水环境化学（1）(Aquatic Chemistry (1))

柠檬小子

        课程名：水环境化学（1）(Aquatic Chemistry (1))  学分：2.5  学时：50  
课程类别：专业教育基础必修课  
开课学院：水产与生命学院  所属基层教学组织：
曾任课教师：
        课程大纲：
一、课程性质与目的
    水环境化学为园林专业的专业基础必修课。其任务是介绍天然水域环境的化学组成和化学成分的来源，存在形式、分布变化规律，主要化学过程及其与水生生物的相互关系以及水环境污染与污染物迁移转化规律等基本理论。使学生掌握天然水环境化学基本理论、水质分析与水环境调查等技能。
二、课程简介
    全面系统地介绍天然水（包括江河、湖泊、水库、海洋和池塘）的主要理化特性、化学组成与时空分布变化规律及其与水生生物之间的相互关系；介绍天然水中与水生生物相关的主要化学过程和动态平衡状况；介绍各类污染物质在水环境中的迁移转化机理以及污染的生态效应；景观水体水质调控原理与技术。同时还向学生介绍常规水质指标的分析测定原理与方法，以及有关水化学调查的组织准备和资料整理。
三、教学内容
第一章  绪论（2学时）
教学目的：了解目前我国水资源的分布现状，水环境化学课程在园林专业教学体系中的地位等。
知识点：
1、水质指标体系？
2、我国主要的水质标准有哪些？分别适用于什么条件？
教学内容安排：
1、介绍该课程的总体教学安排，包括教学进度、考核方式、实验安排等；
2、给出课程学习的方法建议；
3、介绍本课程学习的参考资料、网络平台；
4、进入主题：我国水资源现状——水污染现状——水质指标体系——重要的水质标准——水化学与水生生物的关系——水化学与水域景观的关系。
第二章  水环境基本理论（3学时）
教学目的：了解天然水的化学组成及主要物理化学性质。
知识点：
1、天然水的化学组成；
2、天然水体的十大化学特性；
3、海水常量成分恒定性原理及其应用；
4、天然水中离子的存在形态；
5、活度与活度系数的求算；
6、天然水的依数性；
7、天然水的光学特性
8、水的温度-体积效应异常的特性；
9、天然水的分层特点；
10、含盐量的表示方法；
11、阿列金分类法。
教学内容安排：
1、根据上述知识点安排教学内容；
2、与本章理论教学相对应的有三个实验：包括总碱度的测定、钙、镁及总硬度的测定，有必要向学生说明这些指标在水产养殖中的重要性。
3、重点介绍天然水的几大化学组成：主要离子、溶解气体、营养元素、有机物质、其他如微量元素、毒物等；十大化学特性；海水常量成分的概念、原因及其使用。
4、重点介绍天然淡水湖泊的四季温度分布：春季全同温、夏季正分层、秋季全同温、冬季逆分层。
5、要掌握总含盐量、离子总量、矿化度、氯度、盐度等的概念，及其相互间的关系。
6、要学会利用不同的分类法判断水质类型，重点掌握阿列金分类法。
7、本章课后布置作业，主要是两方面内容：一是活度与活度系数的求算；二是阿列金分类法求几条主要河流及湖泊的水质类型。
第三章  天然水的气-液溶解作用（6学时）
教学目的：在介绍一般的气体溶解理论基础上，要求学生重点掌握两大系统：一是氧气溶解及其相关理论；二是二氧化碳系统组成及其相关理论。
知识点：
1、气体溶解的双膜理论；
2、亨利定律、道尔顿定律；
3、影响气体溶解的各种因素；
4、天然水中的增氧与耗氧作用；
5、溶解氧的分布变化规律；
6、溶解氧的生态学意义；
7、二氧化碳系统的组成；
8、天然水的pH及缓冲体系；
9、二氧化碳系统各分量的求算。
教学内容安排：
1、按照上述知识点安排教学内容；
2、本章是全课程的重点核心内容，各知识点均要求同学掌握；
