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1、2009/11/13,水环境化学,陈娟荣,每年冬季，市政部门经常采用大量撒工业盐或各类含有氯化物成分的融雪剂进行快速除雪，积雪融化后，便捷了交通，却对环境造成了不可估量的污染和危害。 对此，城市除雪应该尽量提高积雪的机械铲除率，并探索引用无公害的融雪材料。 工业盐除雪危害多。首先对环境和绿化造成了很大破坏，由于冬季除雪期间大量使用氯化钠，含有氯离子的雪水大量渗入植物的根部，形成反渗透，大量吸收植物体内的水分，导致植物失水；同时，大量含有盐和融雪剂的积雪融化后流入水沟和农田，使沿线两侧土壤盐碱化，渗入地下污染地下水； 其次，对结构物也造成了破坏，盐和融雪剂中大量的氯离子等酸性离子随盐水渗入混凝土
2、后，与钢筋中的铁发生化学反应，加速铁的锈蚀膨胀，导致保护层剥落，最终导致桥梁、道路出现结构性破坏。 建议开发环保融雪剂 首先应提高积雪的机械铲除率。在冬季除雪工作中提倡机械铲雪为主，以融雪剂融雪为辅的除雪原则。另外，相关部门要加快环保融雪剂的研制和使用。,工业盐除雪危害大 应研发环保融雪剂,第1部分 水环境化学,主 要 内 容,天然水与水污染 水中无机污染物的迁移转化 水中有机污染物的的迁移转化,水环境化学2 水中无机污染物的迁移转化,重 点,在了解天然水的基本性质的基础上,运用化学 手段揭示水体污染物的迁移转化规律，从而 为水污染控制和水资源保护提供依据。,水环境中的污染物，总体上可划分为无
3、机污染物和有机污染物两大类。 在水环境化学中较为重要的，研究得较多的污染物是重金 属和有机物。我国水污染化学研究始于70年代，从重金属、 耗氧有机物、DDT、六六六等农药污染开始，目前研究的重 点已转向有机污染物，特别是难降解有机物，因其在环境中 的存留期长，容易沿食物链传递积累，威胁生物生长和人体 健康，因而日益受到人们重视。本章着重介绍重金属和有机 污染物在水体中迁移转化的环境化学行为。,水中无机污染物的迁移转化 迁移:物质在环境中随着时间的改变而发生的空间 位置的变化。 机械迁移 物理化学迁移 生物迁移 转化:通过物理、化学或生物作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。,主 要 内 容
4、,沉淀、溶解反应,配合反应,氧化还原反应,吸附作用,水中无机污染物的迁移转化,一 沉淀、溶解反应,沉淀和溶解是污染物在水环境中迁移的重要途径。 金属化合物在水中的迁移能力可用溶解度来衡量。 氢氧化物、硫化物、碳酸盐、磷酸盐,一、水环境中的沉淀、溶解反应,1.氧化物和氢氧化物,Me(OH)n(s) = Men+ n OH- 根据溶度积：Ksp =Men+ OH-n Men+= Ksp/OH-n = Ksp H+n /KWn 两边取对数得： -logMen+= - logKsp-nlogH+logKW 即: pc= npH+pKsp-14n,氢氧化物溶解度与溶液pH的关系,pc= npH+pKsp
5、-14n (1)pH增大, Men+ 减小; (2)n相同, 斜率相同且平行; (3)从左至右,不同线表示的化合物溶解性增强; (4)根据图可以查出各种金属离子在不同pH溶液中所能存在的最大饱和浓度。,实际上,仅据 Me(OH)n(s) = Men+ n OH- 并不能充分反应出氧化物和氢氧化物的溶解度，还应该 考虑固体与羟基形成配合物。 eg: PbO (水中) Pb2+ 、PbOH+、 Pb(OH)2 、Pb(OH)-3等； Pb()T = Pb2+PbOH+Pb(OH)2+Pb(OH)-3 P44图3-2 PbO的溶解度与pH的关系,可以看出，PbO是两性物质,在某一pH时溶解度最小。
