水环境化学课件

第二节第二节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化 第三节第三节 水中有机污染物的迁移转化水中有机污染物的迁移转化 第一节第一节 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及污染物的存在形态第三章第三章 水环境化学水环境化学(Water Environmental Chemistry)第四节第四节 废水处理技术概述废水处理技术概述2ppt课件 第二节第二节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化 第三节第三节 水中有机污染物水中有机污染物第二节第二节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化(Transport and Transformation of inorganic Pollutants)环境化学环境化学 第三章第三章 水环境化学水环境化学3ppt课件第二节第二节 水中无机污染物的迁移转化水中无机污染物的迁移转化(Transport 无机污染物，特别是重金属和准金属等污染无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一旦进入水环境，均不能被生物降解，主要物，一旦进入水环境，均不能被生物降解，主要通过通过吸附吸附-解吸、沉淀解吸、沉淀-溶解、氧化溶解、氧化-还原、配合作还原、配合作用、胶体形成用、胶体形成等一系列物理化学作用进行迁移转等一系列物理化学作用进行迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程。程。4ppt课件 无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一一一、污污染染物物在在颗颗粒粒物物与与水水之之间间的的迁迁移移 （吸附（吸附-解吸）解吸）二、二、溶解和沉淀溶解和沉淀三、三、氧化氧化-还原还原 四、四、配合作用配合作用5ppt课件一、污染物在颗粒物与水之间的迁移一、污染物在颗粒物与水之间的迁移 （吸附（吸附-解吸）解吸）5pp 一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移(Transport Between Particles and Water)1、水中的颗粒物的类别、水中的颗粒物的类别矿物微粒和黏土矿物矿物微粒和黏土矿物金属水合氧化物金属水合氧化物腐殖质腐殖质悬浮沉积物悬浮沉积物其他其他6ppt课件 一、颗粒物与水之间的迁移一、颗粒物与水之间的迁移1、水中的颗粒物的类、水中的颗粒物的类 水体悬浮沉积物水体悬浮沉积物 天天天天然然然然水水水水中中中中各各各各种种种种环环环环境境境境胶胶胶胶体体体体物物物物质质质质并并并并非非非非单单单单独独独独存存存存在在在在，而而而而是是是是相相相相互互互互作作作作用用用用结结结结合合合合成成成成为为为为某某某某种种种种聚聚聚聚集集集集体体体体，即即即即成成成成为为为为水水水水中中中中悬悬悬悬浮浮浮浮沉沉沉沉积积积积物物物物。它它它它们们们们可可可可以以以以沉沉沉沉降降降降进进进进入入入入底底底底部部部部，也也也也可可可可以以以以重重重重新再悬浮进入水中。新再悬浮进入水中。新再悬浮进入水中。新再悬浮进入水中。7ppt课件 水体悬浮沉积物水体悬浮沉积物7ppt课件课件 其它其它 湖湖湖湖泊泊泊泊中中中中的的的的藻藻藻藻类类类类，污污污污水水水水中中中中的的的的细细细细菌菌菌菌、病病病病毒毒毒毒、废废废废水水水水排排排排出出出出的的的的表表表表面面面面活活活活性性性性剂剂剂剂、油油油油滴滴滴滴等等等等，也也也也都都都都有有有有类类类类似似似似的的的的胶胶胶胶体体体体化学表现，起类似的作用。化学表现，起类似的作用。化学表现，起类似的作用。化学表现，起类似的作用。8ppt课件 其它其它8ppt课件课件（1 1 1 1）吸附的基本概念与分类）吸附的基本概念与分类）吸附的基本概念与分类）吸附的基本概念与分类1)1)1)1)吸附吸附吸附吸附 溶质在固体表面或自然胶体表面上相对聚集的现象称为溶质在固体表面或自然胶体表面上相对聚集的现象称为溶质在固体表面或自然胶体表面上相对聚集的现象称为溶质在固体表面或自然胶体表面上相对聚集的现象称为吸附。