1、第三章第三章 水环境化学水环境化学傅傅 绪绪 成成 本章内容提要水中污染物的种类、分布和存在形态水中污染物的种类、分布和存在形态水中无机污染物的迁移与转化水中无机污染物的迁移与转化 水中有机污染物的迁移与转化水中有机污染物的迁移与转化 水质模型水质模型 水是地球上人类和一切生物得以生存水是地球上人类和一切生物得以生存的物质基础，是一切生命机体的组成物质，的物质基础，是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质。也是生命代谢活动所必需的物质。第一节第一节 天然水及其组成天然水及其组成 4第一章 天然水性质和组成 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
2、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-约27210亿m3，居世界第六位。人均水量却仅占世界人均水量的1/4 （目前）用水量目前）用水量-仅次于美国仅次于美国对44个城市水质调查-地下水地下水93.2%93.2%被污染，地表水被污染，地表水100%100%污染污染 水是地球上人类和一切生物得以生存的物质基础水是地球上人类和一切生物得以生存的物质基础 自然地貌的自然地貌的形成形成 维持生态维持生态平衡平衡 自然功能自然功能 气象气象气候主要因素气候主要因素 资源资源供供给给 运输运输及及输送功能输送功能 水水域域空间形成空间形成 水的功能水的功能 社会功能
3、社会功能 天天然然水水的的存存在在形形式式天然水的分布储存地存水量(kg)水的停留时间(year)海 洋1.39102137600冰2.92101915000地下水8.301018湖 泊2.3010176.2大 气1.3010160.028江 河1.2510150.0337(=12天)天然水的储量约为天然水的储量约为1428 1018 千克，江河水约占千克，江河水约占千万分之千万分之九九，储量最小，海洋水占，储量最小，海洋水占97.3%。地球上的水分布地球上的水分布q 陆地上的淡水只有陆地上的淡水只有0.35108 km3，占陆地水，占陆地水储量的储量的73，占地球总水量的，占地球总水量的2.
4、53；q 便于人类利用的水量只有便于人类利用的水量只有0.1065108 km3，占淡水总量的占淡水总量的30.4，占全球总水量的，占全球总水量的0.77，地表淡水量仅有地表淡水量仅有1.01014m3。水循环水循环自然循环和社会循环自然循环和社会循环水的自然循环：水的自然循环：指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈层中通过各个环节连续运动的过程。物圈四大圈层中通过各个环节连续运动的过程。这个过程包括了：这个过程包括了：蒸发、水汽输送、降水、地表蒸发、水汽输送、降水、地表径流、下渗、地下径流径流、下渗、地下径流等各个环节等各个环节天然水在环境中的
5、循环天然水在环境中的循环大气水更新一次只要大气水更新一次只要8d8d，每年平均更换，每年平均更换4545次；次；河水的更新期是河水的更新期是16d16d；海洋水全部更新一次需要海洋水全部更新一次需要2500a2500a；地下水平均更新期为地下水平均更新期为1400a1400a。水的社会循环：水的社会循环：指由于人的社会需要而促成的循环，称指由于人的社会需要而促成的循环，称为水的社会循环。水的社会循环是直接为人为水的社会循环。水的社会循环是直接为人类的生活和生产服务的。类的生活和生产服务的。这个过程包括了：这个过程包括了：给水、排水给水、排水两个环节两个环节 净水站净水站 雨水 排放渠 直流系统
6、（1）地面或地下水源地面或地下水源 污水处理厂污水处理厂 生活用水设备生活用水设备 生产用水设备生产用水设备（2）废水处理厂废水处理厂 取水站取水站 生产用水设备生产用水设备（1）净水厂净水厂 自自 然然 水水 体体 或或 土土 壤壤 排水管网 给水管网（废水）（用水）排水工程 直流系统（2）水的社会循环水的社会循环水循环的重要意义水循环的重要意义1 1）通过水循环使大气圈、水圈、岩石圈、）通过水循环使大气圈、水圈、岩石圈、生物圈相互联系，各种水体相互转化，并在生物圈相互联系，各种水体相互转化，并在循环运动中进行循环运动中进行能量能量交换、交换、物质物质迁移迁移2 2）通过水循环使陆地上的水得
