水环境化学课件

1、关于水环境化学第一张，PPT共五十页，创作于2022年6月第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态 一. 天然水的基本特征1 天然水的组成水溶液中金属离子的表达式通常可以写成Mn+，表示简单的水合金属离子M(H2O)xn+。 水中金属离子常常以多种形态存在。例如铁: Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2(OH)24+, Fe3+ , K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, NO3-, Cl-, SO42- 为天然水中常见的八大离子，占天然水离子总量的95-99%。(1) 天然水的主要离子组成：(2) 水中的金属离子：第二张，PPT共五十页，创作于2022年6月(3)

2、 气体在水中的溶解性大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为：G(aq) = KHpG亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示的量。KH 是各种气体在一定温度下的亨利定律常数(mol/LPa); 一. 天然水的基本特征第三张，PPT共五十页，创作于2022年6月 氧在干燥空气中的含量为 20.95% ，大部分元素氧来自大气。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。水在25时的蒸汽压为0.03167 105 Pa。氧在 1.013 105 Pa， 25 饱和水中的溶解度： 氧在水中的溶解度 1. 天然水的基本特征第四张，

3、PPT共五十页，创作于2022年6月不同温度下，气体在水中溶解度的计算： 1. 天然水的基本特征第五张，PPT共五十页，创作于2022年6月 CO2在干燥空气中的含量为 0.0314% ，水在25时的蒸汽压为0.03167 105 Pa，CO2的亨利定律常数为3.34 10-7 mol/L.Pa。则CO2在水中的浓度为： CO2的溶解度 1. 天然水的基本特征第六张，PPT共五十页，创作于2022年6月(4) 水生生物 生态系统、食物链中的一个重要环节； 生产者、消费者、分解者； 自养生物、异养生物； 生产率、富营养化、C、N、P 1. 天然水的基本特征第七张，PPT共五十页，创作于2022年

4、6月(1) 碳酸平衡在水体中存在着CO2、H2CO3、 HCO3-、 CO32-等4种物质;常把CO2和H2CO3 合并为H2CO3*;实际上H2CO3 的含量极低，主要是溶解性的气体CO2。 以下将H2CO3*略写为H2CO3 2. 天然水的性质第八张，PPT共五十页，创作于2022年6月CT = H2CO3 + HCO3- + CO32- 2. 天然水的性质第九张，PPT共五十页，创作于2022年6月以上属封闭的水溶液体系的情况；没有考虑大气交换过程。CO2+H2CO3HCO3-CO32-1008060402002 4 6 8 10 12pH图6-1 碳酸化合态分布图 2. 天然水的性质第

5、十张，PPT共五十页，创作于2022年6月对于开放体系，应考虑大气交换过程： 2. 天然水的性质第十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受H+的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类： 强碱；弱碱； 强碱弱酸盐。At pH values below 7, H+ in water detracts significantly from alkalinity, and its concentration must be subtracted in computing the total alkalinity. Therefore the

6、 following equation is the complete equation for alkalinity in a medium where the only contributors to it are HCO3-, CO32-, and OH-.总碱度 = HCO3- + 2CO32- + OH- H+2.2 天然水中酸度和碱度 2. 天然水的性质第十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月 酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。某水体的pH = 8.00, 碱度为1.0010-3 mol/L,

7、该水体中HCO3-, CO32-, OH-, H+等物质的浓度。解：pH = 8.00时， CO32-的浓度很低，可认为碱度全部由HCO3-贡献，则HCO3- = 碱度 = 1.0010-3 mol/L；根据pH值，H+ = 1.00 10-8 mol/L; OH- = 1.00 10-6 mol/L总酸度 = H+ + HCO3- + 2H2CO3 OH- 2. 天然水的性质第十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月 2. 天然水的性质第十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月解：碱度的贡献：OH- + HCO3- + 2CO32- H+的浓度可以忽略不计。 H+ = 1.00 10

8、-10 mol/L; OH- = 1.00 10-4 mol/LOH- + HCO3- + 2CO32- = 1.00 10-3 mol/L (1)H+ = 1.00 10-10 mol/L; OH- = 1.00 10-4 mol/L (2)(3)若水体的pH为10.0，碱度为1.00 10-3 mol/L, 则上述各形态物质的浓度为多少？ 2. 天然水的性质第十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月2 2.18 10-4 = 4.36 10-4 eq/L from CO32- 4.64 10-4 eq/L from HCO3- 1.00 10-4 eq/L from OH- Alk =

9、 1.00 10-3 eq/LSolving these three equations gives HCO3- = 4.64 10-4 mol/L and CO32- = 2.18 10-4 mol/L, so the contributions to the alkalinity of this solution are the following: 2. 天然水的性质第十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月 二. 水中污染物的分布和存在形态第十七张，PPT共五十页，创作于2022年6月（1） 农药 (pesticide)杀虫剂 insecticide 杀菌剂除草剂 1. 有机污染物

