第二章 水体环境化学.ppt

青草沙，是中国长江河口的一个冲积沙洲，位于长兴岛的西北方，属上海崇明县管辖。原名固定沙，1986年定为现名。青草沙拥有大量优质淡水，2006年9月1日，在中国工程院的倡议下，上海市政府决定将青草沙建设成为上海的水源地，以改变目前上海80%以上自来水源取自黄浦江的格局，全部工程将于2010年完工。青草沙总面积约70平方公里，位于长江口长兴岛以北，年均径流总量为4896亿立方米，是黄浦江的49倍。青草沙水源地位于长江口江心部位，不受陆域排污的干扰，水体水质属于一类至二类。水量丰富、水质优良，使青草沙成为上海市难得的优良水源地和城市供水的战略储备。 保护水资源不受污染是水环境化学的主要研究方向. 近年来的研究方向主要有:以化学平衡为主的热力学研究方向和研究物理化学过程的速率及反应机制的动力学研究方向. 2-1 水的环境属性 一.水与生命 人类的生存离不开水． ●成人的身体70％的成份由水组成，儿童体内的水则占80％。一个70公斤重的人，水大约占50公斤的比重。 ●人的一切生命活动都需有水参与。 ●每人每天体内要有7至8升水需更新，身体中的水一周左右就要更新一次。 ●每人每天要摄入2至3升的水，1年要摄入700至1000升的水。 如果人体内的水分不能正常排出，有毒物质和垃圾就会在体内积累，人体就会浮肿； 如果人体内的含水量比正常值减少l％～2％或者0.5～1L时，人就会感到口渴； 当体内水分减少5％或者2～5 L时，皮肤就会起皱，口腔干涸．人的意识出现模糊； 当体内失水14％～15％或者7～8 L时，人就会丧失生命。 当人饥饿或者不能进食时，只要有足够的水分就可以勉强维持生命。 成年人在断粮不断水的情况下，可以忍耐40天之久；而在断粮又断水的情况下，至多只能忍耐 3～7天。 生命起源于水. 1953年，美国芝加哥大学的一位年轻的博士研究生米勒（S.L.Miller）根据奥巴林20年代提出的理论观点，成功地模拟了原始地球大气的条件下氨基酸产生的过程。他把一个专门设计的密封玻璃容器事先抽成真空，并在130 ℃高温消毒18小时，放入200毫升水，然后通入CH4、NH3、H2，使它们的比例和科学家认为的原始大气的组成基本相同，接着就在加热的条件下，模拟地球闪电的自然条件连续进行火花放电，并在实验过程中随时进行取样分析，结果在八天后，装置中的液相由无色变为黄色，并有黄棕色沉淀。 经分析，形成的物质有甲酸（HCOOH）、甘氨酸（HNCHCOOH）、乙醇酸（HOCHCOOH）、乳酸（CHCHOHCOOH）、丙氨酸（CHCHNHCOOH）、丙酸（CHCHCOOH）、乙酸（CHCOOH）（CHCHCOOH）,还有痕量的谷氨酸和天门冬氨酸，总共有11种氨基酸。这就有力地证明了化学进化过程是生命起源过程中最重要的一环。 现今75岁的米勒 按照生命起源的理论，生命的化学进化应是在海洋中进行的，这也有着大量的证据。 以人体为例，海水中的10 种主要元素中，有9种也是人体中的主要元素。 还有动物体液的PH值也和海水相类似，海水PH值大约是在7.5～8.3左右，而动物的体液包括人的血清在内约是在7.1～7.7左右。（注意：人的血清PH值不能低于7.0，如不幸达到6.9，就会成为植物人，再低，则会死亡。） 二.水的来源 在地球上的水形成之后，无论是水量还是水质都经历了漫长的演变过程。 在数量上；据科学家们估计，大约在35亿年之前，地球表层的水量只有目前的1/10。在以后的漫长地质过程中，水还不断地从地球内部溢出，使地球表面的水量不断增加，直到今天的地球水量。据估计地球内部的化合水的质量大约有130～150亿立方公里，源源不断地从火山口和地壳裂缝中升上地面。 在水质上，原生水的水质和化学成分与现代水体的水质也有很大差别。科学家们认为，35亿年以前的原生海水水质呈强酸性，在距今35亿～26亿年间，酸性的水溶液与硅酸盐作用，使水的酸性得到某种程度中和，使水体酸性减弱并且含有了大量的氯化物。在距今26亿～10亿年间，由于各种藻类的出现并大量繁殖的生物作用，使水中又增添了碳酸盐和硫酸盐。 从距今10亿年到现在，在生物作用不断增强的情况下，海水的PH值迅速增加，井开始呈现碱性，变成了主要含有氯化物和硫酸盐的现代海水。 主要循环途径有:蒸发、凝结、降水、渗透、径流。 水的循环调节了气候和生态平衡,也帮助了物质的循环和能量的交换。 自然循环:占地球总水量0.031% 社会循环:占地球总水量仅数百万分之一. 由于水的循环而形成的水体的更新的时间有着巨大的差异: 极地冰川 一万年\ 大洋2500年\ 高山冰川1600年\ 深层地下水1400年\ 湖泊 平均17年\ 沼泽5年\ 土壤水1年\ 河水16天\ 大气水8天\