7、到不断的补）通过水循环使陆地上的水得到不断的补充，水资源得到更新再生充，水资源得到更新再生目前人类可影响的环节是：目前人类可影响的环节是：时间上：修建水库时间上：修建水库空间上：跨流域调水空间上：跨流域调水地表径流地表径流天然水的基本特征及污染物的存在形态 天然水的基本特征天然水的基本特征 天然水的组成天然水的组成 天然水的性质天然水的性质水中污染物的分布和存在形态水中污染物的分布和存在形态 难降解有机物难降解有机物 金属污染物金属污染物 天然水的组成天然水的组成分布受生物界显著影响的元素分布受生物界显著影响的元素溶溶解解物物生源物质：生源物质：胺胺/氮氮/磷等离子磷等离子气体气体:氮氮/氧氧
8、/微量气体微量气体离子离子:阴阴/阳离子阳离子微量元素：微量元素：卤素卤素/过渡金属过渡金属胶体：胶体：无机无机/有机胶体有机胶体固体悬浮物：固体悬浮物：硅酸盐硅酸盐/砂粒砂粒/粘土粘土/水生生物水生生物天然水中的主要离子组成水中的主要离子组成图水中的主要离子组成图硬 度 酸 碱 金 属 阳离子 阴离子 碱 度 酸 根 2+Ca2+Mg+H+Na+K3HCO23COOH24SOCl3NO天然水的组成天然水的组成（1）化学成分A、溶解态：盐、有机物和溶解的气体 非溶解态：颗粒物、气泡 水生生物B、主要离子（八大离子）：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-,占
9、天然水总离子的9599。总含盐量：TDS=Ca2+Mg2+K+Na+Cl-+SO42-+HCO3-+NO3-u 金属离子金属离子 水溶液中金属离子的表示式常写成水溶液中金属离子的表示式常写成M Mn+n+，预，预示着是简单的水合金属阳离子示着是简单的水合金属阳离子M(HM(H2 20)0)x xn+n+它可它可通通过酸碱、沉淀、配合及氧化一还原过酸碱、沉淀、配合及氧化一还原等反应在水等反应在水中达到最稳定状态。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。水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以例如，铁可以Fe(OH)Fe(OH)2+2+、Fe(OH)Fe(OH)2 2+、Fe
10、Fe2 2(OH)(OH)2 24+4+和和FeFe3+3+形态存在。形态存在。q 可溶性气体可溶性气体 可溶性气体多以分子形态存在，其中可溶性气体多以分子形态存在，其中氧氧和和二氧化碳二氧化碳是是最主要的两种气体。最主要的两种气体。大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡：大气中的气体分子与溶液中同种气体分子间的平衡：X(g)=X(aq)X(g)=X(aq)服从亨利定律，即一种气体在液体中的溶解度正比于与服从亨利定律，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：液体所接触的该种气体的分压，表示为：G(aq)=KG(aq)=KH Hp pG G 其中：其中：K K
11、H H各种气体在一定温度下的亨利定律常数，各种气体在一定温度下的亨利定律常数，p pG G各种气体的分压。各种气体的分压。注意：亨利定律只能算出未在水中发生反应的气体的溶注意：亨利定律只能算出未在水中发生反应的气体的溶 解度。解度。（3）气体在水中的溶解性氧在水中的溶解度与水的温度、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。水在25时的蒸气压为0.03167105Pa。而空气中氧的含量为20.95%，氧的分压为：pO2=(1.10310 0.03167)1050.2095105=0.2065105代入亨利定律即可求出氧在水中的摩尔浓度为
12、：O2(aq)=KH pO2=1.2610-80.02065105=2.610-4氧的分子量为32，因此其溶解度为8.32mg/L（3）气体在水中的溶解性氧气溶解度随着温度的变化Lg(C2/C1)=H/(2.303R)(1/T1-1/T2)当温度从0 升到35 时，氧在水中的溶解度将从14.74mg/L降低到7.03mg/L。气体在水中的溶解性pCO2=(1.0130-0.03167)1053.1410-4=30.8(Pa)CO2(aq)=KH pCO2=3.3410-730.8=1.02810-5 molL-1CO2在水中离解，则：H+=HCO3-H+2/CO2=K1=4.4510-7 H+
13、=(1.02810-5 4.4510-7)1/2=2.1410-6 molL-1 HCO3-=H+=(1.02810-54.4510-7)1/2=2.1410-6molL-1pH=5.67故CO2在水中的溶解度应为CO2 HCO3-=1.2410-5molL-1氧在水中的溶解度氧在水中的溶解度 氧在干燥空气中的含量为氧在干燥空气中的含量为20.9520.95，大部分元，大部分元素氧来自大气，因此水体与大气接触再复氧的素氧来自大气，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。能力是水体的一个重要特征。温度从温度从00上升到上升到3535时，氧在水中的溶解度时，氧在水中的溶解度将从将从14
