水环境化学复习资料-终极版

第一章、天然水的理化性质1、离子总量：天然水中各离子总量之和，常用ST表示，单位为mg/L或mmol/L。4种阳离子（钙离子、镁离子、钠离子、钾离子）4种阴离子（碳酸氢根、碳酸根、硫酸根、氯）2、矿化度：以一定量过滤水样在105-110℃烘干称重的方法测定其可溶性总固体物质的量，包括水中溶解的非挥发性有机物3、氯度：沉淀0.3285234Kg海水中全部卤素离子所需纯标准银的克数，在数值上即为海水的氯度，用符号Cl表示，单位为1×10-34、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变为氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物的质量与海水质量之比3、天然水的依数性：稀溶液蒸气压下降、沸点上升、冰点下降值都与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。4、透明度：光线进入水中的程度，适宜透明度为20~40cm5、真光层：光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率的水层6、营养生成层;植物光合作用合成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的净合成大于零的水层。光照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水层为营养分解层。7、补偿深度：有机物的分解速率等于合成速率的水层深度，大约为透明度的2~2.5倍8、离子活度：离子的有效浓度。9、水体流转混合的两个因素：风力引起的涡动混合，密度差引起的对流混合10、温跃层：水温在垂直方向出现急剧变化的水层。北方鱼类在室外越冬时，要注意防风处理，避免池水对流使池底水温变化，影响鱼类生长，室外海水越冬池底保温关键：添加低盐度的海水或者淡水。常量50mmol/L50umol/L微量50mmol/L恒量50umol/L通过水面进入水中的太阳辐射，一部分被水中的溶存物质吸收，一部分被散射，一部分继续向深处穿透。几种淡水鱼耐盐能力：草鱼团头鲂鲢鱼盐度与温度的线性关系，在（24.9-1.35）处达到最大的密度11、水体的温度分布规律一、湖泊（水库）四季典型温度分布（1）冬季的逆分层期水温随着深度的增加而缓慢升高，到底层水温可以达到或小于密度最大时的温度（2）春季全同温期水温在密度最大的温度以下时，温度的升高会使密度增大，表面温度较高的水就会下沉，下面较低的水就会上升，形成密度流。密度流使上下水对流交换，直到上下水温都是密度最大时的温度为止。（3）夏季正分层期（停滞期）出现温跃层，上下水体无法相互混合，上层水温较高，下层水温较低（4）秋季的全同温期气温转凉，温度低于水温，表层水温要下降，密度增大，表层以下水温较高，密度较小，此时发生密度环流二、越冬池的水温平均值的变化反映了温度变化趋势——整个越冬期底层水温先下降后回升，这与气温的变化有关。修建室外越冬池时要注意防风处理。12、天然水中化学成分的形成：大气淋溶、从岩石土壤中淋溶、生物作用、次级反应与交换吸收作用、工业废水、生活污水与农业退水环境化学：研究有害化学物质在环境介质中的来源、存在形态、化学特性、行为和效应、控制和治理的化学原理和方法的科学。天然水质系的复杂性：1、水中含有的物质种类繁多，含量相差悬殊2、水中溶存物质的分散程度复杂3、存在各种生物第二章、天然水的主要离子1、硬度;水中二价及多价金属离子含量的总和，单位是mmol/L。按阳离子种类可分为钙硬度和镁硬度。按阴离子可分为永久硬度和暂时硬度；碳酸盐硬度是指水中与碳酸氢根、碳酸根所对应的硬度。这种硬度在在水加热煮沸后，绝大部分以碳酸钙沉淀而除去，故又称“暂时硬度”。非碳酸盐的硬度是对应于硫酸盐和氯化物的硬度，即由Ca2+、Mg2+构成的硫酸盐和氯化物的硬度，它虽经煮沸但仍不能除去，故又名“永久硬度”。常用单位有三种：（a）mmol/L：以1L水中各种形成硬度的离子总量表示。