水水 环环 境境 化化 学学Whoever saves one life,Saves the entire world.8/9/20221.其次章其次章 水环境化学水环境化学 第一节自然水的水质标准8/9/20222.物理性质指标温度，嗅味色度(1单位=1mgPt+0.5mgCo颜色/L)浊度(1=1mg白陶土/L所产生的浑浊度)8/9/20223.l悬浮物（坩埚抽滤恒重法）l电导率 S/cm lpH值 l氧化仍原电位物理性质指标8/9/20224.化学性质指标（I）n酸度，碱度n硬度n重金属Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，Fe，As，Cr，Tl，Ni，Be8/9/20225.化学性质指标（II）三氧和总氧溶解氧（DO）DissolvedOxygen溶解于水中的分子态氧mg/L化学需氧量（COD）ChemicalOxygenDemand氧化水中有机物(或其它仍原性物质)所需化学氧化剂的量，以氧的mg/L计；8/9/20226.常用的氧化剂有：重铬酸钾（CODCr），主要测定污染水体；高锰酸钾（CODMn），主要测定清洁水体或饮用水中的仍原性物质，现常称作高锰酸钾指数；化学性质指标（II）8/9/20227.生生 物物 需需 氧氧 量量(BOD)Biochemical oxygen demand 好好气气条条件件下下水水中中有有机机物物被被微微生生物物所所氧氧化化，在在肯肯定定期期间间内内所所消消耗耗的的溶溶解解氧氧的的量量单单位位 mg/L，BOD5称称五日生物耗氧量；五日生物耗氧量；化学性质指标（II）8/9/20228.总需氧量总需氧量（TOC）Total Oxygen Demand 水中有机物完全氧化所需氧的量（燃烧法）化学性质指标（II）8/9/20229.无机碳和有机碳游离的CO2(CO2+H2CO3)腐蚀性的CO2，包括碳酸盐总有机碳(TOC)（燃烧法）Totalorganiccarbon三氮NH3-N,NO2-N,NO3-N化学性质指标（II）8/9/202210.有机污染物挥发性酚，农药残留，洗涤剂，多环芳烃，多氯联苯等化学性质指标（II）8/9/202211.水中总大肠杆菌群指能在35，48h内发酵乳糖，产酸产气的，需氧的及兼性厌氧的革兰氏阴性的无芽孢杆菌；生物性质指标8/9/202212.其次节其次节 自然水的组成和基本特点自然水的组成和基本特点一，自然水的组成一，自然水的组成1.主要离子组成主要离子组成 Ca2+Mg2+H+Na+K+HCO3-CO32-OH-SO42-Cl-NO3-总含盐量（总含盐量（TDS）=Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-+SO42-+Cl-8/9/202213.水中金属离子以M(H2O)xn+以及各种络合态化合物存在；以金属Fe为例，在中性水体中各外形存在如下平稳:(1)(2)(3)2.水中金属离子8/9/202214.假如考虑到存在固体Fe(OH)3(S)，就(4)当pH=7时,2.水中金属离子8/9/202215.将这一数据代入上面的方程中，即可得到其它各外形的浓度：Fe(OH)2+=8.11014mol.L-1Fe(OH)2+=4.51010mol.L-1Fe2(OH)24+=1.021023mol.L-12.水中金属离子8/9/202216.气体在水中的溶解度听从亨利定理，即：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；3.气体在水中的溶解性8/9/202217.就溶于水的气体的量为：G(aq)=KHPGKH气体在肯定温度下的亨利定理常数(mol/L.Pa)PG各种气体的分压(Pa)3.气体在水中的溶解性8/9/202218.溶解的气体如有进一步的化学反，如：CO2+H2O=H+HCO3-SO2+H2O=H+HSO3-就亨利定律并不能说明进一步的化学反应；3.气体在水中的溶解性8/9/202219.