14、.74mg14.74mgL L降低到降低到7.03mg7.03mgL L，溶解氧的，溶解氧的水平是不高的。水平是不高的。仅需仅需7-8mg7-8mg的有机质就可以将的有机质就可以将2525条件下为空条件下为空气所饱和的气所饱和的1L1L水中的氧耗尽。水中的氧耗尽。水生生物水生生物 作用：代谢、摄取、转化、存储和释放作用：代谢、摄取、转化、存储和释放等等水生生态系统中水生生态系统中 自养生物自养生物（Autotrophic organisms）如：藻类如：藻类 异养生物异养生物（Heterotrophic organisms）水生生物水生生物 生产率（生产率（Productivity）水体产生生
15、物体的能力水体产生生物体的能力 高生产率高生产率 水质参数水质参数 溶解氧（溶解氧（Dissolved oxygen）生物（或生化）需氧量生物（或生化）需氧量BOD （Biochemical Oxygen Demand）富营养化（富营养化（Eutrophication）106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H2+痕量元素与能量痕量元素与能量 PRC106H263O110N16P+138O2营养元素超标：C（BOD=CO2）、N、P、Fe，都有可 能成为 制限因子；藻类疯长；藻类尸体分解引起水体溶氧下降；水体发臭；水生生物死亡；藻毒素。水体富营养化水体富营养化太湖美景天然水
16、的性质天然水的性质碳酸平衡天然水中的碱度和酸度天然水体的缓冲能力水的硬度碳酸平衡碳酸平衡 CO2在水中形成酸，同岩石中的碱性物质发生反应，并通过沉淀反应变为沉积物从水中除去。在水和生物体之间的生物化学交换中，CO2占有独特地位，溶解的碳酸盐化合态与岩石圈、大气圈进行均相、多相的酸碱反应和交换反应，对于调节天然水的pH和组成起着重要作用。碳酸平衡水体中碳酸的化合态2CO23H CO3HCO23CO*23H CO碳的地球化学循环：岩石圈碳的地球化学循环：岩石圈水圈水圈大气圈大气圈生物圈生物圈（1）碳酸平衡 封闭体系(溶解性CO2 与大气没有交换)CO2+H2O H2CO3*pK0=1.46 H2C
17、O3*HCO3-+H+pK1=6.35 HCO3-CO32-+H+pK2=10.33 K1=HCO3-H+/H2CO3*；K2=CO32-H+/HCO3-CO2+HCO3HCO3-CO32-碳酸化合态分布图因为在 封闭体系中，CT恒定 0=H2CO3*/H2CO3*+HCO3-+CO32-1=HCO3-/H2CO3*+HCO3-+CO32-2=CO32-/H2CO3*+HCO3-+CO32-即得：0=(1+K1/H+K1K2/H+2)-1 1=(1+H+/K1+K2/H+)-1 2=(1+H+2/K1K2+H+/K2)-1开放体系 CO2 在气相和液相处于平衡状态，各种碳酸盐化合态的平衡浓度可
18、表示为pCO2和pH的函数。CO2(aq)=KH pCO2 CT=CO2/0=KH pCO2/0 HCO3-=(1/0)KH pCO2=K1 KH pCO2/H+CO32-=(2/0)KH pCO2=K1 K2 KH pCO2/H+2 lg CO2=Log1.028105=-4.988 lg HCO3-=-11.338+pH lg CO32-=-21.668+2 pH 比较封闭体系和开放体系可发现，在封闭体系中，H2CO3*、HCO3-、CO32-等可随 pH 值变化，但总的碳酸量 CT 始终不变。而对于开放体系CT、HCO3-、CO32-均随pH值改变而变化，但H2CO3*总保持与大气相平衡
19、的固定数值.（2 2）天然水中的碱度和酸度A、碱度(Alkalinity)是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子的物质的总量。组成水中碱度的物质可归纳为三类：强碱、弱减、强碱弱酸盐。总碱度：用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变成橙红色(pH约4.3)，停止滴定，此时所得的结果，也称为甲基橙碱度。其化学反应计量关系式如下：H+OH-H2O H+CO32-HCO3-H+HCO3-H2CO3 总碱度=HCO3-+2 CO32-+OH-H+酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂，当溶液 pH 值降到8.3 时，表示 OH-被中和，CO32-全部转化为 HCO3-，得到酚酞碱度