10、disifectant n.消毒剂germicide n.杀菌剂fungicide n. 杀真菌剂bactericide n. 杀菌剂herbicide n. 除草剂第十八张，PPT共五十页，创作于2022年6月 有机氯农药 (Organochlorine pesticide)：DDT 1. 有机污染物难以被化学降解和生物降解，较低的水溶性，较高的辛醇/水分配系数。DDTHCH (hexachlorocyclohexane) 六氯环己烷Aldrin (艾氏剂)Heptachlor (七氯)Dieldrin (狄氏剂)第十九张，PPT共五十页，创作于2022年6月o,p-DDTo,p-DDEp,

11、p-DDEp,p-DDDo,p-DDD 1. 有机污染物第二十张，PPT共五十页，创作于2022年6月1948年的诺贝尔生理学或医学奖奖给了DDT发明者、瑞士化学家米勒。DDT对消灭农业害虫和居家杀虫确实发挥过神奇作用，但DDT是一种难降解有毒化合物，长期使用会在环境及生物体内积累，造成环境污染。1976年美国洛杉矶动物园小河马突然全部死亡，就是饮用附近农药厂排放的DDT废液所致。据此，许多国家70年代就停止使用DDT。影响远未终结。在1995年美国医生发现死婴的脑部也有DDT，DDT还造成男性发育异常，有“非男性化”表现。同时DDT还造成在美国、日本出现大量畸形青蛙。 1. 有机污染物第二十

12、一张，PPT共五十页，创作于2022年6月Figure 15. The flattened egg within this white-faced ibis clutch was caused by DDE. 1. 有机污染物第二十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月Figure 16. Damage to the central nervous system of birds by chlorinated hydrocarbon insecticides results in the type of aberrant posture seen in this hen pheasant

13、1. 有机污染物第二十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月BFigure 16. Damage to the central nervous system of birds by chlorinated hydrocarbon insecticides results in the type of aberrant posture seen in this mallard duck. 1. 有机污染物第二十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月HCH AldrinDieldrinHeptachlor 1. 有机污染物第二十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月(1) 磷酸酯(2)

14、 硫代磷酸酯(3) 膦酸酯和硫代膦酸酯类(4) 磷酰胺和硫代磷酰胺类 有机磷农药 1. 有机污染物大部分是磷酸酯或磷酰胺类化合物。第二十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月(1) 磷酸酯：磷酸中三个氢原子被有机基团置换所生成的化合物，如 敌敌畏、二溴磷等。 1. 有机污染物(2) 硫代磷酸酯：硫代磷酸分子中的氢原子被甲基等基团所置换而形成的化合物。磷酸甲基对硫磷敌敌畏第二十七张，PPT共五十页，创作于2022年6月磷酸分子中一个羟基被有机基团置换，即在分子中形成C-P键，称为膦酸。如果膦酸中羟基的氢原子再被有机基团取代，即形成膦酸酯。如果膦酸酯中的氧原子被硫原子取代，即为硫代膦酸酯，如敌

15、百虫。 1. 有机污染物(3) 膦酸酯和硫代膦酸酯类敌百虫第二十八张，PPT共五十页，创作于2022年6月(4) 磷酰胺和硫代磷酰胺类 1. 有机污染物乙酰甲胺磷膦酸酰胺酯磷酸分子中羟基被氨基取代的化合物为磷酰胺；磷酸胺分子中的氧原子被硫原子所取代形成硫代磷酰胺，如甲胺磷。第二十九张，PPT共五十页，创作于2022年6月马拉硫磷二硫代磷酸酯乐果二硫代磷酸酯 1. 有机污染物有机磷农药的特点：较易被生物降解，高效、低毒、低残留；第三十张，PPT共五十页，创作于2022年6月除草剂 1. 有机污染物Atrazine阿特拉津Simazine西玛津第三十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月 (2

16、). POPs and PTSPOPs: Persistent Organic PollutantsPTS: Persistent Toxic Substances持久性有机污染物持久性有毒物质第三十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月2001年5月，中国政府签署了关于对某些持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约，根据这项公约，各缔约国将采取一致行动，首先控制并逐步消除12种对人类健康和自然环境特别有害的持久性有机污染物(POP)，它们是：艾氏剂、氯丹、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、滴滴涕、六氯代苯、多氯联苯(PCB)、二恶英(PCDD)和呋喃(PCDF)。2004年5月，人大常委会

17、批准的该公约。环境激素, 内分泌干扰物 (Endocrine disruptors)。 Persistent Organic Pollutants (POPs) 持久性有机污染物 (2). POPs and PTS第三十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月POPs的判别标准持久性远距离环境迁移的潜在能力 T1/2 (in air) 2 daysT1/2 （水中) 2个月T1/2 (土壤或沉积物） 6个月 BCF 5000, 或 logKow 5 的证据有令人关注的其他证据生物积累性毒性 (1). POPs and PTS第三十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月 持久性有毒物质(P

