水环境化学PPT教学课件

第三章水环境化学1.水环境2.水体污染概论3.重金属污染化学4.有机物污染化学5.沉积物污染化学水是世界上分布最广和最重要的物质，是参与生命的形成和地表物质能量转化的重要因素，也是人类社会赖以生存和发展的最重要的自然资源之一。水以气态、液态和固态形式存在，成为大气水、海水、陆地水（河水、湖水、沼泽水、冰雪水、土壤水、地下水），以及存在于生物体内的生物水，这些水的运动构成了水圈。地球上水的总储量约为1.38×109km3，海洋占97.41%，覆盖了地球表面积的71%，地球因而表现为漂亮的蔚蓝色星球。淡水占总水量的2.59%，而其中大约70%以上以固态储存在极地和高山上，只有不到30%的淡水资源存在于地下、湖泊、土壤、河流、大气等之中。水圈的上限算到对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。在自然界中水的积聚体称为水体，包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽、海洋、冰川、地下水等。水体是一个完整的生态系统，其中包括水、水中的悬浮物、溶解物、底质和水生生物等。水环境的概念出现于20世纪70年代，尚有争议。《环境科学大辞典》的解释：“水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床、海岸、植被、土壤等”。水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各种水体如湖泊、水库、河流和地下水等是该水环境的重要组成部分，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层地下水和深层地下水等。水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化和归趋的规律及其化学行为对生态环境的影响。水环境化学是环境化学的重要组成部分，为水污染控制和水资源的保护提供了科学依据。水环境化学研究的领域包括河口、海洋、河流、湖泊等。研究的特点是：（1）体系非常复杂离子、分子、胶体微粒（2）界面现象突出、重要重金属、有机物附着在胶体微粒面上，化学、生物等变化也在界面发生水环境化学的发展趋势：“三微”微量、微观、微粒——研究对象“三模”模型、模式、模拟实验——研究手段1.水环境1.1水环境的结构1.2水环境中化学物质的存在形态1.3天然水的性质图水环境体系（水体）<返回>1.2.1主要离子1.2.1.1天然水的主要离子成分Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Na+、Ca2+、K+、Mg2+，占95~99%海水中Cl-、Na+占优势湖水中Na+、SO42-占优势地下水受地域变化影响大污水中HCO3-、Ca2+占优势1.2.1.2天然水的主要离子成分的形成矿化过程矿化度矿化过程进入水中的离子成分总量，TDSTDS=（Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-）+（Na+、Ca2+、K+、Mg2+）1.2.1.2.1水对岩石、土壤中盐类的溶解作用岩石的化学风化：岩石圈深部高温、高压、缺氧、缺水、缺CO2条件形成的火成岩，进入地表在低温、低压、有氧、水、CO2、生物有机体条件下失去平衡被破坏分解的过程。包括：（a）水合作用水分子结合到矿物质晶格中形成含不同水的晶体（b）氧化作用空气中的氧把岩石中低价元素氧化并形成可溶性盐类（c）水解作用岩石中矿物质在水和CO2共同作用下，铝硅酸盐类（特别是长石类）发生水解形成可溶性盐1.2.1.2.2水中各种盐类之间的化学反应（a）碱金属的硅酸盐与其它盐类反应（b）碱金属碳酸盐与其它盐类反应（不同成分径流相交时发生）（c）天然水镁盐或钾盐与其它盐类反应（天然水中没有富含Mg、K的）1.2.1.2.3水中阳离子与岩石土壤中吸收性阳离子的交换反应当环境条件如pH、pE、离子相对浓度改变时，平衡会打破，上述反应可能发生逆转。1.2.1.3天然水的化学类型按主要离子成分变化来划分先按主要的阴离子划分为三类，再按阳离子分组，再按浓度比分型。1.2.2溶解性气体1.2.2.1溶解氧dissolvedoxygen，溶解在水中的分子氧，来源于空气及水生藻类光合作用0℃，K=2.18×10-8mol·L-1·pa-125℃，K=1.28×10-8mol·L-1·pa-1eg.25℃时与1.013×105pa空气达成平衡时氧在水中溶解度，（PH2O0℃，0.00611×105pa25℃，0.03167×105pa）Claustus&KlaperonEquation：可求不同温度下溶解度复氧作用：空气中氧溶入天然水进行补充或水中氧逸出1.2.2.2二氧化碳产生：空气中CO2溶于水中量很少，0.5~1.0mgL-1去除：湖、河水中，（20~30）mgL-1；海水中，零点几mgL-1；地下水，几十至几百mgL-11.2.3生源物质成因上与生命活动有关的物质1.2.3.1含氮化合物来源：水生植物固定空气中氮气，1.2.3.2含磷化合物正磷酸盐、多磷酸盐、有机磷正（H2PO4-、PO43-、H3PO4）+有机P=（<0.001~0.001×n）mgL-1来源：含磷酸盐矿物质、鸟粪、动物化石1.2.3.3硅化合物SiO(OH)3-、Si4O6(OH)62-来源：矿石的化学风化1.2.3.4铁化合物以胶体形式存在，Fe(HCO3)2、FeOH+、Fe(OH)2，易氧化、水解成Fe(OH)31.2.4微量元素离子1.2.5有机物质海水中有机碳在10-6molL-1非腐殖物质可辨认化学性质的有机物质腐殖质占70~80%，分子量从几百到几万的无定型、高分散物质。