《水环境化学》教学大纲

Water Environmental Chemistry

课程编码： 21A43002 学分： 2.5 课程类别：专业课（必修课）

计划学时： 40 其中讲课： 40 实验或实践： 0 上机：0

适用专业：水文与水资源工程

推荐教材：吴吉春，《水环境化学》，中国水利水电出版社，2009年。

参考书目：戴树桂，《环境化学》，高等教育出版社，2006。

陈静生，《水环境化学》，高等教育出版社，1987年。

课程的教学目的与任务

本课程的教学目的是使学生通过对本课程的学习，全面掌握天然水的组成、性质和主要污染物、污染物在天然水体中进行的物理、化学和生物过程，包括化学平衡、界面、微生物化学、光化学等过程的基本原理，并能够进行相关的推导计算，使学生具备一定的处理实际水环境问题的思路、方法和技术。

课程的基本要求

1、掌握水环境的基础理论知识，包括天然水的组成、性质及天然水的污染和天然水中的主要污染物等内容；

2、掌握污染物在天然水中进行的物理、化学和生物过程，包括化学平衡、界面、微生物化学、光化学等过程的基本原理，并能够进行相关的推导计算；

3、了解各类水质模型的基本原理和应用范围，使学生具备一定的处理实际水环境问题的思路、方法和技术。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议