吸附。吸附。吸附。也有人将溶质在自然胶体或固体表面上浓度升高，而在液也有人将溶质在自然胶体或固体表面上浓度升高，而在液也有人将溶质在自然胶体或固体表面上浓度升高，而在液也有人将溶质在自然胶体或固体表面上浓度升高，而在液相中浓度下降的现象称为吸附。相中浓度下降的现象称为吸附。相中浓度下降的现象称为吸附。相中浓度下降的现象称为吸附。吸附溶质的胶体或固体称为吸附溶质的胶体或固体称为吸附溶质的胶体或固体称为吸附溶质的胶体或固体称为“吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂”，被吸附的溶质，被吸附的溶质，被吸附的溶质，被吸附的溶质称为称为称为称为“吸附质吸附质吸附质吸附质”。2、水环境中颗粒物的吸附作用、水环境中颗粒物的吸附作用(Adsorption of Particals in Water Environmen)9ppt课件（1）吸附的基本概念与分类）吸附的基本概念与分类2、水环境中颗粒物的吸附作用、水环境中颗粒物的吸附作用9pp2）吸附的分类）吸附的分类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10ppt课件2）吸附的分类表面吸附离子交换吸附专属吸附）吸附的分类表面吸附离子交换吸附专属吸附10ppt课件课件表面吸附表面吸附 胶胶体体具具有有巨巨大大的的比比表表面面和和表表面面能能，因因此此固固液液界界面面存存在在表表面面吸吸附附作作用用，胶胶体体表表面面积积愈愈大大，所所产产生生的的表表面面吸吸附附能能也也愈愈大大，胶胶体的吸附作用也就愈强，它是属于一种物理吸附。体的吸附作用也就愈强，它是属于一种物理吸附。离子交换吸附离子交换吸附 由由于于环环境境中中大大部部分分胶胶体体带带负负电电荷荷，容容易易吸吸附附各各种种阳阳离离子子，在在吸吸附附过过程程中中，胶胶体体每每吸吸附附一一部部分分阳阳离离子子，同同时时也也放放出出等等量量的的其其他他阳阳离离子子，因因此此把把这这种种吸吸附附称称为为离离子子交交换换吸吸附附，它它属属于于物物理理化化学学吸吸附附。这这种种吸吸附附是是一一种种可可逆逆反反应应，而而且且能能够够迅迅速速地地达达到到可可逆平衡。逆平衡。11ppt课件表面吸附表面吸附11ppt课件课件专属吸附专属吸附 指在吸附中，除化学键的作用外，指在吸附中，除化学键的作用外，尚有加强的僧尚有加强的僧水键和范德华力在起作用。水键和范德华力在起作用。该作用不但可以使表该作用不但可以使表该作用不但可以使表该作用不但可以使表 面电荷改变符号，还可以使离面电荷改变符号，还可以使离面电荷改变符号，还可以使离面电荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。子化合物吸附在同号电荷的表面上。子化合物吸附在同号电荷的表面上。子化合物吸附在同号电荷的表面上。12ppt课件专属吸附专属吸附12ppt课件课件 保持温度恒定，以吸附量保持温度恒定，以吸附量q qe e e e为纵轴，为纵轴，平衡浓度平衡浓度C Ce e e e为横轴作图所得的曲线称为吸为横轴作图所得的曲线称为吸附等温线。附等温线。吸附等温线一般都要通过实验来确吸附等温线一般都要通过实验来确定。总括起来，吸附等温线有三种类型定。总括起来，吸附等温线有三种类型，如下图所示。如下图所示。3）吸附等温线和等温式）吸附等温线和等温式(Adsorption Isotherms and Isothermal Equation)13ppt课件 保持温度恒定，以吸附量保持温度恒定，以吸附量qe为纵轴，平衡浓度为纵轴，平衡浓度Ce为横为横图图 吸附等温线的五种类型吸附等温线的五种类型 14ppt课件图图 吸附等温线的五种类型吸附等温线的五种类型 14ppt课件课件 几种常见的吸附等温式几种常见的吸附等温式 水水体体中中常常见见的的吸吸附附等等温温线线有有三三类类，即即Henry型型、Freundlich型型、Langmuir型型，简称为简称为H、F、L型。型。