学与水圈6.2天然水的组成天然水的组成主要离子主要离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、C1-和和NO3-(八(八大离子,占天然水中离子总量的大离子,占天然水中离子总量的9599)海水中海水中Cl-、Na+占优势占优势湖水中湖水中Na+、SO42-占优势占优势地下水地下水受地域变化影响大受地域变化影响大污水中污水中HCO3-、Ca2+占优势占优势66水化学与水圈水化学与水圈6.2天然水的组成天然水的组成主要离子主要离子总含盐量:
TDS=Ca2+Mg2+K+Na+Cl-+SO42-+HCO3-+NO3-66水化学与水圈水化学与水圈6.2天然水的组成天然水的组成金属离子金属离子水溶液中金属离子的表示式常写成水溶液中金属离子的表示式常写成MMn+n+,预示着是简单的水,预示着是简单的水合金属阳离子合金属阳离子M(HM(H220)0)xxn+n+,它可通过,它可通过酸碱、沉淀、配合及氧化一酸碱、沉淀、配合及氧化一还原还原等反应在水中达到最稳定状态。
等反应在水中达到最稳定状态。
水中可溶性金属离子可以多种形态存在。
例如,铁可以水中可溶性金属离子可以多种形态存在。
例如,铁可以Fe(OH)Fe(OH)2+2+、Fe(OH)Fe(OH)22+、FeFe22(OH)(OH)224+4+和和FeFe3+3+形态存在。
形态存在。
66水化学与水圈水化学与水圈6.2天然水的组成天然水的组成可溶性气体可溶性气体可溶性气体多以分子形态存在,其中可溶性气体多以分子形态存在,其中氧氧和和二氧化碳二氧化碳是最主要是最主要的两种气体。
的两种气体。
大大气气中中的的气气体体分分子子与与溶溶液液中中同同种种气气体体分分子子间间的的平平衡衡,服服从从亨亨利利定定律律,即即一一种种气气体体在在液液体体中中的的溶溶解解度度正正比比于于与与液液体体所所接接触触的的该该种种气体的分压,表示为:
气体的分压,表示为:
X(g)X(aq)X(g)X(aq)X(aq)=KX(aq)=KHHppgg其中:
其中:
KKHH各种气体在一定温度下的亨利定律常数,各种气体在一定温度下的亨利定律常数,ppgg各种气体的分压。
各种气体的分压。
66水化学与水圈水化学与水圈氧在水中的溶解度氧在水中的溶解度氧在干燥空气中的含量为氧在干燥空气中的含量为20.9520.95,大部分元素氧来自大气,大部分元素氧来自大气,因此水体与大气接触再复氧的能力是水体的一个重要特征。
因此水体与大气接触再复氧的能力是水体的一个重要特征。
氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含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。
在盐量有关。
在1.0130105Pa、25饱和水中溶解度为饱和水中溶解度为8.32mg/L。
温度从温度从0上升到上升到35时,氧在水中的溶解度将从时,氧在水中的溶解度将从14.74mgL降低到降低到7.03mgL,溶解氧的水平是不高的。
,溶解氧的水平是不高的。
仅需仅需7-8mg的有机质就可以把的有机质就可以把25为空气所饱和的为空气所饱和的1L水中的水中的氧耗尽。
氧耗尽。
66水化学与水循环水化学与水循环水生生物水生生物水水体体中中的的生生物物数数量量繁繁多多、种种类类多多种种多多样样,一一般般包包括括底底栖栖生生物、浮游生物、水生植物和鱼类四大类。
物、浮游生物、水生植物和鱼类四大类。
藻类藻类藻藻类类主主要要有有蓝蓝绿绿藻藻、硅硅藻藻、褐褐藻藻、鱼鱼腥腥藻藻、念念珠珠藻藻、颤颤藻藻等等。
藻藻类类是是湖湖泊泊、水水库库等等缓缓慢慢流流动动水水体体中中最最常常见见的的能能进进行行光光合合作作用用的浮游类植物。
形成的浮游类植物。
形成“水华水华”的藻类主要有微囊藻、项圈藻。
的藻类主要有微囊藻、项圈藻。
细菌等其他微生物细菌等其他微生物水水体体环环境境中中重重要要的的微微生生物物体体有有原原生生动动物物、藻藻类类、真真菌菌、放放线线菌菌和和细细菌菌等等;水水体体中中的的细细菌菌等等微微生生物物是是关关系系到到水水环环境境自自然然净净化和给水和废水的生物处理过程的重要的微生物体。
化和给水和废水的生物处理过程的重要的微生物体。
66水化学与水圈水化学与水圈6.3天然水的化学性质天然水的化学性质6.3.1天然水的碳酸平衡天然水的碳酸平衡6.3.2天然水的溶解和沉淀作用天然水的溶解和沉淀作用6.3.3氧化还原作用氧化还原作用6.3.4配合作用配合作用66水化学与水圈水化学与水圈6.3天然水的化学性质天然水的化学性质6.3.1天然水的碳酸平衡天然水的碳酸平衡水水体体中中碳碳酸酸的的化化合合态态66水化学与水圈水化学与水圈6.3天然水的化学性质天然水的化学性质6.3.1天然水的碳酸平衡天然水的碳酸平衡CT=H2CO3*+HCO3-+CO32-封封闭闭体体系系天然水体天然水体pH6-9,一般河水以,一般河水以HCO3-形式存在。
形式存在。
66水化学与水圈水化学与水圈6.3天然水的化学性质天然水的化学性质6.3.2天然水的溶解和沉淀作用天然水的溶解和沉淀作用化学沉淀:
溶度积规则化学沉淀:
溶度积规则CaCO3、MgNH4PO4(鸟粪石鸟粪石)、Fe(OH)3、Ca2(PO4)3、Ca5(OH)(PO4)3等等物理性重力沉降:
物理性重力沉降:
SS、颗粒物、颗粒物胶体胶体物质沉降作用:
粘土、细菌、病毒、物质沉降作用:
粘土、细菌、病毒、Fe3+水解产物水解产物、Al3+水解产物水解产物、高分子物质如蛋白质、淀粉等、高分子物质如蛋白质、淀粉等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。
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。
溶解度小
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- 能源 环境 化学 综述
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