第二章 天然水的基本特性和水污染

1、 环境化学环境化学第二章 天然水的基本特性与水污染 第一节第一节 水圈、水的特性和分子结构水圈、水的特性和分子结构一、水圈一、水圈 地球表面的71%为海洋，占地球 总水量的97%，盐度3.5%。 淡水占2.6%，可人类使用的仅占地球总水量的 0.6%。 我国水资源居世界第六位，但人均水量为居世界 第110位。 天然水系的类别天然水系的类别:（聚合水）（聚合水）第二节第二节 天然水的组成和性质天然水的组成和性质 一、天然水的组成一、天然水的组成1 1、主要离子成分、主要离子成分 ClCl- -、SOSO4 42-2-、HCOHCO3 3- -、COCO3 32-2-、NaNa+ +、CaCa2+

2、2+、K K+ +、 MgMg2+2+，占，占95-99%95-99% 海水中Na+ 、 Cl-占优势；天然淡水中Ca2+、 SO42-占优势；地下水受地域变化的影响大。2 2、藻类、藻类富营养化现象：指向水体中排入氮、磷等营养物 质后，在水面上出现由藻类形成 的一片片“水华”。 3 3、微生物、微生物 微生物：原生动物、藻类、放线菌、细菌。 好氧细菌：醋酸菌、亚硝酸菌等。 厌氧细菌：甲烷菌、硫酸还原菌等。 兼氧细菌：酿酒酵母等。4 4、溶解性气体、溶解性气体 天然水中主要有O2、CO2，少量H2S。 污染水中还存在HCl、SO2、NH3等。 常温下，DO浓度为3-14mg/l。溶解氧测定仪溶

3、解氧测定仪 计算计算2525 C C时的时的的饱和溶解度的饱和溶解度。大气压为。大气压为.0130.0130 1010，水在，水在2525 C C时的蒸汽压为时的蒸汽压为0.031670.03167 10Pa,Pa,空气中氧的含空气中氧的含量为量为20.9520.95P293即溶解度为：即溶解度为：亨利常数，亨利常数，P312P312 5 5、天然水的酸碱化学平衡、天然水的酸碱化学平衡（1 1）碳酸平衡）碳酸平衡P30-31碳酸平衡：碳酸平衡： 在水体中存在在水体中存在COCO2 2、H H2 2COCO、HCOHCO- -、COCO3 32-2-等四种等四种化合态，常把化合态，常把COCO2

4、 2、H H2 2COCO3 3合并为合并为HH2 2COCO3 3* * 。 H H2 2COCO3 3* *=CO=CO2 2(g) + H(g) + H2 2COCO3 3 H H2 2COCO3 3含量极低，主要是溶解性气体含量极低，主要是溶解性气体COCO2 2 (aq)(aq) 。 p.31 式式(2-8), (2-9), (2-10)怎么得到的？怎么得到的？O的溶解度的溶解度（0.512mg/L） 它的浓度与水的酸碱性有密切相关。它的浓度与水的酸碱性有密切相关。 CT = H2CO3*+HCO3-+CO32-CO2+H2O H2CO3H2CO3 HCO3- +H+HCO3 CO3

5、2- +H+各种碳酸化合态的总量：各种碳酸化合态的总量：在封闭体系在封闭体系 p.32总碱度：总碱度：水中各种碱度成分的总和，即水中各种碱度成分的总和，即加酸加酸至使至使 HCOHCO3 3- -、COCO3 32-2-全部转化为全部转化为COCO2 2。 甲基橙为指示剂甲基橙为指示剂 此时溶液的此时溶液的pHpH约为约为4.34.3。（甲基橙）总碱度（甲基橙）总碱度 = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ 酚酞为指示剂酚酞为指示剂 此时此时OHOH- -被中和，被中和，COCO3 32-2-全部转化为全部转化为HCOHCO3 3- -。溶液的。溶液的pHpH约为约为8.38.3。

6、 酚酞碱度酚酞碱度 = CO32- +OH- - H+ - H2CO3* CT、HCO3-、CO32- 随随pHpH 变化而变化；变化而变化； pH6时时， H2CO3*是主成分；是主成分； 6pH10.3时时， CO32-是主要；是主要； H2CO3是主成分，随是主成分，随pHpH变化变化 而不变；而不变；特特 征征: : 图图2-6 封闭体系碳酸化合物形态分布封闭体系碳酸化合物形态分布封闭体系：封闭体系：H2CO3*、HCO3-、CO32-是是变化，变化，但但CT是不变是不变。开放体系：开放体系：CT 、 HCO3-、CO32-是变化，是变化，但但 H2CO3*是不变是不变。封闭体系与开放

