第三章 水环境化学天然水的基本特征
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水环境化学天然水xx年xx月xx日•天然水的化学特征•天然水中的有机物质•天然水中的无机物质•水环境的生态效应目•水环境的化学处理方法•水环境的保护和管理录01天然水的化学特征天然水中通常含有较高的溶解氧,是水生生物呼吸作用的重要条件。
溶解氧天然水中还含有一定量的二氧化碳,它对水的pH值和碳酸钙含量有重要影响。
二氧化碳溶解气体暂时硬度水中碳酸钙和碳酸镁溶解于水,形成的暂时硬度,当加热时硬度会减少。
永久硬度水中硫酸钙和氯化钙等溶解于水形成的永久硬度,即使加热也不会减少。
硬度电导率天然水的电导率受水中离子浓度、温度、压力等因素影响,是水质检测的重要指标。
电阻率天然水的电阻率与电导率密切相关,反映了水中离子浓度的变化情况。
电导率和电阻率氧化还原电位•氧化还原电位:天然水中存在的氧化剂和还原剂的相对浓度,反映了水的氧化还原状态,对水生生物的生存和污染物的转化有重要影响。
02天然水中的有机物质1腐殖质23腐殖质是指天然有机物质在水中分解后形成的产物,包括腐殖酸、富里酸等。
定义腐殖质的形成主要与水中动植物残体、微生物等有机物的分解有关。
形成腐殖质的存在对水环境中的溶解氧、pH值、水生生物等产生影响。
影响天然水中的生物体包括浮游生物、水生植物、底栖生物等,它们对水生态系统的平衡和稳定起着重要作用。
生物体天然水中的微生物包括细菌、原生动物、真菌等,它们对水中有机物质的分解和水质净化具有重要作用。
微生物生物体和微生物有机污染物是指天然有机物质中那些对人体健康和生态环境有害的物质,如农药、多环芳烃、二噁英等。
有机污染物定义有机污染物的来源包括工业废水、农业用药、城市污水等。
来源有机污染物对水生生物和人体健康产生严重影响,如引发癌症、神经系统损伤等。
影响03影响内分泌干扰物质可能引起人体生殖系统、神经系统、免疫系统等方面的健康问题。
内分泌干扰物质01定义内分泌干扰物质是指那些能够干扰人体内分泌系统正常功能的物质,如双酚A、邻苯二甲酸酯等。
第三章:水环境化学——污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成(离子、溶解气体、水生生物)2、天然水的化学特征3、天然水的性质4、天然水指标三、水中污染物的分布和存在形态1、20世纪60年代美国学者曾把水中污染物大体划分为八类:>①耗氧污染物(一些能够较快被微生物降解成为二氧化碳和水的有机物);>②致病污染物(一些可使人类和动物患病的病原微生物与细菌);>③合成有机物;>④植物营养物;>⑤无机物及矿物质;>⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物;>⑦放射性物质;>⑧热污染。
2、污染物毒性取决于形态•这些污染物进入水体后通常以可溶态或悬浮态存在,其在水体中的迁移转化及生物可利用性均直接与污染物存在形态相关。
例如,水俣病就是食用了含有甲基汞的鱼所致。
重金属对鱼类和其他水生生物的毒性,不是与溶液中重金属总浓度相关,主要取决于游离(水合)的金属离子,对镉则主要取决于游离Cd2+浓度,对铜则取决于游离CU2+及其氢氧化物。
而大部分稳定配合物及其与胶体颗粒结合的形态则是低毒的,不过脂溶性金属配合物是例外,因为它们能迅速透过生物膜,并对细胞产生很大的破坏作用。
•近年来的研究表明,通过各种途径进入水体中的金属,绝大部分将迅速转入沉积物或悬浮物内,因此许多研究者都把沉积物作为金属污染水体的研究对象。
目前已基本明确了水体固相中金属结合形态通过吸附、沉淀、共沉淀等的化学转化过程及某些生物、物理因素的影响。
由于金属污染源依然存在,水体中金属形态多变,转化过程及其生态效应复杂,因此金属形态及其转化过程的生物可利用性研究仍是环境化学的一个研究热点。
3、难降解有机物和金属污染物环境中有机污染物的种类繁多,其环境化学行为至今还知之甚少。
一些全球性污染物如多环芳烃、有机氯等,一直受到各国学者的高度重视。
特别是一些有毒、难降解的有机物,通过迁移、转化、富集或食物链循环,危及水生生物及人体健康。
