能源环境化学水

1、能源环境化学能源环境化学第第6 6部分部分 水化学与水圈水化学与水圈1372076805513720768055 水环境污染与水资源危机水环境污染与水资源危机6 6 水化学与水圈水化学与水圈人类面临的十大环境问题人类面临的十大环境问题酸雨污染酸雨污染温室效应或气候变暖温室效应或气候变暖臭氧层破坏臭氧层破坏土地沙漠化土地沙漠化森林面积减少森林面积减少物种灭绝与生物多样性锐减物种灭绝与生物多样性锐减水环境污染与水资源危机水环境污染与水资源危机水土流失水土流失城市垃圾成灾城市垃圾成灾大气环境污染大气环境污染6 6 水化学与水圈水化学与水圈鄱阳湖面积缩水鄱阳湖面积缩水90%6 6 水化学与水圈水化学与

2、水圈2011.5.312009.6.7鄱阳湖鄱阳湖6 6 水化学与水圈水化学与水圈水污染水污染国家环保总局历年环境状况公报国家环保总局历年环境状况公报http:/ 水循环水循环6.2 天然水的组成天然水的组成6.3 天然水的化学性质天然水的化学性质6.4 水污染水污染 6.5 水资源管理技术水资源管理技术6 6 水化学与水圈水化学与水圈5 5 碳循环，氮循环，硫循环碳循环，氮循环，硫循环6.1 水循环水循环6.1.1 地球上水的分布地球上水的分布6.1.2 水循环水循环6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.1.1地球上水的分布地球上水的分布地球的地球的71%的表面积为水体所占据，水总量为的表面积

3、为水体所占据，水总量为13.86108km3，平均深度可达平均深度可达3.8 km ；人类可以利用的人类可以利用的河水、淡水湖及浅层地下水河水、淡水湖及浅层地下水，大约为总水量，大约为总水量的的0.2，约为，约为3106 km3 。5 5 碳循环，氮循环，硫循环碳循环，氮循环，硫循环6.1 水循环水循环按按1995年人口统计，全球人均淡水资源约年人口统计，全球人均淡水资源约7170 -7450 m3，其中易于使用的淡水人均约其中易于使用的淡水人均约2180 -2440 m3。 1995年全球用水总量已达年全球用水总量已达36000亿亿m3，人均用水，人均用水628 m3，约占易用淡水资源量的约

4、占易用淡水资源量的26-29。6 水化学与水圈水化学与水圈我国水资源的概况：我国水资源的概况：l水资源总量：水资源总量：2.81012m3，水资源大国，水资源大国， 世界总量世界总量 第六位第六位 l人均占有水量：人均占有水量：只有只有2200m3（1997年人口），仅为世界平均水年人口），仅为世界平均水平的平的1/4，在世界上名列，在世界上名列121位，是全球位，是全球13个人均水资源最贫乏的个人均水资源最贫乏的国家之一。国家之一。 6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.1.2 水循环水循环 水汽输送水汽输送自自然然循循环环 6 6 水化学与水圈水化学与水圈大气水更新一次只要大气水更新一次只要

5、8d8d，每年平均更换，每年平均更换4545次；次；河水的更新期是河水的更新期是16d16d；海洋水全部更新一次需要海洋水全部更新一次需要2500a2500a；地下水平均更新期为地下水平均更新期为1400a1400a。 6.1.2 水循环水循环6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.1.2 水循环水循环社社会会 循循环环 原始水利用方式原始水利用方式自然水源自然水源取水取水使用使用直接排放大自然直接排放大自然自然净化功效自然净化功效早期水利用方式早期水利用方式自然水源自然水源使用使用简单处理简单处理兼有自然净化功效兼有自然净化功效取水取水简单处理简单处理排放排放现代水利用方式现代水利用方式水质工程

6、水质工程II排放排放 + 再生再生水资源利用水资源利用 + 保护保护管网工程管网工程(排水排水)管网工程管网工程(供水供水)水的利用水的利用生活、农业、工业、市政、环生活、农业、工业、市政、环境境水质工程水质工程I取水及输水工程取水及输水工程6 6 水化学与水圈水化学与水圈目前人类可影响的目前人类可影响的水循环水循环环节环节时间上：修建水库时间上：修建水库空间上：跨流域调水空间上：跨流域调水地表径流地表径流6 6 水化学与水圈水化学与水圈l 东线方案：计划从长江下游东线方案：计划从长江下游扬州市江都段扬州市江都段取水，利用取水，利用京行京行大大运河运河及大致与其平行的河道作主干线，通过及大致与

