第三章水环境化学 教学目的与要求： 11 了解天然水体中的污染物有哪些？ 理解水体的 酸度 和碱度 掌握水体中无机污染物的迁移方式和转化途径。 教学重点、难点： 水体中无机污染物的迁移方式和转化途径 教学方法及师生互动设计： 教学方法：讲授法； 师生互动设计：提问：水体中离子有哪些？ 讨论：水体中无机污染物的迁移方式和转化途径有哪些？ 课堂练习、作业 水体中无机污染物的汪移方式和转化途径有哪些？ 本次课教学内容小结 本堂课主要讲授了水体中污染物质存在的形态；对于水体中无机污染物质的迁移方式同学们较易 理解，而转化途径则要从多方面来加以考虑，在以下几堂课中要专门分别来加以讨论。 第一节天然水的基本特征及污染物存在的形态 天然水体概况 地球是 个富水的行星。地球上的水不仅存在于大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中，也存在 地球深部的地幔乃至地核中。 地球上水的起源： 地球表面--70.8%海洋覆盖，占地球总水量的97.3%，淡水占2.7%，可供人类使用的淡水资源约为 850万km3,仅占地球总水量的0.64%。 中国水资源居世界第六位。人均水量却仅占世界人均水量的1/4 (目前)用水量-仅次于美国 对44个城市水质调直-地下水93.2%被污染，地表水100%污染 天然水体的基本特征 不天然水的组成 天然水体 —包括水、水中的溶解物、悬浮物以及底泥和水生生物。 天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物。 悬浮物包括：细菌、藻类及原生动 物 泥沙 粘土、其他不溶物质 水体的组成不仅包括水，而且也包括其中的悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生生物，所 以水体是个完整的生态系统，或是被水覆盖地段的自然综合体。 (1)悬浮物和沉积物 细菌 有致病的，也有对人体健康无关的：藻类及原生动物一嗅味、色、浑浊；泥沙、粘士 其他不溶物尼 悬浮物：藻类、微小水生动物 沉积物：颗粒度不等的砂粒、黏土、淤泥、生物的排泄物等。 (2)水中的主要离子 水环境中已测出70多种元素 天然水：CS042NO3HC03C032 Na+K+Ca2+Mg2+Fe2+Al3+ 95~99% 海水：CNa+为主
第三章 水环境化学 教学目的与要求： (1) 了解天然水体中的污染物有哪些？ (2) 理解水体的酸度和碱度； (3) 掌握水体中无机污染物的迁移方式和转化途径。 教学重点、难点： 水体中无机污染物的迁移方式和转化途径。 教学方法及师生互动设计： 教学方法：讲授法； 师生互动设计：提问：水体中离子有哪些？ 讨论：水体中无机污染物的迁移方式和转化途径有哪些？ 课堂练习、作业： 水体中无机污染物的迁移方式和转化途径有哪些？ 本次课教学内容小结： 本堂课主要讲授了水体中污染物质存在的形态；对于水体中无机污染物质的迁移方式同学们较易 理解，而转化途径则要从多方面来加以考虑，在以下几堂课中要专门分别来加以讨论。 第一节 天然水的基本特征及污染物存在的形态 一、天然水体概况 地球是一个富水的行星。地球上的水不仅存在于大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中，也存在 地球深部的地幔乃至地核中。 地球上水的起源： 地球表面---70.8%海洋覆盖，占地球总水量的97.3%，淡水占2.7%，可供人类使用的淡水资源约为 850万km3，仅占地球总水量的0.64%。 中国水资源居世界第六位。人均水量却仅占世界人均水量的1/4 （目前）用水量--仅次于美国 对44个城市水质调查---地下水93.2%被污染，地表水100%污染 二、天然水体的基本特征 1、天然水的组成 天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物以及底泥和水生生物。 天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物。 悬浮物包括： 细菌、藻类及原生动物、泥沙、粘土、其他不溶 物质。 水体的组成不仅包括水，而且也包括其中的悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生生物，所 以水体是个完整的生态系统，或是被水覆盖地段的自然综合体。 （1） 悬浮物和沉积物 细菌——有致病的，也有对人体健康无关的；藻类及原生动物——嗅味、色、浑浊； 泥沙、粘土 ——浑浊； 其他不溶物质 悬浮物：藻类、微小水生动物 沉积物：颗粒度不等的砂粒、黏土、淤泥、生物的排泄物等。 （2） 水中的主要离子 水环境中已测出70多种元素 天然水：Cl- SO4 2- NO3 - HCO3 - CO3 2- Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ Al3+ 95~99% 海水：Cl- Na+为主
湖水：Na+SO42C占优势 地下水：Ca2+Mg2+ 苦减水：HCO3Na (3) 气体在水中的溶解性 溶解气体主要有：02C02H2S 极少有：N2CH4He 有毒有害气体有：HCI SO2NH3等 亨利定律： [G(aq)]=KH.PG 氧在水中的溶解度： 一每化瑞的容醒度 (4) 水生生物 生态系统、食物链中的一个重要环节】 生产者、消费者、分解者； 自养生物、异养生物： 生产率、富营养化CN、P: 影响因素 D0. B0D、C02等 2、天然水的性质 1)碳酸平角 C02+H20 H2CO3 H2CO3==HCO3+H+ HC03==C022+Ht 碳酸化合态分布图 开放体系的碳酸平便衡 (2)天然水中的碱度和酸度 总碱度=[HC03]+2[C032]+[OH门-H] 酚酞碱度 苛性咸度 总酸度=[H]+[HCO3]+2[H2C03】-[OH] C02酸度 无机酸度 在封闭体系中加入强酸或强碱，总碳酸量(CT)不受影响，而加入CO2]时，总碱度值不变。 例题： 三、水中亏染物的分布和存在形态 1、有机污染物： (1)有机农药：杀虫剂包括有机氯、有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯等类型。 代含氯农药 对环境危害 第二代含磷农药，毒性虽大但容易降解，在环境中残留量低。 第三代拟除虫菊酯类(synthetic pyrethrins)农药，是天然有机化学产品，毒性低，但合成路线较 长(8-12步) (2)多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs): 性质及用途 剧毒，不溶于水，脂溶性大，易被生物吸收：通过食物链而富集，具有蒸汽压较低，难 挥发，在环境中残留期长等特性。不易燃烧，强碱、强酸、氧化剂难以破坏它们，有高度的耐热 性，良好的绝缘性。 (3)多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbon,PAHs) 这类化合物很多，其中至少有20多种有致癌作用。最典型的是苯并(a)芘（以BaP表示）
