环境化学第三章水PPT课件

-,1,第三章水环境化学,-,2,第一节水的基本特征及污染物存在形态,-,3,一、水的特征与分布,（1）高熔点(meltingpoint)和高沸点(boilingpoint),氢键,A、偶极-偶极作用B、氢键,（2）特殊的密度气固液，4时H2O最大。,1、水分子特性,-,4,2、天然水的分布,天然水的储量约为14281018千克，江河水约占千万分之九，储量最小，海洋水占97.3%。,-,5,二、海水的特征,1、化学成分常量元素(1mmol/L)营养元素(N、P、Si、Fe、Mn、Cu)微量元素(pK2时，lgCO32-线斜率为零，lgCa2线斜率也为零。B、当pK1pHpK2时，lgCO32-线斜率为1，lgCa2线斜率为-1。C、当pHpK2时，21，CO32-为主，lgCa2+=0.5lgKSP,当pK1pHFe2+，Fe3+=1.010-3mol/LlgFe2+=10.05-pE,-,75,5、水中有机物的氧化,A、水中有机物可以通过微生物的作用，逐步降解转化为无机物CH2O+O2CO2+H2OB、水中有机物有氧分解产物为CO2、H2O、SO42-、NO3-s等，不会引起水质恶化；而缺氧分解产物为NH3、H2S、CH4，将会使水质恶化。,氧下垂曲线：向河流中加入有机物后，水中BOD升高，发生耗氧分解，河流的含氧量沿程迅速下降。,微生物,-,76,五、配合作用,1、软硬酸碱理论硬酸：电荷密度大,粒子粒径小,不易极化,外部电子云能紧密围绕在原子核周围。软酸：电荷密度小,粒子粒径大,容易极化,外部电子云不能紧密围绕在原子核周围。硬酸硬碱，软酸软碱形成稳定络合物。路易斯硬酸：H+、Na+、K+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Al3+、Cr3+、Fe3+、As3+Intermediate：Co2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+路易斯软酸：Cu+、Ag+、Hg22+、Pd2+、Cd2+、Pt2+、Hg2+、CH3Hg+路易斯硬碱：H2O、OH-、F-、Cl-、PO43-、SO42-、CO32-、O2-Intermediate：Br-、NO2-、SO32-路易斯软碱：SH-、S2-、RS-、CN-、SCN-、CO、R2S、RSH、RS-、,大多为有毒金属,-,77,2、配合物在溶液中的稳定性,（1）概念稳定性：指配合物在溶液中离解成中心离子和配位体，当离解达到平衡时离解程度的大小。天然水体中重要的无机配体有：OH-、Cl-、CO32-、HCO3-、F-、S2-等。有机配体有天然有机质，如氨基酸、糖、腐殖酸，洗涤剂、清洁剂等。配合物鳌合物存在于水中的配体形成配合物之后，水溶性和移动性增加，因而生物毒性增加；而存在于颗粒物上的配体形成配合物之后，水溶性减小，吸附性增加。,查看结构图,-,78,具有不止一个配位原子的配体，它们与中心原子形成环状配合物称为鳌合物。,返回,-,79,稳定常数：衡量配合物稳定性大小的尺度K1=ZnNH32+/Zn2+NH3=3.9102K2=Zn(NH3)22+/ZnNH32+NH3=2.1102K1、K2称为逐级稳定常数，表示NH3加至中心Zn2+上是一个逐步的过程。积累稳定常数是指几个配位体加到中心金属离子过程的加和。如：2=Zn(NH3)22+/Zn2+NH32=K1K2=8.2104对于Zn(NH3)32+的3=K1K2K3，对于Zn(NH3)42+的4=K1K2K3K4。概括起来：Kn=MLn/MLn-1Ln=MLn/MLnKn或n越大，配合离子愈难离解，配合物越稳定。