7、其平行的河道作主干线，通过13级抽水台阶提级抽水台阶提 水水64米到东平湖，再采取隧洞虹吸方式穿越米到东平湖，再采取隧洞虹吸方式穿越黄黄河进入河进入天津。天津。l 中线方案：计划从长江支流中线方案：计划从长江支流汉江汉江的丹江口水库的丹江口水库引水，加高水引水，加高水库大坝，沿京广线以西的伏牛山、太行山引水到库大坝，沿京广线以西的伏牛山、太行山引水到北京北京。l 西线方案：计划从大渡河、雅砻江、通天河调水至黄河上游，西线方案：计划从大渡河、雅砻江、通天河调水至黄河上游，供宁厦、内蒙古、供宁厦、内蒙古、 陕西、山西。陕西、山西。上上跨流域调水跨流域调水-南水北调工程南水北调工程6 6 水化学与水

8、圈水化学与水圈跨流域调水跨流域调水-南水北调工程南水北调工程6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.2 天然水的组成天然水的组成 水体：水体：河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。水体水体作为包括水中的悬浮物、溶解性物质、水生生物、底泥在内的作为包括水中的悬浮物、溶解性物质、水生生物、底泥在内的一个完整的生态系统。一个完整的生态系统。 溶溶解解物物生源物质：生源物质：胺胺/氮氮/磷等离子磷等离子气体气体: 氮氮 /氧氧/微量气体微量气体离子离子: 阴阴/阳离子阳离子微量元素：微量元素：卤素卤素/过渡金属过渡金属胶体：胶体：无机无机/有机胶体有机胶体

9、固体悬浮物：固体悬浮物：硅酸盐硅酸盐/砂粒砂粒/粘土粘土/水生生物水生生物6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.2 天然水的组成天然水的组成 主要离子主要离子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、 SO42- 、C1-和和NO3-（八（八大离子，占天然水中离子总量的大离子，占天然水中离子总量的9599 ）海水中海水中 Cl-、Na+占优势占优势湖水中湖水中 Na+、SO42-占优势占优势地下水地下水 受地域变化影响大受地域变化影响大污水中污水中 HCO3-、Ca2+占优势占优势6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.2 天然水的组成天然水的组成水中主要离子组成图 硬度 酸 碱金属 Ca2+

10、、Mg2+ H+ K+、Na+ 阳离子 HC03-、CO32-、OH- N03-、C1-和 S042- 碱度 酸根 阴离子 主要离子主要离子总含盐量：TDS=Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ + Cl- + SO42- + HCO3- + NO3-6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.2 天然水的组成天然水的组成 金属离子金属离子 水溶液中金属离子的表示式常写成水溶液中金属离子的表示式常写成M Mn+n+，预示着是简单的水，预示着是简单的水合金属阳离子合金属阳离子M(HM(H2 20)0)x xn+n+，它可通过，它可通过酸碱、沉淀、配合及氧化一酸碱、沉淀、配合及氧化一还原还原等反应

11、在水中达到最稳定状态。等反应在水中达到最稳定状态。 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以Fe(OH)Fe(OH)2+2+、Fe(OH)Fe(OH)2 2+ +、FeFe2 2(OH)(OH)2 24+4+和和FeFe3+3+形态存在。形态存在。 6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.2 天然水的组成天然水的组成 可溶性气体可溶性气体 可溶性气体多以分子形态存在，其中可溶性气体多以分子形态存在，其中氧氧和和二氧化碳二氧化碳是最主要是最主要的两种气体。的两种气体。大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡，服从亨利定大气中的气体分子与溶液

12、中同种气体分子间的平衡，服从亨利定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与液体所接触的该律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与液体所接触的该种气体的分压，表示为：种气体的分压，表示为： X(g) X(aq) X(g) X(aq) X(aq)=K X(aq)=KH Hppg g 其中：其中：K KH H各种气体在一定温度下的亨利定律常数，各种气体在一定温度下的亨利定律常数， p pg g各种气体的分压。各种气体的分压。6 6 水化学与水圈水化学与水圈氧在水中的溶解度氧在水中的溶解度 氧在干燥空气中的含量为氧在干燥空气中的含量为20.9520.95，大部分元素氧来自大气，大部分元素氧来自大气，因此水

13、体与大气接触再复氧的能力是水体的一个重要特征。因此水体与大气接触再复氧的能力是水体的一个重要特征。 氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含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。在盐量有关。在1.0130105Pa、25饱和水中溶解度为饱和水中溶解度为 8.32mg/L。 温度从温度从0上升到上升到35时，氧在水中的溶解度将从时，氧在水中的溶解度将从14.74mgL降低到降低到7.03mgL，溶解氧的水平是不高的。，溶解氧的水平是不高的。 仅需仅需7-8mg的有机质就可以把的有机质就可以把25为空气所饱和的为空气所饱和的1L水中的水中的氧耗尽。氧耗尽。6 6