湖水：Na+ SO4 2- Cl-占优势 地下水：Ca2+ Mg2+ 苦咸水：HCO3 - Na+ （3） 气体在水中的溶解性 溶解气体主要有：O2 CO2 H2S 极少有：N2 CH4 He 有毒有害气体有：HCl SO2 NH3等 亨利定律： [G(aq)]=KH·PG 氧在水中的溶解度： 二氧化碳的溶解度： （4） 水生生物： 生态系统、食物链中的一个重要环节； 生产者、消费者、分解者； 自养生物、异养生物； 生产率、富营养化、C、N、P； 影响因素：DO、BOD、CO2等。 2、天然水的性质 （1） 碳酸平衡 CO2 + H2O == H2CO3 H2CO3 == HCO3 + H+ HCO3 - == CO3 2- + H+ 碳酸化合态分布图 开放体系的碳酸平衡 （2） 天然水中的碱度和酸度 总碱度 = [HCO3 - ] + 2[CO3 2- ] + [OH- ] –[H+] 酚酞碱度 苛性碱度 总酸度 = [H+] + [HCO3 - ] + 2[H2CO3 ] - [OH- ] CO2酸度 无机酸度 在封闭体系中加入强酸或强碱，总碳酸量（CT）不受影响，而加入[CO2 ]时，总碱度值不变。 例题： 三、水中污染物的分布和存在形态 1、有机污染物： （1）有机农药： 杀虫剂包括有机氯、有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯等类型。 第一代含氯农药，对环境危害最大。 第二代含磷农药，毒性虽大但容易降解，在环境中残留量低。 第三代拟除虫菊酯类（synthetic pyrethrins）农药，是天然有机化学产品，毒性低，但合成路线较 长（8-12步）。 (2)多氯联苯（polychlorinated biphenyls,PCBs）： 性质及用途：剧毒，不溶于水，脂溶性大，易被生物吸收;通过食物链而富集，具有蒸汽压较低，难 挥发，在环境中残留期长等特性。不易燃烧，强碱、强酸、氧化剂难以破坏它们，有高度的耐热 性，良好的绝缘性。 (3)多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbon,PAHs) 这类化合物很多，其中至少有20多种有致癌作用。最典型的是苯并（a）芘（以BaP表示）
源：大气中的煤烟随雨水降落，及煤气发生站、焦化厂、炼油厂等排放含多环芳烃的废水进入水 体。 )二恶英 2,3,7,8-四氯二苯对二恶英(TCDD)是迄今为止所知的毒性最强的环境污染物之一。TCDD对 哺乳动物具有较大的毒性，IARC(国际癌症研究机构)把TCDD列为人类可疑化学致癌物。TCDD还 与某些生育缺陷相关。 (5)酞酸酯类化合物(phthalate esters): 用途：主要用做塑料的增塑剂 污染：已成为全球性污染物，我国部分士壤和底泥中增塑剂的积累已相当可观。 危害：有致畸作用和致突作用，可引起多发神经炎和感觉迟钝、麻木等症状。 (6)石油： 源：在石油开采、炼制、贮运、使用过程中，进入环境。当前，石油对海洋的污染已成为世界性的 问题 危害：影响渔业生产； 降低海滨环境的使用价值： 阻碍水体同大气之间的物质交换；油膜影响大气与海洋的热交换： 对海洋生物的层影知响 (7)其他有机化合物 如酚类 、腈类化合物均具毒性 酚类化合物是有机化工的基本原料，用途广泛，但毒性较大，其中苯酚是高毒物质，能溶于水， 能使细胞蛋白质发生变性和沉淀。 丙稀睛是合成纤维的原料，具有较强的毒性，被列为致癌物。 有机物污染程度的指标 DO:水中溶解氧是水质重要指标 2、BOD:微生物分解有机物过程消 耗水中的溶解氧的量。 3、C0D:能被氧化的物质进行氧化 程中所消耗氧化剂的量 4.TO 总有机碳，以碳表示 5、TOD:总需氧量，以氧表示。 2、金属污染物： C 源：C污染生要来自采矿、金属治炼、废物焚化处理、磷肥制造、矿物燃料燃烧电镀及其他工业 部门。 存在形态：在水体中镉主要以Cd2+状态存在。可形成多种配位体 危害：Cd不是生物体必需元素，人体中的Cd全部是出生后从外界环境中摄取的。Cd主要通过消化 系统进入人体。中毒症状主要为：动脉硬化，肾菱缩或慢性球体肾炎。过多吸入C可导致Cd进入骨 骼取代部分C,使骨骼软化、变形，导致骨折，如“痛痛病”。此外，Cd可能有“三致”作用。 Ha 源：仪器仪表、电气设备、催化剂、化工等 存在形态： 水体：Hg2+、Hg(OH)2、CH3Hg、CH3Hg(OH)、CH3HgCI、C6H5Hg. 悬浮物或沉积物：Hg2+、HgO、HgS、CH3Hg(SR)、(CH3Hg)2S。 汞的甲基化(methylation)反应： CH3+Hg2 →CH3Hg 2CH3-+Hg2+-CH3-Hg-CH3 危害：甲基汞具有脂溶性和高神经毒性，在细胞中可以整个分子原形积蓄 。脂溶性的甲基汞对类脂 质有很强的亲和力，所以容易蓄积在细胞中，主要部位为大脑皮层和小脑，故有向心性视野缩小运 动失调、肢端感觉障碍等临床表现
源：大气中的煤烟随雨水降落，及煤气发生站、焦化厂、炼油厂等排放含多环芳烃的废水进入水 体。 （4）二恶英： 2，3，7，8-四氯二苯对二恶英（TCDD）是迄今为止所知的毒性最强的环境污染物之一。TCDD对 哺乳动物具有较大的毒性，IARC（国际癌症研究机构）把TCDD列为人类可疑化学致癌物。TCDD还 与某些生育缺陷相关。 (5)酞酸酯类化合物（phthalate esters）： 用途：主要用做塑料的增塑剂。 污染：已成为全球性污染物，我国部分土壤和底泥中增塑剂的积累已相当可观。 危害：有致畸作用和致突作用，可引起多发神经炎和感觉迟钝、麻木等症状。 (6)石油： 源：在石油开采、炼制、贮运、使用过程中，进入环境。当前，石油对海洋的污染已成为世界性的 问题。 危害：影响渔业生产； 降低海滨环境的使用价值； 阻碍水体同大气之间的物质交换； 油膜影响大气与海洋的热交换； 对海洋生物的影响。 （7） 其他有机化合物 如酚类、腈类化合物均具毒性。 酚类化合物是有机化工的基本原料，用途广泛，但毒性较大，其中苯酚是高毒物质，能溶于水， 能使细胞蛋白质发生变性和沉淀。 丙稀腈是合成纤维的原料，具有较强的毒性，被列为致癌物。 有机物污染程度的指标： 1、DO:水中溶解氧是水质重要指标。 2、BOD：微生物分解有机物过程消 耗水中的溶解氧的量。 3、COD：能被氧化的物质进行氧化 过程中所消耗氧化剂的量。 4、TOC：总有机碳，以碳表示。 5、TOD：总需氧量，以氧表示。 