水环境化学知识点总结ppt课件.ppt

水环境化学 知识点 1 1 水中八大离子 K Na Ca2 Mg2 HCO3 NO3 Cl 和SO42 为常见八种离子2 溶解气体与Henry定律 溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系 气体的大气分压PG与气体的溶解度的比表现为常数关系 称为Henry定律 该常数称为Henry定律常数KH G aq KHPGKH 气体在一定温度下的亨利定理常数 mol L Pa PG 各种气体的分压 Pa 3 水体中可能存在的碳酸组分CO2 CO32 HCO3 H2CO3 H2CO3 2 4 天然水中的碱度和酸度 碱度 水中能与强酸发生中和作用的全部物质 即能够接受质子H 的物质总量 酸度 凡在水中离解或水解后生成可与强碱 OH 反应的物质 包括强酸 弱酸和强酸弱碱盐 总量 即水中能与强碱发生中和作用的物质总量 5 天然水中的总碱度 HCO3 2CO32 OH H 6 水体中颗粒物的类别 1 矿物微粒和粘土矿物 铝或镁的硅酸盐 2 金属水合氧化物 铝 铁 锰 硅等金属 3 腐殖质 4 水体悬浮沉积物 5 其他 藻类 细菌 病毒等 影响水体中颗粒物吸附作用的因素有 颗粒物浓度 温度 PH 3 7 水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附 化学吸附 离子交换吸附和专属吸附 8 天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低 因而表层水呈氧化性环境 9 吸附等温线 在一定温度 处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线 水环境中常见的吸附等温线主要有L 型 F 型和H 型 10 无机物在水中的迁移转化过程 分配作用 挥发作用 水解作用 光解作用 生物富集 生物降解作用 4 11 pE pE越小 电子活度越高 提供电子的倾向越强 水体呈还原性 pE越大 电子活度越低 接受电子的倾向越强 水体呈氧化性 pE影响因素 1 天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低 2 天然水的pE随其pH减少而增大 5 12 什么是电子活度pE 以及pE和pH的区别 答 定义电极上电子有效浓度为电子活度 记作E 其负对数记作pE 电子活度越大或pE越小 电子供出电子的倾向越大 在电化学研究中 通常用电极电位表示电极供出或接受电子的倾向 当给出电子活度E和电子活度的负对数pE明确的热力学意义之后 就可以明确地表示不同电对在反应条件下供出或接受电子能力的相对大小 在一定温度下 pE与电极电位成直线关系 pE越大 电子活度越小 电极的氧化能力或接受电子的能力越强 供出电子能力越弱 pE与电子活度的关系同pH与H 活度的关系相似 pH亦称氢离子浓度指数 是溶液中氢离子活度的一种标度 也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准 pH值越趋向于0表示溶液酸性越强 反之 越趋向于14表示溶液碱性越强 pH 7的溶液为中性溶液 若水体的PE值高 有利于下列Cr Mn在水体中迁移 6 13 腐殖质的组成 由生物体物质在土壤 水体和沉积物中经腐败作用后的分解产物 是一种凝胶性有机高分子物质 分为腐殖酸 溶于稀碱但不溶于酸的部分 富里酸 即可溶于碱又可溶于酸的部分 腐黑物 不能被酸和碱提取的部分 一般认为 当浓度较高时 金属离子与腐殖质的反应以溶解为主 当金属离子浓度较低时 则以沉淀和凝聚为主 7 14 沉淀物中重金属重新释放诱发因素 盐浓度升高 碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来 氧化还原条件的变化 有机物增多 产生厌氧环境 铁猛氧化物还原溶解 使结合在其中的金属释放出来 pH值降低 氢离子的竞争吸附作用 金属在低pH值条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解 增加水中配合剂的含量 天然或合成的配合剂使用量增加 能和重金属形成可溶性配合物 有时这种配合物稳定性较大 以溶解态形式存在 使重金属从固体颗粒上解吸下来 8 15 凝聚过程 是在外来因素 如化学物质 作用下降低静电斥力 引力超过斥力时胶粒便合在一起 絮凝过程 借助于某种架桥物质 聚合物 联结胶体粒子 使凝结的粒子变的更大 