3、涉及溶解氧的计算时，给学生传递这样的信息：这种计算包含四点——（1）实际水中的溶解氧有多少？（2）理论上溶解氧应是多少？（3）实际水中溶氧的饱和度是多少（4）如此的溶解氧状况与水中生物的生长之间有何关系。通过整个计算过程的诠释，让同学掌握了溶解氧的测定原理、亨利定律和道尔顿定律的使用方法、饱和度的运算、包括溶解氧的生态学意义等。通过这样的形式，把溶解氧章节的教学内容串起来，起到融会贯通的作用。
4、涉及二氧化碳系统时，采用类似的教学方法。从系统的组成复习碱度、硬度等概念；从缓冲容量的求算带出天然水的pH及缓冲容量等内容；从各分量的求算引申至水体二氧化碳系统的调控，包括pH、碱度、缓冲能力等的调控原理等。
5、要求同学掌握目前溶解氧测定的主要方法，对当前市场上的各种溶氧仪进行分析，对经典碘量法、修正碘量法的差异进行分析，学生必须了解溶解氧测定的原理、数据的处理。
6、本章作业主要是计算题，包括溶解氧的求算、二氧化碳系统各分量的求算等。
第四章  天然水中营养物质及其循环（4学时）
教学目的：要求学生掌握水生植物对营养元素吸收的一般规律；重点掌握水中氮、磷、硅等营养元素的循环；掌握水体富营养化的基本概念及其与水产养殖之间的相关性。
知识点：
1、水体主要的营养元素；
2、米氏方程与半饱和常数；
3、水中氮元素的存在形态；
4、非离子氨的求算；
5、水中氮元素的迁移转化作用（同化、氨化、硝化、反硝化等）
6、水中氮元素的存在形态；
7、影响磷元素迁移转化的因素；
8、水体富营养化的成因与危害；
9、关于不同形态氮测定方法的介绍。
教学内容安排：
1、按照上述知识点安排教学内容；
2、氮磷是本章重点，各知识点均要求同学掌握；
3、通过图解的方式，让同学了解氮磷元素在水体中的迁移转化规律。特别是氮元素，其各种作用的原理、影响因素都需详细讲解。对于磷，更强调的是溶解态与颗粒态之间的转化。
4、水体富营养化是当今引起广大环保工作者注意的严重的水质问题，本章将对此作详尽讲解。在解释海水赤潮时，应将不同的成因解说均介绍给学生，以拓宽思路。
5、如何有效控制水体富营养化是本章重点。
6、本章作业所涉及的计算题主要是非离子氨的求算、米氏常数的求算。
第五章  天然水的氧化还原作用（4学时）
教学目的：要求学生掌握水体中氧化还原电位的概念、意义及其影响因素；氧化还原电位与水体pH的关系、氧化还原电位与水中物质存在形态之间的关系。重点掌握天然水中有机物含量的表示方法及有机物的迁移转化规律。
知识点：
1、氧化还原电位的定义；
2、常见氧化态物质与还原态物质；
3、天然水体Eh的分布变化规律；
4、天然水体Eh与pH的关系；
5、水体有机物含量的表示方法；
6、有机物含量测定的几种方法；
7、有机物的分解矿化；
8、有机物的两重性；
9、难降解有机物；
10、颗粒态有机物与溶解态有机物的相互转化规律；
11、有机物的气提与浮选作用；
教学内容安排：
1、按照上述知识点安排教学内容。
2、着重介绍天然水体中Eh的变化规律，特别要突出目前科研工作中不断出现的以Eh在一定程度上取代DO来反映水体氧化还原状态的趋势，向学生介绍Eh数值的应用价值。
3、结合国内的几种水质指标，对表征水体有机物含量的不同方法进行比较，在比较的同时，阐明这几种不同测定方法的原理与数据处理方法，其中要特别强调各种测定方法的限定条件：如BOD5测定时要从温度、时间、光照、菌种、稀释等多个方面予以说明；地面水水质标准中的高锰酸盐指数不适用于海水中COD的测定，等等。
4、有机物的存在具有两重性：过多的有机物会导致水体缺氧、有毒有害物质的积累；而有机物又是水体的潜在肥源，有机物过少，水中饵料生物的数量会不足。因此，课堂上要提醒同学如何合理控制水体有机物的含量。