2、金属污染物： Cd 源：Cd污染主要来自采矿、金属冶炼、废物焚化处理、磷肥制造、矿物燃料燃烧、电镀及其他工业 部门。 存在形态： 在水体中镉主要以Cd 2+状态存在。可形成多种配位体。 危害： Cd不是生物体必需元素，人体中的Cd全部是出生后从外界环境中摄取的。Cd主要通过消化 系统进入人体。中毒症状主要为：动脉硬化，肾萎缩或慢性球体肾炎。过多吸入Cd可导致Cd进入骨 骼取代部分Ca，使骨骼软化、变形，导致骨折，如“痛痛病”。此外，Cd可能有“三致”作用。 Hg 源：仪器仪表、电气设备、催化剂、化工等。 存在形态： 水体：Hg2+、Hg(OH)2、CH3Hg+、 CH3Hg(OH)、CH3HgCl、 C6H5Hg+ 。 悬浮物或沉积物： Hg2+、HgO、HgS、 CH3Hg(SR)、（CH3Hg）2S。 汞的甲基化（methylation）反应: CH3 - + Hg2+ → CH3Hg+ 2CH3 - + Hg2+ → CH3—Hg—CH3 危害：甲基汞具有脂溶性和高神经毒性，在细胞中可以整个分子原形积蓄。脂溶性的甲基汞对类脂 质有很强的亲和力，所以容易蓄积在细胞中，主要部位为大脑皮层和小脑，故有向心性视野缩小运 动失调、肢端感觉障碍等临床表现
日本的水俣病事件： 源：采矿 冶炼、铅的加工和应用过程中。 存在形态： 水中：PbOH+、Pb2OH3+、Pb(OH42等 海水中：Pb2+、PbCI+和PbSOA. 毒害作用：主要是损害骨髓造血系统和神经系统，对男性生殖腺亦有一定的损害。 铅对于儿童尤其危险，铅接触能降低儿童智商。孕妇体内过量的铅可使胎儿死亡、畸形或造成流 立 As 源：主要来自工农业生产，其中，以冶金、化工排砷量较高。 存在形态： As(Π) As(V) H2AsO4 无机砷 有机砷毒性降低。 毒性：不是必须的元素，但是环境中含有砷而成为人和动、植物的构成元素。元素砷的毒性极低 而砷的化合物则均有毒性。As(皿)的毒性最强，0.1gAs203就能使人致死。 我国规定生活饮用水的砷含量不得超过0.04mg/八； 工业废水最高允许排放浓度为0.5mg/L。 C 源：铁路、耐火材料生产和煤燃烧排放含铬废气，电镀工业排放含铬废水，皮革鞣制、金属酸洗、 染料、制药厂等排放含铬的生产废水等。 存在形态： C3* Cro2-、Cr042、Cr202. 危害：人体必需的微量元素，但高浓度铬将使人体和动物产生严重危害 CrV四毒性远比Cr(四)大。CrV能导致呼吸道疾病，肠胃病变，皮肤损伤等。CrV有致癌作 用，且有较长的潜伏期。 DO值越小，BOD5和COD值越高，则还原作用越强. T 陌·矿物 毒害 铊和铊的氧化物都有毒， 中毒后出现视力减退、脱发等症状 1995.1997. 2007年，清华大学、北京大学和中国矿业大学分别发生铊中毒事件。 3、环境激素 是指排放到环境中，起到类似于激素作用，导致内分泌障碍的化学物质。 危害：动物世界生殖能力下降， 惟性化 出现全球性的“阴盛阳衰 目前约有200多种化学物质已被证实而列入环境激素黑名单，如船的涂料三丁锡、三苯锡以及垃 及焚烧排出的居剧毒物质二恶英等。 三、水中的营养元素及水体富营养化 来源：生活污水， 工业废水、农业、家畜、水产养殖、大气」 危害：使水中藻类恶性繁殖 范米死广后 微生物分解，消耗大量溶解氧，严重影响鱼类生 大量藻体可使水流变缓，长期下去可使河流湖泊变浅、淤塞。 去除：在除磷方法中，广泛使用的是化学沉淀法、生物除磷法。 赤潮(Red tide)是海水中某些微小浮游植物、原生动物或细菌在一定的环境条件下突发性的增殖，引 起一定范围一段时间的海水变色现象。 起始阶段： 存在诱发的物质条件， 发展阶段：赤潮生物迅速繁殖，水体颜色开始转变，稍微不同于周围水体 维持阶段：赤潮现象出现后所持续的时间，颜色较深： 为肝公失韶混水体表面士较多泡末
日本的水俣病事件： Pb 源：采矿、冶炼、铅的加工和应用过程中。 存在形态： 水中：Pb OH+、Pb2OH 3+、Pb(OH)4 2-等 海水中： Pb 2+、PbCl+和PbSO4。 毒害作用：主要是损害骨髓造血系统和神经系统，对男性生殖腺亦有一定的损害。 铅对于儿童尤其危险，铅接触能降低儿童智商。孕妇体内过量的铅可使胎儿死亡、畸形或造成流 产。 As 源：主要来自工农业生产，其中，以冶金、化工排砷量较高。 存在形态： As（Ⅲ） As(Ⅴ) H3AsO4 H3AsO4 无机砷 ———— 有机砷 毒性降低。 毒性：不是必须的元素，但是环境中含有砷而成为人和动、植物的构成元素。元素砷的毒性极低， 而砷的化合物则均有毒性。As(Ⅲ)的毒性最强，0.1gAs2O3就能使人致死。 我国规定生活饮用水的砷含量不得超过0.04mg/L；工业废水最高允许排放浓度为0.5mg/L。 Cr 源：铁路、耐火材料生产和煤燃烧排放含铬废气，电镀工业排放含铬废水，皮革鞣制、金属酸洗、 染料、制药厂等排放含铬的生产废水等。 存在形态： Cr3+、CrO2-、CrO4 2-、Cr2O7 2-。 危害：人体必需的微量元素，但高浓度铬将使人体和动物产生严重危害。 Cr(Ⅵ)毒性远比Cr(Ⅲ)大。Cr(Ⅵ)能导致呼吸道疾病，肠胃病变，皮肤损伤等。 Cr(Ⅵ)有致癌作 用，且有较长的潜伏期。 DO值越小，BOD 5和COD值越高，则还原作用越强。 Tl 源：矿物 毒害： 铊和铊的氧化物都有毒，中毒后出现视力减退、脱发等症状。 1995、1997、 2007年，清华大学、北京大学和中国矿业大学分别发生铊中毒事件。 3、环境激素 是指排放到环境中，起到类似于激素作用，导致内分泌障碍的化学物质。 危害：动物世界生殖能力下降，雌性化，出现全球性的“阴盛阳衰”。 目前约有 200 多种化学物质已被证实而列入环境激素黑名单，如船的涂料三丁锡、三苯锡以及垃 圾焚烧排出的剧毒物质二恶英等。 三、水中的营养元素及水体富营养化 来源：生活污水、工业废水、农业、家畜、水产养殖、 大气。 危害：使水中藻类恶性繁殖，藻类死亡腐败后被微生物分解，消耗大量溶解氧，严重影响鱼类生 存。 大量藻体可使水流变缓，长期下去可使河流湖泊变浅、淤塞。 去除：在除磷方法中，广泛使用的是化学沉淀法、生物除磷法。 赤潮(Red tide)是海水中某些微小浮游植物、原生动物或细菌在一定的环境条件下突发性的增殖，引 起一定范围一段时间的海水变色现象。 起始阶段：存在诱发的物质条件，表面现象不明显； 发展阶段：赤潮生物迅速繁殖，水体颜色开始转变，稍微不同于周围水体； 维持阶段：赤潮现象出现后所持续的时间，颜色较深； 消亡阶段：消失的过程, 水体表面出现较多泡沫。 为什么会发生赤潮？