运算示例氧在水中的溶解度：(25)PO2=(1.0130-0.03167)1050.2095 =0.2056105（Pa）O2(aq)=KHPo2=1.261080.2056105 =2.610-4 mol.L-1氧的分子量32，溶解度 8.32 mg.L-1(DO)8/9/202220.二氧化碳在水中的溶解度：(25)Pco2=(1.0130-0.03167)1053.1410-4 =30.8(Pa)CO2(aq)=KH Pco2=3.3410-730.8=1.02810-5 mol.L-1运算示例8/9/202221.CO2在水中离解，就：H+=HCO3-=4.4510-7 H+=（1.02810-5 4.4510-7）1/2 =2.1410-6 mol.L-1 pH=5.67运算示例8/9/202222.CO2在水中的溶解度：CO2+HCO3-=1.02810-5+2.1410-6 =1.2410-5 mol.L-1 =0.55 mg.L-1运算示例8/9/202223.水生生物直接影响水中很多物质的存在，具有代谢，摄取，转化，储备和释放等的作用；4水生生物8/9/202224.如藻类的生成和分解如藻类的生成和分解(p104)106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H+(痕量元素)(respiration)RP(photosynthesis)C106H263O110N16P+138 O24水生生物8/9/202225.n自自养养生生物物利利用用太太阳阳能能或或化化学学能能把把简简洁洁无无生生命命的的无无机机物物引引进进复复杂杂的的生生命命分分子中，组成生命体；子中，组成生命体；n 异异养养生生物物利利用用自自养养生生物物产产生生的的有有机机物物作作为为能能源源及及合合成成它它自自身身的的原原始始物物质；质；4水生生物8/9/202226.n利用太阳能从无机矿物合成有机物的生n物体称为生产者，水体产生生物体的才能n称为生产率，生产率是由化学及物理的因n素相结合而打算的；n在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死n藻的分解引起水中溶解氧水平的降低，这n就是水体的富养分化；4水生生物8/9/202227.打算水体中生物的范畴和种类的关键物质是氧，氧的缺乏使水生生物死亡，氧的存在杀死很多厌氧细菌，因此水中溶解氧的浓度(DO)是自然水体的重要参数；4水生生物8/9/202228.生物需氧量（BOD）是水质的另一个重要参数，一个高BOD的水体，不行能很快补充氧气，明显不利于水生生物；水中的CO2的增多可引起过量藻类的生长，因此 CO2常常是一个限制因素；4水生生物8/9/202229.二，自然水的性质1碳酸平稳在水生生物体之间的生物化学转化中，CO2占有特殊的位置，同时对调剂自然水pH值也起着重要作用；水体中可能存在的碳酸组分：CO2，CO32-，HCO3-，H2CO3(H2CO3*)8/9/202230.水体中可能存在的碳酸平稳：CO2+H2O=H2CO3*pK0=1.46 pKS=2.84 H2CO3*=H+HCO3-pK1=6.35 HCO3-=H+CO32-pK2=10.33二，自然水的性质8/9/202231.分布分数：二，自然水的性质8/9/202232.HH2 2COCO3 3=C=CT T0 0，HCOHCO3 3-=C=CT T1 1，COCO3 32-2-=C=CT T2 2 二，自然水的性质8/9/202233.以上为封闭体系，未考虑溶解性以上为封闭体系，未考虑溶解性CO2与大气的与大气的交换，交换，CT不变，其余各浓度变化；不变，其余各浓度变化；二，自然水的性质8/9/202234.考虑到CO2在气液相之间的平稳H2CO3*不变；依据亨利定律：CO2(aq)=KH Pco2 开放体系8/9/202235.开放体系8/9/202236.自己推导一下！自己推导一下！开放体系8/9/202237.