20、表达式：酚酞碱度=CO32-+OH-H2CO3*-H+苛性碱度：达到pHCO32-所需酸量时碱度，但不易测得。苛性碱度=OH-HCO3-2 H2CO3*-H+=2 酚酞碱度 总碱度0 14甲基橙酚酞4.3HCO3-、CO2H2CO3总碱度/甲基橙碱度 总碱度=HCO3-+2 CO32-+OH-H+8.3CO32-HCO3-酚酞碱度酚酞碱度酚酞碱度=CO32-+OH-H2CO3*-H+12CO32-苛性碱度苛性碱度苛性碱度=OH-HCO3-2 H2CO3*-H+B、酸度（Acidity)：指水中能与强碱发生中和作用的全 部物质，亦即放出 H+或经过水解能产生 H+的物质总 量。组成水中酸度的物质
21、可归纳为三类：强酸弱酸和 强酸弱碱盐。无机酸度：以甲基橙为指示剂滴定到 pH=4.3 无机酸度=H+HCO3-+2 CO32-OH-游离 CO2 酸度：以酚酞为指示剂滴定到 pH=8.3 游离 CO2 酸度=H+HCO3-CO32-OH-总酸度：在 pH=10.8 处得到，但此时滴定曲线无明 显突越，难以选择合适的指示剂，故一般以游离 CO2作为酸度主要指标。总酸度=H+HCO3-+2 H2CO3*-OH-应用总碳酸量（cT）和相应的分布系数（）来表示：总碱度 cT(1+22)+Kw/H+-H+酚酞碱度 cT(2-0)+Kw/H+-H+苛性碱度-cT(1+20)+Kw/H+-H+总酸度总酸度
22、cT(1+20)+H+-Kw/H+CO2酸度酸度cT(0-2)+H+-Kw/H+无机酸度无机酸度-cT(1+22)+H+-Kw/H+天然水体的缓冲能力 天然水体的天然水体的pHpH值一般在值一般在6-96-9之间，而且对于某之间，而且对于某一水体，其一水体，其pHpH几乎保持不变，这表明天然水体具几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。碳酸化合物碳酸化合物 控制水体控制水体pHpH值的主要因素，并使水体具有缓冲值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。作用。根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。水的硬度总
23、硬度总硬度：水中所含钙、镁离子总量：水中所含钙、镁离子总量 由于钙、镁离子易生成难溶盐，若水中钙、镁含量过高，即硬度大，将会给工业用水和人们日常生活带来危害和不便，同时也会给水生生物带来危害。因此，硬度也用作为衡量水质的一项标准。地面水的硬度一般不太高地面水的硬度一般不太高地下水的硬度往往较高地下水的硬度往往较高雨水属于软水雨水属于软水水中污染物的分布和存在形态 20世纪60年代美国学者曾把水中污染物大体划分为八类：耗氧污染物耗氧污染物致病污染物致病污染物合成有机物合成有机物植物营养物植物营养物无机物及矿物质无机物及矿物质由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物放射性物质放
24、射性物质热污染热污染水中的污染物水中污染物的分布和存在形态 污染物进入水体后通常以可溶态或悬浮态存在，其在水体中的迁移转化及生物可利用性均直接与污染物存在形态相关。水俣病食用含有甲基汞的鱼 重金属对鱼类和其他水生生物的毒性，不是与溶液中重金属总浓度相关，主要取决于游离（水合）的金属离子。镉游离 浓度2+Cd铜游离 及其氢氧化物2+Cu而大部分稳定配合物及其与胶体颗粒结合的形态则是低毒的。有机污染物水环境中有机污染物的种类繁多，其环境化学行水环境中有机污染物的种类繁多，其环境化学行为至今还知之甚少。为至今还知之甚少。一些全球性污染物如多环芳烃、有机氯等，一直一些全球性污染物如多环芳烃、有机氯等，
25、一直受到各国学者的高度重视。特别是一些有毒、难受到各国学者的高度重视。特别是一些有毒、难降解的有机物，通过迁移、转化、富集或食物链降解的有机物，通过迁移、转化、富集或食物链循环，危及水生生物及人体健康。循环，危及水生生物及人体健康。含量低含量低毒性大毒性大异构体多异构体多毒性大小差别悬殊毒性大小差别悬殊 特特 点点有机污染物农药农药 多氯联苯（多氯联苯（PCBsPCBs）卤代脂肪烃卤代脂肪烃 醚类醚类 单环芳香族化合物单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类苯酚类和甲酚类 酞酸酯类酞酸酯类 多环芳烃类（多环芳烃类（PAHsPAHs）亚硝胺和其他化合物亚硝胺和其他化合物 1.农 药有机氯农药有机氯农药通