？海域水体的富营养化。含有有机质和丰富营养盐的污水排入海洋。尤其是水体交换能力差的河口海 湾地区，污染物不容易被稀释扩散。 ?海域中存在赤潮生物种源。海洋中有330多种浮游生物能形成赤潮，有毒的种类大约有80多种，目 前在中国沿海海域的赤潮生物约有150种。 三.水中污染物的分布和存在形态 教学目的与要求 了解天然水体中的污染物有哪些？ (5) 掌握水体中无机污染物的迁移方式和转化途径 教学重点、难点： 水体中无机污染物的迁移方式和转化途径 教学方法及师生互动设计： 教学方法：讲授法： 师生互动设计：提问：水体中离子有哪些？ 讨论：水体中无机污染物的迁移方式和转化途径有哪些？ 课堂练习、作业 水体中无机污染物的迁移方式和转化途径有哪些？ 本次课教学内容小结 本堂课主要讲授了水体中污染物质存在的形态对于水体中无机污染物质的迁移方式同学们较易 理解，而转化途径则要从多方面来加以考虑，在以下几堂课中要专门分别来加以讨论。 1、有机污染物： 金属污染兴物 分布广泛 应用普遍 具有多种价态：大多属于过渡元素，不光外层电子参与，次外层、外数第三层均可参与，因此，一 般具有多种价态。在天然水体中，氧化性和还原性环境使重金属能以不同价态存在，价态不同，其 活性和毒性效应也不同， (1) Pb 铅污染的来源：采矿、冶炼、铅的加工和应用过程中。石油工业的发展，作为汽油防爆剂使用 的四乙基铅所耗用的铅已占总生产铅的十分之一以上。汽车排放废气中铅的含量高达每升 20-50μ 其污染已经造成严重的公害 铅 人体的毒害作用： 铅主要是损害骨髓造血系统和神经系统，对男性生殖腺亦有一定的损 害。铅可以千扰血红素的合成而引起贫血。铅引起贫血的另一原因是溶血，它可抑制红细胞上的三 磷酸腺苷酶，使细胞内外的K+、N+、和H2O脱失而溶血。铅可引起神经末梢神经炎，出现运动和 感觉障碍。此外，铅随血液流入脑组织，可损害小脑和大脑皮质细胞，干扰代谢活动，使营养物质 和氧气供应不足，引起脑内小毛细管内皮细胞肿胀，进而发展成弥漫性的脑损伤。经常接触低浓度 铅的人 当血铅达到0.6-0.8μg/L, 就会出现头 异、 记忆力减退和失眠，常伴有食 振使秘、 腹痛等消化系统的症状，铅对于儿童尤其危险，铅接触能降低儿童智商，还与7-11岁男孩 的攻击行为、不法行为及注意力不集中有关。孕妇体内过量的铅可通过胎盘输送给胎儿，使胎儿死 亡、畸形或造成流产。 我国规定饮用水的铅的最高允许浓度不超0.05g/L;工业用水中铅的最高允许排放浓度不超过 1.0 mg/L 2) As 源：主要来自工农业生产，其中，以冶金、化工排砷量较高
? 海域水体的富营养化。含有有机质和丰富营养盐的污水排入海洋。尤其是水体交换能力差的河口海 湾地区，污染物不容易被稀释扩散。 ? 海域中存在赤潮生物种源。海洋中有330多种浮游生物能形成赤潮，有毒的种类大约有80多种，目 前在中国沿海海域的赤潮生物约有150种。 三、水中污染物的分布和存在形态 教学目的与要求： (4) 了解天然水体中的污染物有哪些？ (5) 掌握水体中无机污染物的迁移方式和转化途径。 教学重点、难点： 水体中无机污染物的迁移方式和转化途径。 教学方法及师生互动设计： 教学方法：讲授法； 师生互动设计：提问：水体中离子有哪些？ 讨论：水体中无机污染物的迁移方式和转化途径有哪些？ 课堂练习、作业： 水体中无机污染物的迁移方式和转化途径有哪些？ 本次课教学内容小结： 本堂课主要讲授了水体中污染物质存在的形态；对于水体中无机污染物质的迁移方式同学们较易 理解，而转化途径则要从多方面来加以考虑，在以下几堂课中要专门分别来加以讨论。 1、有机污染物： 2、金属污染物： 分布广泛： 应用普遍： 具有多种价态：大多属于过渡元素，不光外层电子参与，次外层、外数第三层均可参与，因此，一 般具有多种价态。在天然水体中，氧化性和还原性环境使重金属能以不同价态存在，价态不同，其 活性和毒性效应也不同。 （1） Pb 铅污染的来源：采矿、冶炼、铅的加工和应用过程中。石油工业的发展，作为汽油防爆剂使用 的四乙基铅所耗用的铅已占总生产铅的十分之一以上。汽车排放废气中铅的含量高达每升 20~50μg，其污染已经造成严重的公害。 铅对人体的毒害作用：铅主要是损害骨髓造血系统和神经系统，对男性生殖腺亦有一定的损 害。铅可以干扰血红素的合成而引起贫血。铅引起贫血的另一原因是溶血，它可抑制红细胞上的三 磷酸腺苷酶，使细胞内外的K+、Na+、和H2O脱失而溶血。铅可引起神经末梢神经炎，出现运动和 感觉障碍。此外，铅随血液流入脑组织，可损害小脑和大脑皮质细胞，干扰代谢活动，使营养物质 和氧气供应不足，引起脑内小毛细管内皮细胞肿胀，进而发展成弥漫性的脑损伤。经常接触低浓度 铅的人，当血铅达到0.6-0.8μg/L，就会出现头痛、头晕、疲乏、记忆力减退和失眠，常伴有食欲不 振便秘、腹痛等消化系统的症状。铅对于儿童尤其危险，铅接触能降低儿童智商，还与7-11岁男孩 的攻击行为、不法行为及注意力不集中有关。孕妇体内过量的铅可通过胎盘输送给胎儿，使胎儿死 亡、畸形或造成流产。 我国规定饮用水的铅的最高允许浓度不超0.05mg/L；工业用水中铅的最高允许排放浓度不超过 1.0 mg/L。 （2） As 源：主要来自工农业生产，其中，以冶金、化工排砷量较高
农业方面，曾经广泛利用含砷农药作为杀虫剂和土壤消毒剂，其中有砷酸钙、砷酸铅等，另有一些 有机砷用来防治植物病害。 存在形态：天然水中为H2AsO4、HAsO42、H3AsO4和H2AsO3。pH>12.5,可能存在AsO43甚 至HAsO32及AsO33-,pH<4的酸性水中则可能存在H3AsO4,乃至As0+ H3As03+H+=As0++2H20 碑化物的毒性：砷不是人体的必须的元素，但是由于所处环境中含有砷而成为人和动、植物的构成 元素砷的毒性极低 而碑的化合物则均有毒性， 能使人致 ,砷及其化合物 般可通过水 神就会在人体的肝、肾、脾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位，特别是在毛发、指甲中蓄积， 从而引起慢性砷中毒，潜伏期可长达几年甚至数十年。慢性砷中毒有消化系统症状（如食欲不振， 胃痛 、恶心、肝肿大) 神经系统症状（神经衰弱多发性神经炎）和皮肤病等 我国规定生 饮用水的砷含量不得超过0.04mg/L;地面水中砷的最高允许浓度为0.1mg/L；工业废 水最高允许排放浓度为0.5mg/儿。 (3) r 洛的主要污染原：铁路、衬火料生产和媒然绕排放含格废气，电镀工业相放含洛废水，皮星 鞣制、金属酸洗、染料、制药厂 等排放含铬的生产废水等】 水体中主要存在形态 Cr3+ Cr042 Cr2072- 铬污染的危害：铬一方面是人体内糖和脂肪代谢的必需的微量元素，能增加人体内胆固醇的分 解和排泄。在一般情况下，人体每日从环境（主要是食物）中摄取数微克的铬。如果缺铬 (<0.1μg/儿)，人会得糖尿病，还会引起动脉粥样硬化。有人指出，近视眼的发生和缺铬有关。铬对 植物生长有刺激作用，可提高收获量。 另一方面由于环境铬污染 高浓度铬将使人体和动物产生严 重危害 CrVI)毒性远比Cr(Ⅲ)大。