环境化学电子课件第三章

1、环境化学 第三章水环境化学第三章水环境化学Chapter 3. AquaticEnvironmental Chemistry3-1环境化学 第三章水环境化学内容提要及重点要求主要介绍天然水的基本特征，水中重要污染物存在形态及分布，污染物在水环境中迁移转化的基本原理以及水质模型。要求了解天然水的基本性质，掌握无机污染物在水环境中沉淀-溶解、氧化还原、配合作用、吸附- 解吸、絮凝-沉降等迁移转化过程的基本原理，并运用所 学原理计算水体中金属存在形态，确定各类化合物溶解度，以及天然水中各类污染物的pE计算及pE-pH图的制作。了解颗粒物在水环境中和吸附-解吸的基本原理，掌握有机污染物在水体中的迁移转

2、化过程和分配系数、挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法，了解各类水质模型的基本原理和应用范围。3-2环境化学 第三章水环境化学第一节天然水的基本特征及污染物的存在形态3.1 Primary Characteristics of Natural Water and Forms of Pollutants一、 水的特征与水的分布Characteristics of H2O and Distribution of Water天然水的基本特征Primary Characteristics of Natural Water碳酸盐平衡Equilibrium of Carbonate水中污

3、染物的分布和存在形态Distribution and Forms of Main Pollutants in Water水体富营养化Eutrophication of Water Body3-3二、三、四、五、环境化学 第三章水环境化学Hd+105°WaterHd+d-O:一、 水的特征与水的分布Characteristics of H2O and Distribution ofHd+105°d-O:1.水特性（1）高熔点(Melting point)和高沸点(Boiling point)d+HH d+氢键Hydrogenbond105°O d-Hd+（2）特殊的

4、密度气固液 ，4 时H2O 最大。3-4CH4NH3H2OHFMP/-192-780-83BP/-164-3310020环境化学 第三章水环境化学From Environmental Chemistry,S.E. Manahan, CRC Press, 20043-5PropertyEffects and SignificanceExcellent solventTransport of nutrients and waste products, making biological processes possible in an aqueous mediumHighest dielectri

5、c constant of any common High solubility of ionic substances and their liquidionization in solutionHigher surface tension than any other liquidControlling factor in physiology, governs dropand surface phenomenaTransparent to visible and longer-wavelength Colorless, allowing light required for fracti

6、on of ultraviolet lightphotosynthesis to reach considerable depths inbodies of waterum density as a liquid at 4 °CIce floats, vertical circulation restricted instratified bodies of waterHigher heat of evaporation than any other Determines transfer of heat and water materialmolecules between the

7、 atmosphere and bodiesof waterHigher latent heat of fusion than any other Temperature stabilized at the freezing point of liquid except ammoniawaterHigher heat capacity than any other liquid Stabilization of temperatures of organisms and except ammoniageographical region环境化学 第三章水环境化学无机离子以水合离子形式存在Cl-

8、Na+憎水性有机污染物溶于水，破坏了水间固有氢键，需要提供形成水穴的能量，水溶解度低，具有逃离水相的趋势。而可与水形成氢键的极性污染物，有较高的水溶解度。3-6环境化学 第三章水环境化学2.水体的特征O2CO2CO2 +H2O + hn ®CH2O+ O2EpilimnionRelatively high dissolvedPhotolysisO2, Chemical species in oxidized formsThermoclineHypolimnionRelatively low dissolved O2, Chemical species in reduced forms

9、Exchange of chemical species with sedimentsStratification of a lake3-7环境化学 第三章水环境化学3.天然水的分布储水量/kg水的停留时间/年储存地1.39´1021海洋37 6002.92´10198.30´1018冰15 000水2.30´10171.30´10161.25´1015湖大江泊气河6.20.0280.033 7(=12 d)天然水的储量约为1428 ´1018 kg，江河水约占千万分之九，储量最小，海洋水占97.4%。可供人类活动利用的水仅

