《环境化学》课件-3 水环境化学

第二章

水环境化学教学目标Ø

掌握天然水的组成和性质Ø

溶解和沉淀，氧化还原，配合作用及固-液界面相互作用等基本化学原理在水环境化学中的应用Ø

掌握主要有毒难降解有机污染物的环境行为和归趋模式的基本原理环境化学EnvironmentalChemistryPage2第一节

水的组成与性质1.水资源分布地球表面70%覆盖着水，可供人类利用的淡水资源仅占地球水资源的0.64%。68.38%淡水：2.59%海水：30.06%97.4%0.86%0.05%0.26%0.08%0.04%0.01%环境化学EnvironmentalChemistryPage3第一节

水的组成与性质旱灾和洪涝并存水资源分布不均环境化学EnvironmentalChemistryPage4第一节

水的组成与性质水资源时空分布不均，出现资源型缺水！环境化学EnvironmentalChemistryPage5第一节

水的组成与性质5400530052005100500049004800工农业用水增加水资源短缺原因工程型缺水工农业用水总量7006005004003002001000环境化学EnvironmentalChemistryPage6第一节

水的组成与性质水资源短缺原因2020年七大水系水质类别比例环境化学EnvironmentalChemistryPage7第一节

水的组成与性质《中国可持续发展水资源战略研究》预测到2030前后Ø

中国人均水资源占用量降至1760立方米，当前人均水资源占用量为2194立方米（按照国际标准，人均水资源量少于1700立方米即为缺水性国家）Ø

中国年用水总量将增至7000~8000亿立方米，而中国实际可利用水量约8000~9500亿立方米，需水量已接近可用水量极限。环境化学EnvironmentalChemistryPage8第一节

水的组成与性质2.水循环Ø

水循环类型小循环——陆地或海洋大循环——陆地与海洋Ø

影响水循环作用因素水的物理性质太阳辐射——源动力循环路线影响环境化学EnvironmentalChemistryPage9第一节

水的组成与性质水循环意义Ø

世界河床蓄水量大约10-20d就可更换一次——强自净能力Ø

提供淡水资源Ø

污染物的长距离运输——通过降水对大气中污染物清除作用——地表径流对污染物的冲刷作用环境化学EnvironmentalChemistryPage10第一节

水的组成与性质3.水的性质及意义水（Water;H2O）凝固点：0℃共价键能KJ/mol:380氢键键能:18.8KJ/mol沸点：100℃偶极矩：1.84D汽化热：40.67KJ/mol融化热：6.02KJ/mol生成热：-286.26KJ/mol环境化学EnvironmentalChemistryPage11第一节

水的组成与性质环境化学EnvironmentalChemistryPage12第一节

水的组成与性质主要气体：N

、O

、CO24.天然水化学组成22微量气体：

H

、CH

、

H

S242____主要离子：Cl

、SO

2

、

HCO

、CO

2

、K+、Na+

、

Ca2+

、

Mg2+溶解物质<1.0×10-3µm

生物生成物：NO

、NO

、

H

PO

、

HPO

、

PO

、

Fe

+

、

Fe

+233____2_323322444___微量离子：

Br

、I

、

F

、

Ni、

Ti

、

V

、

Ba、Rn等有机胶体：腐殖质胶体、非腐殖质胶体胶体物质1.0×10-3µm颗粒大小地球上的水无机胶体：

SiO

、

Fe(OH)

、

Al(OH)233细菌<4.5×10-1µm藻类及原生动物泥土、粘土悬浮物质>4.5×10-1µm其它不溶物质环境化学EnvironmentalChemistryPage13第一节

水的组成与性质无机离子溶解气体易吸收易迁移营养物质微量元素对环境影响大溶解物质有机物质只有溶解在水中的物质才能被生物吸收！环境化学EnvironmentalChemistryPage14第一节