26、过喷施农药、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。通过喷施农药、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。难以被化学降解和生物降解难以被化学降解和生物降解 在环境中的滞留时间很长在环境中的滞留时间很长 具有较低的水溶性和高的辛醇具有较低的水溶性和高的辛醇-水分配系数水分配系数 很大一部分被分配到沉积物有机质和生物脂肪中很大一部分被分配到沉积物有机质和生物脂肪中 1.1.农农 药药有机磷农药和氨基甲酸酯农药有机磷农药和氨基甲酸酯农药 较易被生物降解较易被生物降解 在土壤和地表水中降解速率较快在土壤和地表水中降解速率较快 杀虫力较高杀虫力较高 溶解度较大，其沉积物吸附和生物累积过程是次要的溶解度较大，其沉
27、积物吸附和生物累积过程是次要的在地表水中能检出的不多，污染范围较小在地表水中能检出的不多，污染范围较小 2.2.多氯联苯（多氯联苯（PCBsPCBs）联苯经氯化而成联苯经氯化而成 极难溶于水极难溶于水 不易分解不易分解 易溶于有机溶剂和脂肪，具有高的辛醇易溶于有机溶剂和脂肪，具有高的辛醇-水分配系数水分配系数 最优监测对象：底泥段生物群最优监测对象：底泥段生物群19681968年日本年日本PCBPCB污染米糖油的公害事件污染米糖油的公害事件油症油症19731973年以后各国陆续开始减少或停止生产年以后各国陆续开始减少或停止生产 3.3.卤代脂肪烃卤代脂肪烃属挥发性化合物，可以挥发至大气，并进行
28、光解。属挥发性化合物，可以挥发至大气，并进行光解。在地表水中能进行生物或化学降解，但与挥发速在地表水中能进行生物或化学降解，但与挥发速率相比，其降解速率是很慢的。率相比，其降解速率是很慢的。在水中的溶解度高，因而其辛醇在水中的溶解度高，因而其辛醇-水分配系数低。水分配系数低。六氯环戊二烯和六氯丁二烯，在底泥中是长效剂，六氯环戊二烯和六氯丁二烯，在底泥中是长效剂，能被生物积累。能被生物积累。4.4.醚类醚类有有七种醚类化合物七种醚类化合物属美国属美国EPAEPA优先污染物优先污染物双双-（氯甲基）醚（氯甲基）醚双双-（2-2-氯甲基）醚氯甲基）醚双双-（2-2-氯异丙基）醚氯异丙基）醚2-2-氯
29、乙基氯乙基-乙烯基醚乙烯基醚双双-（2-2-氯乙氧基）甲烷氯乙氧基）甲烷 4-4-氯苯氯苯-苯基醚苯基醚4-4-溴苯溴苯-苯基醚苯基醚大多存在于水中大多存在于水中辛醇辛醇-水分配系数很低水分配系数很低 辛醇辛醇-水分配系数较高水分配系数较高 5.5.单环芳香族化合物单环芳香族化合物在地表水中主要是挥发，然后是光解。在地表水中主要是挥发，然后是光解。在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配趋势较弱。在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配趋势较弱。在优先污染物中已发现在优先污染物中已发现六种化合物六种化合物，可被生物积，可被生物积累。累。氯苯、氯苯、1,2-1,2-二氯苯、二氯苯、1,3-1,3-二氯苯、二
30、氯苯、1,4-1,4-二氯二氯苯、苯、1,2,4-1,2,4-三氯苯和六氯苯三氯苯和六氯苯在地表水中不是持久性污染物，其生物降解和化在地表水中不是持久性污染物，其生物降解和化学降解速率均比挥发速率低（个别除外）学降解速率均比挥发速率低（个别除外），因因此，对这类化合物吸附和生物富集均不是重此，对这类化合物吸附和生物富集均不是重要的迁移转化过程。要的迁移转化过程。6.6.苯酚类和甲酚类苯酚类和甲酚类具有高的水溶性、低辛醇具有高的水溶性、低辛醇-水分配系数水分配系数苯酚分子氯代程度增高时，则其化合物溶苯酚分子氯代程度增高时，则其化合物溶解度下降，辛醇解度下降，辛醇-水分配系数增加。水分配系数增加。
31、例如：五氯苯酚等就易被生物累积例如：五氯苯酚等就易被生物累积酚类化合物的主要迁移、转化过程是酚类化合物的主要迁移、转化过程是生物生物降解和光解降解和光解，它在自然沉积物中的吸附及，它在自然沉积物中的吸附及生物富集作用通常很小（高氯代酚除外），生物富集作用通常很小（高氯代酚除外），挥发、水解和非光解氯化作用通常也不很挥发、水解和非光解氯化作用通常也不很重要。重要。7.7.酞酸酯类酞酸酯类有六种列入优先污染物有六种列入优先污染物 如：双如：双-（2-2-甲基甲基-己基）酞酯己基）酞酯 在水中的溶解度小，辛醇在水中的溶解度小，辛醇-水分配系数高，水分配系数高，因此主要富集在沉积物有机质和生物脂肪因此
32、主要富集在沉积物有机质和生物脂肪体中。体中。8.8.多环芳烃类（多环芳烃类（PAHsPAHs）在水中溶解度很小，辛醇在水中溶解度很小，辛醇-水分配系数高，是地水分配系数高，是地表水中滞留性污染物。表水中滞留性污染物。可以发生光解反应可以发生光解反应最终归趋可能是吸附到沉积物中，然后进行缓慢最终归趋可能是吸附到沉积物中，然后进行缓慢的生物降解。的生物降解。挥发过程与水解过程均不是重要的迁移转化过程。挥发过程与水解过程均不是重要的迁移转化过程。显然，显然，沉积物是多环芳烃的蓄积库沉积物是多环芳烃的蓄积库，在地表，在地表水体中其浓度通常较低。水体中其浓度通常较低。9.9.亚硝胺和其他化合物亚硝胺和其
