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第三章水环境化学 Chapter3 AquaticEnvironmentalChemistry 地球上水资源状况 地球表面约有70 以上被水所覆盖 所以地球素有 水的行星 之称 地球上水约13 86亿km3 可利用的淡水只占水总量的0 3 而在这极少的淡水资源中 又有70 以上被冻结在南极和北极的冰盖中 加上难以利用的高山冰川和永冻积雪 可利用的水资源占地球水资源的0 64 地球上水资源状况 当前主要的缺水类型有 资源型缺水 工程型缺水和水质型缺水 由于缺水 危害了农作物生长 并影响着工业生产 威胁着人体健康和生态 国家安全 中国水资源状况 淡水资源总量为28000亿m3 占全球水资源的6 仅次于巴西 俄罗斯和加拿大 居世界第四位 但人均只有2300立方米 仅为世界平均水平的1 4 美国的1 5 在世界上名列121位 是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一 全国400座供水不足 110座严重缺水 在46个重点城市中 45 6 水质较差 中国水资源分布 中国水污染状况 七大江河水系的741个监测断面的水质 I 类 38 1 类 32 2 劣 类 41 水环境污染极其严重 78条主要河流 有54条遭到污染 其中有14条污染严重 同时我国47个城市地下水源的调查中有43个城市受到污染 占91 4 加剧我国水资源短缺的原因 水污染严重 水浪费严重 水资源重复利用率低 水环境化学 本章内容 天然水的基本特征及污染物的存在形态水中无机污染物的迁移转化水中有机污染物的迁移转化 水环境化学 一 天然水的基本特征及污染物的存在形态 1 天然水的基本特征 1 1天然水的组成 K Na Ca2 Mg2 HCO3 NO3 Cl SO42 为天然水中常见的八大离子 占天然水离子总量的95 99 1 天然水的主要离子组成 天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量 TDS TDS Ca2 Mg2 Na K HCO3 SO42 Cl NO3 1 天然水的基本特征 2 水中的金属离子 水溶液中金属离子的表达式通常可以写成Mn 表示简单的水合金属离子M H2O xn 水中金属离子常常以多种形态存在 例如铁 Fe OH 2 Fe OH 2 Fe2 OH 24 Fe3 3 气体在水中的溶解性 大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为 G aq KH pGpG 各种气体分压 亨利定律 一种气体在液体中的溶解度正比于所接触的该种气体的分压 但这并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应 溶解于水中的实际气体的量 可以大大高于亨利定律表示的量 KH是各种气体在一定温度下的亨利定律常数 mol L Pa 1 天然水的基本特征 氧在干燥空气中的含量为20 95 大部分元素氧来自大气 求氧在1 013 105Pa 25 饱和水中的溶解度 水在25 时的蒸汽压为0 03167 105Pa 氧在水中的溶解度 1 天然水的基本特征 CO2在干燥空气中的含量为0 0314 水在25 时的蒸汽压为0 03167 105Pa CO2的亨利定律常数为3 34 10 7mol L Pa 则CO2在水中的溶解度为 CO2的溶解度 1 天然水的基本特性 H HCO3 H 2 CO2 K1 CO2在水中的溶解度 CO2 HCO3 不同温度下 气体在水中溶解度的计算 1 天然水的基本特征 4 水生生物 1 天然水的基本特征 水生生物分为自养生物和异养生物 自养生物 利用太阳能或化学能量 把简单 无生命的无机物元素引进其复杂的生命分子中即组成生命体 如藻类等 异养生物 利用自养生物产生的有机物作为能源及合成它自身生命的原始物质 藻类的生成和分解就是在水体中进行光合作用 P 和呼吸作用 R 的一典型过程 1 天然水的基本特征 水体产生物体的能力称为生产率 生产率是由化学的及物理的因素相结合而决定的 在高生产率的水中藻类生产旺盛 死藻的分解引起水中溶解氧水平降低 这种情况常被称为富营养化 营养物质 C 二氧化碳 N 硝酸盐 P 磷酸盐 及痕量元素 如Fe 2 1碳酸平衡 在水体中存在着CO2 H2CO3 HCO3 CO32 等4种物质 常把CO2和H2CO3合并为H2CO3 实际上H2CO3的含量极低 主要是溶解性的气体CO2 以下将H2CO3 略写为H2CO3 2 天然水的性质 CT H2CO3 HCO3 CO32 2 天然水的性质 以上属封闭的水溶液体系的情况 没有考虑大气交换过程 CO2 H2CO3 HCO3 CO32 100806040200 24681012 pH 图3 1碳酸化合态分布图 2 天然水的性质 对于开放体系 应考虑大气交换过程 2 天然水的性质 开放体系和封闭体系区别 碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质 亦即能接受H 的物质总量 组成水中碱度的物质可以归纳为三类 强碱 弱碱 强碱弱酸盐 AtpHvaluesbelow7 H inwaterdetractssignificantlyfromalkalinity anditsconcentrationmustbesubtractedincomputingthetotalalkalinity ThereforethefollowingequationisthecompleteequationforalkalinityinamediumwheretheonlycontributorstoitareHCO3 CO32 andOH 总碱度 HCO3 2 CO32 OH H 2 2天然水中酸度和碱度 2 天然水的性质 酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质 亦即放出H 或经水解能产生H 的物质总量 包括强酸 弱酸 强酸弱碱盐等 某水体的pH 8 00 碱度为1 00 10 3mol L 该水体中 HCO3 CO32 OH H 等物质的浓度 解 pH 8 00时 CO32 的