15ppt课件 几种常见的吸附等温式几种常见的吸附等温式15ppt课件课件H型（型（Henry）等温式（直线型）等温式（直线型）F型（型（FreundlichFreundlich）等温式）等温式用对数表示：用对数表示：式中：式中：K分配系数分配系数 16ppt课件H型（型（Henry）等温式（直线型）等温式（直线型）F型（型（FreundlicL型（型（LangmuirLangmuir）等温式）等温式 单位表面上达到饱和时的最大吸附量单位表面上达到饱和时的最大吸附量常数常数17ppt课件L型（型（Langmuir）等温式）等温式 单位表面上达到饱和时的最大单位表面上达到饱和时的最大 等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式在许多情况下与实验所用溶质浓度区段有关。在许多情况下与实验所用溶质浓度区段有关。在许多情况下与实验所用溶质浓度区段有关。在许多情况下与实验所用溶质浓度区段有关。当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现H H H H型，当浓度较高型，当浓度较高型，当浓度较高型，当浓度较高时，曲线可能表现为时，曲线可能表现为时，曲线可能表现为时，曲线可能表现为F F F F型，但统一起来仍属于型，但统一起来仍属于型，但统一起来仍属于型，但统一起来仍属于L L L L型的不同区段。型的不同区段。型的不同区段。型的不同区段。18ppt课件 等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式影响吸附的因素影响吸附的因素l溶液的溶液的pHpH值：值：一般情况下颗粒物对重金属的吸附量随一般情况下颗粒物对重金属的吸附量随pHpH值升高而增值升高而增大。当溶液大。当溶液pHpH超过某元素的临界超过某元素的临界pHpH值时，则该元素在溶液值时，则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。中的水解、沉淀起主要作用。l颗粒物的粒度和浓度：颗粒物的粒度和浓度：吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。l温度变化、几种离子共存等温度变化、几种离子共存等。19ppt课件影响吸附的因素溶液的影响吸附的因素溶液的pH值：值：19ppt课件课件l湘江丰西港颗粒物对重金属的吸附作用湘江丰西港颗粒物对重金属的吸附作用20ppt课件湘江丰西港颗粒物对重金属的吸附作用湘江丰西港颗粒物对重金属的吸附作用20ppt课件课件3、沉积物中重金属的释放、沉积物中重金属的释放 (Release of Heavy Metals in Sediment)沉积物中的重金属可能重新进入水体，沉积物中的重金属可能重新进入水体，这是产生二次污染的主要原因。这是产生二次污染的主要原因。不仅对于水生生态系统，而且对于饮用不仅对于水生生态系统，而且对于饮用水的供给都是很危险的。水的供给都是很危险的。21ppt课件3、沉积物中重金属的释放、沉积物中重金属的释放 沉积物中的重金属可能重新进入沉积物中的重金属可能重新进入 1.1.概述概述 溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径。溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径。一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来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。衡量。溶解度小者，迁移能力弱。溶解度大者，迁移能力强。溶解度小者，迁移能力弱。溶解度大者，迁移能力强。溶解反应时常是一种多相化学反应，在固溶解反应时常是一种多相化学反应，在固液平衡体系中，液平衡体系中，一般需用溶度积来表征溶解度。一般需用溶度积来表征溶解度。天然水中各种矿物质的溶解和沉淀作用也遵守溶度积原则。天然水中各种矿物质的溶解和沉淀作用也遵守溶度积原则。二、沉淀和溶解二、沉淀和溶解(Precipitation and Dissolution)22ppt课件 1.