33、他化合物优先污染物中：优先污染物中：2-2-甲基亚硝胺甲基亚硝胺2-2-正丙基亚硝胺正丙基亚硝胺丙烯腈丙烯腈二苯基亚硝胺二苯基亚硝胺3,3-3,3-二氯联苯胺二氯联苯胺1,2-1,2-二苯基肼二苯基肼联苯胺联苯胺可能是水中长效剂主要残留在沉积物中有的也可在生物体中累积生物累积可能性不大但可长久存在于沉积物和水中金属污染物金属污染物镉镉 Cd汞汞 Hg铅铅 Pb砷砷 As 铬铬 Cr 铜铜 Cu 锌锌 Zn 铊铊 Tl 镍镍 Ni 铍铍 Be 1.镉进人水体途径：工业含镉废水的排放，大气镉尘进人水体途径：工业含镉废水的排放，大气镉尘的沉降和雨水对地面的冲刷。的沉降和雨水对地面的冲刷。水迁移性元素
34、，除了硫化镉外，其他镉的化合物水迁移性元素，除了硫化镉外，其他镉的化合物均能溶于水。均能溶于水。水体中悬浮物和沉积物对镉有较强的吸附能力。水体中悬浮物和沉积物对镉有较强的吸附能力。（占水体总镉量的（占水体总镉量的90%以上以上）水生生物对镉有很强的富集能力，水生生物吸附、水生生物对镉有很强的富集能力，水生生物吸附、富集是水体中重金属迁移转化的一种形式。富集是水体中重金属迁移转化的一种形式。日本的痛痛病日本的痛痛病 长期食用含镉量高的稻米所引起的中毒长期食用含镉量高的稻米所引起的中毒2+Cd 水体中镉主要以水体中镉主要以 状态存在。状态存在。2.汞 天然水体中汞的含量很低，一般不超过天然水体中汞
35、的含量很低，一般不超过1.0g/L。污染来源：生产汞的厂矿、有色金属冶炼以及使用汞的生污染来源：生产汞的厂矿、有色金属冶炼以及使用汞的生产部门排出的工业废水。尤以化工生产中汞的排放为主要产部门排出的工业废水。尤以化工生产中汞的排放为主要污染来源。污染来源。汞与其他元素等形成配合物是汞能随水流迁移的主要因素汞与其他元素等形成配合物是汞能随水流迁移的主要因素之一。之一。Lerman认为，溶解在水中的汞约有认为，溶解在水中的汞约有1%-10%转入大气中。转入大气中。水体中的悬浮物和底质对汞有强烈的吸附作用。水体中的悬浮物和底质对汞有强烈的吸附作用。水体中汞的生物迁移在数量上是有限的水体中汞的生物迁移
36、在数量上是有限的。沉积物中的无机汞沉积物中的无机汞剧毒的甲基汞剧毒的甲基汞微生物的作用微生物的作用日本著名的水俣病就是食用含有甲基汞的鱼造成的。日本著名的水俣病就是食用含有甲基汞的鱼造成的。3.铅 主要来源：矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、主要来源：矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆、涂料等。油漆、涂料等。淡水中铅的含量为淡水中铅的含量为0.06-120g/L0.06-120g/L，中值为，中值为3g/L3g/L。天然水中铅主要以天然水中铅主要以 状态存在，其含量和形态明状态存在，其含量和形态明显地受显地受 等含量的影响。等含量的影响。在中性和弱酸性的水中，铅的浓度受氢氧化铅所限在中
37、性和弱酸性的水中，铅的浓度受氢氧化铅所限制。制。在偏酸性天然水中，水中在偏酸性天然水中，水中 浓度被硫化铅所限制。浓度被硫化铅所限制。水体中悬浮颗粒物和沉积物对铅有强烈的吸附作用水体中悬浮颗粒物和沉积物对铅有强烈的吸附作用。2+Pb23CO24SOOH2+Pb天然水中铅含量低、迁移能力小天然水中铅含量低、迁移能力小来源：岩石风化、土壤侵蚀、火山作用以及人类活动来源：岩石风化、土壤侵蚀、火山作用以及人类活动淡水中砷含量为淡水中砷含量为0.2-230g/L，平均为，平均为1.0g/L。在适中的在适中的Eh值和值和pH呈中性的水中，砷主要以呈中性的水中，砷主要以H3AsO3为主。为主。在中性或弱酸性
38、富氧水体环境中则以在中性或弱酸性富氧水体环境中则以 、为主为主可被颗粒物吸附、共沉淀而沉积到底部沉积物中可被颗粒物吸附、共沉淀而沉积到底部沉积物中水生生物能很好富集水体中无机和有机砷化合物水生生物能很好富集水体中无机和有机砷化合物水体无机砷化合物还可被环境中厌氧细菌还原而产生水体无机砷化合物还可被环境中厌氧细菌还原而产生甲基化，形成有机砷化合物。（解毒甲基化，形成有机砷化合物。（解毒）4.砷 24H AsO24HAsO5.铬污染源：冶炼、电镀、制革、印染污染源：冶炼、电镀、制革、印染 天然水中铬的含量在天然水中铬的含量在1-40g/L之间之间 三价铬：大多数被底泥吸附转入固相，少量溶于三价铬：
