第三篇 水环境化学(1)天然水的组成和性质.ppt

1 第三篇水环境化学 世界上可供人类利用的淡水资源仅占地球水资源的0 64 重点转向 1 有毒难降解有机污染物的水环境行为和归趋模式方面研究 2 金属存在形态与生物有效性及生物地球化学循环的研究 3 饮用水资源的保护及地下水污染问题 2 第三篇水环境化学 教学要求 1 掌握天然水的组成和性质 2 溶解和沉淀 氧化还原 配合作用及固 液界面相互作用等基本化学原理在水环境化学中的应用 3 掌握主要有毒难降解有机污染物的环境行为和归趋模式的基本原理 3 第一章天然水的性质和组成 水质概况地球表面有70 8 为海洋所覆盖 占地球总水量的97 3 淡水只占2 7 可供人类使用的淡水资源约为850万km3 仅占地球总水量的0 64 我国水资源比较丰富 约为27210亿m3 居世界第六位 目前用水量仅次于美国 对44个城市水质调查 地下水93 2 被污染 地表水100 污染 4 第一章天然水的性质和组成 天然水系的类别 5 第一章天然水的性质和组成 天然水的组成天然水化学组成的形成过程考虑岩石风化和土壤生成等有关过程 风化过程地壳中原生岩石是火成岩 经过风化作用 迁移和沉积作用而成为沉积岩 沉积岩经地壳变迁可重新转入大陆 也可再经变质岩转为火成岩 构成岩石循环 水的关键作用大气组成受到火山排出物的直接或间接影响 提供CO2和氧化剂 O2 而参与化学转化过程 6 第一章天然水的性质和组成 天然水中的主要离子组成K Na Ca2 Mg2 HCO3 NO3 Cl 和SO42 为天然水中常见的八大离子 占天然水中离子总量的95 99 水中的金属离子水溶液中的金属离子通过化学反应可以达到最稳定的状态 酸 碱 沉淀 配合及氧化 还原等反应是它们在水中达到最稳定状态的过程 7 第一章天然水的性质和组成 溶解在水中的气体水生生物水生生物可直接影响许多物质的浓度 包括代谢 摄取 转化 存贮和释放等 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 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 8 第一章天然水的性质和组成 溶解氧 DO 水体与大气交换或经化学 生物化学反应后溶于水中的氧称为溶解氧 水体受污染对其溶解氧反逐渐减少 因此 水中溶解氧的浓度是表明水体污染程度的重要指标之一 地面水要求溶解氧含量不能低于4毫克 升 9 第一章天然水的性质和组成 生物 或生化 需氧量 BOD5 生物 或生化 需氧量BOD5是另一个水质的重要参数 它是指在一定体积的水中有机物降解所要耗用的氧的量 化学需氧量 COD 化学需氧量是指水样在规定条件下用氧化剂处理时 其溶解性或悬浮性物质消耗氧化剂的量 10 第一章天然水的性质和组成 天然水的性质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 11 碳酸平衡系统 12 第一章天然水的性质和组成 天然水的碱度和酸度碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质 即能接受质子H 的物质总量 组成水中碱度的物质 1 强碱在溶液中全部电离生成OH 离子 2 弱碱在水中发生反应生成OH 离子 3 强碱弱酸盐如各种碳酸盐 硅酸盐 磷酸盐 硫化物和腐殖酸盐等 水解生成OH 或者直接接受质子H 13 第一章天然水的性质和组成 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 或经过水解能产生H 的物质的总量 组成水中酸度的物质 1 强酸 2 弱酸如CO2 H2CO3 H2S 蛋白质以及各种有机酸类 3 强酸弱碱盐 天然水体的缓冲能力天然水体的pH值一般在6 9之间 水中含有的各种碳酸化合物控制水的pH值并具有缓冲作用 14 第一章天然水的性质和组成 水的硬度水中所含钙 镁离子总量称为水的总硬度 水的硬度分级总硬度水质0 4度很软水4 8度软水8 16度中等硬水16 