5、针对当前我国水污染中有机物含量高居不下的现状，向同学们讲解关于难降解有机物和内分泌干扰物质的概念。
第六章  天然水中的胶体及其作用（3学时）
教学目的：掌握胶体的一般概念，天然水中胶体的种类，胶体存在对水中重金属及有机物迁移转化的影响等。
知识点：
1、胶体的结构；
2、胶体的带电性、ξ电位等概念；
3、天然水中的胶体种类；
4、胶体的吸附作用；
5、胶体的絮凝与混凝作用；
6、河口区的胶体王国；
7、微表层化学。
教学内容安排：
1、按照上述知识点安排教学内容；
2、重点放在如何有效利用胶体的吸附和凝聚特性改变重金属、有机物等的存在形式和在水中的浓度分布；
3、突出天然水中胶体物质的生态学意义；特别是胶体存在对水体微表层化学组成的重要影响。
第七章  天然水中的溶解与沉淀、酸-碱及络合作用（2学时）
教学目的：要求学生掌握天然水中发生的主要溶解与沉淀反应、重要的酸碱反应和络合反应。
知识点：
1、固液溶解平衡的基本原理；
2、天然水中的主要溶解沉淀作用；
3、有效利用沉淀作用去除水体杂质；
4、酸-碱作用基本理论；
5、天然水中的主要酸-碱作用；
6、络合作用的基本概念；
7、水中发生的主要络合作用。
教学内容：
1、按照上述知识点安排教学内容；
2、影响天然水体重金属迁移转化的重要因素是沉淀作用，因此，本章着重介绍重金属的沉淀和溶解。其中，主要的沉淀剂包括硫化物、碳酸盐、氢氧化物等等，可以图解的方式解说不同pH条件下，各种沉淀剂对重金属的沉淀能力。
3、酸碱反应中突出不同pH条件下，水中物质的存在形态会发生一定的变化，其相应的生态学作用也会有所不同。在其中，要介绍天然水体中pH调节的一般原则，特别要突出pH调解过程中，水体缓冲能力、其他化学组成的变化。
4、络合作用以介绍水中的腐殖质为主，同时也介绍包括OH-、Cl-等在内的一些无机络离子。
第八章  水环境污染（5学时）
教学目的：要求学生水环境污染的基本概念、污染物的种类与来源、毒物的基本概念及其鉴别、水中主要污染物的特性及其迁移转化规律
知识点：
1、水中最主要的污染物种类；
2、毒物的基本概念；
3、常见的毒性参数；
4、影响毒物毒性大小的因素；
5、重金属的迁移转化规律及其毒性；
6、常用农药及其毒性；
7、石油污染对水生态系统的影响；
教学内容：
1、按照上述知识点安排教学内容。
2、重点讲授污染物的毒性，其半致死浓度的获得，安全浓度的求算，影响其毒性的各种因素。这里要介绍急性毒性试验设计、半致死浓度计算的多种方法。要对不同方法的使用条件、优劣作比对。
3、介绍关于水生态基准方面的内容。特别要说明对于藻类、微生物的毒性试验与水生动物毒性试验之间的差别。
4、举例说明重金属对水生生物的影响，如何利用其迁移转化特性使这种影响减至最低。
5、说明几代农药的特征，如有机氯农药、有机磷农药、菊酯类农药、杂环农药等，介绍其对水生生物的影响，如何在环境中消除，是否存在长期的生态毒性等。
6、本章计算题是污染物对水生生物的半致死浓度和安全浓度的求算。
第九章  几种主要类型天然水及其特征（3学时）
教学目的：要求学生掌握大气降水、江河、湖泊、海洋、地下水五种主要类型天然水的化学组成及其特征。
知识点：
1、大气降水的化学组成及其特性；
2、我国江河的化学组成及其特性；
3、我国主要湖泊的化学组成及其特性；
4、海洋的主要化学组成及其特性；
5、地下水的组成及其特性；
教学内容安排：
1、按照上述知识点安排教学内容。
2、对于大气降水，主要介绍酸雨的问题、湿沉降带来的水体氮富集的现象、暴雨径流引起的水污染负荷不堪忍受而导致的环境问题。