14、水化学与水循环水化学与水循环 水生生物水生生物 水体中的生物数量繁多、种类多种多样，一般包括底栖生水体中的生物数量繁多、种类多种多样，一般包括底栖生物、浮游生物、水生植物和鱼类四大类。物、浮游生物、水生植物和鱼类四大类。 藻类藻类 藻类主要有蓝绿藻、硅藻、褐藻、鱼腥藻、念珠藻、颤藻等。藻类主要有蓝绿藻、硅藻、褐藻、鱼腥藻、念珠藻、颤藻等。 藻类是湖泊、水库等缓慢流动水体中最常见的能进行光合作用藻类是湖泊、水库等缓慢流动水体中最常见的能进行光合作用的浮游类植物。形成的浮游类植物。形成“水华水华” ” 的藻类主要有微囊藻、项圈藻。的藻类主要有微囊藻、项圈藻。 细菌等其他微生物细菌等其他微生物 水体

15、环境中重要的微生物体有原生动物、藻类、真菌、放线水体环境中重要的微生物体有原生动物、藻类、真菌、放线菌和细菌等；水体中的细菌等微生物是关系到水环境自然净菌和细菌等；水体中的细菌等微生物是关系到水环境自然净化和给水和废水的生物处理过程的重要的微生物体。化和给水和废水的生物处理过程的重要的微生物体。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3 天然水的化学性质天然水的化学性质6.3.1 天然水的碳酸平衡天然水的碳酸平衡6.3.2 天然水的溶解和沉淀作用天然水的溶解和沉淀作用6.3.3 氧化还原作用氧化还原作用6.3.4 配合作用配合作用6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3 天然水的化学性质天然水的化学

16、性质6.3.1 天然水的碳酸平衡天然水的碳酸平衡水体中碳酸的化合态水体中碳酸的化合态2CO23H CO3HCO23CO*23H CO6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3 天然水的化学性质天然水的化学性质6.3.1 天然水的碳酸平衡天然水的碳酸平衡CT=H2CO3*+HCO3-+CO32-封封闭闭体体系系 天然水体天然水体pH6-9，一般河水以一般河水以HCO3-形式存在。形式存在。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3 天然水的化学性质天然水的化学性质6.3.2 天然水的溶解和沉淀作用天然水的溶解和沉淀作用化学沉淀：溶度积规则化学沉淀：溶度积规则 CaCO3、MgNH4PO4(鸟粪石鸟粪石)

17、 、Fe(OH)3、 Ca2(PO4)3、Ca5(OH) (PO4)3等等物理性重力沉降：物理性重力沉降：SS、颗粒物、颗粒物胶体胶体物质沉降作用：粘土、细菌、病毒、物质沉降作用：粘土、细菌、病毒、Fe3+水解产物水解产物、Al3+水解产物水解产物、高分子物质如蛋白质、淀粉等、高分子物质如蛋白质、淀粉等一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量。溶解度小者，迁移能力小。溶解度大者，迁移能力大。量。溶解度小者，迁移能力小。溶解度大者，迁移能力大。6 6 水化学与水圈水化学与水圈离子吸附：通过氢键或范德华力的作用离子吸附在胶体表面离子

18、吸附：通过氢键或范德华力的作用离子吸附在胶体表面l 胶体表面带有电荷胶体表面带有电荷来自表面的化学反应：蛋白质来自表面的化学反应：蛋白质离子置换：粘土矿物离子置换：粘土矿物 SiO2 + Al（III） AlO2 + Si（IV） 胶体颗粒物质沉降作用胶体颗粒物质沉降作用6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.3 氧化还原作用氧化还原作用化学氧化还原反应化学氧化还原反应生物氧化还原反应生物氧化还原反应6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.3 氧化还原作用氧化还原作用 化学氧化还原作用化学氧化还原作用 天然水体中的氧化剂：天然水体中的氧化剂： O2、NO3-、NO2-、Fe3+、SO42-、C

19、O2、HCO3-等；等； 天然水体中的还原剂：有机物、天然水体中的还原剂：有机物、H2S、NH4+、NO2-等；等；6 6 水化学与水圈水化学与水圈加氯消毒加氯消毒( (氯化学氯化学) ) OH O 2e 2HOO2HCl 5e4HClO2OHCl 2eOHClOOHCl 2e H HClOClOH HClOClHHClO OHCl22322-22226 6 水化学与水圈水化学与水圈生物氧化还原作用生物氧化还原作用 xyz222C H O +OCOH O能量分解代谢(异化作用)xyz322572C H O +NH +OCHHONO能量-+xyz3272225CC H O +NO +HNCOH

