三篇水環(huán)境化學(xué)ppt課件

1、 第三篇第三篇 水水 環(huán)環(huán) 境境 化化 學(xué)學(xué) 世界上可供人類利用的淡水資源僅占地球水資源的0.64%。 重點(diǎn)轉(zhuǎn)向 (1) 有毒難降解有機(jī)污染物的水環(huán)境行為和歸趨模式方面研究; (2) 金屬存在形態(tài)與生物有效性及生物地球化學(xué)循環(huán)的研究; (3) 飲用水資源的保護(hù)及地下水污染問題。 第三篇第三篇 水水 環(huán)環(huán) 境境 化化 學(xué)學(xué) 教學(xué)要求:1. 掌握天然水的組成和性質(zhì);2. 溶解和沉淀，氧化還原，配合作用及固-液界面相互作用等基本化學(xué)原理在水環(huán)境化學(xué)中的應(yīng)用；3. 掌握主要有毒難降解有機(jī)污染物的環(huán)境行為和歸趨模式的基本原理。第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成水質(zhì)概況水質(zhì)概況 地球表面有

2、地球表面有70.8%70.8%為海洋所覆蓋，占地球?yàn)楹Ｑ笏采w，占地球總水量的總水量的97.3%97.3%，淡水只占，淡水只占2.7%2.7%，可供人類使，可供人類使用的淡水資源約為用的淡水資源約為850850萬萬km3km3，僅占地球總水，僅占地球總水量的量的0.64%0.64%。 我國水資源比較豐富，約為我國水資源比較豐富，約為2721027210億億m3m3，居世界第六位。居世界第六位。 目前用水量僅次于美國。目前用水量僅次于美國。 對對4444個城市水質(zhì)調(diào)查個城市水質(zhì)調(diào)查: : 地下水地下水93.2%93.2%被污染，地表水被污染，地表水100%100%污污染染. . 第一章第一章 天

3、然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水系的類別天然水系的類別第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水的組成天然水的組成 天然水化學(xué)組成的形成過程天然水化學(xué)組成的形成過程 考慮巖石風(fēng)化和土壤生成等有關(guān)過程?？紤]巖石風(fēng)化和土壤生成等有關(guān)過程。 風(fēng)化過程風(fēng)化過程 地殼中原生巖石是火成巖，經(jīng)過風(fēng)化作用、遷移地殼中原生巖石是火成巖，經(jīng)過風(fēng)化作用、遷移和沉積作用而成為沉積巖，沉積巖經(jīng)地殼變遷可重新和沉積作用而成為沉積巖，沉積巖經(jīng)地殼變遷可重新轉(zhuǎn)入大陸，也可再經(jīng)變質(zhì)巖轉(zhuǎn)為火成巖，構(gòu)成巖石循轉(zhuǎn)入大陸，也可再經(jīng)變質(zhì)巖轉(zhuǎn)為火成巖，構(gòu)成巖石循環(huán)。環(huán)。 水的關(guān)鍵作用水的關(guān)鍵作用 大氣組成受到火山排出

4、物的直接或間接影響，提大氣組成受到火山排出物的直接或間接影響，提供供CO2CO2和氧化劑和氧化劑(O2)(O2)而參與化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。而參與化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水中的主要離子組成天然水中的主要離子組成 K+ K+、Na+Na+、Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+、HCO3HCO3、NO3NO3、ClCl和和SO42SO42為天然水中常見的八大離子，占天然水中離子總量的為天然水中常見的八大離子，占天然水中離子總量的9599%9599%。水中的金屬離子水中的金屬離子 水溶液中的金屬離子通過化學(xué)反應(yīng)可以達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)，水溶液中的金屬離子通過化學(xué)反應(yīng)可以

5、達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)，酸酸- -堿、沉淀、配合及氧化堿、沉淀、配合及氧化- -還原等反應(yīng)是它們在水中達(dá)到最穩(wěn)定還原等反應(yīng)是它們在水中達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)的過程。狀態(tài)的過程。 第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成溶解在水中的氣體溶解在水中的氣體水生生物水生生物 水生生物可直接影響許多物質(zhì)的濃度，包括代謝、水生生物可直接影響許多物質(zhì)的濃度，包括代謝、攝取、轉(zhuǎn)化、存貯和釋放等。攝取、轉(zhuǎn)化、存貯和釋放等。 自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物 自養(yǎng)生物利用太陽能或化學(xué)能量，把簡單、無生自養(yǎng)生物利用太陽能或化學(xué)能量，把簡單、無生命的無機(jī)物元素引進(jìn)其復(fù)雜的生命分子中即組成生命命的無機(jī)物元素引進(jìn)其復(fù)雜的