3、对于江河，主要介绍我国不同流域江河间主要水质类型和含盐量的差异，由此而引发的水生生态系统组成的差异。
4、对于湖泊，主要介绍我国主要湖泊的水质现状，结合当前学校迁至临港新城的情况，分析湖泊水质变化的影响因素、污染控制方法、保水渔业的实施等。
5、对于海水，从成因、控制等方面着手，重点介绍赤潮问题。
6、对于地下水，主要介绍地下水是否可以用于景观用水，其中要对那些水质指标进行调节，关键技术是什么？
实验教学内容概况：通过实验部分的学习，学生将天然水体常用水质指标的分析方法，进一步巩固和加深水环境化学的理论知识，通过实践进一步加强学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计及创新能力的培养，同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后工作打下良好的基础。
实验要求：要求学生在如下四个方面得到锻炼：
1、掌握水化学指标测定的两大基本方法：容量分析法与仪器分析（主要是分光光度法）。掌握这两类方法的原理，适用对象、优缺点等。
2、掌握常见水质指标测定的原理、试验仪器与试剂、试验步骤、结果处理与讨论、适用对象及注意事项。
3、要求学生在实验过程中，能独立地、严格和规范地完成各项操作，并以标准格式撰写实验报告。
4、学生在实验中，应注意养成科学与严谨的实验态度和作风。
主要仪器设备：分光光度计、加热板、电子天平、pH计、溶氧仪以及其他常规仪器设备。
实验指导书名称：水化学实验指导书，陈佳荣主编，中国农业出版社，1996年。
实验项目一览表：

四、教学基本要求
    教师在课堂上应对水环境化学的基本概念、规律、原理和方法进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点、难点内容；讲授中应注意理论联系实际，启迪学生的思维，加深学生对有关概念、理论等内容的理解，并应采用多媒体辅助教学，加大课堂授课的知识含量。该课程有50%的章节将布置课后计算等作业。教师应将相关的课程资源挂在学校的相关网络平台上，便于学生课后的自学与复习。学生应认真学习，掌握该课程所列的各个知识点，通过网络平台等对课程内容加以消化，拓宽知识面。
    实验前学生必须进行预习后方可进入实验室进行实验。实验1-2人1组，在规定的时间内，由学生独立完成，出现问题，教师要引导学生独立分析、解决，不得包办代替。实验中按要求做好学生实验情况及结果记录，实验后认真填写实验记录单。学生实验后需提交格式规范的实验报告，教师需批改每份实验报告并给出成绩。
五、教学方法
    教学紧扣“课堂讲授、课程讨论、作业训练、考核”等教学要素，灵活采用传统讲授方式、观看录像、电子教案、使用CAI课件、课程资源上网等多种方法与手段开展教学。同时通过提供教学参考资料、推荐课外阅读材料等拓宽和深化学生的知识面和知识结构。
    期末考试采用闭卷方式，考试范围涵盖所有讲授内容，应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。
    总评成绩：实验占25%，作业占10%，出勤等课堂表现占5%，闭卷考试占60%。
六、参考教材和阅读书目
参考教材：
1.王凯雄主编，《水化学》，化学工业出版社，2006年。
2.陈佳荣主编，《水化学实验指导》，中国农业出版社，1996年。
阅读书目：
陈佳荣主编，《水化学》，中国农业出版社，1996年。
七、本课程与其它课程的联系与分工
    水环境化学园林专业的专业基础课。可为学生学习后续课程提供必需的天然水水化学基础理论与技巧，也为学生毕业后从事污染水域水质调控与管理、水环境保护等工作提供必要的理论知识与技能。