20、OH NO能量合成代谢(同化作用)6 6 水化学与水圈水化学与水圈 微生物的氧化作用：微生物的氧化作用：水中有机物可以通过微生物水中有机物可以通过微生物的作用，利用水中的溶解氧，而逐步降解转化为的作用，利用水中的溶解氧，而逐步降解转化为无机物。其反应式可表示为无机物。其反应式可表示为2222CH OOCOH O有机物进入水中耗氧量小于水体中氧的补充量耗氧量大于水体中氧的补充量有氧分解缺氧分解产物为H2O、CO2、NO3-、SO4-等产物为NH3、H2S、CH4等不会造成水质恶化水质进一步恶化6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.4 配合作用配合作用l配合作用是由具有电子给体性质的配体与具有接

21、受电子配合作用是由具有电子给体性质的配体与具有接受电子的空位的离子或原子形成配合物的过程。的空位的离子或原子形成配合物的过程。l重金属离子的氯配合物的形成可以大大提高难溶金属化重金属离子的氯配合物的形成可以大大提高难溶金属化合物的溶解度，合物的溶解度，如如PbCl2溶解度很小，而溶解度很小，而PbCl3-、PbCl42-易溶。同时氯配合物的形成可减弱胶体对重金属易溶。同时氯配合物的形成可减弱胶体对重金属污染的吸附或使已被吸附的重金属在高浓度氯离子的水污染的吸附或使已被吸附的重金属在高浓度氯离子的水体中被释放，造成体中被释放，造成“二次污染二次污染“。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.4

22、配合作用配合作用 配合物配合物 由一简单离子或原子（统称中心离子或中心原子）和分子由一简单离子或原子（统称中心离子或中心原子）和分子（原子）或阴离子（称配位体、简称配体）以配位键的方式结合而（原子）或阴离子（称配位体、简称配体）以配位键的方式结合而成的复杂离子（或分子），称为配离子（或称络离子）。含有配离成的复杂离子（或分子），称为配离子（或称络离子）。含有配离子（配合分子）的化合物统称为配合物（或称络合物）。子（配合分子）的化合物统称为配合物（或称络合物）。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.4 配合作用配合作用螯合物螯合物 一个多齿配体通过两个或两个以上的配位原子，与一个中一个多齿配体

23、通过两个或两个以上的配位原子，与一个中心原子连接而成的配合物叫螯合物。螯合物形成的特点是每一个配心原子连接而成的配合物叫螯合物。螯合物形成的特点是每一个配位体至少含有两个配位原子，配合后形成环状结构，与中心离子键位体至少含有两个配位原子，配合后形成环状结构，与中心离子键合的配体叫螯合剂，一般是有机物质，螯合剂的配位原子常是合的配体叫螯合剂，一般是有机物质，螯合剂的配位原子常是N、O、S、P等元素的原子。等元素的原子。 6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.4 配合作用配合作用 水环境中的配位体水环境中的配位体无机配体：无机配体：Cl-、OH-、HCO3-、SO42-、NH3、H2O、PO43

24、-、F-、S2-等；等；有机配体：有机配体：动物、植物、微生物的代谢产物或残骸的分解动物、植物、微生物的代谢产物或残骸的分解物，其中最重要的是物，其中最重要的是腐殖质腐殖质，此外还有泥炭等；人为污染，此外还有泥炭等；人为污染物洗涤剂、农药、表面活性剂等。物洗涤剂、农药、表面活性剂等。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.4 配合作用配合作用 羟基对重金属离子的配合作用羟基对重金属离子的配合作用逐级稳定常数逐级稳定常数K1、 K2、 K3 、K4累积稳定常数累积稳定常数 1 = K1 2 = K1K2 3 = K1 K2K3 2 = K1K2 K3K4 6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.

25、4 配合作用配合作用 多核羟基配合物：多核羟基配合物：多多核配位化合物是将各单核配合物的金属离子结核配位化合物是将各单核配合物的金属离子结合起来，成为具有桥联作用的化合物。合起来，成为具有桥联作用的化合物。除除FeFe3+3+、AlAl3+3+，许多金属离子如，许多金属离子如ZnZn2+2+、CuCu2+2+、MgMg2+2+、PbPb2+2+、HgHg2+2+、S Sn n2+2+等，都有多核配合物的特性。等，都有多核配合物的特性。金属离子在水溶液中形成羟基配合物的过程实际上是金属离子的水解过金属离子在水溶液中形成羟基配合物的过程实际上是金属离子的水解过程，借羟基作为中介，把单核络合物的金属

26、离子结合起来成为多核络合物程，借羟基作为中介，把单核络合物的金属离子结合起来成为多核络合物。水解和羟基桥联良种作用交替进行最终形成难溶的氢氧化物沉淀。水解和羟基桥联良种作用交替进行最终形成难溶的氢氧化物沉淀。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.3.4 配合作用配合作用OHOH225242()()()Al OHH OH OAl4242() 2Al H OH O5242() 2Al H OH OAl24()H OAl2H O2H OOHOHOHOH(6)222() ()2mnnmAl OHH OH O6 6 水化学与水圈水化学与水圈l水处理中的混凝工艺水处理中的混凝工艺 凝聚凝聚:在外来因素在外来