CrV)能导致呼吸道疾病，肠胃病变，皮肤损伤等。呼吸道吸收C(T能 使鼻腔粘膜溃疡，损坏中枢神经，有致癌作用等，且有较长的潜伏期。 铬对水生生物有致死作用。它能在鱼体内蓄积。水中含铬1mg/儿时可刺激作物生长，1-10mg/八 时会使作物生长减缓，到10 mg /八时则几乎完 作物停止生长 濒于死亡 我国规定，生活饮用水中CrV①的浓度应低于0.05mg/八； 地面水中Cr(V)的最高允许浓度为0.1 mg/L,Cr(皿)为0.5mg/L；工业废水中Cr(四及其化合物的最高允许排放标准为0.5mgL。由于三 价铬和六价铬之间能相互转化，所以也以总铬量作为水质标准。 (4) T 铊是一种稀有金属 部位发生病变。急性铊中 蛇和的氧化物都有击能使人的中区神经系统肠胃系统及肾脏 患者，有恶心、呕吐、 腹绞痛，甚至昏迷、抽搐、休克等症状。慢性铊 中毒患者，初朗为全身无力、食欲就减退、头是、头痛、失眠，随后使出现非手指意额、视力减退、悦 发等症状 1995年和1997年，中国的清华大学和北京大学分别发生铊盐中毒事件 北京清华大学化 学系女 在19 95年因铊于 毒导致全身瘫孩 大脑迟钝。如今近乎 失明，由于 脑部萎缩她只能整天坐在轮椅上，朱令中毒原因一直没有定论，比较多的猜测倾向于朱令被同学人 为投毒。 1997年，北京大学化学系男生王晓龙给两名同学投了铊盐毒，其中一人是他的投毒目标，而另外一 人是实验对象」 中国矿业大学（江苏徐州）材料工程系一名大学生竟然在三名同学的饭里投毒 3、环境激素（环境荷尔蒙） 非放到环境中，起到类以干激素作用，导致内分必障碍的化学物质 危害：动物世界生殖能力下降， 惟性化 出现全球性的“阴盛阳衰 船的涂料 丁使鱼雌 性化 二恶英（垃 圾焚烧于 目前约有200多种化学物质已被证实而列入环境激素黑名单，如防止海藻和贻贝附着在船底上的三 丁锡、三苯锡以及源于塑料添加剂和洗涤剂的王酚、垃圾焚烧场排出的剧毒物质二恶英、苯乙烯
农业方面，曾经广泛利用含砷农药作为杀虫剂和土壤消毒剂，其中有砷酸钙、砷酸铅等，另有一些 有机砷用来防治植物病害。 存在形态： 天然水中为H2AsO4 -、HAsO4 2-、H3AsO4和H2AsO3 -。pH>12.5，可能存在AsO4 3-甚 至HAsO3 2-及AsO3 3-，pH<4的酸性水中则可能存在H3AsO4，乃至AsO+， H3AsO3 + H+ = AsO+ + 2H2O 砷化物的毒性：砷不是人体的必须的元素，但是由于所处环境中含有砷而成为人和动、植物的构成 元素。元素砷的毒性极低，而砷的化合物则均有毒性。As(Ⅲ)的毒性最强，0.1gAs2O3就能使人致 死。砷及其化合物一般可通过水、空气和食物等途径进入人体，造成危害。如摄入量超过排泄量， 砷就会在人体的肝、肾、脾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位，特别是在毛发、指甲中蓄积， 从而引起慢性砷中毒，潜伏期可长达几年甚至数十年。慢性砷中毒有消化系统症状（如食欲不振、 胃痛、恶心、肝肿大）、神经系统症状（神经衰弱、多发性神经炎）和皮肤病等。 我国规定生活饮用水的砷含量不得超过0.04mg/L；地面水中砷的最高允许浓度为0.1mg/L；工业废 水最高允许排放浓度为0.5mg/L。 （3） Cr 铬的主要污染源：铁路、耐火材料生产和煤燃烧排放含铬废气，电镀工业排放含铬废水，皮革 鞣制、金属酸洗、染料、制药厂等排放含铬的生产废水等。 水体中主要存在形态： Cr3+、CrO2-、CrO42-、Cr2O72-。 铬污染的危害： 铬一方面是人体内糖和脂肪代谢的必需的微量元素，能增加人体内胆固醇的分 解和排泄。在一般情况下，人体每日从环境（主要是食物）中摄取数微克的铬。如果缺铬 （<0.1μg/L）,人会得糖尿病，还会引起动脉粥样硬化。有人指出，近视眼的发生和缺铬有关。铬对 植物生长有刺激作用，可提高收获量。另一方面由于环境铬污染，高浓度铬将使人体和动物产生严 重危害。 Cr(Ⅵ)毒性远比Cr(Ⅲ)大。Cr(Ⅵ)能导致呼吸道疾病，肠胃病变，皮肤损伤等。呼吸道吸收Cr(Ⅵ)能 使鼻腔粘膜溃疡，损坏中枢神经，有致癌作用等，且有较长的潜伏期。 铬对水生生物有致死作用。它能在鱼体内蓄积。水中含铬1mg/L时可刺激作物生长，1-10mg/L 时会使作物生长减缓，到100mg/L时则几乎完全使作物停止生长，濒于死亡。 我国规定，生活饮用水中Cr(Ⅵ)的浓度应低于0.05mg/L；地面水中Cr(Ⅵ)的最高允许浓度为0.1 mg/L，Cr(Ⅲ)为0.5 mg/L；工业废水中 Cr(Ⅵ)及其化合物的最高允许排放标准为0.5 mg/L。由于三 价铬和六价铬之间能相互转化，所以也以总铬量作为水质标准。 （4） Tl 铊是一种稀有金属元素，铊和铊的氧化物都有毒，能使人的中枢神经系统、肠胃系统及肾脏等 部位发生病变。急性铊中毒患者，有恶心、呕吐、腹绞痛，甚至昏迷、抽搐、休克等症状。慢性铊 中毒患者，初期为全身无力、食欲减退、头晕、头痛、失眠，随后便出现手指震颤、视力减退、脱 发等症状。 1995年和1997年，中国的清华大学和北京大学分别发生铊盐中毒事件。 北京清华大学化学系女生朱令在1995年因铊中毒导致全身瘫痪、大脑迟钝。如今近乎失明，由于 脑部萎缩她只能整天坐在轮椅上，朱令中毒原因一直没有定论，比较多的猜测倾向于朱令被同学人 为投毒。 1997年，北京大学化学系男生王晓龙给两名同学投了铊盐毒，其中一人是他的投毒目标，而另外一 人是实验对象。 中国矿业大学（江苏徐州）材料工程系一名大学生竟然在三名同学的饭里投毒。 3、环境激素（环境荷尔蒙） 排放到环境中，起到类似于激素作用，导致内分泌障碍的化学物质。 危害：动物世界生殖能力下降，雌性化，出现全球性的“阴盛阳衰”。 例如：三丁锡（用于船的涂料）可使鱼雌性化，二恶英（垃圾焚烧产生） 目前约有 200 多种化学物质已被证实而列入环境激素黑名单，如防止海藻和贻贝附着在船底上的三 丁锡、三苯锡以及源于塑料添加剂和洗涤剂的壬酚、垃圾焚烧场排出的剧毒物质二恶英、苯乙烯