简述胶体凝聚和絮凝之间的区别 答 絮凝 在胶粒或悬浮体内加入极少量的可溶性高分子化合物 可导致溶胶迅速沉淀 沉淀呈疏松的棉絮状 这类沉淀称为絮凝物 这种现象呈絮凝作用 聚沉 胶体粒子聚集由小变大 最终导致粒子从溶液中析出的过程 高分子对溶胶的絮凝作用与电解质的聚沉作用完全不同 由电解质引起的聚沉作用缓慢 沉淀颗粒紧密 小 高分子的絮凝作用则是由于吸附了溶胶粒子以后 高分子化合物本身的链段旋转和运动 相当于本身的痉挛作用 将固体粒子聚集在一起而产生沉淀 9 16 生物富集 生物从周围环境 水体 土壤 大气 吸收并积累某种元素或难降解的物质 使其在有机体内的浓度超过周围环境中浓度 该现象称为生物富集 生物富集常用生物富集系数 BCF 表示 即生物体内污染物的浓度与其生存环境中该污染物浓度的比值 10 17 水体富营养化 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 引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖 水体溶解氧量下降 水质恶化 鱼类及其他生物大量死亡的现象 发生在海域时叫赤潮 发生在湖泊时叫水华 危害 1使水味变得腥臭难闻2降低水体的透明度3影响水体的溶解氧4向水体释放有毒物质5影响供水水质并增加制水成本6对水生生态的影响 在正常情况下 湖泊水体中各种生物都处于相对平衡的状态 但是 一旦水体受到污染而呈现富营养状态时 水体的这种正常的生态平衡就会被扰乱 某些种类的生物明显减少 而另外一些生物种类则显著增加 这种生物种类演替会导致水生生物的稳定性和多样性降低 破坏了湖泊生态平衡 11 措施 1控制外源性营养物质输入 制订营养物质排放标准和水质标准 根据湖泊水环境磷容量 实施总量控制 实施截污工程或者引排污染源 合理使用土地 最大限制地减少土壤侵蚀 水土流失与肥料流失 2减少内源性营养物质负荷 生物性措施 是指利用水生生物吸收利用氮 磷元素进行代谢活动这一自然过程达到去除水体中氮 磷营养物质目的的方法 工程性措施 工程性措施主要包括挖掘底泥沉积物 进行水体深层曝气 注水冲稀等 化学方法 包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻等 对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等 采用往湖中投加化学物质使其生成沉淀而沉降 而使用杀藻剂可杀死藻类 这适合于水华盈湖的水体 藻类被杀死后 水藻腐烂分解仍旧会释放出磷 因此 死藻应及时捞出 或者再投加适当的化学药品 将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降 12 18 光解作用 光解反应能够使有机物结构发生不可逆转地改变 其对水环境有机污染物归趋有重要影响 光解过程主要有直接光解和间接光解 间接光解又包含敏化光解和氧化光解 直接光解指化合物本身直接吸收太阳能而发生的分解反应 间接光解指由其它化合物吸收光子生成多种活性物种 进而引发有机物发生光化学反应的过程 敏化光解即水体中天然物质被阳光激发后又将其激发能转移至化合物而使其分解的反应 氧化反应是指阳光辐射产生的强氧化自由基等中间体与化合物作用而发生的转化反应 13 19 微生物代谢途径 1 通过酶催化的亲核水解反应 2 利用氧的亲电行为的氧化反应 3 通过氢化物亲核行为或还原金属的还原反应 4 加成反应或自由基H提取和富里酸加成反应20 降水中主要的阴离子有硫酸根离子 氯离子 硝酸根离子 亚硝酸根离子 21 pHpK210 33时 溶液中主要以CO32 为主 pH介于pK1与pK2之间时 溶液中主要以HCO3 为主 22 金属污染物 Cd Hg Pb As Cr Cu Zn Tl Ni Be 14 23 环境中某一重金属的毒性与其游离金属离子浓度 配合作用 和化学性质有关 24 TN TP总磷 总氮和COD常衡量水体富营养化的指标 25 水体的自净作用可分为物理作用 化学作用和生物作用 26 pE pH图 在高H 活度 高电子活度的酸性还原介质中 Fe2 为主要形态 酸性还原性介质 在高H 活度 低电子活度的酸性氧化介质中 Fe3 为主要形态 酸性氧化性介质 碱性氧化介质 Fe OH 3 S 为主要形态 碱性还原介质 Fe OH 2 S 为主要形态 15 27 天然水体中重要的无机配体有 OH Cl CO32 HCO3 F S2 CN NH328 不易水解的有机污染物 烷烃烯烃芳香烃硝基苯杂环化合物PCBs醇类醚类羧酸易