27、因素(如化学物质如化学物质)作用下降低静电斥力，从而使胶粒合在一起。作用下降低静电斥力，从而使胶粒合在一起。向胶体溶液中加入某种电解质向胶体溶液中加入某种电解质(如铁盐、铝盐等如铁盐、铝盐等)后，可将反离子更多地驱入后，可将反离子更多地驱入双电内层，并由内层压缩而使双电内层，并由内层压缩而使电位降低，降低了粒子间的斥力，因此粒子能电位降低，降低了粒子间的斥力，因此粒子能互相靠拢，范德华引力也就进一步得到增强，完成粒子间的凝结。互相靠拢，范德华引力也就进一步得到增强，完成粒子间的凝结。 絮凝絮凝: 借助于某种架桥物质，通过化学键联结胶体粒子，使凝结的粒子变借助于某种架桥物质，通过化学键联结胶体粒

28、子，使凝结的粒子变得更大。当水体受纳了一些高分子聚合电解质后，通过架桥絮凝作用而破坏得更大。当水体受纳了一些高分子聚合电解质后，通过架桥絮凝作用而破坏胶体系统的稳定性。这种高分子化合物可能是天然的，例如淀粉、丹宁胶体系统的稳定性。这种高分子化合物可能是天然的，例如淀粉、丹宁( (多多糖糖) )、动物胶、动物胶( (蛋白质蛋白质) )等；也可能是人造的，如聚丙烯酰胺及其衍生物等。等；也可能是人造的，如聚丙烯酰胺及其衍生物等。网捕作用：网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘

29、结。过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。 原水原水 调节池调节池 混凝混凝 沉淀沉淀 过滤过滤 加氯消毒加氯消毒 饮用饮用水水6 6 水化学与水圈水化学与水圈l 胶体凝聚胶体凝聚水处理中的混凝工艺水处理中的混凝工艺以铝盐为例，说明其作用机理。当以铝盐为例，说明其作用机理。当Al2(SO4)3配制为配制为1020%溶液使用时，溶液使用时，pH4，发生下列离解反应：，发生下列离解反应：243342SO3Al2)SO(Al 当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的pH也随之改变：也随之改变： HAl(OH)OHAln3n23nn式中式中n=16，

30、特别当，特别当n=3时，水中产生中性的结晶胶体，对应时，水中产生中性的结晶胶体，对应pH为为58。 6 6 水化学与水圈水化学与水圈l 胶体凝聚胶体凝聚水处理中的混凝工艺水处理中的混凝工艺 同时，由于羟基架桥作用，在水解过程中产生许多聚合离同时，由于羟基架桥作用，在水解过程中产生许多聚合离子，其最简单的形式是：子，其最简单的形式是：O2HO)Al(HAlO)(HOHO)2Al(H244242252OH OH 在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，53413(OH)Al4177(OH)Al3187(OH)Al4208(OH)Al等。等。6 6 水化学与水圈水

31、化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.1 水污染概述水污染概述地表水环境质量功能区的分类地表水环境质量功能区的分类 1功能区分类：五类功能区分类：五类 I类主要适用于源头水、国家自然保护区；类主要适用于源头水、国家自然保护区； II类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、区、 鱼虾产卵场等；鱼虾产卵场等； I类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护及游及游 泳区；泳区； 类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；类主要适用于一

32、般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 同一水域兼有多功能的，依最高功能划分类别。同一水域兼有多功能的，依最高功能划分类别。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.2 水污染源水污染源 水污染：指水体因某种物质的介入而导致水体的化学、物理、水污染：指水体因某种物质的介入而导致水体的化学、物理、生物或放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危生物或放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康，或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。害人体健康，或者破坏生态环境，造成水

33、质恶化的现象。（中华人民共和国水污染防治法中华人民共和国水污染防治法19841984，19961996）6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.2 水污染源水污染源根据形成原因：根据形成原因：天然污染源：大气沉降物、岩石风化、有机物自然降解，放天然污染源：大气沉降物、岩石风化、有机物自然降解，放射性物质，硫化物、氟化物射性物质，硫化物、氟化物人为污染源：工农业废水，生活污水人为污染源：工农业废水，生活污水 根据污染物属性分类：物理污染源、化学污染源、生物污染根据污染物属性分类：物理污染源、化学污染源、生物污染源（致病菌、寄生虫与卵）、复合污染源等。源（致病菌、寄生虫与卵）、

34、复合污染源等。根据污染源的空间分布方式：点污染源，非点污染源。根据污染源的空间分布方式：点污染源，非点污染源。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.3 水污染物的种类及其危害水污染物的种类及其危害 八大类八大类n耗氧污染物耗氧污染物n致病污染物致病污染物n合成有机物合成有机物n植物营养物植物营养物 N、Pn无机物及矿物质无机物及矿物质 酸碱类等及重金属，如酸碱类等及重金属，如Hg、Cr、Pb等等n沉积物沉积物n放射性物质放射性物质n热污染：对生物危害比较大热污染：对生物危害比较大6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4.3 水污染物的种类及其危害水污染物的种类及其危害 耗氧