概述概述 二、沉淀和溶解二、沉淀和溶解(Precipitation a 2氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物 金金属属氢氢氧氧化化物物沉沉淀淀有有多多种种形形态态，大大部部分分情情况况下下为为“无无定定形形沉沉淀淀”或或具具有有无无序序晶晶格格的的细细小小晶晶体体，具具有有很很高高的的“活活性性”，这这类类沉沉淀淀在在漫漫长长的的地地质质年年代代里里，由由于于逐逐渐渐“老化老化”，转化为稳定的，转化为稳定的“非活性非活性”物质。物质。氧化物氧化物可看成是氢氧化物脱水而成可看成是氢氧化物脱水而成 天天然然水水和和工工业业废废水水中中重重金金属属离离子子的的去去除除，均均属属于于此此类问题。类问题。26ppt课件 2氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物26ppt课件课件 氢氧化物的溶解：氢氧化物的溶解：Me(OH)n(s)=Men+nOH-根据溶度积：根据溶度积：Ksp=Men+OH-n 可转换为：可转换为：Men+=Ksp/OH-n=KspH+n/KWn 两边取对数得：两边取对数得：logMen+=logKsp+nlogH+-nlogKW logMen+=logKsp-npH-nlogKW 根根据据上上式式可可以以给给出出溶溶液液中中金金属属离离子子饱饱和和溶溶解解度度与与pH的的关关系系27ppt课件 氢氧化物的溶解：氢氧化物的溶解：两边取对数得：两边取对数得：27ppt课件课件28ppt课件28ppt课件课件3、碳酸盐、碳酸盐(Carbonates)（以（以CaCO3为例）为例）（1）封闭体系）封闭体系(Closed System for the Atmosphere)CT为常数，为常数，CaCO3的溶解度的溶解度CaCO3=Ca2+CO32-KSP=Ca2+CO32-=10-8.2329ppt课件3、碳酸盐、碳酸盐(Carbonates)（以（以CaCO3为例）（为例）（1 上式中上式中上式中上式中，2 2由由由由pHpH决定，其他均为常数。决定，其他均为常数。决定，其他均为常数。决定，其他均为常数。可以得出可以得出可以得出可以得出CaCa2+2+的饱和平衡值（的饱和平衡值（的饱和平衡值（的饱和平衡值（CaCOCaCO3 3的溶解度）的溶解度）的溶解度）的溶解度）随随随随pHpH变化的关系。变化的关系。变化的关系。变化的关系。对于任何与对于任何与对于任何与对于任何与MeCOMeCO3 3(s)(s)平衡时的平衡时的平衡时的平衡时的MeMe2+2+（溶解度）（溶解度）（溶解度）（溶解度）都可以写出类似方程式，并可给出都可以写出类似方程式，并可给出都可以写出类似方程式，并可给出都可以写出类似方程式，并可给出logMelogMe2+2+对对对对pHpH的曲的曲的曲的曲线图。线图。线图。线图。30ppt课件 上式中，上式中，2由由pH决定，其他均为常数决定，其他均为常数32ppt课件32ppt课件课件（2）开放体系）开放体系(Open System for the Atmosphere)CaCOCaCO3 3暴露在含有暴露在含有COCO2 2的气相中，大的气相中，大气中气中p pCO2CO2固定，溶液中固定，溶液中COCO2 2浓度也相应固浓度也相应固定。得气定。得气-液平衡式：液平衡式：33ppt课件（2）开放体系）开放体系(Open System for the A根据溶度积，平衡时：根据溶度积，平衡时：根据溶度积，平衡时：根据溶度积，平衡时：CaCa2+2+=Ksp/CO=Ksp/CO3 32-2-固液平衡式固液平衡式固液平衡式固液平衡式 综合气液平衡式和固液平衡式，可得综合气液平衡式和固液平衡式，可得综合气液平衡式和固液平衡式，可得综合气液平衡式和固液平衡式，可得 由此绘出由此绘出由此绘出由此绘出logC-pHlogC-pHlogC-pHlogC-pH图图图图34ppt课件由此绘出由此绘出logC-pH图图34ppt课件课件35ppt课件35ppt课件课件 难溶盐在天然水体中存在一系列难溶盐在天然水体中存在一系列沉淀溶解平衡，各组分在一定条件沉淀溶解平衡，各组分在一定条件下的浓度与难溶盐的溶度积和碳酸平下的浓度与难溶盐的溶度积和碳酸平衡有关。