6、生命分子中即組成生命體。體。 異養(yǎng)生物利用自養(yǎng)生物產(chǎn)生的有機(jī)物作為能源及異養(yǎng)生物利用自養(yǎng)生物產(chǎn)生的有機(jī)物作為能源及合成它自身生命的原始物質(zhì)。合成它自身生命的原始物質(zhì)。 第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成溶解氧DO） 水體與大氣交換或經(jīng)化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)后溶于水中的氧稱為溶解氧。 水體受污染對其溶解氧反逐漸減少，因而，水中溶解氧的濃度是表明水體污染程度的重要指標(biāo)之一。地面水要求溶解氧含量不能低于4毫克/升。 第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成生物生物( (或生化或生化) )需氧量需氧量BOD5 BOD5 ） 生物生物( (或生化或生化) )需氧量需氧量BOD5BO

7、D5是另一個水質(zhì)的重要參數(shù)，它是是另一個水質(zhì)的重要參數(shù)，它是指在一定體積的水中有機(jī)物降解所要耗用的氧的量。指在一定體積的水中有機(jī)物降解所要耗用的氧的量?；瘜W(xué)需氧量化學(xué)需氧量CODCOD） 化學(xué)需氧量是指水樣在規(guī)定條件下用氧化劑處理時，其溶解化學(xué)需氧量是指水樣在規(guī)定條件下用氧化劑處理時，其溶解性或懸浮性物質(zhì)消耗氧化劑的量。性或懸浮性物質(zhì)消耗氧化劑的量。第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)天然水的性質(zhì) 碳酸平衡碳酸平衡 在水體中存在著在水體中存在著CO2CO2、H2CO3H2CO3、HCO3HCO3、CO32CO32等四種化合態(tài)，常把等四種化合態(tài)，常把CO2CO2、H2C

8、O3H2CO3合并為合并為H2CO3H2CO3，H2CO3H2CO3含量極低，主要是溶解性氣體含量極低，主要是溶解性氣體CO2CO2。 碳酸平衡系統(tǒng)第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水的堿度和酸度天然水的堿度和酸度 堿度是指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，堿度是指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，即能接受質(zhì)子即能接受質(zhì)子H+H+的物質(zhì)總量。的物質(zhì)總量。 組成水中堿度的物質(zhì)：組成水中堿度的物質(zhì)：（1 1強(qiáng)堿在溶液中全部電離生成強(qiáng)堿在溶液中全部電離生成OHOH離子；離子；（2 2弱堿在水中發(fā)生反應(yīng)生成弱堿在水中發(fā)生反應(yīng)生成OHOH離子；離子；（3 3強(qiáng)堿弱酸鹽如各種碳酸鹽

9、、硅酸鹽、磷酸鹽、硫化強(qiáng)堿弱酸鹽如各種碳酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、硫化物和腐殖酸物和腐殖酸 鹽等，水解生成鹽等，水解生成OHOH或者直接接受質(zhì)子或者直接接受質(zhì)子H+H+。 第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成 酸度是指水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，亦即放出H+或經(jīng)過水解能產(chǎn)生H+的物質(zhì)的總量。 組成水中酸度的物質(zhì)：（1強(qiáng)酸；（2弱酸如CO2、H2CO3、H2S、蛋白質(zhì)以及各種有機(jī)酸類；（3）)強(qiáng)酸弱堿鹽。天然水體的緩沖能力 天然水體的pH值一般在69之間。 水中含有的各種碳酸化合物控制水的pH值并具有緩沖作用。 第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成水的硬度水的硬度

10、 水中所含鈣、鎂離子總量稱為水的總硬度。水中所含鈣、鎂離子總量稱為水的總硬度。 水的硬度分級水的硬度分級 總硬度總硬度 水質(zhì)水質(zhì) 04 04度度 很軟水很軟水 48 48度度 軟水軟水 816 816度度 中等硬水中等硬水 1630 1630度度 硬水硬水 30 30度以上度以上 很硬水很硬水 常用常用“度作為硬度單位。例如度作為硬度單位。例如l0mg/Ll0mg/L的的CaOCaO稱稱為為1 1德國度，德國度，l0mg/Ll0mg/L的的CaCO3CaCO3稱為法國度。稱為法國度。第一章第一章 天然水的性質(zhì)和組成天然水的性質(zhì)和組成天然水體中的顆粒物和沉積物天然水體中的顆粒物和沉積物 總殘渣包

