单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,（3）天然水的缓冲能力,缓冲溶液能够抵御外界的影响，使其组分保持一定的稳定性，pH缓冲溶液能够在一定程度上保持pH不变化。,天然水体的pH值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH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。,一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH值也有着重要作用。,但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。,对于碳酸水体系，当pH8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH值可由下式确定：,（3）天然水的缓冲能力,1,如果向水体投入B量的碱性废水时，相应由B量H,2,CO,3,*,转化为HCO,3,-,，水,体pH升高为pH,则：,水体中pH变化为pH=pH-pH，即：,由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是HCO,3,-,，因此经常情况下，可以把HCO,3,-,作为碱度。若把HCO,3,-,作为水的碱度，H,2,CO,3,*,作为水中游离碳酸CO,2,，就可推出：,B=碱度10,pH,-1/(1+K,1,10,pH+pH,),pH即为相应改变的pH值。,如果向水体投入B量的碱性废水时，相应由B量H2CO,2,在投入酸量A时，只要把pH作为负值，A=-B,也可以进行类似计算。,举例,：在一个pH为6.5、碱度为1.6mmol/L的水体中，用NaOH进行碱化，需多少碱能使pH上升至8.0?,解：pH=8-6.5=1.5,pH=6.5,碱度=1.6mmol/L,所以B=碱度10,pH,-1/(1+K,1,10,pH+pH,),=1.6（10,1.5,-1）/(1+10,-6.35,10,6.5+1.5,),=1.6（10,1.5,-1）/45.668,=1.08 mmol/L,在投入酸量A时，只要把pH作为负值，A=-B,也可以,3,许多化学和生物反应都属于酸碱化学的范畴，以化学、生物化学等学科为基础的环境化,学也自然要经常需要应用酸碱化学的理论。,酸碱无时无刻都存在于我们的身边，食醋、苏打以及小苏打等都是生活中最常见的酸和碱，一些学者认为弱碱性的水更有利于人类的健康。,酸碱反应一般能在瞬间完成，pH值是体系中最为重要的参数，决定着体系内各组分的,相对浓度。在与沉积物的生成、转化及溶解等过程有关的化学反应中，pH值往往能决定转化过程的方向。,天然水体pH值一般在69的范围内，所以在水和废水处理过程中，水体酸碱度的观测是一个首先必须考虑的指标之一。,在天然水环境中重要的,一元酸碱体系,有HCN-CN,、NH,4,+,NH,3,等，,二元酸碱体系,有H,2,S-HSS,2,、H,2,SO,3,HSO,3,SO,3,2,、H,2,CO,3,HCO,3,CO,3,2,等，,三元酸碱体系,有：H,3,PO,4,H,2,PO,4,HPO,4,2,PO,4,3,等。,许多化学和生物反应都属于酸碱化学的范畴，以化学、生物化学等学,4,酸碱质子理论,事物都有其认识和发展的过程，酸碱化学基础理论亦如此。在酸碱化学理论发展过程中存在着如下的几种理论：酸碱电离理论、质子理论。,电离理论至今仍普遍应用于水环境化学的领域中，但由于电离理论把酸和碱只限于水溶液，又把碱限制为氢氧化物等，使得该理论对于一些现象不能够很好的解释。,由Brosted和Lowry于1923年提出的酸碱质子论是各种酸碱理论中较适于水化学的一种理论。根据质子酸和质子碱的定义：凡是能释放出质子的任何含氢原子的物质都是酸，而任何能与质子结合的物质都是碱。例如，在下列反应中,HF+H,2,OH,3,O,+,+F,当反应自左向右进行时，HF起酸的作用(是质子的给予体)，H,2,O起碱的作用(质子的受体)。