能源环境化学水PPT文档格式.pptx

1、水资源总量：2.81012m3，水资源大国，世界总量第六位人均占有水量：只有2200m3（1997年人口），仅为世界平均 水平的1/4，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。,到21世纪中叶，人口达到 16亿高峰时，人均水资源 量仅有1760亿m3，,6 水化学与水圈,6.1.2水循环,水汽输送,自 然 循 环,6 水化学与水圈,6.1.2水循环大气水更新一次只要8d，每年平均更换45次；河水的更新期是16d；海洋水全部更新一次需要2500a；地下水平均更新期为1400a。,6 水化学与水圈,6.1.2水循环,社 会 循 环,原始水利用方式,自然水源,取水,使用,直接

2、排放大自然,自然净化功效,早期水利用方式,自然水源,使用,简单处理,兼有自然净化功效,取水,简单处理,排放,水质工程II,排放+再生,水资源利用+保护,管网工程（排水）,管网工程（供水）,水的利用生活、农业、工业、市政、环 境现代水利用方式,水质工程I,取水及输水工程,6 水化学与水圈,目前人类可影响的水循环环节,库,时间上：修建水空间上：跨流域调 水,地表径流,6 水化学与水圈,跨流域调水-南水北调工程 东线方案：计划从长江下游扬州市江都段取水，利用京行大 运河及大致与其平行的河道作主干线，通过13级抽水台阶提 水64米到东平湖，再采取隧洞虹吸方式穿越黄河进入天津。中线方案：计划从长江支流汉

3、江的丹江口水库引水，加高水 库大坝，沿京广线以西的伏牛山、太行山引水到北京。西线方案：计划从大渡河、雅砻江、通天河调水至黄河上 游供，宁厦、内蒙古、陕西、山西。,上,6 水化学与水圈,跨流域调水-南水北调工 程,6 水化学与水圈,6.2 天然水的组成水体：河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。水体 作为包括水中的悬浮物、溶解性物质、水生生物、底泥在内的 一个完整的生态系统。生源物质：胺/氮/磷等离子,溶 解 物,气体:氮/氧/微量气体离子:阴/阳离子,微量元素：卤素/过渡金属,胶体：无机/有机胶体固体悬浮物：硅酸盐/砂粒/粘土/水生生物,6 水化学与水圈,6.2 天然水的组成主要离子K+

4、、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3、SO4、C1 和NO3（八-2-大离子，占天然水中离子总量的9599）,Na+、SO 2-占优势,海水中Cl-、Na+占优势 湖水中地下水污水中,4受地域变化影响大HCO3、Ca占优势-2+,6 水化学与水圈,6.2 天然水的组成主要离子,总含盐量：TDS=Ca2+Mg2+K+Na+Cl-+SO4+HCO3+NO3 2-,6 水化学与水圈,6.2 天然水的组成金属离子水溶液中金属离子的表示式常写成Mn+，预示着是简单的水,x,合金属阳离子M（H20）n+，它可通过酸碱、沉淀、配合及氧化一,还原等反应在水中达到最稳定状态。水中可溶性金属离子可以多种形态存在

5、。例如，铁可以Fe（OH）2+、Fe（OH）2、Fe2（OH）2和Fe 形态存在。+4+3+,6 水化学与水圈,6.2 天然水的组成可溶性气体可溶性气体多以分子形态存在，其中氧和二氧化碳是最主 的要两种气体。大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡，服从亨利 定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与液体所接触的该 种气体的分压，表示为：X（g）X（aq）X（aq）=KHpg其中：KH各种气体在一定温度下的亨利定律常数，pg各种气体的分压。,6 水化学与水圈,氧在水中的溶解度氧在干燥空气中的含量为20.95，大部分元素氧来自大气，因此水体与大气接触再复氧的能力是水体的一个重要特征。氧在水中的

6、溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有关。在1.0130105Pa、25饱和水中溶解度为8.32mg/L。温度从0上升到35时，氧在水中的溶解度将 降从1低4到.747m.03gmgLL，溶解氧的水平是不高的。仅需7-8mg的有机质就可以把25为空气所饱和的1L水中的 氧耗尽。,6 水化学与水循环,水生生物水体中的生物数量繁多、种类多种多样，一般包括底栖 生物、浮游生物、水生植物和鱼类四大类。藻类藻类主要有蓝绿藻、硅藻、褐藻、鱼腥藻、念珠藻、颤藻 等藻。类是湖泊、水库等缓慢流动水体中最常见的能进行光合作 用的浮游类植物。形成“水华”的藻类主要有微囊藻、项圈 藻。细菌等其他微生物水体环境

7、中重要的微生物体有原生动物、藻类、真菌、放线 菌和细菌等；水体中的细菌等微生物是关系到水环境自然 净化和给水和废水的生物处理过程的重要的微生物体。,6 水化学与水圈,天然水的化学性质天然水的碳酸平衡天然水的溶解和沉淀作用氧化还原作用配合作用,6 水化学与水圈,天然水的化学性质天然水的碳酸平衡,水体中碳酸的化合态,6 水化学与水圈,6.3 天然水的化学性质,6.3.1 天然水的碳酸平衡,CT=H2CO3+HCO3+*-CO32-,封 闭 体 系,-,天然水体pH6-一般9河，水以 HCO3 形式存,在。,6 水化学与水圈,6.3 天然水的化学性质6.3.2 天然水的溶解和沉淀作用化学沉淀：溶度积

