环境化学PPT

第三章水环境化学Chapter3.AquaticEnvironmentalChemistry地球上水资源状况地球表面约有70％以上被水所覆盖，所以地球素有“水的行星”之称。地球上水约13.86亿km3。可利用的淡水只占水总量的0.3％。而在这极少的淡水资源中，又有70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪。可利用的水资源占地球水资源的0.64%.地球上水资源状况当前主要的缺水类型有：资源型缺水、工程型缺水和水质型缺水。由于缺水，危害了农作物生长、并影响着工业生产、威胁着人体健康和生态、国家安全。中国水资源状况淡水资源总量为28000亿m3，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。全国400座供水不足，110座严重缺水；在46个重点城市中，45.6%水质较差。中国水资源分布中国水污染状况七大江河水系的741个监测断面的水质：I－Ⅲ类:38.1%；Ⅳ、Ⅴ类:32.2%；劣Ⅴ类:41%。水环境污染极其严重78条主要河流，有54条遭到污染，其中有14条污染严重。同时我国47个城市地下水源的调查中有43个城市受到污染，占91.4%，加剧我国水资源短缺的原因：水污染严重、水浪费严重、水资源重复利用率低。水环境化学本章内容天然水的基本特征及污染物的存在形态水中无机污染物的迁移转化水中有机污染物的迁移转化水环境化学一、天然水的基本特征及污染物的存在形态1.天然水的基本特征1.1天然水的组成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：天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量(TDS)TDS=[Ca2++Mg2++Na++K+]+[HCO3-+SO42-+Cl-+NO3-]1.天然水的基本特征(2)水中的金属离子：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+,……(3)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)]=KH×pGpG-各种气体分压亨利定律：一种气体在液体中的溶解度正比于所接触的该种气体的分压。但这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/L·Pa);1.天然水的基本特征氧在干燥空气中的含量为20.95%，大部分元素氧来自大气。求氧在1.013×105Pa，25℃饱和水中的溶解度：水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa。氧在水中的溶解度。，因此其溶解度为氧的分子量为mg/L32.832)mol/L(4106.25102056.081026.1OH)]aq(2O[)Pa(5102056.0%95.20)51003167.0100130.1(O252pKp1.天然水的基本特征CO2在干燥空气中的含量为0.0314%，水在25℃时的蒸汽压为0.03167×105Pa，CO2的亨利定律常数为3.34×10-7mol/L.Pa。则CO2在水中的溶解度为：CO2的溶解度)mol/L(510028.18.3081034.3COH)]aq(2CO[)Pa(8.30%0314.0)51003167.0100130.1(CO252pKp]3CO2[H]3][HCOH[1-23COH3HCO-3HCOH3CO2HK1.天然水的基本特性[H+]=[HCO3-][H+]2/[CO2]=K1CO2在水中的溶解度=[CO2]+[HCO3-]KJ/mol314.8,J/mol,,)11(303.2lg21212112气体常数溶解热，；时气体在水中的溶解度为绝对温度为RHTTCCTTRHCC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(4)水生生物1.天然水的基本特征水生生物分为自养生物和异养生物。自养生物：利用太阳能或化学能量，把简单、无生命的无机物元素引进其复杂的生命分子中即组成生命体。如藻类等。异养生物：利用自养生物产生的有机物作为能源及合成它自身生命的原始物质。藻类的生成和分解就是在水体中进行光合作用(P)和呼吸作用(R)的一典型过程。1.天然水的基本特征水体产生物体的能力称为生产率。生产率是由化学的及物理的因素相结合而决定的。在高生产率的水中藻类生产旺盛，死藻的分解引起水中溶解氧水平降低．这种情况常被称为富营养化。营养物质：C（二氧化碳）、N（硝酸盐）、P（磷酸盐）及痕量元素（如Fe）。2.1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12211232213213232023221-233213-3-23232312-23-3133203222)]H[]H[1(]H[]COH[]H[]COH[]COH[]COH[]H[]COH[][CO]H[]COH[]HCO[]HCO[]H][[CO]COH[]H][HCO[)33.10p(HCOHCO)35.6p(HHCOCOH)46.1p(COHOHCOKKKKKKKKKKKKKKCT=[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]2.天然水的性质12222121)]H[]H[1()]H[]H[1(11KKKKK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-CO32-10080604020024681012pH图3-1碳酸化合态分布图α2.