39、大多数被底泥吸附转入固相，少量溶于水，迁移能力弱。水，迁移能力弱。六价铬：在碱性水体中较为稳定并以溶解状态存六价铬：在碱性水体中较为稳定并以溶解状态存在，迁移能力强。在，迁移能力强。六价铬毒性比三价铬大，它可被还原为三价铬。六价铬毒性比三价铬大，它可被还原为三价铬。DO值越小，值越小，BOD5值和值和COD值越高，则还原作用值越高，则还原作用越强。越强。227Cr O-24CrO-2CrO-3Cr+6.铜污染源：冶炼、金属加工、机器制造、有机污染源：冶炼、金属加工、机器制造、有机合成合成水生生物对铜特别敏感（渔业水生生物对铜特别敏感（渔业 0.01mg/L）淡水中铜的含量平均为淡水中铜的含量平
40、均为3g/L 含量与形态影响因素含量与形态影响因素无机和有机颗粒物能强烈的吸附或螯合铜离无机和有机颗粒物能强烈的吸附或螯合铜离子子 铜底部沉积物自净自净OH23COClpH7.锌天然水中锌含量为天然水中锌含量为2-330g/L（很大差异）（很大差异）天然水中锌以二价离子状态存在天然水中锌以二价离子状态存在 多核羟基配合物多核羟基配合物 可溶性配合物可溶性配合物 可被水体中悬浮颗粒物吸附，或生成化学可被水体中悬浮颗粒物吸附，或生成化学沉积物向底部沉积物迁移。（沉积物向底部沉积物迁移。（1万倍）万倍）水生生物对锌有很强的吸收能力。水生生物对锌有很强的吸收能力。8.铊 分散元素分散元素 大部分铊以分
41、散状态的同晶形杂质存在于铅、大部分铊以分散状态的同晶形杂质存在于铅、锌、铁、铜等硫化物和硅酸盐矿物中。锌、铁、铜等硫化物和硅酸盐矿物中。天然水天然水1.0g/L，受采矿废水污染的河水，受采矿废水污染的河水80g/L。可被粘土矿物吸附迁移到底部沉积物中，使水可被粘土矿物吸附迁移到底部沉积物中，使水中铊含量降低。中铊含量降低。一价铊化合物（一价铊化合物（Tl2O）比三价铊化合物）比三价铊化合物（Tl2O3）稳定性要大得多。）稳定性要大得多。铊对人体和动植物都是有毒元素。铊对人体和动植物都是有毒元素。9.镍污染源：岩石风化、镍矿的开采、冶炼及污染源：岩石风化、镍矿的开采、冶炼及使用镍化合物的各个工业
42、部门排放废水使用镍化合物的各个工业部门排放废水天然水中镍含量约为天然水中镍含量约为1.0g/L常以卤化物、硝酸盐、硫酸盐以及某些无常以卤化物、硝酸盐、硫酸盐以及某些无机和有机配合物的形式溶解于水。机和有机配合物的形式溶解于水。可被水中悬浮颗粒物吸附、沉淀和共沉淀，可被水中悬浮颗粒物吸附、沉淀和共沉淀，最终迁移到底部沉积物中。（最终迁移到底部沉积物中。（3.8-9.2万倍）万倍）水体中的水生生物也能富集镍。水体中的水生生物也能富集镍。10.铍目前只是局部污染目前只是局部污染生产铍的矿山、冶炼及加工厂排放的废水和粉尘。生产铍的矿山、冶炼及加工厂排放的废水和粉尘。天然水中铍的含量很低，在天然水中铍的
43、含量很低，在0.005-2.0g/L之间。之间。溶解态水解为羟基或多核羟基配合离子；溶解态水解为羟基或多核羟基配合离子；难溶态的铍主要为难溶态的铍主要为BeO和和Be(OH)2。天然水中铍的含量和形态取决于水的化学特征天然水中铍的含量和形态取决于水的化学特征接近中性或酸性的天然水接近中性或酸性的天然水 2+Be水体水体pHpH7.87.8主要以不溶的主要以不溶的Be(OH)Be(OH)2 2形态存在，并聚形态存在，并聚集在悬浮物表面，沉降至底部沉积物中。集在悬浮物表面，沉降至底部沉积物中。优先污染物 随着工业技术的发展，目前世界上化学品销售已达7-8万种，且每年有1000-1600种新化学品进
44、人市场。除少数品种外，人们对进入环境中的绝大部分化学物质，特别是有毒有机化学物质在环境中的行为（光解、水解、微生物降解、挥发、生物富集、吸附、淋溶等）及其可能产生的潜在危害至今尚无所知或知之甚微。然而，一次次严重的有毒化学物质污染事件的发生，使人们的环境意识不断得到提高。但是由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都但是由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都制定控制标准，因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大制定控制标准，因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象，称之为的作为优先研究和控制对象，称之为优先污染物优先污染物。我国水中优先控制污染物黑名单第二节第二节
