天然水的基本特征及污染物的存在形态课件.ppt
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1、天然水的基本特征及污染物的存在形态天然水的基本特征及污染物的存在形态匈牙利铝厂红泥悲剧匈牙利铝厂红泥悲剧天然水的基本特征及污染物的存在形态罗马尼亚金矿氰化物污染事件罗马尼亚金矿氰化物污染事件20002000年年1 1月月3030日,罗马尼亚境内一处金矿污水沉淀日,罗马尼亚境内一处金矿污水沉淀池漫坝,池漫坝,1010多万升含有大量氰化物、铜和铅等重多万升含有大量氰化物、铜和铅等重金属的污水冲泄到多瑙河支流蒂萨河,并顺流南金属的污水冲泄到多瑙河支流蒂萨河,并顺流南下,迅速汇入多瑙河向下游扩散下,迅速汇入多瑙河向下游扩散,造成河鱼大量死造成河鱼大量死亡,河水不能饮用。匈牙利等国深受其害,国民亡,河水
2、不能饮用。匈牙利等国深受其害,国民经济和人民生活都遭受一定的影响,严重破坏了经济和人民生活都遭受一定的影响,严重破坏了多瑙河流域的生态环境,并引发了国际诉讼。多瑙河流域的生态环境,并引发了国际诉讼。天然水的基本特征及污染物的存在形态巴塞尔巴塞尔莱茵河水污染事故莱茵河水污染事故19861986年年11 11月月1 1日瑞士巴塞尔的桑多兹化学公司的日瑞士巴塞尔的桑多兹化学公司的化学品仓库发生火灾,装有约化学品仓库发生火灾,装有约12501250吨剧毒农药吨剧毒农药的钢罐爆炸,硫、磷、汞等有毒物质随着大量的钢罐爆炸,硫、磷、汞等有毒物质随着大量的灭火用水流入下水道,排入莱茵河。的灭火用水流入下水道,
3、排入莱茵河。天然水的基本特征及污染物的存在形态紫金矿业紫金矿业“73”73”污污染事件染事件2010 年7 月3 日15时50 分,紫金矿业旗下紫金山铜矿湿法厂污水外渗引发汀江流域污染,据测算,约有9100立方米含铜酸性污水进入汀江,天然水的基本特征及污染物的存在形态水污染事件水污染事件20062006年年1 1月月6 6日:中国重庆化肥公司日:中国重庆化肥公司600600吨紫红色吨紫红色硫硫酸酸废水泄漏入长江支流废水泄漏入长江支流綦江綦江,在河面形成了一条长,在河面形成了一条长达达300300米的污染带。米的污染带。2006年年1月月4日:中国湖南株洲镉废水污染日:中国湖南株洲镉废水污染湘江
4、湘江。20052005年年1212月月2121日:日:韶关冶炼厂韶关冶炼厂镉镉废水排入废水排入北江北江。天然水的基本特征及污染物的存在形态水体的组成,不仅包括水,而且还包括其中的水体的组成,不仅包括水,而且还包括其中的悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生生物生物。8天然水的基本特征及污染物的存在形态本章重点及难点本章重点及难点1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;2、计算水体中金属存在形态;3、pE计算;4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的
5、计算方法。天然水的基本特征及污染物的存在形态第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态一、天然水的基本特征一、天然水的基本特征 1 1、天然水的组成、天然水的组成 2 2、天然水的性质、天然水的性质二、水中污染物的分布和存在形态二、水中污染物的分布和存在形态 1 1、有机污染物、有机污染物 2 2、金属污染物、金属污染物三、水中营养元素及水体富营养化三、水中营养元素及水体富营养化 1 1、水中营养元素、水中营养元素 2 2、水体富营养化、水体富营养化天然水的基本特征及污染物的存在形态第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态一、天然水的基本特征一、天然水的基本特征1.天然水的组成天然水的组成水
6、中八大主要离子;水中八大主要离子;水中金属离子;水中金属离子;气体在水中的溶解度;气体在水中的溶解度;水生生物水生生物2.天然水的性质天然水的性质碳酸平衡碳酸平衡酸度和碱度酸度和碱度天然水的基本特征及污染物的存在形态(1)(1)八大离子:八大离子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和和SO42-总含盐量(TDS):TDS=【K+Na+Ca2+Mg2+】+【HCO3-+Cl-+SO42-】(2)(2)水中的金属离子:水中的金属离子:水溶液中金属离子:Mn+,简单的水合金属离子M(H2O)n+。水中可溶性金属离子常常以多种形态存在。例如铁:Fe(OH)2+,Fe(OH)
7、2+,Fe2(OH)24+,Fe3+,在近于中性的天然水溶液中,水合铁离子的浓度可忽略不计。天然水的基本特征及污染物的存在形态(3)气体在水中的溶解性气体在水中的溶解性大气中的气体与溶液中大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为:同种气体间的平衡为:G(aq)=KHpG1.计算气体的溶解度时,需要对水蒸气的分压加以校正。2.亨利定律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 是亨利定律常数是亨利定律常数(mol/LPa);表表3-2 1.天然水的组成天然水的组成注意:注意:天然水的基本特征及污染物的存在形态氧在干燥空气中的含量为氧在干燥空