6、这一点对于重金属离子从水体中去除具有非常重要意义。,水处理应用： （a）在实际应用中，人们常常控制水体的pH值使重金属离子沉淀达到去除废水中重金属的目的。 若去除废水中的两性金属离子，则必须严格控制pH值。 eg: Cr3+(两性) pH 9时,生成羟基铬离子； 只有当pH = 8时， Cr3+才能最大限度生成Cr(OH)3. 即水中Cr3+浓度最小。 （b）一般来说，如果水体中没有其他配体，大部分金属离子氢氧化物：水体pH较高时，S较小，迁移能力较弱； pH较低时，S较大，迁移能力增大。 （ pc= npH+pKsp-14n）,2.硫化物,由于硫化物的溶解度甚小，当水中出现少量硫离子时，即可
7、出现金属硫化物沉淀，使重金属离子的迁移能力大大降低。 eg:水体中若S2-=10-10 moll-1 Cu2+= Ksp/ S2-=6.310-26 moll-1 Pb2+= Ksp/ S2-=8.010-18 moll-1 Hg2+= Ksp/ S2-=4.010-43 moll-1 上述离子可以沉淀下来,此外,Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Hg2+等，也完全可以从水中沉淀出来。 可见，硫离子对重金属在水体中的迁移有较大影响，在厌氧水体中的影响则更大。,?,3.碳酸盐,对待Me2+H2OCO2体系的多相平衡时，主要 区别两种情况： 1）对大气封闭的体系，只考虑固相和溶液相，把 H2
8、CO3作为不挥发酸类处理； 2）对大气开放的体系，除固相外还包括气相CO2 的体系。,由于方解石（CaCO3）在天然水体系中有很重要的作用，下面将以CaCO3为例介绍。 1）封闭体系 CT=常数,由于2对于任何pH都是已知的,也就是说,CT一定时,在任一pH,2一定。 由上式可以得出随CT和pH变化的Ca2+的饱和平衡值。 对于任何与MeCO3(s)平衡时的Me2+都可以写出类似方程式，并可给出logMe2+对pH的曲线图。,CT=常数，CaCO3的溶解度为：,封闭体系中CT=常数 时，MeCO3(s)的溶解 度（CT=310-3 mol/L),（a）高pH，在pHpK2时，logCO32-线
9、斜率为零。 （b）当在pK1pHpK2区时,logCO32-线斜率为+1，相应logCa2+斜为-1。 （c）当在pHpK1区时，lgCO32-斜率为+2，为保持乘积CO32- Ca2+的恒定，logCa2+斜率必然为-2。,2）开放体系 CaCO3暴露在含有CO2的气相中，大气中pCO2固定，溶液中CO2浓度也相应固定。,根据溶度积关系则：,由于：,= H+2/K1K2,所以，logMe2+pH关系斜率为-2的直线； 即pH上升一个单位，金属离子的浓度下降2个数量级。,Ex： 水中存在着各种碳酸化合态，对封闭体系而言，其 总的碳酸量（ CT ）随pH值变化而_，对于开 放体系而言，其总的碳酸
10、量（ CT ）随pH值变化而 _。,1）封闭体系 CT=常数,4.磷酸盐,类似分析方法： 对溶解态的磷酸盐离子作pH lgc图，可知天然水体中pH =5.5时，溶解度最大，pH大于7以后，水中溶解态磷急剧下降。,Ex： 某冶炼厂含铅废水经处理后排入河水中，测得排污口附近河 水中铅的含量为0.40.5mg/L，而在下游500米处河水中铅 含量仅为34g/L，请解释其原因。,其中原因之一：可能是发生沉淀-溶解反应生成难溶物， 主要集中于排污口附近的底泥中，有可能成为次生污染源。,此外,水体中的重金属离子与相应的阴离子生成硫化物、碳 酸盐等化合物，大大限制了重金属污染物在水体中的扩散范 围，使重金属主要富集于排污口附近的底泥中，降低了重金 属离子在水中的迁移能力，在某种程度上可以对水质起净化 作用。,小 结,难溶盐在天然水体中的沉淀溶解平衡，各组分在一定条 件下的浓度与pH、Ksp、碳酸平衡、磷酸平衡有关。,