（b）德国度（oHG）：每升水含10mg氧化钙为1oHG。（c）毫克CaCO3/升：用每升水所含形成硬度的离子所相当的碳酸钙的毫克数。上述三种单位的换算：1mmol/L=2.804oHG=50.05mgCaCO3/L2、碱度：指水中所含的能与强酸发生中和作用的全部物质的总量，亦即能接受质子H+的物质总量。新开挖的水池养鱼时，需要经常换水，以调节降低水中的硬度，防止鱼类死亡3、钙、镁离子在水产养殖中的意义（1）钙、镁是生物生命过程所必须的营养元素，它们不仅是生物体液及骨骼的组成成分。还参与体液新陈代谢的调节。（2）钙离子可以降低重金属离子和一价金属离子的毒性。（3）钙、镁离子可以增加水的缓冲性，即具有很好的保持PH的能力。（4）水中钙镁离子比例，对鱼、虾、贝的存活有重要影响。4、碱度与水产养殖的关系（1）降低重金属的毒性（2）调节二氧化碳的产耗关系、稳定水的PH（3）碱度过高对养殖生物的毒害作用（适宜1~3mmol/L,最大临界值10mmol/L）5、硫在水中的转化1、蛋白质的分解作用2、氧化作用3、还原作用硫酸盐还原条件：缺乏溶氧、含有丰富的有机物、有微生物参与、硫酸根离子的含量4、沉淀与吸附作用水质恶化时，有硫化氢时，可以泼洒含铁药剂起到解毒的作用5、同化作用6、为什么天然水中的钾离子含量远比钠离子低？1、钾离子比较容易被土壤胶粒吸附，移动性不如钠离子；2、钾离子被植物的吸收利用第三章、溶解气体1、影响气体在水中溶解度的因素（除了气体本身的性质以外）（1）温度在较低温条件下的温度变化对气体的溶解度影响显著，且气体溶解度随温度的升高而降低。（2）含盐量当温度、压力一定时，水中含盐量增加，气体在水中的溶解度降低。在相同温度和分压力下，气体在海水中的溶解度比在淡水中小得多。氧气在大洋海水中溶解度大约是在淡水中的80～82%。淡水来说含盐的变化幅度很小，对气体在水中的溶解度影响不大，一般不考虑含盐量的影响，而近似地釆用在纯水中的溶解度值。（3）气体的分压力在温度与含盐量一定时，气体在水中的溶解度随气体分压的增加而增加-享利定律c=KH×P道尔顿分压定律由几种气体组成的混合气体中组分B的分压力PB等于混合气体的总压力PT乘以气体B的分压系数φB。PB=PT×φB2、气体溶解速率中得双模理论（1）靠湍流从气体主体内部到达气膜；（2）靠扩散穿过气膜到达气—液界面，并溶于液相；（3）靠扩散穿过液膜；（4）靠湍流离开液膜进入液相内部。当气体分子在气相主体与液相主体中迁移时，靠的是湍流，运动速度快，混合均匀，可认为在气相主体与液相主体中都不存在浓度梯度。而气膜和液膜内只存在层流，气体分子只能靠扩散通过假定气体到达界面后瞬间即能达到溶解平衡，并符合亨利定律关系。3、池塘水体溶解氧的来源与消耗水中氧气的来源：空气的溶解、水生植物光合作用、补水水中氧气的消耗：①鱼、虾等养殖生物呼吸②水中微型生物耗氧-“水”呼吸（浮游动物、浮游植物、细菌呼吸）③底质的耗氧-“泥”呼吸④逸出。4、溶解氧的变化特点(1)与大洋海水存在一定的差异(2)更多的是受温度、盐度、压力、水生生物生命活动过程（光合作用、呼吸作用）、有机质的分解、光照等的影响，且影响较大，使水体溶解氧呈昼夜变化5、溶解速度及其影响因素水的单位体积表面积扰动状况气体的不饱和度6、池塘水体溶解氧的变化规律溶解氧的垂直变化白天：随着温度的升高和光照强度的增大，表层水体浮游植物的光合作用增强，水体溶解氧的含量逐渐增大，至下午15:00-16:00时表层水体溶解氧含量达最大值；而下层水体由于光照强度较弱，水中溶解氧的含量低于表层水中溶解氧的含量。夜间：上层水温随气温的下降而下降，密度变大，形成密度流，下层水中的溶解氧得到补充，而上层水中溶解氧逐渐下降，至清晨04:00-05:00左右，上层水中溶解氧降到最低值。此时，上下水层溶解氧差基本消失，整个池水溶解氧条件最差，鱼虾的浮头多出现在这个时刻。溶解氧水平分布的特征：不均一性白天：下风处浮游植物产氧量和从空气中溶入的氧量比上风处多。夜间：溶解氧水平分布与白天相反，上风处溶解氧大于下风处，这与集中在下风处的浮游生物和有机物较多，夜间耗氧量大有关。