8、气中的含量为 20.95%。氧在水中的溶解度与。氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。水在水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。水在25时的蒸汽压为时的蒸汽压为0.03167 105 Pa。氧在。氧在 1.013 105 Pa,25 饱和水中的溶解度:饱和水中的溶解度:氧在水中的溶解度氧在水中的溶解度。,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(O252pKp 1.天然水的组成天然水的组成天然水的基本特征及污染物的
9、存在形态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:Clausius-Clapeyron方程式:方程式:1.天然水的组成天然水的组成天然水的基本特征及污染物的存在形态 CO2在干燥空气中的含量为在干燥空气中的含量为 0.0314%,水在,水在25时的蒸时的蒸汽压为汽压为0.03167 105 Pa,CO2的亨利定律常数为的亨利定律常数为3.34 10-7 mol/L.Pa。则。则CO2在水中的浓度为:在水中的浓度为:CO2的溶解度的溶解度5225CO852
10、HCO(1.0130 100.03167 10)0.0314%30.8(Pa)CO(aq)3.34 1030.81.028 10(mol/L)pKp 1.天然水的组成天然水的组成故CO2在水中的溶解度应为CO2+HCO3=1.2410-5mol/LH+=HCO3-K1=4.45 10-7天然水的基本特征及污染物的存在形态(4)水生生物水生生物 生态系统、食物链中的一个重要环节;生态系统、食物链中的一个重要环节;生产者、消费者、分解者;生产者、消费者、分解者;自养生物、异养生物;自养生物、异养生物;生产率、富营养化、生产率、富营养化、C、N、P 1.天然水的组成天然水的组成 富营养化问题中,多数
11、情况,P是限制因素,有些情况下CO2也是一个限制因素。注意:注意:天然水的基本特征及污染物的存在形态2.1 碳酸平衡在水体中存在着在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-等等4种物质种物质;常把常把CO2和和H2CO3 合并为合并为H2CO3*;实际上实际上H2CO3 的含量极低,主要是溶解性的气体的含量极低,主要是溶解性的气体CO2。2.天然水的性质天然水的性质天然水的基本特征及污染物的存在形态 2.天然水的性质天然水的性质2.1 碳酸平衡3CO2H3HCOH1-23COH3HCO-3HCOH3CO2HK23212233213-3232HCOHCOHCOHHCOHCOCOHK
12、KKKCT=H2CO3*+HCO3-+CO32-111202(1)KK KHH12222121)HH1()HH1(11KKKKK23031232TTTH COCHCOCCOCCO2+H2O H2CO3天然水的基本特征及污染物的存在形态以上属封闭的水溶液体系的情况;以上属封闭的水溶液体系的情况;没有考虑大气交换过程。没有考虑大气交换过程。图图3-1 碳酸化合态分布图碳酸化合态分布图 2.天然水的性质天然水的性质HCO3-CO2+H2CO3CO32-1008060402002 4 6 8 10 12pH CT=H2CO3*+HCO3-+CO32-111202(1)KK KHH12222121)HH
13、1()HH1(11KKKKK天然水的基本特征及污染物的存在形态对于开放体系,应考虑大气交换过程:对于开放体系,应考虑大气交换过程:2222222HCOT20HCO0-113T1HCOHCO02-2123T2HCOHCO20CO(aq)1CO(aq)/HCO H CO H KpCKpKCKpKpK KCKpKp 2.天然水的性质天然水的性质一定温度下,一定温度下,PCO2是恒定不变的,所以是恒定不变的,所以H2CO3*保持不变;保持不变;但是随着但是随着pH的改变,的改变,HCO3-、CO32-发生改变。发生改变。天然水的基本特征及污染物的存在形态lgC-pH图2天然水的基本特征及污染物的存在形
14、态比较开放体系和封闭体系的区别。2.天然水的性质天然水的性质H2CO3*、HCO3-、CO32-随着随着pH的改变的改变而改变,但是而改变,但是CT不变;不变;封闭体系封闭体系开放体系开放体系CT、HCO3-、CO32-随着随着pH的改变的改变而改变,而改变,但是但是H2CO3*不变;不变;封闭体系是计算短时间溶液组成的一种方法。开放体系是实际存在的。天然水的基本特征及污染物的存在形态碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,亦即能碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质,亦即能接受接受H+的物质总量。包括的物质总量。包括 强碱;强碱;弱碱;弱碱;强碱弱酸盐。强碱弱酸盐。总碱度总碱度=HC
15、O3-+2CO32-+OH-H+2.2 天然水中酸度和碱度天然水中酸度和碱度 2.天然水的性质天然水的性质 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,亦即放出出H+或经水解能产生或经水解能产生H+的物质总量。包括的物质总量。包括强酸、强酸、弱酸、弱酸、强酸弱碱盐等。强酸弱碱盐等。总酸度总酸度=H+HCO3-+2H2CO3*OH-总碱度不受H2CO3*的影响。天然水的基本特征及污染物的存在形态某水体的某水体的pH=8.00,碱度为碱度为1.0010-3 mol/L,该水体中该水体中HCO3-,CO32-,OH-,H+等物质的浓度。等物质的浓度。
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