35、污染耗氧污染(有机物污染有机物污染)主要指包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯主要指包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等有机物质，需氧有机物没有毒性，在生物化学作用下易于类等有机物质，需氧有机物没有毒性，在生物化学作用下易于分解。分解。污染源：生活污水和工业废水如造纸、化工、印染、食品等污染源：生活污水和工业废水如造纸、化工、印染、食品等影响：消耗水中溶解氧，使水体变黑发臭，影响其它水生生影响：消耗水中溶解氧，使水体变黑发臭，影响其它水生生物物评价指标：评价指标：COD、BOD、DO6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.3 水污染物的种类及其危

36、害水污染物的种类及其危害 化学需氧量化学需氧量(COD)(COD)：在一定条件下，水中有机物质被化学氧化：在一定条件下，水中有机物质被化学氧化剂氧化过程中所消耗的氧化剂的氧量，以氧的剂氧化过程中所消耗的氧化剂的氧量，以氧的mgmgL L表示。表示。CODCODCrCr和和 CODCODMnMn。 生化需氧量生化需氧量(BOD)(BOD)：水中有机物被生物分解的生物化学过程中：水中有机物被生物分解的生物化学过程中所消耗的溶解氧量，以氧的所消耗的溶解氧量，以氧的mgmgL L表示，可反映水中能被微生物分表示，可反映水中能被微生物分解的有机物的含量。解的有机物的含量。6 6 水化学与水圈水化学与水圈

37、耗氧污染耗氧污染(有机物污染有机物污染)有机物质好氧性分解反应方程式可记为：有机物质好氧性分解反应方程式可记为：有机物质有机物质+细菌细菌+O2CO2+H2O+新的细菌细胞新的细菌细胞6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.3 水污染物的种类及其危害水污染物的种类及其危害 6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.3 水污染物的种类及其危害水污染物的种类及其危害 富营养物污染富营养物污染(N、P污染污染)污染源：化肥厂、焦化厂、含磷洗涤剂使用，污染源：化肥厂、焦化厂、含磷洗涤剂使用，雨水，农业排雨水，农业排水，城市污水；水，城市污水；评价指标：评价指标：N

38、H3-N、PO43P、TN、TP影响：藻类过度生长，赤潮影响：藻类过度生长，赤潮 106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H+痕量元素痕量元素+能量能量C106H263O110N16P+138O2 pH、藻毒素、藻毒素6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.3 水污染物的种类及其危害水污染物的种类及其危害 6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.4 水污染水污染6.4.3 水污染物的种类及其危害水污染物的种类及其危害热污染：在利用化石燃料燃烧释放的热量或原子核裂变释放的热量转换热污染：在利用化石燃料燃烧释放的热量或原子核裂变释放的热量转换为电能的过程中，流过

39、涡轮机的蒸汽热量是靠为电能的过程中，流过涡轮机的蒸汽热量是靠冷却水冷却水流经冷凝器，降低其流经冷凝器，降低其温度，然后将温度，然后将升温的冷却水升温的冷却水直接排入水域或冷却设备。直接排入水域或冷却设备。污染源：电厂、钢铁厂、化工厂等冷却水污染源：电厂、钢铁厂、化工厂等冷却水影响：水体温度升高影响：水体温度升高 蒸发量增大，河流、湖泊、水库蓄水量减小；蒸发量增大，河流、湖泊、水库蓄水量减小； 水的密度和黏度降低，加速了泥沙沉积；水的密度和黏度降低，加速了泥沙沉积； pH升高；升高； 水体饱和溶解氧降低；水体饱和溶解氧降低； 加速微生物新陈代谢，提高耗氧速率。加速微生物新陈代谢，提高耗氧速率。6

40、 6 水化学与水圈水化学与水圈优先污染物：优先污染物：众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象。初步提出我国的水优先控制污染物黑名单和控制对象。初步提出我国的水优先控制污染物黑名单68种，种，为我国优先污染物控制和监测提供依据。为我国优先污染物控制和监测提供依据。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.5 水资源管理技术水资源管理技术6.5.1 水处理技术水处理技术给水处理技术给水处理技术废水处理技术废水处理技术6 6 水化学与水圈水化学与水圈1. 给水处理技术给水处理技术生活饮用水处理工艺生活饮用水处理工艺 由于水源不同，水质由于水源不同，水

