第04章--水污染与农业-第2节 天然水基本特征及污染物存在形态-2012-3-20.ppt

第二节 天然水基本特征及污染物存在形态 一、天然水的基本特征 已知O2在干燥空气的含量为20.95%，水在25oC时的蒸汽压为3.167×103 Pa，O2的亨利常数为1.26×10-8 mol·L-1·Pa-1(25oC),求O2在水中的溶解度。 解 O2的分压： Po2=(1.013 3-0.031 67)×105 Pa×20.95%=2.057×104 Pa O2在水中与空气中O2达到平衡的浓度为 [O2(aq)]=KH Po2=1.26 ×10-8 mol·L-1·Pa-1×2.057×104 Pa =2.6×10-4 mol·L-1 O2的摩尔质量为32 g·mol-1,因此其溶解度为 = 32 g·mol-1×2.6×10-4 mol·L-1 = 8.32 g· L-1 举例：自然情况下的水体 [H2CO3*]≈[CO2(aq)]=KHPCO2=10-5molL-1 在lgC—pH图上：lg[H2CO3*]= -5 由[HCO3-]以及pK1=6.35得： [HCO3-]= 在lgC—pH图上：lg[HCO3-]=pH-11.3 由[CO32-]及pK2=10.33得： [CO32-]= 在lgC—pH图上：lg[CO32-]=2pH-21.6 ③碳酸平衡应用的实例 某条河流的pH=8.3,总碳酸盐的含量CTC=3×10-3molL-1。现在有浓度为1×10-2 molL-1的硫酸废水排入该河流中.按照有关标准,河流pH不能低于6.7以下,问每升河水中最多能够排入这种废水多少毫升？ 解：由于酸碱反应十分迅速，可以用封闭体系的方法进行计算： pH=8.3时，河水中主要的碳酸盐为HCO3-，可以假设 [HCO3-]=CTC=3×10-3 molL-1。 如果排入酸性废水，则将会使河水中的一部分HCO3-转化为H2CO3*，即有反应： HCO3-+H+→H2CO3* 当河水的pH=6.7时，河水中主要的碳酸盐类为HCO3-和H2CO3*。 ∵ K1= =10-6.35, ∴ =100.35=2.24 ∴ α0= =0.31 ∴ [H2CO3*]=α0 CTC=0.31×3×10-3molL-1 =0.93×10-3molL-1 加酸性废水到pH=6.7，有0.93×10-3molL-1的H2CO3*生成，故每升河水中要加入0.93×10-3 mol的H+才能满足上述要求，这相当于每升河水中加入浓度为1×10-2molL-1的硫酸废水的量V为： V=0.93×10-3mol/(2×1×10-2molL-1) =0.0465L=46.5mL。 因此相当于每升河水中最多加入酸性废水46.5mL。 举例1：我们说碱度和pH是两个不同的概念 pH反应是水中H+的活泼程度，而碱度是能够与强酸发生中和作用的全部物质总量。 例如摩尔浓度相同的NaOH和NaHCO3与同一浓度的HCl溶液反应。 NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2 NaOH+HCl=NaCl+H2O 二者消耗的HCl是相同的，也就是说二者的碱度是相同的，但是他们的pH肯定不相同。 举例2：水的碱度对于水处理 通常，在水处理中需要知道水的碱度，常用铝盐作为絮凝剂去除水中的悬浮物： Al3++3OH-=Al(OH)3(s)。 胶体状的Al(OH)3(s)在带走悬浮物的同时，也除去了水中的碱度，为了不使处理效率下降，需要保持水中一定的碱度。 一般说来，高碱度的水具有较高的pH和较多的溶解固体。 举例3：碱度与生物量之间也存在着关系 简单用下式表示： CO2+H2O+hv(光能)→{CH2O} +O2 HCO3-+H2O+hv(光能)→{CH2O}+OH-+O2 所以在藻类大量繁殖时，水中CO2消耗很快，以至于不能保持与大气CO2的平衡，此时水中HCO3-代替CO2参与光合作用，造成水中的pH会很高，碱度也很高，甚至大于10。 例2 若水体的pH为10.0, 碱度仍为1.00×10-3 mol/L时，如何求H2CO3*、HCO3- 、CO32-形态物质的浓度？ 在这种情况下，对碱度的贡献是由CO32-及OH-同时提供，总碱度可表示如下： [碱度]=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]=1.00×10-3 m