7、体系比较封闭体系与开放体系比较 计算题（计算题（P33, P33, 例例2-12-1）某水体的某水体的pHpH值为值为8.00, 8.00, 碱度为碱度为1.001.00 1010-3-3 mol/L, mol/L, 求求H H2 2COCO3 3* *、 HCOHCO3 3- -、 COCO3 32-2-的浓度。的浓度。答：答： 当当pHpH值为值为8.008.00时，时， COCO3 32-2-的浓度的浓度与与HCOHCO3 3- -浓度相比，可以浓度相比，可以忽忽略不计略不计。根据解离常数根据解离常数K K2 2, ,可以计算出可以计算出COCO3 32-2-的浓度的浓度COCO3 32

8、-2-=K=K2 2 HCOHCO3 3- -/H/H+ +=4.49=4.49 1010-6-6mol/Lmol/LHH2 2COCO3 3* *=2.25=2.25 1010-5-5mol/Lmol/L，根据解离常数根据解离常数K K1 1, ,课堂作业：课堂作业：P33 P33 例例2-22-2， P33 P33 例例2-32-3。总碱度 = = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ 若水体的若水体的pHpH值为值为10.00, 10.00, 碱度为碱度为1.001.00 1010-3-3 mol/L, mol/L, 求各形态物质的浓度。求各形态物质的浓度。计算题（计算题（P3

9、3, P33, 例例2-22-2）总碱度总碱度 = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ = 1.00 10-3 CO32- = 总碱度总碱度- HCO3- - OH-/ 2K2 =CO32- H+ / HCO3- =4.69 10-11计算得到，计算得到，HCO3- = 4.64 10-4 mol/L CO32- = 2.18 10-4 mol/L 例例2-32-3 已知某一天然水已知某一天然水pH=7.0pH=7.0，碱度为，碱度为1.4 mmol1.4 mmol L L-1-1，问需加，问需加多少酸多少酸才能使天然水的才能使天然水的pHpH降到降到6.06.0？ 解解 p34

10、p34 表表2-62-6，可查找，可查找1 1, ,2 2 ( (或或) ) ，代入得，代入得, , pH=7.0 pH=7.0时，时， pH=6.0 pH=6.0时，时， 碱度差碱度差: : A=1.4-0.526=0.874 mmolA=1.4-0.526=0.874 mmol L L-1-1)2(21HOHCT总碱度)(2121OHHCT总碱度1471. 14 . 11082. 32816. 01LmmolCT121526. 025. 371. 1)2(LmmolCT碱度C CT T不变不变碱度差碱度差? ?p30p30总碱度总碱度 = = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+

11、 总碱度总碱度 = HCO3- + 2CO32- +OH- -H+ = CT 1 1 + 2 + 2CT 2 2 + + OH- - H+ CT = 总碱度总碱度 + H+ - OH- /（ 1 1+ 2 2 2 2） 总碱度总碱度/（ 1 1+ 2 2 2 2） 总碱度总碱度例例2-3p.34H2CO3* = CT 0 0 (2-5) HCO3- = CT 1 1 (2-6) CO32- = CT 2 2 (2-7) p.30 6 6、天然水的硬度、天然水的硬度 总硬度：总硬度：在水质中在水质中钙和镁离子浓度钙和镁离子浓度所代表的特性。所代表的特性。 高硬水有苦、涩外，危害消化道功能紊乱，耗

12、肥皂高硬水有苦、涩外，危害消化道功能紊乱，耗肥皂 多，影响锅炉使用寿命。多，影响锅炉使用寿命。 地面水硬度一般不高，地下水硬度往往高。地面水硬度一般不高，地下水硬度往往高。 硬度硬度常以常以CaCOCaCO3 3或或CaOCaO的当量来表示的当量来表示。1 1法国度法国度 = 10mg/L CaCO= 10mg/L CaCO3 31 1德国度德国度 = 10mg/L CaO= 10mg/L CaO 总硬度：水中所含钙、镁离子构成的硬度总量。总硬度：水中所含钙、镁离子构成的硬度总量。 水的硬度分级水的硬度分级总硬度总硬度水质水质0 04 4度度很软水很软水4 48 8度度软水软水8 81616度

13、度中等硬水中等硬水16163030度度硬水硬水3030度以上度以上很硬水很硬水我国饮用水的硬度规定为我国饮用水的硬度规定为“不超过不超过2525度度” 计算：若水质中含有计算：若水质中含有10ppm10ppm的镁离子（的镁离子（MgMg2+2+），以及），以及15ppm15ppm的钙离子（的钙离子（CaCa2+2+），则它的总硬度值。），则它的总硬度值。【解解】总硬度总硬度 镁硬度镁硬度 + + 钙硬度钙硬度 镁硬度镁硬度10ppm10ppm100/24.4100/24.441.0ppm41.0ppm。 钙硬度钙硬度15ppm15ppm100/40.0100/40.037.5ppm37.5pp

