水环境化学_第四章 溶解气体.pdf

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1、第四章溶解气体第一节气体在水中的溶解度和溶解速率一气体在水中的溶解度(gassolubility)气体在水中的溶解度：mg/L或ml/L养殖水体中的主要溶解气体：氧气（oxygen)二氧化碳（carbondioxide)氮气（nitrogengas)体积与质量的换算系数可近似采用理想气体关系式换算，对于氧气f=1.429mg/ml,氮气f=1.251mg/ml,其他气体可按f=Mr/22.4mg/ml计算。影响气体在水中溶解的因素有哪些1.气体本身的性质P.64表3-12.温度随温度升高气体在水中的溶解度降低。加快的气体分子运动导致的碰撞阻止气体的溶解。图3

2、-1。3.含盐量随含盐量的升高而降低大洋海水中氧气的溶解度仅为淡水中的80~82%。4.气体的分压力：随分压力增强而增强亨利定律P65道尔顿分压定律（Dalton’sLaw)P65道尔顿分压定律和亨利定律，只有理想气体才能严格相符。对于不与水发生化学反应的真实气体，如N2、O2、CH4等，只要压力不是很大都可以用道尔顿分压定律和亨利定律进行有关计算。不同大气压与标准大气压氧气溶解度的换算?随着海拔的升高，大气压降低，如何计算不同海拔的大气压?水面下某处的总压力怎么计算？饱和含量一定的溶解条件下(温度、分压力、水的含盐量)气体达到溶解平衡以后，1L水中所该气体

3、的量。饱和度溶解气体的现存量占所处条件下饱和含量的百分比。气体饱和度=(现存量/饱和含量)×100%饱和度可以反映气体在水中溶解时所达到的饱和程度，判断气体是否达到溶解平衡及溶解趋向。水中溶解气体的分压力:当气体在水中的含量达到溶解平衡以后，认为水中气体分压等于该气体气相的分压。根据亨利定律C1/C2=P1/P2因此，饱和度也等于液相气体分压与饱和分压之比。当pL(水中气体分压）>Pg（气相分压），逸出大于溶解，反之溶解大于逸出。二气体在水中的溶解和逸出速率（一）影响气体溶解速率的因素1.气体的不饱和程度2.水的单位体积表面积k/F称为Kg(气体迁移系数，与

4、气体的性质、温度及扰动状况有关，单位cm/min。在这些条件一定时Kg是常数)。3.扰动程度将高DO的水移向深处，低DO的水移向表面。增加Kg值。Kg值可通过实验测定，但需维持稳定的扰动方式。（二）气体溶解速率中的双膜理论气液界面两侧，分别存在稳定的气膜和液膜。两层膜内分别保持稳定的层流，而气相和液相呈湍流状态。对气体或液体的扰动，不能消除这两层膜，只能改变其厚度。气相主体内的分子溶入液相主体步骤：（1）靠湍流从气体主体内部到达气膜；（2）靠扩散穿过气膜到达气—液界面，并溶于液相；（3）靠扩散穿过液膜；（4）靠湍流离开液膜进入液相内部。气相和液相主体中不存在

5、浓度梯度，气体分子靠湍流迁移，速度很快。气膜和液膜内只存在层流，靠浓度扩散。易溶气体受气膜扩散限制，难溶气体受液膜扩散限制。第二节溶解氧一、增氧与耗氧作用增氧（1）空气中氧气的溶解（2）植物光合作用（3）补水与机械作用、化学试剂耗氧作用（1）鱼虾等养殖生物呼吸（2）水中微型生物耗氧（水呼吸）（3）底泥耗氧作用（4）逸出二、溶氧的分布变化特点日变化垂直变化水平变化三、溶氧的生态学意义1、对水生生物的直接影响气泡病气泡病是由于水生生物较长时间生活在溶解气体分压总和过高、超过水层的流体静止压强过多的水中引起的。氮气：水温升高；水库溢洪，水从高处冲下大坝氧气：光合作

6、用（含藻丰富的水中，可达150%-200%）发生的条件及影响因素：取决于溶解气体的总压力超出所处水层的流体静压力程度。单纯一种气体高度过饱和，但总溶解气体不饱和，不会发生气泡病。水温越高，水体越浅，越易发生。氮气引起气泡病危害更大。氧气可在动物体内被消耗利用一部分，危害小一些。2、对水质的影响a.对氧化还原电位（OxidationReductionPotential）的影响b.对元素存在价态的影响有机物在有氧条件下，完全氧化，在缺氧环境下，有机物氧化不完全，产生有机-3+2-酸及胺类等有害物质。随着氧气含量的进一步降低，NO3、Fe、SO4、CO2等替代2+

7、2-氧气成为电子受体，被还原为N2、Fe、S、CH4等。