10、占0.64%。3-8环境化学 第三章水环境化学Movement of water vaporto land, 110condensationEvaporationSnowpack, ice1164Evaporation andRunoff,110transpiration, 195Precipitation 1055Lake reservoirinfiltrationoceangroundwater每天的水循环（1012 L）3-9Precipitation304环境化学 第三章水环境化学第一节水的基本特征及污染物存在形态3.1 Primary Characteristics of Water

11、 and Forms of Pollutants一、 水的特征与水的分布Characteristics of H2O and Distribution of Water天然水的基本特征二、Primary Characteristics of Natural Water碳酸盐平衡Equilibrium of Carbonate水中污染物的分布和存在形态Distribution and Forms of Main Pollutants in Water水体富营养化Eutrophication of Water Body3-10三、四、五、环境化学 第三章水环境化学二、天然水的基本特征Primary

12、 Characteristics of Natural Water1.淡水特征3-11优势离子有机质质量浓度海水Na+ >Mg2+ >Ca2+ ； Cl- >SO42- >HCO3-海水< 2 mg/L淡水Ca2+ >Mg2+ >Na+；HCO3- >SO42- > Cl-淡水> 2 mg/L环境化学 第三章水环境化学（1）化学成分A. 溶解态：盐、有机物和溶解的气体非溶解态：颗粒物、气泡B.主要离子（八大离子）：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-占天然水总离子的95%99。水中的主要离子组成图

13、3-12硬 度酸碱金属阳离子Ca2+,Mg2+H+Na+, K+碱度酸 根阴离子HCO -、CO 2-、OH-Cl-, SO 2-, NO - 3343环境化学 第三章水环境化学Typical Analyses of Surface and Ground water in USAConstitute, /(mg×L -1)ABCSiO2Fe(III) Ca2+9.50.074.01.20.0236100.0992Mg2+Na+1.12.60.618.31.62.00.413414.68.16.51.211922130.1165123348.21.4339849.613434369+K

14、HCO3- SO42-Cl- NO3-Total dissolved solidsTotal hardness as CaCO3A Pardee Reservior; B Niagara River; C Well WaterCited from Water Chemistry, V L Snoeyink and D Jenkins, John Wiley & Sons, 19803-13环境化学 第三章水环境化学总含盐量：TDS=Ca2+ Mg2+ K+ + Na+ + Cl- + SO42-+ HCO3-（2）水中金属离子的存在形态水溶液中金属离子的表示式常写成Mn+，预示着此为简

15、单的水合金属阳离子M(H2O)xn+。它可通过化学反应达到最稳定的状态，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。详见本章第二节。3-14环境化学 第三章水环境化学（3）气体在水中的溶解性亨利定律：X(g)X(aq)气体在大气和水之间的分配达到平衡时，符合：X(aq)=KH×pG列出了一些气体的亨利定律常数。P149注意KH的随X(aq)和pG的12而变。扣除水的分压。一种气体在液体中的溶解度正比于液体所接触的该种气体的分压。3-15环境化学 第三章水环境化学氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。氧在1.0130×105 Pa、

16、25饱和水中溶解度为8.32mg/L。水在25 时的蒸气压为0.031 67×105 。而空气中氧的含量为20.95%，氧的分压为：pO2 = (1.013 0 0.031 67)×105 Pa ×0.209 5= 0.205 6×105 Pa代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为：O2(aq) = KH ×pO2=(1.26×10-8×0.205 6×105) mol/L= 2.6×10-4 mol/L氧的摩尔质量为32 g/mol，因此其溶解度为8.32 mg/L3-16环境化学 第三章水环境化学氧

