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
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 大气圈雪}大气水 要的物质,是参与生命的形 水蒸气 成和地表物质能量转化的重 体液 要因素,也是人类社会赖以 生物圈{胞内液 生存和发展的最重要的自然 水合的生物聚合物 资源之一。 r地下水 水以气态、液态和固态形式岩石圈若浆水 存在,成为大气水、海水、 水合作用水 陆地水(河水、湖水、沼泽 泉水和沼泽 水、冰雪水、土壤水、地下 水),以及存在于生物体内 关念/水!塘湖冰帽和雪帽 河流、冰川 的生物水,这些水的运动构 地面水 河口海湾 成了水圈 海水f海洋 海底沉积物中吸藏水
• 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1.38×10%km3,海洋占9741%,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259%,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
• 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
表2.38 全球水的贮存和流动 最任估测值 已公布的估测值范围贮留时间 贮位立方千米 海洋 135亿 132~13.7亿 2500年 大气层 13000 10500~15500 8天 陆地 河流 10202120 6天 湖泊 1000000 30000-177000 天 内陆海 105000 85400-12500 土壤水 7000 16500-150000 1年 地下水 820方 7~33000万 1400年 冰川和冰盖 17500月 16504802万 生物群 1100 60~5000 小时 流动方千米年) 陆地的蒸发作用 71000 63000-73000 陆地土的降水作用 h]00 99000119000 海洋的泰发作用 425000 383000~505000 海洋上的降水作用 385000 320000-458000 自陆地向海洋的径流 3970 33500-47000 河流 27000 2700045000 地下水直接径流 12000 0-2000 冰川径流(水和冰 250 l700-l500 白海洋向陆地大的净 39700 水分传输 资料来源:同表234
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
• 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
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
空气 悬浮物 地面水 地下水 生物体 底部沉积物 孔水 图水环境体系(水体)
图 水环境体系（水体）
121主要离子 1.2.1.1天然水的主要离子成分 C、SO42、HCO3、CO32、Na、Ca2、K+、Mg2+,占95~99% 海水中C1、Na占优势 湖水中Nat、SO2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,TDS TDS=(Cl、SO42、HCO3、CO32)+(Nat、Ca2+、K+、Mg2)
1.2.1 主要离子 • 1.2.1.1 天然水的主要离子成分 • Cl-、SO4 2-、HCO3 -、CO3 2-、Na+ 、Ca2+ 、K+ 、Mg2+ ，占95~99% • 海水中 Cl-、Na+占优势 • 湖水中 Na+ 、SO4 2-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，TDS • TDS = （Cl-、SO4 2-、HCO3 -、CO3 2-）+（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 Fe,O3+nHo- Fe,O3. nH,O (n13) 赤铁矿 水铁矿 Mn2O3+ nH2o-+Mn2O3. nH2O 赤锰矿 水锰矿 CaSO4+2H2O—CaSO4·2H2O 硬石膏 石膏
• 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 Fe2 O3 H2 O Fe + n 2 O3 n H2 O n=1~3 赤铁矿 水铁矿 Mn2 O3 + n H2 O Mn2 O3 n H2 O 赤锰矿 水锰矿 CaSO4 + 2 H2 O CaSO4 2 H2 O 硬石膏 石膏
(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 CuFeS2+O2- CusO4+ FeSoz 黄铜矿 Fes2+O2- Fe(OHD)3+ H2SO4 黄铁矿 CacO3+ h2so4- CaSA +H,O+co MgCO3+ H2SO4-MgSO4+ H2O+CO CaAlsio&+ HsO+ 2H,O H2AlSi2Og+ CasO4 2 H2O
• （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 CuFeS2 O2 CuSO4 FeSO4 + + 黄铜矿 + O + 2 FeS2 H2 O Fe(OH)3 H2 SO4 黄铁矿 CaCO + + 3 H2 SO4 CaSO4 H2 O CO2 + H2 O + CO2 CaSO4 H2 SO4 MgCO3 + MgSO + 4 H + 2 SO4 + 2 H + CaAl2 Si2 O8 + 2 O H2 Al2 Si2 O8 2 H2 O