水的组成与性质海水Cl-

>SO

2-

>HCO

-43Na+

>Mg2+

>Ca2+河水HCO

-

>SO

2-

>Cl-34Ca2+

>Mg2+

>Na+环境化学EnvironmentalChemistryPage15第一节

水的组成与性质海水中主要溶解气体的含量范围气体O2N2CO2H2SAr含量范围/mg·L-1

0-8.58.4-14.5

34-560-220.2-0.4水中气体溶解度计算方法——亨利定律（Henry’s

Law）[G(aq)]=K∙pG[G(aq)]——某气体在水中的溶解度K——对于一定温度和气压是常数，成亨利定律常数pG——气体的分压环境化学EnvironmentalChemistryPage16第一节

水的组成与性质胶体物质ü

无机胶体：次生黏土矿物和各种水合氧化物ü

有机胶体：高分子有机物、蛋白质、腐殖质等ü

有机-无机胶体复合物巨大的比表面、表面带电荷：污染物在胶体表面发生吸附等各种物理化学反应并与胶体微粒结合微量污染的载体：胶体的吸附作用是污染物从水中转入固相的主要途径环境化学EnvironmentalChemistryPage17第一节

水的组成与性质环境化学EnvironmentalChemistryPage18第一节

水的组成与性质非腐殖质：碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素低分子量有机物有机胶体腐殖质：胡敏素富里酸胡敏酸分子量几百至几万环境化学EnvironmentalChemistryPage19第一节

水的组成与性质腐殖质的环境化学意义结构——含有大量的苯环，其中含有-OH、-COOH性质——弱酸性、离子交换性、配位化合及氧化还原作用——与水质金属离子形成稳定的水溶性或不溶性化合物，与有机物相互作用，提高水溶解性；消毒副产物的前驱物意义——对水中重金属、有机物的迁移、转化有较大影响，与无机胶体结合生成有机-无机胶体复合物，对自来水氯消毒产生影响环境化学EnvironmentalChemistryPage20第一节

水的组成与性质悬浮物质ü

是水中污染物在水相与固相以及生物体间迁移转化的重要载体ü

藻类、细菌等水生生物是主要的环境化学和生物化学活性成分例1：无机汞转化为甲基汞例2：有机物被水生生物吸收、降解等环境化学EnvironmentalChemistryPage21第一节

水的组成与性质天然水化学组成的决定因素Ø

与水接触的物质的成分和溶解度考虑岩石风化和土壤生成等有关过程Ø

取决于作用条件环境化学EnvironmentalChemistryPage22第一节

水的组成与性质作用形式：Ø固体物质的溶解和沉淀Ø酸碱反应Ø水化学平衡体系中离子成分与气相间的平衡Ø氧化—还原反应pGØ固体物质与水中离子成分之间的交换反应Ø有机物的矿化作用Ø生物化学作用环境化学EnvironmentalChemistryPage23第一节

水的组成与性质4.不同类型天然水的组成及特征水在不同储层中的滞留时间区域大气平均滞留时间区域大陆平均滞留时间9~10

天海洋河川2~3周10~100

年10000~15000

年几千年浅层100~150

年30000~40000

年3000

年湖泊最深层冰冠和冰川深地下水浅地下水世界范围海洋平均几百年环境化学EnvironmentalChemistryPage24第一节

水的组成与性质大气降水的化学组成及特性环境化学EnvironmentalChemistryPage25第一节

水的组成与性质大气降水的特性Ø不同区域的大气降水的化学成分有差异（水汽来源不同：海洋和内陆）空气中的CO2含量为0.03%，当雨雪中的Ø溶解的气体接近饱和Ø降水普遍显酸性CO2达到电离平衡时的pH值为5.6，故显酸性。大气降水的pH值小于5.6就称为酸雨。Ø较其它水质，降水的矿化度最低，对于各种可溶性盐类远未饱和。降水具有使各种元素进入水中的能力。环境化学EnvironmentalChemistryPage26第一节