17、气溶解度随着温度变化，Clausius-Clapeyron 方程æ 11 öDHc2=´ç2.303RT÷-Tlgcè 12 ø1式中：c1和c2 热力学温度为T1和T2时气体在水中的浓度；DH溶解热，J/mol;R摩尔气体常数， 8.314 J/(mol ·K)当温度从0 升到35 时，氧在水中的溶解度将从14.74 mg/L降低到7.03 mg/L。3-17环境化学 第三章水环境化学CO2 的溶解度pCO2=(1.013 0-0.031 67)×105×3.14×10-4 = 30

18、.8 PaCO2(aq) = KH · pCO2 = (3.34×10-7×30.8 ) mol/L = 1.028×10-5 mol/LCO2在水中解离，在pH为中性附近时， HCO3-为主要形态。则： H+ = HCO3- H+2/CO2 = K1 = 4.45×10-7H+ =(1.028×10-5× 4.45×10-7)1/2 mol/L = 2.14×10-6 mol/L-+-5-7 1/2-6HCO3 =H =(1.028×10 ×4.45×10 )mol/L=

19、2.14×10mol/LpH = 5.67故CO2在水中的溶解度应为CO2 HCO3- = 1.24×10-5 mol·L -13-18环境化学 第三章水环境化学（4）水生生物水生生物可直接影响许多物质的浓度,其作用有代谢、摄取、转化、和等。Ø 自养生物(Autotroph)：利用太阳能量和化学能量，把无机物引入生命中组成生命体。Ø 异养生物为能源及(heterotroph)：利用自养生物产生的有机物作自身生命的原始物质。Ø 藻类生成和分解就是水体中进行光合作用（P,photosynthesis）和呼吸作用（R,respiration

20、）的典型过程，可用简单化学计量关系来表征：-2-+106CO2 + 16NO3 + HPO4+122H2O +18H （+痕量元素和能量）PhotosynthesisRespiration/DecompositionC106H263O110N16P + 138O23-19环境化学 第三章水环境化学水体产生生物体的能力称为生产率（Productivity）富营养化：Eutrophication 贫营养化：Oligotrophication分解者（Decomposer）：细菌和真菌3T:Temperature， Transparency, TurbulenceDO: Dissolved oxyge

21、nBOD: Biochemical oxygen demand生化需氧量：一定体积的水中有机物降解所需消耗的氧的量。CO2: Carbon dioxide3-20环境化学 第三章水环境化学2.海水的特征（1）化学成分常量元素(>1 mmol/L)营养元素(N, P, Si, Fe, Mn, Cu)微量元素(<1mol/L)溶存气体：来源于大气、火山爆发、海洋生物和化学反 应，有CO2, CH4, H2S, O2 (08.5 mg/L), N2和Ar。有机质(Organic substance)：来源于陆地输入、海洋生物和尸体破裂。3-21环境化学 第三章水环境化学海水中的常量元素理

22、论上考虑的主要存在形态平均含量/(g×L-1)含量范围/(g×L-1)常量元素Na10.7700Na+K0.3990K+Mg1.2900Mg2+Ca0.4120Ca2+Sr0.0079Sr2+Cl10.35000.0070.0085Cl-S0.9050SO42-C0.0280CO32-Br0.0673Br-F0.0013F-, MgF+B0.0044B(OH)33-22环境化学 第三章水环境化学（2）常量元素的恒比关系海水中化学成分的浓度会因时因地有一定的变化。但其中常量元素占总盐量的百分比却基本稳定，这一规律称为海水常量元素的恒比关系。应当指出，海水常量元素的恒比关系对于

23、开阔海洋一般适用，但在局部海区就不一定适合。如，河口滨海区受流入河水的影响颇大，硫、碳等常量元素占总盐量 的百分比，通常高于一般海水。 Cl-：55.1%55.3% Na+：30.3%30.9%3-23环境化学 第三章 水环境化学（3）盐度和氯度盐度（S）sali：1kg海水中碳酸盐全部转化成氧化物、溴碘化物全部转化成氯化物、有机质完全氧化后所含的固体物质的质量（g/kg）。S=1.806Cl3-24氯度（Cl）：1kg海水中将溴、碘等摩尔交换成氯后，所含氯的 总质量（g/kg）。环境化学 第三章水环境化学（4）标准海水和人工海水标准海水：氯度和电导已被准确测定的大洋海水。人工海水：为了实验和