11、括過濾性殘渣總殘渣包括過濾性殘渣( (又稱總?cè)芙庑怨腆w物又稱總?cè)芙庑怨腆w物TDS)TDS)和非過濾性殘渣和非過濾性殘渣( (又稱懸浮物或懸浮固體物又稱懸浮物或懸浮固體物SS)SS)。 總殘渣又可分為揮發(fā)性殘渣和固定殘渣兩部分總殘渣又可分為揮發(fā)性殘渣和固定殘渣兩部分. .天然水體中顆粒物質(zhì)的來源天然水體中顆粒物質(zhì)的來源 （1 1陸生的巖石碎屑陸生的巖石碎屑 包括石英包括石英(SiO2)(SiO2)、剛玉、剛玉(Al2O3)(Al2O3)或赤鐵礦或赤鐵礦 (Fe2O3) (Fe2O3)等顆粒物等顆粒物. . （2 2粘土礦物粘土礦物（3 3碳酸鹽和硅石碳酸鹽和硅石 （4 4顆粒狀有機(jī)物顆粒狀有機(jī)物

12、（5 5天然和人造的化學(xué)物質(zhì)天然和人造的化學(xué)物質(zhì)天然水體天然水體- -海洋海洋海洋海洋 海洋覆蓋著海洋覆蓋著70.8%70.8%的地球表面，總面積約的地球表面，總面積約3613611012m21012m2，平均深度，平均深度3800m3800m，總體積為，總體積為137013701015m31015m3。 海水離子強(qiáng)度海水離子強(qiáng)度I I約為約為0.70.7。 溫度和鹽度是決定海水各種性質(zhì)的決定性因數(shù)。溫度和鹽度是決定海水各種性質(zhì)的決定性因數(shù)。 海水海水pHpH值在表層為值在表層為8.18.38.18.3，在深層可下降到，在深層可下降到7.87.8。 溶解于海水中的物質(zhì)按它們存在的數(shù)量分為三類，

13、溶解于海水中的物質(zhì)按它們存在的數(shù)量分為三類，即主要離子、少量物質(zhì)和微量元素。即主要離子、少量物質(zhì)和微量元素。天然水體天然水體- -海洋海洋 主要成分依次為Cl、Na+、Mg2+、SO42、Ca2+、K+和HCO3+ CO32）。 含氯量包括水樣中氯化物、溴化物和碘化物總和(后兩者被折算為氯化物)。 鹽度和含氯量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： 鹽度 = 0.03 + 1.805含氯量） 多數(shù)海水的鹽度在33 - 37。 天然水體天然水體- -海洋海洋天然水體天然水體- -海洋海洋海洋污染問題海洋污染問題(1)(1)由匯入海洋的河水夾帶的工農(nóng)業(yè)廢水以及投棄海洋的由匯入海洋的河水夾帶的工農(nóng)業(yè)廢水以及投棄海洋的

14、各種工業(yè)廢物；各種工業(yè)廢物；(2)(2)在由河水夾帶入海的生活污水中含有很豐富的營養(yǎng)物在由河水夾帶入海的生活污水中含有很豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可在河口、海灣地區(qū)引起赤潮；質(zhì)，可在河口、海灣地區(qū)引起赤潮；(3)(3)海岸建立的核電站、熱電站排水中的放射性污染物和海岸建立的核電站、熱電站排水中的放射性污染物和熱污染；熱污染；(4)(4)運(yùn)輸船只機(jī)房排出的機(jī)油，由海難事件中油輪傾翻的運(yùn)輸船只機(jī)房排出的機(jī)油，由海難事件中油輪傾翻的大量原油；大量原油；(5)(5)各種塑料制件各種塑料制件( (破碎魚網(wǎng)、船上丟棄人海的廢塑料制破碎魚網(wǎng)、船上丟棄人海的廢塑料制品品) )；(6)(6)由旅游事業(yè)引起的海濱地區(qū)污染等