,（2）配合物在溶液中的稳定常数,-,80,3、羟基对重金属离子的配合作用,Me2+OH-MeOH+K1=1=MeOH+/Me2+OH-MeOH+OH-Me(OH)20K2=Me(OH)20/MeOH+OH-2=KK2=Me(OH)20/Me2+OH-Me(OH)20+OH-Me(OH)3-K3=Me(OH)3-/Me(OH)20OH-3=K1KK=Me(OH)3-/Me2+OH-Me(OH)n-12-(n-1)+OH-Me(OH)n2-nKn=Me(OH)n2-n/Me(OH)n-12-(n-1)OH-n=K1K2Kn=Me(OH)n2-n/Me2+OH-nMeT=Me2+MeOH+Me(OH)20Me(OH)3-Me(OH)n2-n=Me2+11OH-2OH-2nOH-n=Me2+0=Me2+/MeT=1/1=Me(OH)+/MeT=01OH-2=Me(OH)20/MeT=02OH-2n=Me(OH)n2-n/MeT=0nOH-n在一定温度下，1、2、n为定值，仅是pH的函数。,-,81,4、氯离子对重金属的配合作用,基本原理同羟基的配合作用,-,82,5、腐殖质的配合作用,腐殖质是有机高分子物质，分子量在300到30000以上。分为三类：富里酸（Fulvicacid）分子量小，配位基团多（羟基羧基多，氧含量高），既溶于酸又溶于碱；腐殖酸（Humicacid）分子量大，芳香度高（苯环多，碳含量高），只溶于碱；腐黑物（Humin）又叫胡敏素，不能被酸碱提取的部分。腐殖酸和腐黑物中，碳含量为50-60，氧含量为30-35，氢含量为4-6，氮含量为2-4。腐殖质出了含有大量苯环之外，还含有大量羧基、醇基和酚基。,有机物含量2有机碳含量,从结构和溶解性等方面解释腐殖质主要成分的区别,-,83,5、腐殖质的配合作用,富里酸单位质量含有的含氧官能团数量较多，因而亲水性也较强。这些官能团在水中可以离解并产生化学作用，因此腐殖质具有高分子电解质的特征，并表现为酸性。,-,84,腐殖质与环境有机物之间的作用主要涉及吸附效应、溶解效应、对水解反应的催化作用、对微生物过程的影响以及光敏效应和猝灭效应等。,CO,OH,+M2+,O,CO,O,O,M,+H+,CO,O,CO,O,M,COM+,O,羧基及羟基间鳌合成键,两个羧基间鳌合成键,一个羧基形成配合物,重金属在天然水体中主要以腐殖质的配合物形式存在,-,85,腐殖酸本身的吸附能力很强，这种吸附能力甚至不受其他配合作用的影响。腐殖酸可以很容易吸附在天然颗粒物上，改变颗粒物表面性质。配合作用可抑制金属以碳酸盐、硫化物、氢氧化物形式的沉淀产生。配合作用影响重金属对水生生物的毒性。腐殖质的存在可以形成可疑致癌物质三卤甲烷（THMS）。腐殖酸与阴离子的作用。腐殖酸对有机污染物的作用。,-,86,第三节有机污染物在水环境中的迁移转化,有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进行迁移转化。重金属迁移转化作用有溶解、沉淀、氧化还原、吸附作用。,-,87,一、吸附作用,1、分配作用分配系数：非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到平衡，此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值；有机物在土壤上的吸附等温线是线性的，在非有机相上的吸附是高度非线性的；分配作用：有机化合物在水相和土壤有机质间的分配，等温线是线性的，只与溶解度有关，放出的吸附热小。吸附作用：土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用，等温线是非线性的，存在竞争吸附，放出大量热。,-,88,一、吸附作用,2、标化分配系数为了在类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数，引入了标化的分配系数(Koc)：Koc=Kp/Xoc式中：Koc标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数；Xoc沉积物中有机碳的质量分数。对于每一种有机物可得到与沉积物特征无关的一个Koc。,-,89,若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp表示为：Kp=Koc0.2(1-f)Xocs+fXocf式中：f细颗粒的质量分数（dc，则上式可简化为：-d