18、TS)有机PTSPOPs杀虫剂艾氏剂、氯丹、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、滴滴涕、六氯(代)苯工业化学品：多氯联苯(PCB)、六氯(代)苯人类无意合成的物质：多氯代二苯并对二恶英和呋喃( PCDD/F)其它有机PTS十氯酮、六六六（HCH）、阿特拉津、五氯酚、氯代石蜡、多环芳烃(PAH)、多溴代联苯醚（PBDE）、辛基酚、壬基酚、酞酸酯、.有机汞化合物、有机锡化合物、有机铅物 金属有机污染物 (2). POPs and PTSPTS是指在环境中不容易被降解、可以被生物蓄积的有毒物质的总称，即持久性有毒物质。 第三十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月多氯联苯 (Polychlo

19、rinated biphenyl, PCB): 209+1种化合物。化学稳定性和热稳定性好、变压器、电容器的冷却剂、绝缘材料、耐腐蚀涂料等。极难溶于水，易溶于有机溶剂和脂肪，具有高的辛醇/水分配系数； (2). POPs and PTSDioxin类污染物第三十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月PCDD/F: Polychlorinated dibenzo-p-dioxin/furan (PCDD/F)PCDD: 75;PCDF: 1352,3,7,8-substituted PCDD/Fs: 22 (毒性相差1000倍；)Dioxin is the name given to a g

20、roup of persistent, very toxic chemicals. The most toxic form of dioxin is 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin or TCDD. (2). POPs and PTS第三十七张，PPT共五十页，创作于2022年6月Dioxin is released by paper mills, by metal smelters, by many chemical plants, by many pesticide factories, and by all incinerators. The en

21、tire dioxin family consists of 75 different dioxins and 135 different furans. The dioxin, 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), is considered to be the most toxic type of dioxin. Polychlorinated biphenyl ether(PCDE)Polybrominated biphenyl ether(PBDE) (2). POPs and PTSWhere does dioxin come fro

22、m?第三十八张，PPT共五十页，创作于2022年6月Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (2). POPs and PTS第三十九张，PPT共五十页，创作于2022年6月(3). 卤代脂肪烃例如freon, CFC-11容易挥发、可以光解；辛醇/水分配系数较低;(4). 醚类：在美国EPA优先污染物中，有7种醚类化合物。(5). 单环芳烃类化合物，主要是氯代苯类、硝基苯类、(6). 苯酚类和苯胺类：较高的水溶性，例如五氯苯酚; 1. 有机污染物第四十张，PPT共五十页，创作于2022年6月(7). 酞酸酯类：水溶解度低，辛醇/水分配系数高；(8). 多环芳烃类化合

23、物 (Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAH)：来源、危害(9). 亚硝胺等化合物(10). 染料废水(偶氮、蒽醌) 1. 有机污染物第四十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月(1).镉：工业废水排放； 多种形态存在：配合物；水生生物对Cd有很强的富集能力；水体悬浮物有很强的吸附能力；日本的痛痛病：长期食用含Cd高的稻米。 (2)汞：厂矿、有色金属冶炼、化工生产废水； 甲基化作用；挥发作用；日本水俣病。1956年，日本熊本县水俣湾附近发现了一种奇怪的病。这种病症最初出现在猫身上，病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被称为“自杀猫”。 2. 金属污染

24、物第四十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月 2. 金属污染物随后不久，此地也发现了患这种病症的人。患者由于脑中枢神经和末梢神经被侵害，轻者口齿不清、步履瞒珊、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫，直至死亡。这种“怪病” 是最早出现的由于工业废水排放污染造成的公害病。排放的废水含有大量的汞。当汞在水中被水生物食用后，会转化成甲基汞(CH3HgCl)。这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命，当时水俣湾的甲基汞含量达到了足以毒死日本全国人口2次都有余的程度。第四十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月(3). 铅：

25、矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆、涂料；水体中悬浮物的吸附作用。(4). 砷：天然来源、人为来源(农药)。不同存在形态。(5). 铬：冶炼、电镀、制革、印染；Cr3+, CrO2-, CrO42-, Cr2O7-;(6). 铜：(7). 锌：(8). 2. 金属污染物第四十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月1、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。三、水中营养元素及水体富营养化N/P比值大于100-贫营养湖泊小于10-富营养湖泊第四十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月 赤潮(Algal bloom或Red tide)是海水中某些微小浮游植物、原生动物或细菌在一定的环境条件下突发性的增殖，引起一定范围一段时间的海水变色现象。2 、水体富营养化-赤潮起始阶段：存在诱发赤潮的物质条件，表面现象