24、养殖等需求，按照海水的主要无机成分 配制的海水，只含无机物，不含有机物和颗粒物，pH是7.98.3，Cl 是在养殖业，盐水晶，氯化钠、粗盐19。nn3-25环境化学 第三章水环境化学第一节水的基本特征及污染物存在形态3.1 Primary Characteristics of Water and Forms of Pollutants一、 水的特征与水的分布Characteristics of H2O and Distribution of Water天然水的基本特征Primary Characteristics of Natural Water碳酸盐平衡二、三、Equilibrium of

25、Carbonate水中污染物的分布和存在形态Distribution and Forms of Main Pollutants in Water水体富营养化Eutrophication of Water Body3-26四、五、环境化学 第三章水环境化学三、碳酸盐平衡Equilibrium of Carbonate碳的地球化学循环：岩石圈水圈大气圈生物圈碳酸平衡1.(1)封闭体系溶解性CO2 与大气没有交换pK0=1.46 pK1=6.35pK2=10.33CO2 + H2O*H2CO3-HCO3*H2CO3-+HCO3 + H2-CO3+ H+3-27K1=HCO3 H / H2CO3 K2

26、=CO3H / HCO3 -+*2-+-环境化学 第三章水环境化学大气中的CO2生物降解光合作用溶解作用和化学过程溶解性的无机碳主要为HCO3-固定的有机碳（CH2O）和人为的碳3-28固定的有机烃类，CxH2x 和油母页岩不溶性无机碳，主要为CaCO3和CaCO3·MgCO3生物地球化学过程用石油原料生产的异型生物质以溶解的CO2 的溶解作用化学沉淀作用和无机碳结合于微生物外壳环境化学第三章水环境化学因为在封闭体系中，cT恒定0= H2CO3 */H2CO3 * + HCO3- + CO32-1= HCO3-/H2CO3 * + HCO3- + CO32- 2= CO32- /H2

27、CO3 * + HCO3- + CO32-即得：0=(1+K1/H+ K1K2/H+2)-11=(1+ H+/ K1+K2/ H+ )-12=(1+ H+2/ K1K2+ H+/ K2)-13-29环境化学 第三章水环境化学碳酸化合态分布图3-30环境化学 第三章水环境化学磷酸的平衡氢硫酸的平衡pK1=2.1 pK2=7.2pK3=12.3H3PO4H2PO4 + H-+pK1=7.1pK2=14.9H2PO4-HPO4+ H2-+H2S HS-HS + H-+2-HPO43-PO4+ H+S2- + H+Cited from Water Chemistry, V. L. Snoeyink a

28、nd D. Jenkins,John Wiley & Sons, 19803-31环境化学 第三章水环境化学（2）开放体系CO2 在气相和液相处于平衡状态，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可表示为CO2和pH的函数。CO2(aq) = KH · CO2cT = CO2 / 0 = KH · CO2 /0HCO3- = (1/0) KH · CO2 = K1 · KH · CO2 / H+ CO32- = (2 / 0 ) KH · CO2 = K1 · K2 · KH · CO2 / H+2lg CO2

29、= lg(1. 028×105) = -4.988 lg HCO3-= -11.338 + pHlg CO32- = -21.668 + 2pH推导过程3-32环境化学 第三章水环境化学pKpK1pK2CO32-H+cTOH-H2CO3HCO3-开放体系的碳酸平衡3-33lgc环境化学第三章水环境化学比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，H2CO3 , HCO3 , CO3等可随pH 变化，但总的碳酸量 CT 始终不变。而对于开放体系,cT , HCO3-, CO32-均随pH改变*-2-而变化，但H2CO3 总保持与大气相平衡的固定数值。*3-34环境化学 第三章水环境化学N