第三章:水环境化学——天然水的性质第三章:水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成(离子、溶解气体、水生生物)2、天然水的化学特征3、天然水的性质(1)碳酸盐系统(2)酸度和碱度(3)天然水的缓冲能力● 缓冲溶液能够抵御外界的影响,使其组分保持一定的稳定性,pH 缓冲溶液能够在一定程度上保持pH 不变化。
● 天然水体的pH 值一般在6-9之间,而且对于某一水体,其pH 几乎保持不变,这表明天然水体具有一定的缓冲能力,是一个缓冲体系。
● 一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH 值的主要因素,并使水体具有缓冲作用。
但最近研究表明,水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应,对水体的pH 值也有着重要作用。
● 但无论如何,碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。
因而,人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。
对于碳酸水体系,当pH<8.3时,可以只考虑一级碳酸平衡,故其pH 值可由下式确定:][][lg 3*321--=HCO CO H pK pH如果向水体投入△B 量的碱性废水时,相应由△B 量H 2CO 3*转化为HCO 3-,水体pH 升高为pH ',则:B HCO BCO H pK pH ∆+∆--=-][][lg 3*321'水体中pH 变化为△pH=pH '-pH ,即:][][lg ][][lg 3*323*32--+∆+∆--=∆HCO CO H B HCO BCO H pH由于通常情况下,在天然水体中,pH=7左右,对碱度贡献的主要物质就是[HCO 3-],因此经常情况下,可以把[HCO 3-]作为碱度。
若把[HCO 3-]作为水的碱度,[H 2CO 3*]作为水中游离碳酸[CO 2],就可推出:△B=[碱度][10△pH -1]/(1+K 1×10pH+△pH )△pH 即为相应改变的pH 值。
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式1.水中八大离子:K+,Ca+,Na+,Mg+,HCO3-,NO3-,Cl-,SO4(2-)2.气体在水中的溶解度服从Henry定律: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。
溶解度【X(aq)】=K H×p G K H为气体一定温度下Henry定律常数,p G分压3.氧在水中的溶解度CO2的溶解度P150页4.:BOD(生化需氧量):在一定体积水中有机物降解所需消耗的氧的量。
BOD5=DO1-DO55.碳酸平衡P152-P157计算题重点区域★★★6.水中污染物的分布和存在形态:A.有机污染物:农药(有机氯、磷,氨基甲酸醇),多氯联苯PCBs,卤代脂肪烃,醚类,单环芳香族化合物,苯酚类和甲酚类,钛酸酯类,多环芳烃PAH,亚硝胺和其他化合物B.金属污染物:镉,汞,铅,砷,铬,铜,锌,铊等7.优先污染物:有毒物质品种繁多,在众多的污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象。
8.水中的营养元素:N,P,C,O和微量元素9.水体富营养化:生物所需的N,P等营养物质大量进入湖泊,河口等缓流水体,引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,鱼类及其他生物大量死亡的现象。
10.N/P>100,贫营养化;N/P<10,富营养化;第二节:水中无机污染物的迁移转化一,颗粒物与水之间的迁移:1水中颗粒物类别:矿物微粒和黏土矿物,金属水合氧化物,腐殖质,水体悬浮沉积物2.水环境中胶体颗粒物的吸附作用类别:表面吸附,离子交换吸附,专属吸附。
3.表面吸附:胶体具有巨大的比表面积和表面能,因此固液界面存在表面吸附作用,属于物理吸附。
4.离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附阳离子,在吸附过程中,胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子。
5.专属吸附:除了化学键的作用外,尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。