天然水的性质对于开放体系，应考虑大气交换过程：222222COH221COH021T-23COH1COH011T-3COH002TCOH2]H[]CO[]H[]HCO[1/)]aq(CO[)]aq(CO[pKKKpKCpKKpKCpKCpK2.天然水的性质开放体系和封闭体系区别?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：①强碱；②弱碱；③强碱弱酸盐。AtpHvaluesbelow7,[H+]inwaterdetractssignificantlyfromalkalinity,anditsconcentrationmustbesubtractedincomputingthetotalalkalinity.ThereforethefollowingequationisthecompleteequationforalkalinityinamediumwheretheonlycontributorstoitareHCO3-,CO32-,andOH-.总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]–[H+]2.2天然水中酸度和碱度2.天然水的性质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1.00×10-3mol/L,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]=1.00×10-3mol/L；根据pH值，[H+]=1.00×10-8mol/L;[OH-]=1.00×10-6mol/L总酸度=[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]–[OH-]2.天然水的性质mol/L1025.21045.41000.11000.1]CO[H]HCO[]H[]CO[H]CO[H]HCO[]H[HCOHCOH57383213323231332KKmol/L1069.41000.11000.11069.4]CO[]H[]HCO[]CO[]HCO[]CO][H[COHHCO683112332233232233KK2.天然水的性质对于开放体系，应考虑大气交换过程：222222COH221COH021T-23COH1COH011T-3COH002TCOH2]H[]CO[]H[]HCO[1/)]aq(CO[)]aq(CO[pKKKpKCpKKpKCpKCpK2.天然水的性质主要污染物的危害无机污染物-甲基汞无机污染物-甲基汞无机污染物-甲基汞无机污染物-镉持久性有机污染物-POPs1、POPs的定义持久性有机污染物（Persistentorganicpollutants,POPs）是一系列在环境中长期残留和长距离迁移，具有脂溶性和生物蓄积性，对人类和野生动植物有高毒的含碳化合物。2、POPs五个特性持久性/长期残留性(Persistentintheenvironment)生物蓄积性(Bioaccumulatesinfattytissues)半挥发性(Semi-volatility)高毒性(High-toxic)长距离迁移性(Long-rangetransport)3、来源联合国环境规划署(UnitedNationsEnvironmentProgramme,UNEP）国际公约中首批控制的三类12种POPs是艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、DDT、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯、二恶英和苯并呋喃。其中前9种属于有机氯农药。多氯联苯是精细化工产品，后2种是化学产品的衍生物杂质和含氯废物焚烧所产生的次生污染物。持久性有机污染物-POPs1998年6月在丹麦奥尔胡斯召开的泛欧环境部长会议上，美国、加拿大和欧洲32个国家正式签署了关于长距离越境空气污染物公约，提出了16种（类）加以控制的POPs，除了UNEP提出的12种物质之外，还有六溴联苯、林丹(99.5%的六六六丙体制剂）、多环芳烃和五氯酚。持久性有机污染物3、来源4、POPs在环境中的转归POPs空气土壤水体生物富集(食物链)呼吸食物饮水人体危害持久性有机污染物-POPsPOPs在水体中的半衰期大多在几十天至20年，个别长达100年；在土壤中半衰期大多在1-12年，个别长达600年；而它们的生物富集因子（BCF）高达4000-70000之间。以上性质决定了POPS对人体健康和生态环境具有极大的危害。持久性有机污染物-POPs内分泌干扰免疫毒性生殖系统毒性POPs人体危害神经系统毒性内脏器官毒性致癌、致畸、致突变AirFoodWater5、POPs对人体的危害•多氯联苯(polychlorinatedbiphenyl，简称PCB)是许多联苯的含氯化合物的统称，在多氯联苯中，部份苯环上的氢原子被氯原子置换，一般式为C12HnCl(10-n)(0≤n≤9)。依氯原子的个数及位置不同，多氯联苯共有209种异性体存在。•多氯联苯耐热性及电绝缘性能良好，化学性质稳定。不溶于水，易溶于有机溶剂及脂肪。常用作加热或冷却时的热载体、电容器及变压器内的绝缘材料、也常作为涂料及溶剂使用，应用的范围很广。•影响皮肤、神经、肝脏，破坏钙的代谢，导致骨骼、牙齿的损害，并有慢性致癌和致遗传变异等的可能性。PDPs-多氯联苯1、来源PDPs-多氯联苯POPs-二恶英二恶英-英文名字di