14、m。 总硬度总硬度41.0ppm + 37.5ppm41.0ppm + 37.5ppm78.5ppm78.5ppm。 注注 计算中的计算中的24.424.4为镁的当量重，为镁的当量重，40.040.0为钙的当为钙的当量量 重，重，100100为为CaCOCaCO3 3的当量重）。的当量重）。 第三节第三节 水体污染物水体污染物一、有机污染物一、有机污染物颗粒态有机物：颗粒态有机物：Particle Organic Carbon胶体态污染物：胶体态污染物：Colloid Organic Carbon溶解性污染物：溶解性污染物：Dissolved Organic Carbon生物可降解污染物：生物

15、可降解污染物：Biodegradable Organic Carbon生物难降解污染物：生物难降解污染物：Non Biodegradable Organic Carbon生物可同化有机碳：生物可同化有机碳：Assimilable Organic Carbon 二、无机污染物二、无机污染物1 1、无机无害物：、无机无害物：ClCl- -、SOSO4 42-2-、HCOHCO3 3- -、COCO3 32-2-、NaNa+ +、 Ca Ca2+2+、K K+ +、MgMg2+2+2 2、无机有害物、无机有害物 固体悬浮固体悬浮物物 酸、碱、盐等酸、碱、盐等3 3、无机有毒物无机有毒物 氰化物：氰化

16、物：CNCN- - 重金属污染物：重金属污染物：Hg, Cd, Cr, Cu, Zn等等 非金属污染物：非金属污染物：As 三、放射性污染物三、放射性污染物1 1、天然水：、天然水：238U 铀铀、226Ra 镭镭、232Th 钍钍。 2 2、废水：、废水：238U 铀铀、226Ra 镭镭、90Sr锶锶 、137Cs 铯铯、131I 碘碘、60Co 钴钴、64Cu 铜铜、32P 磷磷、 222Rn 氡氡 。四、营养物质四、营养物质 排入氮、磷等营养物质后，在水面上往往出现排入氮、磷等营养物质后，在水面上往往出现由藻类形成的一片片由藻类形成的一片片“水华水华”。 五、病原微生物五、病原微生物 细

17、菌总数细菌总数 大肠杆菌大肠杆菌 原生动物（原生动物（Giardia，Cryptosporidium） 六、热污染六、热污染 破坏水生态平衡，溶解氧减少、细菌繁殖、破坏水生态平衡，溶解氧减少、细菌繁殖、厌氧发酵（产生恶臭）。厌氧发酵（产生恶臭）。七、硬水污染七、硬水污染 Ca2+、Mg2+等含量构成的水的硬度。等含量构成的水的硬度。 第四节第四节 水质标准、水质指标和分析水质标准、水质指标和分析一、水质标准一、水质标准 p41 p41 表表2-92-9 色、悬浮物、臭和味、色、悬浮物、臭和味、pHpH、挥发酚类、硫酸盐、挥发酚类、硫酸盐、TDSTDS、氨氮、氯化物、硫化物、氰化物、砷、重金、氨

18、氮、氯化物、硫化物、氰化物、砷、重金属、属、DDTDDT、六六六、六六六、BODBOD5 5、CODCODCrCr、细菌总数、总、细菌总数、总、总总等。等。二、水质指标二、水质指标 p42p42 天然水天然水( (及各种用水、废水及各种用水、废水) )的水质指标，的水质指标， 可分为可分为物理、化学、生物、放射性物理、化学、生物、放射性四类。四类。 2 2、化学指标、化学指标 - - 非专一性指标：非专一性指标：电导率、电导率、pHpH值、氧化还原电位值、氧化还原电位 、硬度、碱度、无机酸度。、硬度、碱度、无机酸度。 - - 无机物指标：无机物指标：各种金属、其他无机化合物。各种金属、其他无机

19、化合物。 - - 有机物指标：有机物指标：BODBOD5 5、CODCODCrCr、高锰酸盐指数、总、高锰酸盐指数、总 需氧量（需氧量（TOD)TOD)、总有机碳、总有机碳(TOC)(TOC)、 酚类、洗涤剂类、石油类。酚类、洗涤剂类、石油类。 - - 溶解性气体：溶解性气体：氧气、二氧化碳。氧气、二氧化碳。3 3、生物指标：、生物指标：细菌总数、大肠杆菌、藻类。细菌总数、大肠杆菌、藻类。4 4、放射性指标：、放射性指标：总总、总总、铀、镭、钍等。、铀、镭、钍等。 总需氧量总需氧量 指水中能被氧化的物质指水中能被氧化的物质，主要是有机物质在燃烧，主要是有机物质在燃烧时所需要的氧量，结果以时所需要的氧量，结果以O O2 2的的mg/Lmg/L表示。表示。 测定原理：测定原理：将水样注入装有铂催化剂的石英燃烧将水样注入装有铂催化剂的石英燃烧 管，通入含已知氧浓度的载气管，通入含已知氧浓度的载气( (