结构特点是含大量苯环、含氧和含氮官能团。按酸碱中溶解性不同分为<返回>1.3.1碳酸化学平衡控制天然水pH，影响物理、化学、生物过程各形态所占比例（型态分数，分布系数）：表H2CO3*-HCO3--CO32-体系形态分布图中重要交界点图封闭体系碳酸化合物形态分布图开放体系碳酸化合物形态分布1.3.2天然水的碱度和酸度碱度能够接受H+的物质的总量。强碱：NaOH、Ca(OH)2等；弱碱：NH3、C6H5NH2；强碱弱酸盐：碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫化物、腐殖质盐主要形态为OH、CO32-、HCO3-，因此又分为氢氧化物碱度①、碳酸盐碱度②、酸式碳酸盐碱度③；其中①、③不能共存，共有5种组合方式。酸度能够提供H+的物质总量。强酸：HCl、H2SO4、HNO3；弱酸：H2CO3（CO2）、H2S、有机酸；强酸弱碱盐：FeCl3、Al2(SO4)3eg.已知某一天然水pH=7.0，碱度为1.4mmolL-1，问需加多少酸才能使天然水的pH降到6.0？解：（体系CT守恒而碱度变化）当pH=5~9，总碱度≥10-3molL-1；pH=6~8，总碱度≥10-4molL-1∴pH=7.0时，pH=6.0时，DA=1.4-0.526=0.874mmolL-1（pH不同时，a1、a2是变化的，上例中pH=7.0时，；pH=6.0时，a=3.25）1.3.3天然水的缓冲能力pH=6~9pH<8.3时，1.3.4天然水的硬度Ca2+、Mg2+离子总量暂时硬度：又称碳酸盐硬度Ha永久硬度：又称非碳酸盐硬度Hb总硬度=暂时硬度+永久硬度HT=Ha+Hb一个德国度1G°=10mgCaO·L-1一个法国度1G°=10mgCaCO3·L-1换算5.6G°=10mg·L-1CaCO3=1mmol·L-1eg.某地下水源经测定其具体组分如下HT=14.68G°，Ha=9.8G°，Hb=4.88G°，[HCO3-]=107.0mg·L-1，[Ca2+]=47.736mg·L-1，[Mg2+]=36.08mg·L-1，试检验上述结果是否正确。解：HT=0.025×47.736+0.041×36.08为14.95G°为9.8G°∴该结果是可信的。文艺复兴与新航路的开辟■文化巨人但丁与达·芬奇■新航路的开辟文艺复兴与新航路的开辟导入达·芬奇自画像随着封建社会的衰落和资本主义萌芽的发展，世界在发生巨变。在神学笼罩的黑暗中，思想文化的巨人向愚昧和无知发起了挑战；在惊涛骇浪的大海上，勇敢的探险者找到了沟通世界的新路；腐朽的封建城堡在风雨中动摇，资本主义的新时代即将到来。学习本课，你将会感受到新时代到来前夜欧洲思想文化变革的蓬勃朝气，领略到人类反封建神学、向自然挑战的无畏精神。导入文化巨人但丁与达·芬奇15世纪时的佛罗伦萨十四世纪，意大利城市经济繁荣，出现了工场手工业，产生了资本主义萌芽和新兴资产阶级。佛罗伦萨便是当时意大利著名的工商业城市。资产阶级文化，蓬蓬勃勃地在这里发展起来。当时，佛罗伦萨成为意大利文艺复兴的发源地。15世纪时的佛罗伦萨文艺复兴前的圣母像文艺复兴时期圣母像同样是画圣母，文艺复兴时期的画家们却赋予了圣母更多的人性色彩。但丁但丁和《神曲》但丁《神曲》封面但丁《神曲》插图——幻游天堂但丁《神曲》插图——幻游炼狱但丁《神曲》插图——幻游地狱达·芬奇和他的绘画达·芬奇达·芬奇《蒙娜丽莎》达·芬奇《最后的晚餐》达·芬奇《人体比例图习作》返回返回新航路的开辟葡萄牙航海家用像限仪测地平线15世纪时的一块罗盘世界上最早的地球仪15世纪葡萄牙航海家的地图哥伦布哥伦布塑像圣玛丽亚号哥伦布首航使用的帆船哥伦布航海时的旗舰哥伦布的船队哥伦布的船队在航行中哥伦布在美洲瓜纳阿尼岛登陆1492哥伦布和随行者到达美洲哥伦布首次横渡大西洋返回西班牙后，受到西班牙王室的隆重欢迎，在盛大的庆祝活动上，他向王后伊莎贝拉献上这部《航海日记》。《哥伦布日记》1893年美国哥伦布纪念银币在哥伦布1492年到达美洲400周年庆典时，1893年美国芝加哥发行的一枚纪念邮票。达·伽马达·伽马到达非洲的好望角好望角达·伽马塑像麦哲伦麦哲伦率领的船队麦哲伦在航行的船上智利篷塔阿雷纳斯市中心的麦哲伦纪念碑新航路的开辟“地理大发现”纪念碑（葡萄牙里斯本）返回返回学习活动编辑《文艺复兴时期意大利绘画精品选辑》《维纳斯的诞生》《维纳斯的诞生》，意大利山德罗·波提切利于约1485年画，现藏于佛罗伦萨乌菲齐美术馆藏。《玛尼菲卡特的圣母》《玛尼菲卡特的圣母》，意大利山德罗·波提切利于约1480年画，现藏于佛罗伦萨乌菲齐美术馆藏。波堤切利《春》拉斐尔《圣母子》拉斐尔《西斯廷圣母》史海拾贝美洲名称的由来印弟安人亚美利哥