45、水中无机污染物的迁水中无机污染物的迁移转化移转化第二节 水中无机污染物的迁移与转化无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物水环境不能生物降解物理化学作用各种环境化学过程物质循环过程最终以一种形态或多种形态长期存留于环境中胶体形成吸附解析沉淀溶解氧化还原配合作用颗粒物与水之间的迁移水中颗粒物的聚集溶解和沉淀颗粒物中包含污染物或颗粒物对污染物有吸附作用研究污染物迁移转化的基础胶体颗粒的状态，将决定着水体中胶体颗粒及其上面的污染物的粒度分布变化规律，影响到其迁移输送和沉降归宿的距离和去向污染物在水环境中迁移的重要途径污染物的形态与浓度第二节 水中无机污染物的迁移与转化颗粒物与水之间的迁移水中颗粒物的
46、类别水环境中颗粒物的吸附作用沉积物中重金属的释放从胶体化学的角度研究5个类别的颗粒物研究3种吸附作用和2类吸附公式研究5种主要因素水中颗粒物的类别（从胶体化学角度）（1）矿物微粒和黏土矿物矿物微粒 石英、长石(KAlSi3O8)不易碎裂，颗粒较粗，缺乏粘结性云母、蒙脱石、高岭石层状结构、易于碎裂，颗粒较细，具有粘结性黏土微粒 粘土矿物具有显著胶体化学特性(铝和镁的硅酸盐）（2）金属水合氧化物1.水中的金属离子以简单的水合金属离子存在MnM(H2O)xn2.所有的金属水合氧化物都能结合水中微量物质，同时其本身又趋向于结合在矿物微粒和有机物的界面上铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高
47、分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。铝 铝在岩石和土壤中是丰量元素，但在天然水中浓度较低，一般不超过0.1mol/L。铝在水中水铝在水中水解，主要形态是解，主要形态是AlAl3+3+、Al(OH)Al(OH)2+2+、AlAl2 2(OH)(OH)2 24+4+、Al(OH)Al(OH)2+2+、Al(OH)Al(OH)3 3和和Al(OH)Al(OH)4 4-等，并随PH值的变化而改变形态浓度的比例。铁 铁的水解反应和形态与铝有类似的情况。在不同pH值下，Fe()的存在形态是FeFe3+3+、Fe(OH)Fe(OH)2+2+、Fe(OH)Fe(OH)2 2+、FeFe2
48、2(OH)2(OH)24+4+和和Fe(OH)Fe(OH)3 3等锰 锰与铁类似，其丰度虽然不如铁，但溶解度比铁高，因而也是常见的水合金属氧化物硅 硅酸的单体H4SiO4，是一种弱酸，过量的硅酸将会生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。46722Si(OH)H SiO+H O(3)腐殖质腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质，其形态构型与官能团的离解程度有关1.在pH较高的碱性溶液中或离子强度低的条件下，羟基和羧基大多离解2.在pH较低的酸性溶液中，或有较高浓度的金属阳离子存在时，各官能团难于离解而电荷减少高分子构型伸展，亲水性强，趋于溶解高分子趋于卷缩 成团，亲水性弱，趋于沉淀或凝聚（4）水体悬浮
49、沉积物天然水体中各种环境胶体物质并非单独存在相互作用结合成为某种聚集体组成不固定结构组成随水质和水体组成物质及水动力条件而变化一般以矿物微粒特别是粘土矿物为核心骨架有机物和金属水合氧化物结合在微粒表面（5）其他湖泊中的藻类污水中的细菌、病毒废水排出的表面活性剂、油滴这些都有类似的胶体化学表现水环境中颗粒物的吸附作用水环境中颗粒物的吸附作用可分为水环境中颗粒物的吸附作用可分为3 3种：种：表面吸附表面吸附离子交换吸附离子交换吸附专属吸附专属吸附三种吸附作用：（1）表面吸附实质物理吸附胶体具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用，胶体表面积越大，表面吸附能也越大，胶体的吸附作用也越强
50、无选择性易达到平衡，低温下主要为物理吸附（2）离子交换吸附实质物理化学吸附1.在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子2.这种吸附是一种可逆反应，能够迅速达到可逆平衡3.不受温度和溶液酸碱性的影响，其交换吸附能力与溶质的性质、浓度及吸附剂性质等有关环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子（2）离子交换吸附适用性从概念上解释胶体颗粒表面对水合金属离子的吸附是有用的局限性对于那些在吸附过程中表面电荷改变符号，甚至可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上的现象无法解释专属吸附（3）专属吸附在吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用可使表面电荷改