30、aOH有机胺Ca(OH)22.天然水中的碱度和酸度碳酸盐、硅酸盐、腐殖酸盐(1) 碱度(Alkali)是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子的物质的总量。组成水中碱度的物质可归纳为三类：强碱、弱碱、强碱弱酸盐。总碱度用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色(pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。H+ + OH-H+ + CO32- H+ + HCO3-H2OHCO3-H2CO3总碱度= HCO3- + 2 CO32- + OH- - H+3-35环境化学第三章水环境化学酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液 pHØ降到8.3

31、 时，表示 OH- 被中和，CO2-全部转3化为 HCO -，得到酚酞碱度表达式：32-+酚酞碱度= CO3 + OH - H2CO3* - H 苛性碱度：达到pHCO3 -所需酸量时的碱度，但不易测得。2Ø-*+苛性碱度= OH- HCO3 -2 H2CO3 -H = 2 酚酞碱度 总碱度3-36环境化学 第三章甲基橙0水环境化学酚酞1412H2CO3, HCO34.3HCO3-、 CO32-8.3H2CO3、CO32-H2CO3总碱度/甲基橙碱度®CO32-苛性碱度HCO-3酚酞碱度总碱度= HCO3- + 2 CO32- + OH- - H+酚酞碱度= CO32- +

32、 OH- - H2CO3* - H+苛性碱度= OH- HCO3-2 H2CO3* -H+3-37环境化学第三章水环境化学HCl, H2SO4, HNO3 H2CO3FeCl3, Al2 ( SO4)3(2) 酸度（acidity)：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+ 的物质总量。组成水中酸度的物质可归纳为三类：强酸、 弱酸和强酸弱碱盐。无机酸度：以甲基橙为指示剂滴定到 pH = 4.3-2-无机酸度 = H+ - HCO3 - 2 CO3 - OH Ø3-38环境化学 第三章水环境化学游离 CO2 酸度：以酚酞为指示剂滴定到pH=8.3&#

33、216;游离 CO2 酸度 = H+ + H2CO * - CO 2- - OH-33总酸度：在 pH=10.8 处得到，但此时滴定曲线无明显突跃，难以选择适合的指示剂，故一般以游离 CO2作为酸度主要指标。-*-总酸度= H+ HCO3 +2 H2CO3 -OH Ø3-39环境化学 第三章水环境化学应用总碳酸量（cT）和相应的分布系数（）来表示：总碱度 cT (1+ 22) + Kw/H+ - H+酚酞碱度 cT (2- 0) + Kw/H+ - H+苛性碱度 -cT (1+ 20) + Kw/H+ - H+总酸度 cT (1+ 20) + H+ - Kw/H+CO2酸度cT (0

34、 - 2) + H+ -Kw/H+无机酸度-cT (1+ 22) + H+ -Kw/H+3-40环境化学 第三章水环境化学例1某水体pH=8.00,碱度=1.00×10-3 mol/L，计算该水体中各碱度成分的浓度。HCO3- = 碱度= 1.00×10-3 mol/LOH- = 1.00×10-6 mol/L-H2CO3*=H+HCO3 / K1（1）=1.00×10-8×1.00×10-3 / (4.45×10-7 ) mol/L=2.25 ×10-5 mol/LCO32- = K2HCO3- / H+（2）=

35、 4.69×10-11×1.00×10-3 / (1.00×10-8 ) mol/L= 4.69 ×10-6 mol/L3-41环境化学 第三章 水环境化学例2若水体 pH升高到10.00, 碱度仍保持1.00×10-3水体中各碱度成分的浓度。mol/L，再计算该总碱度 = HCO - + 2CO 2- + OH-3OH- = 1.00×10-4 mol/L31.00×10-3 = HCO - + 2CO 2- + 1.00×10 -4(1)33K22-4.69 ´10-11CO= 0.469,