风力越大，上下风处的溶解氧含量差别就越大。影响水平分布的因素：风力、风向及生物。7、改善水体溶解氧状况的措施降低水体耗氧速率及数量清淤合理施肥投饵明矾、黄泥浆凝聚沉淀水中有机物微生态制剂使用加强增氧作用，提高水中溶氧浓度生物增氧—保持水体具有适宜的浮游植物生物量人工增氧—机械增氧和化学增氧（过氧化钙、活性沸石、过氧化氢（H2O2)）1、有一养鱼池，面积为1.00hm2，水深平均为1.5m。池水pH＝9.5，AT＝2.00mmol/L，现拟用浓度为12mol/L的浓盐酸将池水pH中和到9.0，问需用多少升的浓盐酸？（pH=9.0时α=0.959；pH=9.5时α=0.886）（5分）解：水量V＝1.00×104m2×1.5m=1.5×104m3，（1分）CT=αAT;（1分）AT’=CT/α’=ATα/α’=2mmol/L×0.886/0.959=1.85mmol/L（1分）ΔAT=AT-AT’=(2.00–1.85)mmol/L=0.15mmol/L（1分）VHCl=ΔAT×V/CHCl=0.15mmol/m3×1.5×104m3/12mol/L=188L（1分）需要浓盐酸188L2、某对虾池水的Cl‰=19.00，pH=9.00，总铵氮NH3-Nt=1.60mmol/L，γH＋=0.693，Ka＇=4.47×10-10，求该对虾池中分子态氨氮UIA为多少mmol/L？分子态氨氮在总氨氮中所占的比例UIA%为多少？（5分）解：CNH3=aNH3CT=Ka＇/(aH+/γH++Ka＇)CT=0.378mmol/L（3分）UIA%＝0.378/1.60×100%=23.6%（2分）第四章天然水的PH和酸碱平衡酸度:指每升水中所含能与强碱发生中和作用的物质总量略去水体中含量极少的H2PO4-、HPO42-和有机酸根据测定时使用的指示剂不同，分为总碱度（用酚酞作指示剂，PH8.3）和无机酸（又称强酸酸度，用甲基橙作指示剂，pH3.7）天然水按pH值的不同可以划分为如下五类：强酸性PH5.0弱酸性PH5.0~6.5强碱性PH8.0~10.0强碱性PH10.0中性PH6.5~8.0大多数天然水为中性到弱碱性，pH在6.0-9.0之间。淡水的pH值多在6.5-8.5，部分苏打型湖泊水的pH值可达9.0-9.5，有的可能更高。海水的pH值一般在8.0-8.4。地下水由于溶有较多的CO2，pH一般较低，呈弱酸性。某些铁矿矿坑积水，由于FeS2的氧化、水解，水的pH可能成强酸性，有的pH甚至可低至2-3，这当然是很特殊的情况某些铁矿矿坑积水，由于FeS2的氧化、水解，水的PH可能成强酸性天然水的缓冲性天然水都有一定的维持本身的PH能力，即具有一定的缓冲性。其原因存在以下3个调节PH的平衡系统1、碳酸的一级与二级电离平衡2、碳酸钙的溶解和沉淀平衡水中钙离子含量足够大时，可以限制碳酸离子钙含量增加，也限制了PH的升高。3、离子交换缓冲系统二氧化碳平衡体系在水中有4种化合态：、CO2H2CO3、HCO3-和CO32-，其中H2CO3CO2合称游离二氧化碳CT，CO2=【H2CO3*】+【HCO3-】+【CO32-】1、有水温为20℃、碱度AT＝3.6mmol/L、pH为6.6的地下淡水，今需加入NaOH使其pH=7.5，问1m3水需用NaOH固体多少克？假定加入NaOH后没有沉淀生成。解题思路：酸碱中和可视为封闭体系。加NaOH前后的CT,CO2不变。由pH求f，然后求CT,CO2，再求中和后应达到的AT，前后AT之差即为碱的用量。解：由表4-6得pH=6.6,f=1.60；pH=7.5f‘=1.07CT,CO2=AT×f=3.6×1.60=5.76(mmol/L)即需加NaOH1.8mol/m3，相当于固体NaOH72g/m32、pH为9.1的鱼池水，AT’＝2.5mmol/L,补入pH=6.5，AT＝4.0mmol/L井水20％体积。问：混合水的pH是多少？设气相CO2分压PCO2（g）=0.00030×101.325kPa解题思路：不能采用pH加权平均方式求解，而应采用cT,CO2与AT加权平均后求