如果上述反应逆向进行，则应将H,3,O,+,视为,酸碱质子理论,5,酸，F,则为碱。HF-F,和H,2,OH,3,O,+,实质上是两对共轭酸碱体。而在下列酸碱反应中,H,2,O+NH,3,OH,+NH,4,+,当反应自左向右进行时，H,2,O起了酸的作用(是质子的给予体)，NH,3,起碱的作用(是质子的受体)。如果上述反应逆向进行，则应将NH,4,+,视为酸，OH,则为碱。NH,3,NH,4,+,实质上是一对共轭酸碱体。,上面两反应写成一般形式，可以表达为,酸,1,+碱,2,碱,1,+酸,2,从酸碱质子理论看来，任何酸碱反应，如中和、电离、水解等都是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应。,酸，F则为碱。HF-F和H2OH3O+实质上是两,6,酸和碱的强度,醋酸CH,3,COOH(简称HAc)是典型的一元酸，HAc水溶液体系中存在着如下的离解,反应平衡，其电离平衡反应为：,HAc+H,2,OH,3,O,+,+Ac,，Ka称为酸平衡常数。,已经离解的HAc的百分数，称为弱酸的电离度，常以表示。如果以HAc表示,HAc的原始浓度，以Ac,表示已离解HAc的浓度，则定义为：=,100%。,以氨的水溶液作为一元弱碱的例子进行简要介绍，氨的水溶液中存在着如下的,电离平衡反应，其电离平衡反应为：,NH,3,+H,2,ONH,4,+,+OH,，K,b,称为碱平衡常数。,酸和碱的强度,7,需要说明的是，准确的酸碱平衡常数要靠活度计算，但是在一般的,稀溶液中，基本上可以用浓度来代替。,碱的强弱分别采用酸电离常数K,a,和碱电离常数K,b,来表达。用通,式表示为：,HA+H,2,OH,3,O,+,+A,A,+H,2,OHA+OH,为应用方便，一般采用pK,a,，pK,b,来表示酸碱电离常数：pK,a,=lgK,a,，pK,b,=lgK,b,K,a,数值越大或pK,a,数值越小，表明HA的酸性越强。K,b,数值越大或pK,b,数值越小表明A,的碱性越强。一般规定pKa0.8者为强酸，pK,b,K,2,，HS,电离程度要比H,2,S小的多，水的电离也很小，所以可以近似得出：,xy，x-yx,xz,x+y+zx,所以由（1）可以得到,x,2,/(0.2-x)=,1.3210,-7,所以x=H,3,O,+,=,1.610,-4,mol/L,pH=3.8,由（2）可以得到xy/x=,7.110,-15,所以y=S,2-,=,7.110,-15,mol/L,由（3）可以得到xz=,1.010,-14,所以z=OH,-,=,6.310,-11,mol/L,由平衡常数的定义有：,11,（5）酸碱化学理论在水处理中的应用,工业废水带有很多酸碱性物质，这些废水如果直接排放，就会腐蚀管道，损害农作物、鱼类等水生生物、危害人体健康，因此处理至符合排放标准后才能排放。酸性废水主要来自钢铁厂、电镀厂、化工厂和矿山等，碱性废水主要来自造纸厂、印染厂和化工厂等，在处理过程中除了将废水中和至中性pH值外，还同时考虑回收利用或将水中重金属形成氢氧化物沉淀除去除。,对于酸性废水，中和的药剂有石灰、苛性钠、碳酸钠、石灰石、电石渣、锅炉灰和水软化站废渣等。例如，德国对含有1硫酸和1-2硫酸亚铁的钢铁酸洗废液，先经石灰浆处理到pH=9-10，然后进行曝气以帮助氢氧化亚铁氧化成氢氧化铁沉淀，经过沉降，上层清液再加酸调pH值至7-8，使水可以重复使用。,对于碱性废水，可采用酸碱废水相互中和、加酸中和或烟道气中和的方法处理，因为烟道气中含有CO,2,，SO,2,，H,2,S等酸性气体，故利用烟道气中和碱性废水是一种经济有效的方法。例如，印染,（5）酸碱化学理论在水处理中的应用,12,废水(一般碱性)常采用加酸的方法处理。常用的酸有硫酸和盐酸，其中工业硫酸价格较低，应用较多。,在用强酸中和碱性废水时，当水的缓冲强度较小时，pH难于控制，英国采用CO,2,取代工业硫酸，取得很好的效果。在造纸、化工、纺织和食品行业等许多工艺过程中，会产生碱性的废液。英国传统上用无机酸(如硫酸和盐酸)中和，符合排入河流及下水道的要求(pH值的允放范围为5-9)，然而，这类无机酸的酸性强，难以进行严密的工艺管理。