在开放体系中，H2CO3，CO32-，CT 随 pH 而变化，H2CO3*保持与气相平稳的数值；各组分的浓度与CO2的分压，溶液的pH值有关；开放体系8/9/202238.lgH2CO3*=lgCO2(aq)=lg KH+lg Pco2=-4.9 lgH2CO3=lgCO2(aq)+lgKS=-7.7 （KS=H2CO3/CO2(aq)=10-2.8）开放体系的碳酸平稳8/9/202239.lgHCO3-=lg K1+lg H2CO3*+pH =-11.3+pHlgCO32-=lgK1+lgK2+lgH2CO3*+2pH =-21.6+pH开放体系的碳酸平稳8/9/202240.8/9/202241.假设只考虑雨水中的CO2溶解：CO2(g)+H2O=H2CO3*平稳时CO2外形占主要位置，H2CO3 只占游离分子1%以下；例：运算雨水的例：运算雨水的pH值值8/9/202242.1大气压，25时，可以近似看作：H2CO3*CO2已知：K1例：运算雨水的例：运算雨水的pH值值8/9/202243.又：H H2 2COCO3 3*=K=KH H PcoPco2 2 H+=mol/L=pH=5.66 例：运算雨水的例：运算雨水的pH值值8/9/202244.2 2自然水中的碱度和酸度自然水中的碱度和酸度 碱度碱度 alkalinity 接受质子的总物质的量，包括强碱，接受质子的总物质的量，包括强碱，弱碱及强碱弱酸盐；弱碱及强碱弱酸盐；测定方法：酸碱滴定，双指示剂法测定方法：酸碱滴定，双指示剂法 H+OH-=H2O H+CO32-=HCO3-(酚酞终点酚酞终点)H+HCO3-=H2CO3 (甲基橙终点甲基橙终点)8/9/202245.总碱度总碱度=HCO3-+2CO32-+OH-H+（由H2CO3的质子条件PBE导出 H+=OH-+HCO3-+2CO32-）酚酚 酞酞 碱碱 度度=OH-+CO32-H2CO3*H+（由 HCO3-的质子条件PBE导出 H+=OH-+CO32-H2CO3*）2 2自然水中的碱度和酸度自然水中的碱度和酸度8/9/202246.苛性碱度苛性碱度=OH-HCO3-2H2CO3*H+（由CO32-的质子条件PBE导出 H+=OH-HCO3-2H2CO3*）2 2自然水中的碱度和酸度自然水中的碱度和酸度8/9/202247.总碱度=CT (1+22)+KW/H+H+酚酞碱度=CT (2-0)+KW/H+H+苛性碱度=-CT (1+20)+KW/H+H+酸度酸度 Acidity 总酸度，总酸度，CO2酸度和无机酸度酸度和无机酸度 （推导，表达方法同碱度）（推导，表达方法同碱度）2 2自然水中的碱度和酸度自然水中的碱度和酸度8/9/202248.某水体pH=8.00,碱=1.0010-3mol.L-1，运算该水体中各碱度成分的浓度；HCO3-=碱度=1.0010-3 mol.L-1，OH-=1.0010-6 mol.L-1 H2CO3*=H+HCO3-/K1 （1）=1.0010-81.0010-3/4.4510-7 =2.25 10-5 mol.L-1 例1(p108)8/9/202249.CO32-=K2HCO3-/H+（2）=4.6910-111.0010-3/1.0010-8 =4.69 10-6mol.L-1例1(p108)8/9/202250.如水体 pH上升到10.00,碱度仍保持1.0010-3 mol.L-1，再运算该水体中各碱度成分的浓度；碱度=HCO3-+2CO32-+OH-(mol.L-1)OH-=1.0010-4 mol.L-1 例28/9/202251.1.0010-3=HCO3-+2CO32-+1.0010-4 CO32-=0.469 HCO3-HCO3-+0.469 HCO3-2=0.0009例28/9/202252.HCO3-=4.6410-4 mol.L-1 CO32-=2.1810-4 mol.L-1对总碱度的奉献仍为1.0010-3 mol.L-1例28/9/202253.自然水pH=7.0,碱度为1.4 m mol.L-1,为使pH=6.加入酸多少？总碱度=CT (1+22)+