36、 3K =CO 2-H+ / HCO- 1.00 ´10-10HCO2333CO32- = 0.469 HCO-代入式(1)3HCO -+ 0.469 HCO -× 2 = 0.000933-4HCO3 = 4.64×10mol/LCO32- = 2.18×10-4 mol/L对总碱度的贡献仍为1.00×10-3 mol/L3-42环境化学 第三章水环境化学这里需要特别注意的是，在封闭体系中加入强酸或强碱，总碳酸量cT不受影响。而加入CO2时，总碱度并不发生变化。这时溶液pH和各碳酸化合态浓度虽然发生变化，但它们的代数综合值仍保持不变。因此总碳

37、酸量cT和总碱度在一定条件下具有守恒特性。3-43环境化学 第三章水环境化学例3(P109)天然水pH=7.0，碱度为1.4 mmol/L,为使pH=6，加入多少酸？= cT (1+22) + KW /H+ H+总碱度cT=1/（1+22） 总碱度 + H+ OH-令 1/（1+ 22） = (表3-4, p157 ） 则cT = ´碱度pH=7.0, 查表 3-41 ，和2，得= 1.22cT = 1.224×1. 4 = 1.71 m mol/L当加强酸使 pH = 6.0，而cT不变时= 3.247碱度 = 1.71 / 3.25 = 0.527 mmol/LA =

38、1.4-0.526 = 0.873 mmol/L3-44环境化学 第三章水环境化学第一节水的基本特征及污染物存在形态3.1 Primary Characteristics of Water and Forms of Pollutants一、 水的特征与水的分布Characteristics of H2O and Distribution of Water天然水的基本特征Primary Characteristics of Natural Water碳酸盐平衡Equilibrium of Carbonate水中污染物的分布和存在形态Distribution and Forms of Main P

39、ollutants in Water水体富营养化Eutrophication of Water Body3-45二、三、四、五、环境化学 第三章水环境化学四、水中污染物的分布和存在形态Distribution and Forms of Main Pollutants in Watern 我国水中优先污染物的(其他内容参见第一章，及相关内容）1挥发性卤代烃类二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1，2二氯乙烷，1，1，1二氯乙烷、1，1，2三 氯乙烷、1，1，2，2四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、三溴甲烷（溴仿），计10个2苯系物苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯，计6个3. 氯代苯类4. 多氯

40、联苯5. 酚类氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、六氯苯，计4个1个苯酚、间甲酚、2，4二氯酚、2，4，6三氯酚、五氯酚、对硝基酚，计6个 6类、对硝、2，4二硝、，对硝基氯苯、2，4二硝基氯苯，计6个7. 苯胺类8. 多环芳烃类苯胺、二胺、对胺、2，6二氯胺，计4个芘、茚并1，2，3c,d芘，苯并萘、荧蒽、苯并b荧蒽、苯并k荧蒽、苯并aghi芘，计7个酞酸二甲酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯，计3个9酞酸酯类10六六六、滴滴涕、乐果、对、甲基对、除草醚、敌百虫，计8个11. 丙烯腈12. 亚硝胺类1个N亚硝基二甲胺、N亚硝基二正丙胺，计2个13化物1个14重金属及其化合物 砷及其化合物、铍及其化合物、镉及其

41、化合物、铬及其化合物、及其化合物、镍及其 化合物、铊及其化合物、铜及其化合物、铅及其化合物，计9类3-46环境化学 第三章水环境化学第一节水的基本特征及污染物存在形态3.1 Primary Characteristics of Water and Forms of Pollutants一、 水的特征与水的分布Characteristics of H2O and Distribution of Water天然水的基本特征Primary Characteristics of Natural Water碳酸盐平衡Equilibrium of Carbonate水中污染物的分布和存在形态Distrib