衡有关。36ppt课件 难溶盐在天然水体中存在一系列难溶盐在天然水体中存在一系列36ppt课件课件（一）（一）水体中氧化水体中氧化-还原平衡的意义还原平衡的意义 水水体体中中物物质质的的转转化化、性性质质与与水水体体的的氧氧化化-还还原原类类型型、反应趋势、反应速率密切相关。反应趋势、反应速率密切相关。例例如如，一一个个厌厌氧氧性性湖湖泊泊，湖湖下下层层的的元元素素都都以以还还原原态态形形态态存存在在：碳碳还还原原成成-4价价形形成成CH4；氮氮形形成成NH4+；硫硫形形成成H2S；铁形成可溶性；铁形成可溶性Fe()。而而表表层层水水中中由由于于可可以以和和大大气气中中的的氧氧平平衡衡，成成为为相相对对氧氧化化性性的的介介质质，如如果果达达到到热热力力学学平平衡衡时时，则则上上述述元元素素将将以以氧氧化化态态存存在在：碳碳成成为为CO2；氮氮成成为为NO3-；铁铁成成为为Fe(OH)3沉淀；硫成为沉淀；硫成为SO42-。显然这种变化对水生生物和水质影响很大。显然这种变化对水生生物和水质影响很大。三、氧化三、氧化-还原还原(Oxidation and Reduction)37ppt课件（一）水体中氧化（一）水体中氧化-还原平衡的意义还原平衡的意义 水体中物质的转化水体中物质的转化（二）（二）氧化还原电位和电子活度氧化还原电位和电子活度1、氧化还原电位、氧化还原电位 物质的氧化性或还原性取决于其氧化还原电位，物质的氧化性或还原性取决于其氧化还原电位，对于电对对于电对 Ox+ne Red 根据根据Nernst方程式，上述半反应可写成：方程式，上述半反应可写成：=0 =0 298.15K 电极电位越高的氧化剂氧化能力越强，电极电位越低的还原剂还原能力越强电极电位越高的氧化剂氧化能力越强，电极电位越低的还原剂还原能力越强38ppt课件（二）（二）氧化还原电位和电子活度氧化还原电位和电子活度1、氧化还原电位、氧化还原电位38ppt课课2 2、电子活度的概念、电子活度的概念、电子活度的概念、电子活度的概念 环环境境的的氧氧化化还还原原特特性性不不仅仅可可以以用用氧氧化化还还原原电电位位 和和 0来表示，更常用来表示，更常用pE和和pE0来表示。来表示。pE和和pE0的定义的定义pH pH 酸酸碱碱反反应应和和氧氧化化还还原原反反应应之之间间存存在在着着概概念念上上的的相相似似性性，酸酸和和碱碱是是用用质质子子给给予予体体和和质质子子接接受受体体来来解解释释，故故pH的定义为：的定义为：pH=-lg(aH+)aH+为为氢氢离离子子在在水水溶溶液液中中的的活活度度，它它衡衡量量溶溶液液接接受受或或迁迁移质子的相对趋势。移质子的相对趋势。39ppt课件2、电子活度的概念、电子活度的概念39ppt课件课件 与与此此相相似似，还还原原剂剂和和氧氧化化剂剂可可定定义义为为电电子子给给予予体体和和电电子子接接受受体体，同同样样可可定定义义电电极极反反应应平平衡衡时时电电子子的的活活度度的负对数位的负对数位pE：pE=-lgae ae是水溶液中电子的活度。是水溶液中电子的活度。若体系处于标态若体系处于标态pE0=-lga0e 由由于于aH+可可以以在在好好几几个个数数量量级级范范围围内内变变化化，所所以以pH可以很方便的表示可以很方便的表示aH+。同同样样，一一个个稳稳定定的的水水系系统统的的电电子子活活度度可可以以在在20个个数量级范围内变化，所以可以用数量级范围内变化，所以可以用pE很方便的表示很方便的表示ae。注：注：注：注：pEpEpEpE不是电极电势不是电极电势不是电极电势不是电极电势 或电动势的负对数或电动势的负对数或电动势的负对数或电动势的负对数 40ppt课件 与此相似，还原剂和氧化剂可定义为电子给与此相似，还原剂和氧化剂可定义为电子给Ox+ne Red3、氧化还原电位、氧化还原电位和和pE的关系的关系 对于任何电极反应或电对对于任何电极反应或电对对于任何电极反应或电对对于任何电极反应或电对重要结论：重要结论：重要结论：重要结论：电子活度的本质依然是电子活度的本质依然是电子活度的本质依然是电子活度的本质依然是电极电势电极电势电极电势电极电势,只是在数值上增大到只是在数值上增大到只是在数值上增大到只是在数值上增大到1/0.05911/0.0591倍倍倍倍41ppt课件Ox+ne Red3、氧化还原电位、氧化还原电位和和pE的关系的关系 说明：说明：1、pE与与pH不不同同，pE和和之之间间的的数数值值的的关关系系不不是是负负对对数数的关系，而是的关系，而是pE=F/2.303RT(298.15K pE=0.0591).2、pE是是平平衡衡状状态态下下（假假想想）的的电电子子活活度度，它它衡衡量量溶溶液液接接受受或或迁迁移移电电子子的的相相对对趋趋势势。