15、。由旅游事業(yè)引起的海濱地區(qū)污染等。 天然水體天然水體河流河流二、河流二、河流 大氣降水及來自地下的水向低洼處匯集，并在重大氣降水及來自地下的水向低洼處匯集，并在重力作用下沿泄水的長條形凹槽流動，且終年有水者稱力作用下沿泄水的長條形凹槽流動，且終年有水者稱為河流。為河流。 常年性流水和槽床常年性流水和槽床( (即河床即河床) )是形成河流的基本條是形成河流的基本條件。件。 有關(guān)河流水體的基本綜合性質(zhì)有受納水量、水位、有關(guān)河流水體的基本綜合性質(zhì)有受納水量、水位、流速、流量、含固量、礦化度流速、流量、含固量、礦化度( (即以即以g/kgg/kg表示的離子總表示的離子總濃度濃度) )等。等。 與地下水

16、相比，河流是敞開流動水體；與地下水相比，河流是敞開流動水體； 與海洋相比，河流只有很小的水量與海洋相比，河流只有很小的水量( (占地球總水占地球總水量的百萬分之一量的百萬分之一) )。 天然水體天然水體河流河流 主要離子中，Na+、Ca2+占大多數(shù)，陰離子含量一般遞減順序是HCO3、Cl、SO42。 河流的主要污染物是各種有毒金屬和各類有機(jī)物。 釋入河流的重金屬污染物(Hg、Cd、Pb等)很容易被水中懸浮顆粒物吸附，隨即沉入水底。 當(dāng)富含有機(jī)物的城市污水經(jīng)排污管釋入河流水體后，隨水逐流的污染物會引起上下游水段內(nèi)溶解氧漸次降低的效應(yīng)，造成種種不良環(huán)境后果。 天然水體天然水體湖泊湖泊三、湖泊三、湖

17、泊 由地面上大小形狀不同的洼地積水而成湖泊。形由地面上大小形狀不同的洼地積水而成湖泊。形成湖泊必須條件是要具有一個周圍高、中間低的能蓄成湖泊必須條件是要具有一個周圍高、中間低的能蓄水的湖盆以及長期有水蓄積。水的湖盆以及長期有水蓄積。 湖水中含鈣、鎂、鈉、鉀、硅、氮、磷、錳、鐵湖水中含鈣、鎂、鈉、鉀、硅、氮、磷、錳、鐵等元素，其中氮、磷等元素引起的富營養(yǎng)化問題是湖等元素，其中氮、磷等元素引起的富營養(yǎng)化問題是湖泊的主要污染問題。泊的主要污染問題。 富營養(yǎng)化是湖泊等水體的衰老表現(xiàn)，極端富營養(yǎng)富營養(yǎng)化是湖泊等水體的衰老表現(xiàn)，極端富營養(yǎng)化會使湖泊演化為沼澤或干地?；瘯购囱莼癁檎訚苫蚋傻?。 由酸雨引起

18、湖水酸化是湖泊嚴(yán)重污染問題。由酸雨引起湖水酸化是湖泊嚴(yán)重污染問題。 天然水體天然水體地下水地下水四、地下水四、地下水 地下水的主要水源是大氣降水。降水中一部分通地下水的主要水源是大氣降水。降水中一部分通過巖石和土壤的間隙而滲入地下形成地下水。嚴(yán)格地過巖石和土壤的間隙而滲入地下形成地下水。嚴(yán)格地說，存在于地表之下飽和層的水體才是地下水，即是說，存在于地表之下飽和層的水體才是地下水，即是由水的重力克服了向上的毛細(xì)管力從而匯聚在此的水由水的重力克服了向上的毛細(xì)管力從而匯聚在此的水分。分。地下水水質(zhì)特點(diǎn)：地下水水質(zhì)特點(diǎn)：(1)(1)懸浮顆粒物含量很少，水體清沏透明；懸浮顆粒物含量很少，水體清沏透明； (2)(2)無菌、鹽分高、硬度大、含較多量的有機(jī)物；無菌、鹽分高、硬度大、含較多量的有機(jī)物；(3)(3)不與空氣接觸，水體呈還原態(tài)，鐵、錳等元素以低價不與空氣接觸，水體呈還原態(tài)，鐵、錳等元素以低價形態(tài)存在；形態(tài)存在； (4)(4)水溫不受氣溫影響；水溫不受氣溫影響； (5)(5)因有巖石等阻隔，流動速度很小，各部位水層的水質(zhì)因有巖石等阻