42、ution and Forms of Main Pollutants in Water水体富营养化二、三、四、五、Eutrophication of Water Body3-47环境化学 第三章水环境化学五、水体富营养化Eutrophication of Water Body2007年夏，太湖藻类暴发，饮用水供应被迫中断摘自科学网3-48环境化学 第三章水环境化学1.n水中营养元素水中的N, P, C, O和微量元素如Fe, Mn, Zn是湖泊等水体中生物的必需元素。营养元素丰富的水体通过光合作用，产生大量的植物生命体和少量的动物生命体。近年来的研究表明，湖泊水质营养化的发展，与湖体内积累营养

43、物有着非常直接的关系。和富以太湖为例，进入太湖的主要营养物总磷(TP), 总氮(TN), Fe, Mn和Zn是进入太湖污染物中总量较大的一类，年入湖量32 751.8 t，其中TN占85.8%，TP和Fe各约占6%和2.1%，Mn占0.3%。近30年来， 营养元素特别是TN, TP的含量都有明显的增加。n通常使用N/P比值的大小来湖泊的富营养化状况。当N/P比值n大于100时，属贫营养湖泊状况。当N/P比值小于10时，则认为属富营养状况。如果假定N/P比值超过15，生物生长率不受氮限制的 话，那么有70%的湖泊属磷限制。3-49环境化学 第三章水环境化学Essential Plant Nutr

44、ients: Source and FunctionsNutrientSourceFunctionMacronutrientsCarbon (CO2) HydrogenAtmosphere, decayWaterBiomass constituentBiomass constituentOxygen Nitrogen (NO3-)WaterDecay, pollutants,Biomass constituentProtein constitutentatmosphere (from nitrogen fixing organisms)Phosphorus (PO43-) PotassiumS

45、ulfur (SO42-) Magnesium CalciumMicronutrientsB，Cl，Co, Cu, Fe, Mo, Mn, Na, Si, V, ZnDecay, minerals, pollutants Minerals, pollutants MineralsMineralsMineralsDNA/RNA constituent Metabolic function Proteins, enzymes Metabolic functionMetabolic functionMinerals, pollutants,Metabolic function and/ orcons

46、tituent of enzymes3-50环境化学 第三章水环境化学2.水体富营养化n 营养元素：C（BOD=CO2）、N、P、Fe，都有可能成为制限因子；n 藻类疯长；n 藻类尸体分解引起水体溶氧下降；n 水体发臭；n 水生生物；n 绿藻和硅藻由蓝藻取代，产生藻毒素。3-51环境化学 第三章水环境化学The ability of a body of water to produce living material is known as its productivity. Productivity results from a combination of physical and che

47、mical factors. Highproductivity requires an adequate supply of carbon(CO2), nitrogen (nitrate), phosphorus(orthrophosphate), and trace elements such as iron. Water of low productivity generally is desirable for water supply or for swimming. Relatively high productivity is required for the support of

48、 fish and to serve as the biomass of the food chain in an aquatic ecosystem.Excessive productivity results in decay of the biomassproduced, consumption of dissolved oxygen, and odorproduction, a condition called eutrophication.From Environmental Chemistry,S.E. Manahan, CRC Press, 20043-52环境化学 第三章水环境

49、化学(1)流域污染物排入3-53面积化肥使用量（折纯)/(t/hm-2)19781979198019811978198219831984198519861987198819891990199119921993199419951996199719981978-1998年我国面积化肥使用量变化情况0.50.4增长3倍0.30.20.103年份环境化学 第三章水环境化学中国与世界一些和地区人均耕地和公顷耕地氮、磷化肥用量比较和地区项目时期中国美国欧洲德国荷兰东亚和东南亚0.1540.0970.1670.1440.0850.57人均耕地/ha60 年代初期2000 年以来0.073881101902217120302055581626233611348367116801841207610824285600391111105679378661328耕地氮肥用量/60 年代初期(kg N ha-2)1980s2000 年以来耕地氮肥用量/60 年代初期(kg P2O5 ha-