多氯联苯、石棉及滴滴涕、氯丹、汞、镉、酞酸酯、有机氯、有机磷杀虫剂、除草剂、杀菌剂、汽 车尾气等70多种有害物质，其中有7种最危险的是多用来制造人们日常用的涂料、洗涤剂、树 脂、可塑剂等 4、水体的氮、磷污染和富营养化 来源：生活污水，大部分是来自人类的排泄物和洗涤剂。 工业废水：化肥厂、石油化工厂等废水中含大量氮，而食品加工厂、化肥、洗涤剂生产的废水中含 大量的迷 农业：肥料、化肥使用、流失 家畜：排泄物，随雨水冲刷 水产养殖：粪便等。 大气：硝酸盐随雨水进入水体。 危害：使水中藻类恶性繁殖，大多数藻类会使水产生霉味和腥臭味，许多藻类还会产生毒素，可通 过食物链到人类。藻类死亡腐败后被微生物分解，消耗大量溶解氧，严重影响鱼类生存。大量藻体 可使水流变缓，长期下去可使河流湖泊变浅， 於寒 研究 明 藻类的过量繁殖， 与磷酸盐的含量之间存在着某些平行关系。从藻类的生长来看 磷的需要尤为重要。因为水中氨的补充可以通过各种途径，特别是可以通过固氮微生物和蓝藻等来 补充。据估计，固氨微生物可满足需氮量的50%左右。所以控制磷污染对控制和防治富营养化尤为 重要 在除磷方法中，广泛使用的是化学沉淀法，即加入沉淀剂以生成难熔性的磷酸盐或羟基磷酸盐沉 淀，进行分离除去水： 中磷。此法简单 易行，适合水量小，水质成分波动大的废水处理。但除磷后沉 淀污泥量很大，难以处置，因此成本较高。生物除磷法，即活性污泥过量除磷，原理是由于污泥微 生物的代谢作用，导致微生物环境发生变化，结果使废水中的溶解性磷酸盐转化成难溶化合物沉积 于污泥上，从而随剩余污水排放一起去除。 第二节水中无机污染物的迁移转化 水中无机污染物特别是重金属污染物进入水体，不能被生物降解，主要是通过沉淀-溶解、氧 化·还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等作用进行迁移转化。 颗粒物与水之间的汪移 1、 广物颗粒物和黏土颗粒物 常见矿物颗粒物为石英 云母及黏土矿物等硅酸盐矿物，主要由物理作用形成。 2. 金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属以无机高分子及溶胶等形态存在。 例：铝在岩土中是丰量元素，在水中浓度低，<0.1mg/L.水解，主要形态是：AI3+AI(OH)2+ Al2(OH)24+ Al(OH)22 AI(OH3+等 铁水合氧化物：Fe3+Fe(OH)2+Fe(OH2+Fe2(OH)24+Fe(OH)3等 硅酸聚合物：SinO2n-m(OH)2m 3、腐殖质 是一种代负电的高分子弱电解质 4.、水体悬浮新 积物 是以矿物微粒为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，经絮凝成为较粗颗粒 而沉积在底部。 5、其它 藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等 水环培 中颗粒物的吸附作用 1、 表面吸附： 胶体具有巨大的表面积和表面能；属物理吸附，胶体表面积越大，吸附越强。 2、离子吸附：由于胶体表面的电荷引力。 3、专属吸附：除了化学键以外，尚有加强的憎水键及范德华力或氢键起作用。 水锰矿对Co、Cu、Ni、K和Na离子的吸附及其随pH的变化图： 本系pH在水锰矿ZPC以上时发生吸附。表明其为离子吸附。而C0 于碱体系pH在心处小于时都能进行吸附，这表明不带电荷或带正电均能级过 在低浓度时 4、吸附理论一有效层流说理论
多氯联苯、石棉及滴滴涕、氯丹、汞、镉、酞酸酯、有机氯、有机磷杀虫剂、除草剂、杀菌剂、汽 车尾气等 70 多种有害物质，其中有 7 种最危险的是多用来制造人们日常用的涂料、洗涤剂、树 脂、可塑剂等。 4、水体的氮、磷污染和富营养化 来源：生活污水，大部分是来自人类的排泄物和洗涤剂。 工业废水：化肥厂、石油化工厂等废水中含大量氮，而食品加工厂、化肥、洗涤剂生产的废水中含 大量的磷。 农业：肥料、化肥使用、流失。 家畜：排泄物，随雨水冲刷。 水产养殖：粪便等。 大气：硝酸盐随雨水进入水体。 危害：使水中藻类恶性繁殖，大多数藻类会使水产生霉味和腥臭味，许多藻类还会产生毒素，可通 过食物链到人类。藻类死亡腐败后被微生物分解，消耗大量溶解氧，严重影响鱼类生存。 大量藻体 可使水流变缓，长期下去可使河流湖泊变浅、淤塞。 研究表明，藻类的过量繁殖，与磷酸盐的含量之间存在着某些平行关系。从藻类的生长来看， 磷的需要尤为重要。因为水中氮的补充可以通过各种途径，特别是可以通过固氮微生物和蓝藻等来 补充。椐估计，固氮微生物可满足需氮量的50%左右。所以控制磷污染对控制和防治富营养化尤为 重要。 在除磷方法中，广泛使用的是化学沉淀法，即加入沉淀剂以生成难熔性的磷酸盐或羟基磷酸盐沉 淀，进行分离除去水中磷。此法简单易行，适合水量小，水质成分波动大的废水处理。但除磷后沉 淀污泥量很大，难以处置，因此成本较高。生物除磷法，即活性污泥过量除磷，原理是由于污泥微 生物的代谢作用，导致微生物环境发生变化，结果使废水中的溶解性磷酸盐转化成难溶化合物沉积 于污泥上，从而随剩余污水排放一起去除。 第二节 水中无机污染物的迁移转化 水中无机污染物特别是重金属污染物进入水体，不能被生物降解，主要是通过沉淀－溶解、氧 化－还原、配合作用、胶体形成、吸附－解吸等作用进行迁移转化。 一、 颗粒物与水之间的迁移 1、 矿物颗粒物和黏土颗粒物 常见矿物颗粒物为石英、长石、云母及黏土矿物等硅酸盐矿物，主要由物理作用形成。 2、 金属水合氧化物：铝、铁、锰、硅等金属以无机高分子及溶胶等形态存在。 例：铝在岩土中是丰量元素，在水中浓度低，<0.1mg/L。水解，主要形态是：Al3+ Al(OH)2+ Al2 (OH)2 4+ Al(OH)2 2+ Al(OH)3+等 铁水合氧化物：Fe3+ Fe(OH)2+ Fe(OH)2+ Fe2 (OH)2 4+ Fe(OH)3等 硅酸聚合物： SinO2n-m(OH)2m 3、腐殖质 是一种代负电的高分子弱电解质。 4、水体悬浮沉积物 是以矿物微粒为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，经絮凝成为较粗颗粒 而沉积在底部。 5、其它 藻类、细菌、病毒、表面活性剂、油滴等。 二、 水环境中颗粒物的吸附作用 1、表面吸附： 胶体具有巨大的表面积和表面能；属物理吸附，胶体表面积越大，吸附越强。 2、离子吸附：由于胶体表面的电荷引力。 3、专属吸附：除了化学键以外，尚有加强的憎水键及范德华力或氢键起作用。 水锰矿对Co、Cu、Ni、 K和Na离子的吸附及其随pH的变化图： 对于碱金属离子，在低浓度时，体系pH在水锰矿ZPC以上时发生吸附。表明其为离子吸附。而Co、 Cu、Ni等在体系pH在ZPC处或小于时都能进行吸附，这表明不带电荷或带正电均能吸附过渡金属。 4、吸附理论――有效层流脱理论