41、质 各异，饮用水处理系统的组成和工艺流程由多种各异，饮用水处理系统的组成和工艺流程由多种多样。以多样。以地表水作为水源地表水作为水源时，处理工艺流程中通常包括混合、絮凝、沉淀或时，处理工艺流程中通常包括混合、絮凝、沉淀或澄清、过滤及消毒，去除浊度、色度、细菌和病毒为主。澄清、过滤及消毒，去除浊度、色度、细菌和病毒为主。混合混合絮凝沉淀池絮凝沉淀池澄清池澄清池滤池滤池清水池清水池二级泵站二级泵站原水原水用户用户絮凝剂絮凝剂消毒剂消毒剂地表水二次净化工艺流程地表水二次净化工艺流程6 6 水化学与水圈水化学与水圈生活饮用水处理工艺生活饮用水处理工艺水源受到污染时（水源受到污染时（溶解性有机物增多、氨

42、氮浓度高、水体有异溶解性有机物增多、氨氮浓度高、水体有异味、色度增高、藻类大量繁殖味、色度增高、藻类大量繁殖 ），按目前行之有效的方法，可），按目前行之有效的方法，可在砂滤池后再加设臭氧在砂滤池后再加设臭氧/ /活性炭处理，活性炭处理，O3混凝剂砂滤池二级泵房活性碳滤池用户臭氧接触池砂滤池澄清池图2 3 - 4 受污染水源处理工艺（）混合原水C2代替预氯处理代替预氯处理 深度处理深度处理 6 6 水化学与水圈水化学与水圈2. 废水处理技术废水处理技术l处理方法划分处理方法划分物理法：物理或机械的分离过程。过滤，沉淀，离心分离，物理法：物理或机械的分离过程。过滤，沉淀，离心分离，上浮等上浮等 化

43、学法：加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化学法：加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程。化过程。中和，氧化，还原，分解，混凝，化学沉淀中和，氧化，还原，分解，混凝，化学沉淀等等 物理化学法：物理化学的分离过程。气提，吹脱，吸附，萃物理化学法：物理化学的分离过程。气提，吹脱，吸附，萃取，取，离子交换，电解电渗析，反渗透等离子交换，电解电渗析，反渗透等 生物法：微生物在污水中对有机物进行氧化生物法：微生物在污水中对有机物进行氧化,分解的新陈代谢分解的新陈代谢过程。过程。活性污泥，生物滤池，生物转盘，氧化塘，厌气消化活性污泥，生物滤池，生物转盘，氧化塘，厌气消化等等 6 6 水

44、化学与水圈水化学与水圈2. 废水处理技术废水处理技术l处理程度划分处理程度划分一级处理：去除悬浮物、油类、酸、碱等；一级处理：去除悬浮物、油类、酸、碱等；一般用物理、化学方法，如中和、沉淀、混凝等；一般用物理、化学方法，如中和、沉淀、混凝等；BOD一般可去除一般可去除30%左右，达不到排放标准。左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的一级处理属于二级处理的预处理预处理。 二级处理：去除溶解性可降解有机物，去除率可达二级处理：去除溶解性可降解有机物，去除率可达90%以上，以上，使有机污染物达到排放标准。使有机污染物达到排放标准。 厌氧处理：厌氧处理：C6H12O63CH4+3CO2 好氧处理

45、：好氧处理：C6H12O6+6O26CO2+3H2O三级处理：处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富三级处理：处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物营养化的可溶性无机物 ，生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂，生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法 6 6 水化学与水圈水化学与水圈三级处理：脱氮除磷三级处理：脱氮除磷 氨化作用氨化作用(好氧或厌氧好氧或厌氧) 硝化作用硝化作用(好氧好氧) 反硝化作用反硝化作用(缺氧缺氧)+4222NH2ONO2HH O 亚硝化细菌2232NOO2NO硝化细菌322

46、2NONOHCO(H O) 反硝化细菌有机物2233CH NH COOH2HCH COOHNH 氨化细菌2NADH 2NAD+2. 废水处理技术废水处理技术6 6 水化学与水圈水化学与水圈典型的污水处理流程6 6 水化学与水圈水化学与水圈污水处理厂污水处理厂6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.5 水资源管理技术水资源管理技术6.5.2 火电厂水处理技术火电厂水处理技术1. 锅炉水：水质要求最高，防止高温下结垢、腐蚀锅炉水：水质要求最高，防止高温下结垢、腐蚀2. 冷却水：水质要求较高，防止结垢、腐蚀、堵塞冷却水：水质要求较高，防止结垢、腐蚀、堵塞3. 冲灰水：水质要求较低冲灰水：水质要求较低6