与与pH值值能能表表示示体体系系得得失失质质子子倾倾向向这这一一点点相相似似，pE值值能能表表示示电电对对得得失失电电子子的的倾倾向向，即即pE越越大大，电电子子活活度度越越低低，体体系系接接受受电电子子的的倾倾向向就就越越强强,氧氧化化形形相相对对浓浓度度较较大大，有有较较强强氧氧化化性性，容容易易从从外外界界获获取取电电子子;反反之之，PE越越小小，电电子子活活度度越越高高，体体系系提提供供电电子子的的倾倾向就越强。向就越强。42ppt课件说明：说明：42ppt课件课件3、按按热热力力学学定定义义，标标准准氢氢电电极极处处于于平平衡衡时时，介介质质中中的的电子活度为电子活度为1.0，则，则pE=0.004、在在标标准准态态(298.15K，且且电电对对各各组组分分的的活活度度皆皆等等于于1)下下，各各电电对对氧氧化化还还原原能能力力的的相相对对强强弱弱可可用用 0或或pE0值值的的大小表征大小表征5、0或或pE0值值确确定定各各电电对对氧氧化化还还原原能能力力相相对对强强弱弱后后，同一体系中两电对间的反应按如下箭头所示方向进行：同一体系中两电对间的反应按如下箭头所示方向进行：强氧化剂强氧化剂+强还原剂强还原剂弱氧化剂弱氧化剂+弱还原剂弱还原剂43ppt课件3、按热力学定义，标准氢电极处于平衡时，介质中的电子活度为、按热力学定义，标准氢电极处于平衡时，介质中的电子活度为144ppt课件44ppt课件课件（三）天然水的（三）天然水的pE和决定电位和决定电位(pE in Natrual Water )1、天然水的氧化剂和还原剂、天然水的氧化剂和还原剂 天然水中含有许多无机及有机氧化剂和还原剂。天然水中含有许多无机及有机氧化剂和还原剂。水中主要的氧化剂水中主要的氧化剂有溶解氧、有溶解氧、Fe()、Mn()和和S()，其作用后本身依次转变为，其作用后本身依次转变为H2O、Fe()、Mn()、和、和S(-)。水中主要还原剂水中主要还原剂有种类繁多的有机化合物、有种类繁多的有机化合物、Fe()、Mn()和和S(-)，在还原过程中，有机物的氧化产物非，在还原过程中，有机物的氧化产物非常复杂。常复杂。45ppt课件（三）天然水的（三）天然水的pE和决定电位和决定电位45ppt课件课件2、天然水的、天然水的pE决定电位决定电位 天然水是一个复杂的氧化还原混合体系，其天然水是一个复杂的氧化还原混合体系，其pE应是应是介于其中各个单体系的电位之间，而且接近于含量较介于其中各个单体系的电位之间，而且接近于含量较高的单体系的电位。高的单体系的电位。若某个单体系的含量比其他体系高得多，则此时该若某个单体系的含量比其他体系高得多，则此时该单体系电位几乎等于混合复杂体系的单体系电位几乎等于混合复杂体系的pE，称之为，称之为“决决定电位定电位”。在一般天然水环境中，溶解氧是在一般天然水环境中，溶解氧是“决定电位决定电位”物质，物质，而在有机物累积的厌氧环境中，有机物是而在有机物累积的厌氧环境中，有机物是“决定电位决定电位”物质物质，介于二者之间者，则其，介于二者之间者，则其“决定电位决定电位”为溶解为溶解氧体系和有机物体系的结合。氧体系和有机物体系的结合。46ppt课件2、天然水的、天然水的pE决定电位决定电位46ppt课件课件水的氧化还原限度（水的水的氧化还原限度（水的pEpEpHpH图）图）绘制水的绘制水的pEpEpHpH图图pE=0.0591 假假定定条条件件（区区域域边边界界）：选选作作水水的的氧氧化化限限度度的的边边界界条条件件是是1.00atm1.00atm的的氧氧分分压压，水水的的还还原原限度的边界条件是限度的边界条件是1atm1atm的氢分压。的氢分压。根根据据这这些些边边界界条条件件可可以以得得到到水水的的稳稳定定边边界界PEPE和和pHpH的关系图。