5、吸附方向和推动力 6、吸附等温线和等温式 (1) 等温吸附经验式一弗罗因德利希式 Freundlich型等温式为：G=kC/n 两边取对数：logG=logk+1/nlog C 2) 甲分子层吸附理论一兰格琴尔吸附等温式 单分子层吸附 吸附剂表面是均匀 被吸附的分子与其它同气体分子无作用力 吸附是一个动态平 Langmuir型吸附等温线：G=G0C/A+g 1/G=1/G0+(A/G0)(1/○ G0 -单位表面上达到饱和时间的最大吸附量：A-一 一常数 (3)Henry型吸附等温线为直线，等温式为 G=kC K 分配系数 影响吸附作用的因素： (a)pH值的影响： 般情况下，吸附量随pH升高而增大。当溶液pH超过某元素的临界pH时，则该元素在溶液中的水 解、沉淀起主要作用。 (b)颗粒物的粒度和浓度的影响 吸附量随粒度增大而减少，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。 (2)氧化物表面吸附的配合模式： 由于表面离子配位不饱和，金属氧化物与水配位，水发生离解吸附而生成羟基化表面 =MeOH2* EMeOH H+ Ks a1 {=MeOH )H+]/{=MeOH2+} =MeOH MeO+H+ Ks a2 =MeO H1/MeOH 表面的MOH基团在溶液中可以与金属离子和阴离子生成表面配位配合物， 表现出两性表面特 性，相应的表面配合反应为： MeOH+MZ+ MeOM(Z-1)++H+ *K15 2 =MeOH MZ (=MeO)2M(Z-2)*+2 H+ *β25 =MeOH AZ =MeA(Z-1)+OH- K1s 2 EMeOH+Az (EMe)2 A(Z-2)+2 OH B2s 图3-4氧化物表面配合模式 氧化物表面配合模式已成为广泛的吸附模式 表面配合模式的实质内容：就是把具体表面看作一种聚合酸，其大量羟基可以发生表面配合反应 但在配合平衡过程中需将邻近基团的电荷影响考虑在内，由此区别于溶液中的配合反应， 表面配合常数与溶液中配合常数的相关性： MeOH MZ+ MeOM(Z-1)++H* K1s H2O+MZ* MeOH(Z-1)*+H+ *K1 =MeOH H2A ≡MeHA+HbO *K15
5、吸附方向和推动力 6、吸附等温线和等温式 （1） 等温吸附经验式――弗罗因德利希式 Freundlich型等温式为： G=kC 1/n 两边取对数： logG=logk+1/nlogC （2） 单分子层吸附理论――兰格缪尔吸附等温式 单分子层吸附 吸附剂表面是均匀 被吸附的分子与其它同气体分子无作用力 吸附是一个动态平衡 Langmuir型吸附等温线：G=G0C/(A+C) 1/G=1/G0+(A/G0)(1/C) G0------单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A-------常数 （3）Henry 型吸附等温线为直线，等温式为： G=kC k------分配系数 影响吸附作用的因素： (a) pH值的影响： 一般情况下，吸附量随pH升高而增大。当溶液pH超过某元素的临界pH时，则该元素在溶液中的水 解、沉淀起主要作用。 (b) 颗粒物的粒度和浓度的影响 吸附量随粒度增大而减少，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。 (2) 氧化物表面吸附的配合模式： 由于表面离子配位不饱和，金属氧化物与水配位，水发生离解吸附而生成羟基化表面。 ≡MeOH2+ ≡MeOH + H+ Ks a1 = {≡MeOH }[ H+] / {≡MeOH2+ } ≡MeOH ≡MeO- + H+ Ks a2 = {≡MeO- }[ H+] / {≡MeOH } 表面的≡MeOH 基团在溶液中可以与金属离子和阴离子生成表面配位配合物，表现出两性表面特 性，相应的表面配合反应为： ≡MeOH + MZ+ ≡MeOM(Z-1)+ + H+ *K1s 2 ≡MeOH + MZ+ (≡MeO)2M(Z-2)+ +2 H+ *β2s ≡MeOH + AZ - ≡MeA(Z-1)- +OH- K1s 2 ≡MeOH + AZ - (≡Me)2 A(Z-2)- + 2 OH- β2s 图3-4 氧化物表面配合模式 氧化物表面配合模式已成为广泛的吸附模式。 表面配合模式的实质内容： 就是把具体表面看作一种聚合酸，其大量羟基可以发生表面配合反应， 但在配合平衡过程中需将邻近基团的电荷影响考虑在内，由此区别于溶液中的配合反应。 表面配合常数与溶液中配合常数的相关性： ≡MeOH + MZ+ ≡MeOM(Z-1)+ + H+ *K1s H2O + MZ+ MeOH(Z-1)+ + H+ *K1 ≡MeOH + H2A ≡MeHA + H2O *K1s
MeOH2++H2A =MeHA2++H2O *K1 4、沉积物中重金属的释放 (1)盐浓度的升高 (2)氧化还原条件的变化 (3)DH格低 (4)水中配合剂量的增多 水中颗粒物的聚集 聚佳 分数 凝聚 -利用电解质促成。 利用 合物 (桥联作用) 1、胶体颗粒凝聚的基本原理和方式 溶胶的经典稳定理论 -DLVO理论 (理想化简单体系) 以斥力势能ER,吸力势能EA和总势能E(=ER+EA)对粒子间距离x作图，得到如图所示的势能曲线。 图3-8 异体凝聚理论： 适用于处理物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体 主要论点：(1)如果两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势。(2)如果两颗粒 电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能蜂高度总是取决于荷电较弱而电位较低的一方。 所以，只要其中有一种胶体的稳定性甚低而电位达到临界状态，就可以发生快速凝聚，而不论另 种胶体的电位高低如 天然水环境和水处理过程中颗粒聚集方式 (1)压缩双电层凝聚 (2)专属吸附舒聚 (3)胶体相互凝聚 (4)“边对面”器疑 (5)第二极小值絮凝 (6)聚合物粘结架桥絮凝 (7) 无机高分子的 凝 絮团卷扫絮凝 (9)颗粒层吸附絮凝 (10)生物器凝 三.溶解知沉淀 教学目的与要求 掌握氧化物 氢氧化合物的溶解和沉淀平衡 2) 掌握硫化物的溶解和沉淀平衡； (3) 掌握碳酸盐的溶解和沉淀平衡， 教学市点难点： 1) 化物 氢氧化合物的溶解和沉淀平衡， 硫化物的溶解和沉淀 平衡 3) 碳酸盐的溶解和沉淀平衡。 教学方法及师生互动设计： 教学方法：讲授法 师生互动设计：提问：平衡常数应该如何求？ 写出碳酸钠在水体中的平衡方程式。 课堂练习、作业： (1)写出硫化物的平衡方程式： (2)写出氧化物和氢氧化合物的平衡方程式 本次课教学可 小结 这两堂课是专门对水体中无机污染物质的转化方式之一，溶解和沉淀平衡作讨论，有化学基础 的同学对这些物质在水体中的溶解与沉淀平衡方程式都比较熟悉，现在要从环境的角度来加以考 虑，有便于同学们的理解。 教学内容：