47、6 水化学与水圈水化学与水圈6.5.2 火电厂水处理技术火电厂水处理技术1.锅炉水锅炉水l原水：生水，未经任何处理的天然水或城市自来水，作为锅炉补给原水：生水，未经任何处理的天然水或城市自来水，作为锅炉补给水的水源。水的水源。l锅炉补给水：经处理后用来锅炉补给水：经处理后用来补充补充锅炉汽水损失的水。根据处理工艺锅炉汽水损失的水。根据处理工艺有：有：澄清水：去除了原水中悬浮杂质的水；澄清水：去除了原水中悬浮杂质的水；软化水：去除了原水中钙镁离子的水；软化水：去除了原水中钙镁离子的水；除盐水：去除了原水中盐类离子的水；除盐水：去除了原水中盐类离子的水；凝结水：锅炉产生的蒸汽用于汽轮机作功后，经冷

48、却水冷凝成的水，凝结水：锅炉产生的蒸汽用于汽轮机作功后，经冷却水冷凝成的水，以及石化生产过程中经分离后蒸汽冷凝的水。以及石化生产过程中经分离后蒸汽冷凝的水。6 6 水化学与水圈水化学与水圈6.5.2 火电厂水处理技术火电厂水处理技术1.锅炉水锅炉水l给水：送进锅炉的水。有汽轮机的凝结水、补给水、生产返回水和各种给水：送进锅炉的水。有汽轮机的凝结水、补给水、生产返回水和各种热力设备的疏水等。热力设备的疏水等。l锅水：在锅炉本体的蒸发系统中流动的受热沸腾而产生蒸汽的水。锅水：在锅炉本体的蒸发系统中流动的受热沸腾而产生蒸汽的水。l排污水：为了保证锅水在一定浓度范围内运行，从而防止锅炉结垢和改排污水：

49、为了保证锅水在一定浓度范围内运行，从而防止锅炉结垢和改善蒸汽品质，需从汽锅中排放掉一部分锅水，以排走由给水带入的盐分和善蒸汽品质，需从汽锅中排放掉一部分锅水，以排走由给水带入的盐分和锅内的沉渣，这部分排出的锅水称为排污水。锅内的沉渣，这部分排出的锅水称为排污水。l疏水：各种蒸汽管道和各种热力设备中的蒸汽凝结水。疏水：各种蒸汽管道和各种热力设备中的蒸汽凝结水。l减温水：调节过热器出口蒸汽在允许范围内，以保证过热器管壁温度不减温水：调节过热器出口蒸汽在允许范围内，以保证过热器管壁温度不超过允许的工作温度，而采用混合减温时引入的水。超过允许的工作温度，而采用混合减温时引入的水。6 6 水化学与水圈水

50、化学与水圈l用水水质不良对锅炉的危害用水水质不良对锅炉的危害l形成水垢形成水垢导致锅炉受热面金属的损坏，降低锅炉使用寿命；导致锅炉受热面金属的损坏，降低锅炉使用寿命；减少受热管内流通截面，增加管内水循环的流动阻力；减少受热管内流通截面，增加管内水循环的流动阻力；降低热效率，增加煤耗量或降低锅炉出力；降低热效率，增加煤耗量或降低锅炉出力；增加化学清洗次数，多消耗化学清洗药剂；增加化学清洗次数，多消耗化学清洗药剂；导致锅炉金属腐蚀导致锅炉金属腐蚀l锅水中游离氢氧化钠过高或锅水中游离氢氧化钠过高或pH低，又含有较多中性盐的情低，又含有较多中性盐的情况下会导致金属腐蚀。况下会导致金属腐蚀。l易使蒸汽品

51、质恶化易使蒸汽品质恶化锅水含盐量高会发生汽水工腾现象，污染蒸汽。在压力较高锅水含盐量高会发生汽水工腾现象，污染蒸汽。在压力较高的锅炉中，硅等会选择性地溶解在蒸汽中。的锅炉中，硅等会选择性地溶解在蒸汽中。6 6 水化学与水圈水化学与水圈锅炉水处理：锅炉水处理：l软化软化l除氧除氧6 6 水化学与水圈水化学与水圈锅炉水软化：锅炉水软化：lNa+离子交换软化：用比离子交换软化：用比Ca2+、Mg2+离子更活泼的离子将离子更活泼的离子将其置换，使水软化其置换，使水软化 离子交换剂离子交换剂 阳离子阳离子+ 阴离子阴离子R-有有Na+、H+、NH4+等阳离子，等阳离子， 复合阴离子根复合阴离子根, ,为不溶为不溶置换水中的结垢离子置换水中的结垢离子 于水的高分子化合物，于水的高分子化合物， eg. 合成树脂合成树脂6 6 水化学与水圈水化学与水圈锅炉水软化：锅炉水软化：6 6 水化学与水圈水化学与水圈l交换剂再生交换剂再生 用用NaCl溶液溶液(58%)流经失效的交换剂层，还原流经失效的交换剂层，还原6 6 水化学与水圈水化学与水圈l Na+交换设备（固定床）交换设备（固定床）: 交交换剂层固定不动，原水由上换剂层固定不动，原水由上而下流经交