的关系图。47ppt课件水的氧化还原限度（水的水的氧化还原限度（水的pEpH图）图）47ppt课件课件水的氧化限度水的氧化限度（PO2=1atm）：暴露于大气的水能按如下反应被氧化暴露于大气的水能按如下反应被氧化1/4 O2+H+e 1/2 H2O pE0=+20.75水的还原限度水的还原限度（PH2=1atm）：对于水体底质中所含水来说，可能在对于水体底质中所含水来说，可能在强烈还原氛围中按如下反应被还原强烈还原氛围中按如下反应被还原2H2O+2e H2+2OH-,这个反应相当于这个反应相当于H+e 1/2H2 pE0=0.0 pE=pE0+logH+pE=-pH水的水的水的水的pEpEpEpEpHpHpHpH图图图图结论：水的氧化限度以上区域为结论：水的氧化限度以上区域为结论：水的氧化限度以上区域为结论：水的氧化限度以上区域为O O O O2 2 2 2稳定区，还原限稳定区，还原限稳定区，还原限稳定区，还原限度以下的区域为度以下的区域为度以下的区域为度以下的区域为H H H H2 2 2 2稳定区，在两个限度之间的稳定区，在两个限度之间的稳定区，在两个限度之间的稳定区，在两个限度之间的H H H H2 2 2 2O O O O是稳定的，也是水质各化合态分布的区域是稳定的，也是水质各化合态分布的区域是稳定的，也是水质各化合态分布的区域是稳定的，也是水质各化合态分布的区域48ppt课件水的氧化限度（水的氧化限度（PO2=1atm）：水的）：水的pEpH图结论：水的图结论：水的 从上面计算可以看到，天然水的从上面计算可以看到，天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低，因而表层随水中溶解氧的减少而降低，因而表层水呈氧化性环境，深层水及底泥呈还原水呈氧化性环境，深层水及底泥呈还原性环境，同时天然水的性环境，同时天然水的pE随其随其pH减少减少而增大。而增大。49ppt课件 从上面计算可以看到，天然水的从上面计算可以看到，天然水的pE随水中溶解随水中溶解 经过调查，各类天然水经过调查，各类天然水pE及及pH情况如图所示。此图情况如图所示。此图反映了不同水质区域的氧化反映了不同水质区域的氧化还原特性。还原特性。氧化性最强的是上方同氧化性最强的是上方同大气接触的富氧区，这一区大气接触的富氧区，这一区域代表大多数河流、湖泊和域代表大多数河流、湖泊和海洋水的表层情况；海洋水的表层情况；还原性最强的是下方富还原性最强的是下方富含有机物的缺氧区，这区域含有机物的缺氧区，这区域代表富含有机物的水体底泥代表富含有机物的水体底泥和湖、海底层水情况。和湖、海底层水情况。在这两个区域之间的是在这两个区域之间的是基本上不含氧、有机物比较基本上不含氧、有机物比较丰富的沼泽水等。丰富的沼泽水等。50ppt课件 经过调查，各类天然水经过调查，各类天然水pE及及pH情况如图所示。此图反映情况如图所示。此图反映（四）（四）无机铁的氧化还原转化无机铁的氧化还原转化 天然水中的铁主要以天然水中的铁主要以Fe(OH)3(s)或或Fe2+形态存形态存在。在。铁在铁在高高pE水中将从低价氧化成水中将从低价氧化成高价态高价态或较高或较高价态，而在低的价态，而在低的pE水中将被还原成低价态或与其水中将被还原成低价态或与其中硫化氢反应形成难溶的硫化物。中硫化氢反应形成难溶的硫化物。现以现以Fe3+Fe2+H2O体系为例，讨论不同体系为例，讨论不同pE对铁形态浓度的影响。对铁形态浓度的影响。51ppt课件（四）（四）无机铁的氧化还原转化无机铁的氧化还原转化51ppt课件课件53ppt课件53ppt课件课件课课后后思思考考与与作作业业1.熟悉水体中常见的三种吸附等温线；熟悉水体中常见的三种吸附等温线；2.以以CaCO3为例，掌握为例，掌握封闭体系、开放体系溶封闭体系、开放体系溶解度随解度随pHpH的变化情况。的变化情况。3.什么是电子活度什么是电子活度pE?它与它与pH有何区别？以有何区别？以pE来说明一垂直湖面随湖的深度增加氧化还原来说明一垂直湖面随湖的深度增加氧化还原性所起的变化；性所起的变化；54ppt课件课后思考与作业课后思考与作业1.熟悉水体中常见的三种吸附等温线；熟悉水体中常见的三种吸附等温线；54p