第一章 地球上的水 建议学时：2

[教学目的与要求] 了解地球上的水资源分布及现状、水分在地球上的运动循环过程及水环境与生态的关系。

[教学重点与难点] 重点：水资源污染现状

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 地球上的水资源分布

一、地球上的水分布

二、我国的水资源现状

三、水资源危机

四、水体污染使水资源更加短缺

第二节 水—生命之源

一、水的起源

二、水是生命之源

第三节 水循环

一、自然界的水循环

二、环境变化下的水循环

第四节 水环境与生态

一、水的环境属性

二、水环境与生态

第二章 天然水的组成与性质 建议学时：5

[教学目的与要求]明确天然水体的类别和基本组成。了解天然水的演化及特征及各种类别天然水系的物理化学特征；掌握地表水溶质成分的形成过程及其影响因素。

[教学重点与难点] 重点掌握天然水的组成及性质

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 水的分子结构与性质

一、水的分子结构

二、水的基本性质

三、水的分子结构与性质的关系

第二节 天然水的组成与分类

一、天然水的组成

二、天然水体中化学物质的存在形态

三、天然水的分类

第三节 天然水的演化及其特征

一、天然水的物理化学特征

二、天然水的演化

第三章： 天然水的污染及其主要污染物 建议学时：5

[教学目的与要求] 明确天然水中的主要污染物及其来源和水质相关标准。

[教学重点与难点] 水体中有机污染物消耗氧量的指标

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 天然水的污染

一、水污染

二、水污染来源

三、水污染对人体健康的影响

第二节 天然水中的主要污染物

一、耗氧污染物

二、营养物质

三、有毒有机污染物

四、微量金属和类金属污染物

五、有机金属化合物

六、放射性污染物

七、水环境优先控制污染物

第三节 天然水的水质标准

一、水质指标

二、水质标准和水质分析

三、水质类别和水质指数

第四章： 天然水中的化学平衡 建议学时：8

[教学目的与要求] 掌握天然水中气体溶解平衡和酸碱平衡、溶解和沉淀、配合作用和氧化还原过程中的基本原理和平衡计算。

[教学重点与难点] 掌握平衡计算及建立相关关系式

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 天然水中的气体溶解平衡

一、亨利定律

二、氧在水中的溶解

三、二氧化碳在水中的溶解

四、二氧化硫在水中的溶解

五、一氧化氮和二氧化氮在水中的溶解

第二节 天然水中的额酸碱平衡

一、天然水的酸碱性

二、酸—碱体系的特性

三、碳酸平衡

四、酸度和碱度

第三节 水环境中的溶解和沉淀作用

一、溶解沉淀动力学过程

二、各类无机物的溶解度

三、水溶液中不同固相的分级沉淀

四、影响溶解度的因素

五、水环境中物质的沉积过程

第四节 水环境中的配合作用

一、水环境中常见的配位体和配合物

二、配合物的稳定性

三、羟基对重金属离子的配合作用

四、氯离子对重金属离子的配合作用

五、腐殖质的配合作用

六、有机配体对重金属迁移的影响

第五节 天然水中的氧化还原平衡

一、天然水中的氧化还原反应和平衡

二、水体氧化还原反应的类型

三、电子活度和氧化还原电位

四、氧化还原平衡

作业题：习题4-6、4-12、4-15、4-27、4-29、4-35、4-36

第五章 水环境中的界面过程 建议学时：5

[教学目的与要求] 了解天然水体中的胶体物质类型和性质，掌握颗粒物在水环境中的吸附作用、吸附机制及影响吸附的主要因素。掌握水环境污染物在悬浮物、沉积物和水之间的分配过程，在生物体内的浓缩过程及挥发过程。

[教学重点与难点] 吸附作用、分配作用

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 水体中的固相物质

一、天然水中的沉积物

二、天然水中的胶体物质

第二节 固液界面的吸附过程

一、胶体粒子的性质

二、固体界面的吸附过程

第三节 水—固体系中的分配作用

一、分配作用

二、生物水间的生物浓缩系数

第四节 挥发作用

第六章 水环境中的微生物化学过程 建议学时：5

[教学目的与要求] 了解天然水体中的主要微生物生境及为生物特征，掌握有机污染物在水体中的生物降解。掌握天然水体中的生物自净过程及水体中金属的微生物转化。

[教学重点与难点] 有机物的微生物降解途径、生物自净过程、汞的微生物转化

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 天然水体中的微生物生境

一、浮游生物环境

二、底栖生物生境

第二节 天然水环境的微生态特征

一、淡水环境

二、河口水环境

三、海水

四、地下水

第三节 有机污染物在水体中的生物降解过程

一、有机化合物的生物降解

二、主要有机污染物的微生物降解途径

第四节 天然水体中的生物自净过程

第五节 水体中金属的微生物转化

一、铁的氧化和还原

二、锰的氧化和还原

三、汞的氧化、还原和甲基化

四、砷的氧化、还原和甲基化

五、硒的氧化、还原和甲基化

六、其他重金属的微生物转化

第七章 水环境中的光化学过程 建议学时：5

[教学目的与要求] 了掌握天然水中光化学反应的基本特征、机理及其效应和影响因素；掌握天然水中过氧化氢和溶解性腐殖质的光化学反应基本特征、机理及其效应和影响因素。

[教学重点与难点] 光化学反应机理及影响因素

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 天然水中的光化学过程

一、主要活性物质生成的光化学过程

二、天然水系统光化学过程发生的机制

三、天然水中有机化合物的光氧化降解

第二节 天然水中阳离子的光化学反应

一、Fe的光化学反应

二、Mn的光化学反应

三、Cu的光化学反应

四、Hg的光化学反应

第三节 天然水中的过氧化氢及其光化学反应

一、天然水中过氧化氢生成的影响因素

二、天然水中过氧化氢的光化学反应

第四节 天然水中溶解性腐殖质的光化学反应

一、腐殖质的自身光解

二、腐殖质的光敏化反应

三、影响腐殖质光化学反应的因素

第五节 水环境中石油烃的光化学反应

一、光化学氧化降解机理

二、光化学氧化产物

三、光化学氧化动力学

第八章 水环境化学的主要研究方法 建议学时：5

[教学目的与要求] 了解水环境化学研究中常用的几种方法和手段，掌握野外调查、实验模拟和水质模型、QSAR模型和水环境遥感的基本内容及特点。

[教学重点与难点] 选野外调查、实验模拟和水质模型。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅

[授 课 内 容]

第一节 野外调查研究

一、采样点的布设

二、水样的采集与保存

第二节 实验模拟

第三节 水质模型

一、水质模型的建立、求解和分类

二、常见的水质模型

第四节 QSAR模型预测

第五节 水环境遥感

一、遥感技术

二、水环境遥感

撰稿人： 高晓梅 审核人：桑国庆