8、规则CaCO3、MgNH4PO4（鸟粪石）、Fe（OH）3、Ca2（PO4）3、Ca5（OH）（PO4）3等物理性重力沉降：SS、颗粒物胶体物质沉降作用：粘土、细菌、病毒、Fe3+水解产物、Al3+水解产物、高分子物质如蛋白质、淀粉等一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡 量。溶解度小者，迁移能力小。溶解度大者，迁移能力大。,6 水化学与水圈,胶体颗粒物质沉降作用胶体表面带有电荷来自表面的化学反应：蛋白质离子吸附：通过氢键或范德华力的作用离子吸附在胶体表面,离子置换：粘土矿物SiO2+Al（III）,AlO2+Si（IV）,6 水化学与水圈,6.3.3 氧化还原作用化学氧化还原反

9、应 生物氧化还原反应,6 水化学与水圈,6.3.3 氧化还原作用,化学氧化还原作用,2,天然水体中的氧化剂：O、,3,-,NO、NO,2,-、,4,3+2-,Fe、SO、,3,CO2、HCO-等；,天然水体中的还原剂：有机物、H2S、NH4、NO2 等；+-,6 水化学与水圈,加氯消毒（氯化学）,6 水化学与水圈,生物氧化还原作用,分解代谢（异化作用）,合成代谢（同化作用）,6 水化学与水圈,微生物的氧化作用：水中有机物可以通过微生物 的作用，利用水中的溶解氧，而逐步降解转化为 无机物。其反应式可表示为,有机物进入水中,耗氧量小于水体中氧的补充量,耗氧量大于水体中氧的补充量,有氧分解,缺氧分解

10、,产物为H2O、CO2、NO3、SO4 等-,产物为NH3、H2S、CH4等,不会造成水质恶化,水质进一步恶化,6 水化学与水圈,6.3.4 配合作用,配合作用是由具有电子给体性质的配体与具有接受电子 的空位的离子或原子形成配合物的过程。重金属离子的氯配合物的形成可以大大提高难溶金属化 合物的溶解度，如PbCl2溶解度很小，而PbCl3-、PbCl42-易溶。同时氯配合物的形成可减弱胶体对重金属 污染的吸附或使已被吸附的重金属在高浓度氯离子的水 体中被释放，造成“二次污染“。,6 水化学与水圈,6.3.4 配合作用配合物 由一简单离子或原子（统称中心离子或中心原子）和分子（原子）或阴离子（称配

11、位体、简称配体）以配位键的方式结合而 成的复杂离子（或分子），称为配离子（或称络离子）。含有配离 子（配合分子）的化合物统称为配合物（或称络合物）。,6 水化学与水圈,6.3.4 配合作用螯合物 一个多齿配体通过两个或两个以上的配位原子，与一个中 心原子连接而成的配合物叫螯合物。螯合物形成的特点是每一个配 位体至少含有两个配位原子，配合后形成环状结构，与中心离子键 合的配体叫螯合剂，一般是有机物质，螯合剂的配位原子常是N、O、S、P等元素的原子。,6 水化学与水圈,6.3.4 配合作用水环境中的配位体 无机配体F-、：SC2-l等-、；OH-、HCO3、SO4、NH3、H2O、PO4、-2-3

12、-有机配体：动物、植物、微生物的代谢产物或残骸的分解 物，其中最重要的是腐殖质，此外还有泥炭等；人为污染 物洗涤剂、农药、表面活性剂等。,6 水化学与水圈,6.3.4 配合作用羟基对重金属离子的配合作用,逐级稳定常数K1、K2、K3、K4 累积稳定常数 1=K12=K1K23=K1 K2K32=K1K2 K3K4,6 水化学与水圈,6.3.4 配合作用金属离子在水溶液中形成羟基配合物的过程实际上是金属离子的水解过 程，借羟基作为中介，把单核络合物的金属离子结合起来成为多核络合物。水解和羟基桥联良种作用交替进行最终形成难溶的氢氧化物沉淀。多核羟基配合物：多核配位化合物是将各单核配合物的金属离子结

13、 合起来，成为具有桥联作用的化合物。,除Fe3+、Al3+，许多金属离子如Zn2+、Cu2+、Mg2+、Pb2+、Hg2+、Sn2+等，都有多核配合物的特性。,6 水化学与水圈,6.3.4 配合作用,6 水化学与水圈,水处理中的混凝工艺原水调节池混凝沉淀过滤加氯消毒饮用 凝水聚:在外来因素（如化学物质）作用下降低静电斥力，从而使胶粒合在一起。向胶体溶液中加入某种电解质（如铁盐、铝盐等）后，可将反离子更多地驱入 双电内层，并由内层压缩而使电位降低，降低了粒子间的斥力，因此粒子能 互相靠拢，范德华引力也就进一步得到增强，完成粒子间的凝结。絮凝:借助于某种架桥物质，通过化学键联结胶体粒子，使凝结的粒

14、子变 得更大。当水体受纳了一些高分子聚合电解质后，通过架桥絮凝作用而破坏 胶体系统的稳定性。这种高分子化合物可能是天然的，例如淀粉、丹宁（多 糖动物）、胶（蛋白质）等；也可能是人造的，如聚丙烯酰胺及其衍生物等。网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降 过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。,6 水化学与水圈,胶体凝聚水处理中的混凝工艺以铝盐为例，说明其作用机理。当Al2（SO4）3配制 溶为1液0使用20时%，pH4，发生下列离解反应：,当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的pH也随之改 变：,式中n=16，特别当n=3时，水中产生中性的结晶胶体，对应pH为58。,6 水化学与水圈,胶体凝聚水处理中的混凝工艺同时，由于羟基架桥作用，在水解过程中产生许多聚合离 子，其最简单的形式是：OH,OH在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，等。,6 水化学与水圈,水污染水污染概述地表水环境质量功能区的分类1功能区分类：五类I类主要适用于源头水、国家自然保护区；II类主要适用于集中式生活饮用水水