不能保证有效稳定运行。使用二氧化碳调节废水的pH值，目前尚未被人们广泛认识，但将会逐渐普及。二氧化碳的费用较无机酸更为低廉，还有许多优点：安全、灵活、可靠、易操作和便于工艺管理。主要包括以下几方面。,安全,CO,2,与无机酸相比危险性低，腐蚀性小。不需设置隔离墙、眼睛冲洗及其他安全冲洗站，而且液态CO,2,不易泄漏。CO,2,的另一个优点是大量超剂量不会造成灾害。但需有良好的通风条件。,废水(一般碱性)常采用加酸的方法处理。常用的酸有硫酸和盐酸，,13,操作简便,CO,2,能自动地从储藏容器中分布到各注入点。它不同于无机酸，在使用前不需稀释。,改善工艺流程,使用CO,2,中和时，pH值曲线变化缓慢，与之相反，用H,2,S0,4,中和时曲线在pH=10-7迅速下降(几乎为垂直)。这是无机酸的特点，因为它破坏了水的自然缓冲能力。可见用无机酸准确地控制pH值通常是困难的，而用CO,2,可以使pH值下降速率达到较平稳的状态。,设备效率高,因为CO,2,系统可移动部件少，不用计量泵，维修方便，可靠性也高。气态CO,2,无腐蚀性，所以该系统可长期稳定地运转。,有利于环境,在水中，CO,2,由植物、鱼类等呼吸作用产生，仅对水的酸度产生影响。它不增加对环境有额外影响的阴子，如SO,4,2-,、Cl,-,等。,费用低,商品CO,2,不是制造的，而是从废气中获得的，而是一种,操作简便 CO2能自动地从储藏容器中分布到各注入点。它不同,14,较纯的可循环的产品。而无机酸如商品H2S04按质量计有效成分一般为77-98，HCl为3336。CO,2,在英国的价格大约与硫酸相同。由于CO,2,消耗量低，具有节约开支的潜力。,4、天然水的水质,水质指标,l,水质、水量和水能,是度量水资源可利用价值的三个重要指标。,对于环境化学的研究，水质指标是最重要的。,水质指标,指水样中除水分子外所含杂质的种类和数量或浓度。,天然水(也兼及各种用水、废水)的水质指标，可分为物理、化学、生物、放射性四大类。,物理指标：水温，pH值、色度、浊度、悬浮物,化学指标：硫酸盐、氯化物、总铁(TFe)、总砷(TAs)、总锌(TZn)、总氮(TN)、总磷（TP）、总铅（TPb）、总氰化物,较纯的可循环的产品。而无机酸如商品H2S04按质量计有,15,（TCN）、溶解氧、电导率、硬度、碱度、CODMn(高锰酸盐法)、CODcr（重铬酸钾法）、BOD,5,、BOD,20,、TOD(总需氧量)、TOC。,生物指标：细菌总数、藻类、总大肠杆菌。,放射性指标：放射性物质浓度水平（,60,Co（钴）、,90,Sr（锶）、,106,Rn（氡）、,137,Cs(铯)）。总放射性（Bq/L）、总放射性（Bq/L）,水质标准,目前我国有地表水环境质量标准、地下水环境质量标准、海水环境质量标准、生活饮用水卫生标准、景观娱乐用水水质标准、农田灌溉水质标准、渔业水质标准、饮用天然矿泉水标准、污水综合排放标准。,需要了解一下地面水环境质量标准中的分类,类：,适用于源头水、国家自然保护区；,（TCN）、溶解氧、电导率、硬度、碱度、CODMn(高锰酸盐,16,类：,适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保,护区、鱼虾产卵场；,类：,适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；,类：,适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；,类：,适用于农业用水区及一般景观要求水域。,类：适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保,17,三、水体污染和自净,1、水体污染与自净,水体污染,由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。,水体自净,指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用