水的组成与性质河水的化学组成及特性_____地区北美洲南美洲欧洲HCO368SO42Cl8NO3Ca2+21Mg2+5Na+9K+1.42Fe3+

SiO32总量142692010.161.49314.8244.96.98.712.1100.73.70.70.87.21.55.65.63.82.74.1411.97.59531.118.412.53.95.49.3111.79.3110.818214212159亚洲798.40.011.311.723.23.9非洲4313.52.6大洋州世界31.658.40.0512.96.32.92.30.311.27.8150.6713.1120环境化学EnvironmentalChemistryPage27第一节

水的组成与性质湖水的组成特性Ø湖水的矿化度有差异q淡水湖<1克/升，微咸水湖1-24.7克/升，咸水湖24.7-35克/升，盐湖>35克/升。q不同类型的湖泊其分布具有地带性规律。Ø湖中生物作用强烈，各地的淡水湖都有不同程度的富营养化趋势。随着水深的增加，溶解氧的含量降低，CO2的含量增加。在湖水停滞区域，会形成局部还原环境，以致湖水中游离氧消失，出现H

S和CH

。Ø湖水交替缓慢，深水湖有分层性24环境化学EnvironmentalChemistryPage29第一节

水的组成与性质河水的特性在各种补给中，地下水的矿化度最高，冰雪融水补给的矿化度最小。由降水形成的地表径流矿化度也很小。Ø河水的矿化度普遍低，平均只有0.15—0.35g/LØ河水中各种离子差异很大，其含量顺序是：HCO

>SO

>__234__Cl

>NO

，Ca2+>Mg2+>

Na+>K+3Ø河水的化学组成空间分布差异大Ø河水的化学组成的时间变化差异_以雨水或冰雪融水补给为主的河流，在汛期矿化度明显降低；夏季植物繁茂，使NO

、3_NO

、NH

+含量减少。枯水期以地下水补给为主，河水矿化度增大；由于水生生物减少，24__NO

、NO

、NH

+的含量达到全年最大值。324环境化学EnvironmentalChemistryPage28第一节

水的组成与性质地下水的组成特性Ø地下水与周围围岩构成地下水圈，从地表到地下深处，使得土壤圈和岩石圈各种元素及化合物都可能存在于地下水中。Ø矿化度的变化范围很大，从淡水到盐水都存在。Ø地下水的化学成分的时间变化极为

慢，常需地质年代来衡量。Ø地下水与大气接触有很大局限，仅

层，若交替缓慢容易形成还原环境。_在淡水中阴离子HCO

以为主，阳离子以Ca2+为主。随着矿化度增大，阴离子按3___HCO

→SO

2

→

Cl

次序增加；阳离子中Na+逐渐代替Ca2+成为主要成分，而且Mg2+含量也34在增加。环境化学EnvironmentalChemistryPage30第一节

水的组成与性质5.水体概念及水体污染水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等“地表贮水体”的总称。水体不仅包括水，还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。从自然地理角度。水体是指地表被水覆盖的自然综合体。环境化学EnvironmentalChemistryPage31第一节

水的组成与性质5.水体概念及水体污染(1)定义：水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等“地表贮水体”的总称。水体不仅包括水，还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。从自然地理角度。水体是指地表被水覆盖的自然综合体。环境化学EnvironmentalChemistryPage32第一节

水的组成与性质(2)划分：流动：江河、溪流海洋水体地表水陆地水

体体Ø按类型静止：湖泊、水库、塘堰地下水体（深、浅）(3)区别水质与水体：Ø水质：水相的质量。通过水体的物理、化学和生物的特征及组成状况，反映水体环境的演化过程和人类活动影响的程度。Ø水体：包含除水相以外的固相物质，内容广泛（水体污染了，水质并不一定差）环境化学EnvironmentalChemistryPage33第一节

水的组成与性质Ⅰ类：主要适用于水源水、国家自然保护区Ⅱ类：集中式生活饮用水一级保护区Ⅲ类：集中式生活饮用水二级保护区Ⅳ类：一般工业用水Ⅴ类：使用农业用水及一般景观用水2015年2020年环境化学EnvironmentalChemistryPage34第一节

水的组成与性质水体的自净作用(1)定义：以河流为例，河流的自净作用