30度硬水30度以上很硬水常用 度 作为硬度单位 例如l0mg L的CaO称为1德国度 l0mg L的CaCO3称为法国度 15 第一章天然水的性质和组成 天然水体中的颗粒物和沉积物总残渣包括过滤性残渣 又称总溶解性固体物TDS 和非过滤性残渣 又称悬浮物或悬浮固体物SS 总残渣又可分为挥发性残渣和固定残渣两部分 天然水体中颗粒物质的来源 1 陆生的岩石碎屑包括石英 SiO2 刚玉 Al2O3 或赤铁矿 Fe2O3 等颗粒物 2 粘土矿物 3 碳酸盐和硅石 4 颗粒状有机物 5 天然和人造的化学物质 16 天然水体 海洋 海洋海洋覆盖着70 8 的地球表面 总面积约361 1012m2 平均深度3800m 总体积为1370 1015m3 海水离子强度I约为0 7 温度和盐度是决定海水各种性质的决定性因数 海水pH值在表层为8 1 8 3 在深层可下降到7 8 溶解于海水中的物质按它们存在的数量分为三类 即主要离子 少量物质和微量元素 17 天然水体 海洋 主要成分依次为Cl Na Mg2 SO42 Ca2 K 和 HCO3 CO32 含氯量包括水样中氯化物 溴化物和碘化物总和 后两者被折算为氯化物 盐度和含氯量之间的经验关系式为 盐度 0 03 1 805 含氯量 多数海水的盐度在33 37 18 天然水体 海洋 19 天然水体 海洋 海洋污染问题 1 由汇入海洋的河水夹带的工农业废水以及投弃海洋的各种工业废物 2 在由河水夹带入海的生活污水中含有很丰富的营养物质 可在河口 海湾地区引起赤潮 3 海岸建立的核电站 热电站排水中的放射性污染物和热污染 4 运输船只机房排出的机油 由海难事件中油轮倾翻的大量原油 5 各种塑料制件 破碎鱼网 船上丢弃人海的废塑料制品 6 由旅游事业引起的海滨地区污染等 20 天然水体 河流 二 河流大气降水及来自地下的水向低洼处汇集 并在重力作用下沿泄水的长条形凹槽流动 且终年有水者称为河流 常年性流水和槽床 即河床 是形成河流的基本条件 有关河流水体的基本综合性质有受纳水量 水位 流速 流量 含固量 矿化度 即以g kg表示的离子总浓度 等 与地下水相比 河流是敞开流动水体 与海洋相比 河流只有很小的水量 占地球总水量的百万分之一 21 天然水体 河流 主要离子中 Na Ca2 占大多数 阴离子含量一般递减顺序是HCO3 Cl SO42 河流的主要污染物是各种有毒金属和各类有机物 释入河流的重金属污染物 Hg Cd Pb等 很容易被水中悬浮颗粒物吸附 随即沉入水底 当富含有机物的城市污水经排污管释入河流水体后 随水逐流的污染物会引起上下游水段内溶解氧渐次降低的效应 造成种种不良环境后果 22 天然水体 湖泊 三 湖泊由地面上大小形状不同的洼地积水而成湖泊 形成湖泊必须条件是要具有一个周围高 中间低的能蓄水的湖盆以及长期有水蓄积 湖水中含钙 镁 钠 钾 硅 氮 磷 锰 铁等元素 其中氮 磷等元素引起的富营养化问题是湖泊的主要污染问题 富营养化是湖泊等水体的衰老表现 极端富营养化会使湖泊演化为沼泽或干地 由酸雨引起湖水酸化是湖泊严重污染问题 23 天然水体 地下水 四 地下水地下水的主要水源是大气降水 降水中一部分通过岩石和土壤的间隙而渗入地下形成地下水 严格地说 存在于地表之下饱和层的水体才是地下水 即是由水的重力克服了向上的毛细管力从而汇聚在此的水分 地下水水质特点 1 悬浮颗粒物含量很少 水体清沏透明 2 无菌 盐分高 硬度大 含较多量的有机物 3 不与空气接触 水体呈还原态 铁 锰等元素以低价形态存在 4 水温不受气温影响 5 因有岩石等阻隔 流动速度很小 各部位水层的水质也可有很大差异 24 天然水体 地下水 地下水中污染物质耗氧污染物病原体 如细菌 病毒 原生动物等植物营养物质有机化学物品放射性物质 25 天然水的水质 水质指标水质 水量和水能是度量水资源可利用价值的三个重要指标 水质指标指水样中除水分子外所含杂质的种类和数量或浓度 天然水 也兼及各种用水 废水 的水质指标 可分为物理 化学 生物 放射性四类 水质标准国家环境保护局于1988年发布了 地面水环境质量标