MeOH2+ + H2A ≡MeHA2+ + H2O *K1 4、 沉积物中重金属的释放 （1）盐浓度的升高 （2）氧化还原条件的变化 （3）pH降低 （4）水中配合剂量的增多 二、水中颗粒物的聚集 聚集 分散 凝聚——利用电解质促成。 絮凝——利用聚合物（桥联作用） 1、胶体颗粒凝聚的基本原理和方式： 溶胶的经典稳定理论——DLVO理论 （理想化简单体系） 以斥力势能ER, 吸力势能EA 和总势能E(= ER+EA)对粒子间距离x作图, 得到如图所示的势能曲线。 图3-8 异体凝聚理论： 适用于处理物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体 系。 主要论点：（1）如果两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势。（2）如果两颗粒 电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高度总是取决于荷电较弱而电位较低的一方。 所以，只要其中有一种胶体的稳定性甚低而电位达到临界状态，就可以发生快速凝聚，而不论另一 种胶体的电位高低如何。 天然水环境和水处理过程中颗粒聚集方式： （1）压缩双电层凝聚 （2） 专属吸附凝聚 （3）胶体相互凝聚 （4）“边对面”絮凝 （5）第二极小值絮凝 （6）聚合物粘结架桥絮凝 （7） 无机高分子的絮凝 （8） 絮团卷扫絮凝 （9） 颗粒层吸附絮凝 （10） 生物絮凝 三、溶解和沉淀 教学目的与要求： (1) 掌握氧化物、氢氧化合物的溶解和沉淀平衡； (2) 掌握硫化物的溶解和沉淀平衡； (3) 掌握碳酸盐的溶解和沉淀平衡。 教学重点、难点： (1) 氧化物、氢氧化合物的溶解和沉淀平衡; (2) 硫化物的溶解和沉淀平衡； (3) 碳酸盐的溶解和沉淀平衡。 教学方法及师生互动设计： 教学方法：讲授法； 师生互动设计：提问：平衡常数应该如何求？ 写出碳酸钠在水体中的平衡方程式。 课堂练习、作业： (1) 写出硫化物的平衡方程式； （2）写出氧化物和氢氧化合物的平衡方程式。 本次课教学内容小结： 这两堂课是专门对水体中无机污染物质的转化方式之一，溶解和沉淀平衡作讨论，有化学基础 的同学对这些物质在水体中的溶解与沉淀平衡方程式都比较熟悉，现在要从环境的角度来加以考 虑，有便于同学们的理解。 教 学 内 容：
3、沉积物中重金属的释放 诱发释放的因素 (1) 盐浓度升高 (2) 氧化还原条件的变化 3) 降低pH 溶解和沉淀 沉淀和溶解是无机物在水环境中分布积累、迁移和转化的重要途径， 一般金属氧化物在水中的 迁移能力可以用能溶解度来衡量。溶解度小，迁移能力小，溶解度大，迁移能力就大，离子状态迁 移快，易沉淀金属迁移慢，由于溶解反应是一个多相反应，一般可用溶解度来表征溶解度。 在溶解和沉淀现象的研究中，平衡关系和反应速率两者都是重要的。平衡关系表示反应的方向 但计算结果与观测值的差别主要是反应速率的关系， 下面介绍无机物的沉淀 -溶解平衡问题 1. 氧化物和氢氧化物 Me (OH)n (s)==Men++nOH- Ksp [Men+]OH-]n [Men+]Ksp/[OH-]n=Ksp[H+]n/Kwn Pc Ksp npKw npH C=1.0mol/L时 pH-14-(1/n)pksp 比如表3-10中Hg和Ca的比较：靠右边的溶解度大，C=1.0mol/儿时，pH大。 从书图3-11可以看出： (1) 价态相同的金属离子，斜率相同： (2) 右边的金属氢氧化物的溶解度大于靠左边的溶解度 3 可以大致查出各种金属离子在不同PH值下溶液中所能存在的最大饱和浓度 不过，上图和上式所表征的关系，并不能统分反映其溶解度。如考虑到羟基的配合作用，则其溶解 度为： 例如：PbO(S)的溶解度 PbO(s)+2H* Pb2++H2O Kso PbO(s)+2H+ PbOH+ Ks1 PbO(s)+H2O Pb(OH)2 Ks2 PbO(s)+2H2O Pb(OH)3+H+Ks3 可以得到PbO的溶解度表达式为： 见书图3-12，PbO的溶解度表明： 1)· 阴影区域为四条特征线的综合 (2)、阴影区为PbO的浓度区 (3)、固体的氧化物或氢氧化物具有两性特性，它既可以与H+结合，又可以与O州结合： 14) 存在 一个PH值，在此PH值下，溶解度为最小值； 在酸性或碱性更强，PH值区域内，溶解度都变得更大。 2、硫化物 金属硫化物是溶解度积更小的一类难溶沉淀物，水体中存在S2时，几乎 所有重金属都可以去除 H2S H++HSPk1=6.05 HS H++S2- Pk2=14.90 H2S 2H++S2 K=1.16×10-22 饱和水体中，〔H2S)=0.1mol.L1
3、沉积物中重金属的释放 诱发释放的因素 （1） 盐浓度升高 （2） 氧化还原条件的变化 （3） 降低pH 三、 溶解和沉淀 沉淀和溶解是无机物在水环境中分布积累、迁移和转化的重要途径，一般金属氧化物在水中的 迁移能力可以用能溶解度来衡量。溶解度小，迁移能力小，溶解度大，迁移能力就大，离子状态迁 移快，易沉淀金属迁移慢，由于溶解反应是一个多相反应，一般可用溶解度来表征溶解度。 在溶解和沉淀现象的研究中，平衡关系和反应速率两者都是重要的。平衡关系表示反应的方向， 但计算结果与观测值的差别主要是反应速率的关系。 下面介绍无机物的沉淀 －溶解平衡问题： 1、 氧化物和氢氧化物 Me（OH）n（s） == Men+ + nOH- Ksp = [Men+][OH- ] n [Men+] = Ksp/[OH- ] n = Ksp[H+] n /Kw n Pc = Ksp – npKw + npH C=1.0mol/L时: pH=14-(1/n)pKsp 比如表3-10中Hg和Ca的比较：靠右边的溶解度大，C=1.0mol/L时，pH大。 从书图3-11可以看出： （1） 价态相同的金属离子，斜率相同； （2） 靠图右边的金属氢氧化物的溶解度大于靠左边的溶解度； （3） 可以大致查出各种金属离子在不同PH值下溶液中所能存在的最大饱和浓度。 不过，上图和上式所表征的关系，并不能充分反映其溶解度。如考虑到羟基的配合作用，则其溶解 度为： 例如：PbO(S)的溶解度 PbO(s)+2H+ Pb2+ + H2O Ks0 PbO(s)+2H+ PbOH+ Ks1 PbO(s)+H2O Pb(OH)2 Ks2 PbO(s)+ 2H2O Pb(OH)3 - + H+ Ks3 可以得到PbO的溶解度表达式为： 见书图3-12，PbO的溶解度表明： （1）、阴影区域为四条特征线的综合； （2）、阴影区为PbO的浓度区； （3）、固体的氧化物或氢氧化物具有两性特性，它既可以与H＋结合，又可以与OH-结合； （4）、存在一个PH值，在此PH值下，溶解度为最小值； （5）、在酸性或碱性更强，PH值区域内，溶解度都变得更大。 2、硫化物 金属硫化物是溶解度积更小的一类难溶沉淀物，水体中存在S2-时，几乎 所有重金属都可以去除。 H2S H＋ ＋ HS- Pk1=6.05 HS- H + + S2- Pk2=14.90 H2S 2H+ + S2- K=1.16×10-22 饱和水体中，〔H2S〕＝0.1mol.L-1