第3章 天然水的主要离子
当水中总溶解性固体进一步增大时，Mg2+就要超过 Ca2+。海水中Mg2+与Ca2+的摩尔比值为5.2，因为镁 的碳酸盐和硫酸盐的溶解度比钙高。
6
Q&A
Q1 池塘中氧气的主要来源？
Q2 水呼吸耗氧？ Q3 水体中氧气日变化特点？ Q4 水体中氧气季节变化主要由什么因素引起？ Q5 构成天然水硬度的主要离子？
碱度（Alk）是反映水结合质子能力、也就是水 与强酸中和能力的一个量。
水中能结合质子的各种物质共同形成碱度。天 然水中这些物质有HCO3－、CO32－ 、OH－、 H4BO4－，以及H2PO4－、HPO42－、NH3等。 对于大多数天然水，以前面4种离子的含量为主， 其余的物质含量一般很小。
13
组成水中碱度的物质可归纳为3类
①强碱：如NaOH、Ca(OH)2等，在溶液中能全部电 离生成OH-；
②弱碱：如NH3
③强碱弱酸盐：如各种碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、
硫化物等，水解时生产OH-。
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（二）碱度的表示单位 （1）毫摩/升（mmol/L）：1升水中含有的能结 合质子的物质的量。
15
二、碱度的变化及意义
（一）碱度的变化 与水中光合作用和呼吸作用相关 2HCO3 - － CO32－＋H2O＋CO2 (1) Ca2+ + CO32－ － CaCO3↓ (2) 当光合作用>呼吸作用，平衡（1）向右移动，平 衡（2）也向右移动，生成CaCO3沉淀生成。结果是 水的碱度、硬度下降，pH值上升。 当呼吸作用>光合作用，不断有CO2产生，促使平 衡（1）、（2）均向左移动，其结果是碱度、硬度 都上升，pH值下降。
生物对于K+、Na+的需求量有差异，动物较多需
要Na＋，植物较多需要K＋。
22ห้องสมุดไป่ตู้
第四节 海水主要离子组成的恒定性
第13章第五节海水
23
工业废水特别是生活污水中含大量氯化物，所以， 如果天然水体中Cl－明显增加，那表明水体可能受到 污染。 Cl－无毒，渔业用水一般不作规定。
Cl－含量增加，可大大增加一些金属盐的溶解度。
21
三、钠离子和钾离子
各种天然水中普遍存在Na+，Na+在天然水中不
同条件下的含量差别十分悬殊。 天然水中K＋的含量一般远比Na+低。原因：（1） K＋容易被土壤胶粒吸附，移动性不如Na+；（2） 被植物吸收利用。
17
原因：足够量的 Alk 值可促进有机悬浮物及胶体
物质的絮凝，防止缺氧和鱼病的发生；也可以中
和底质中的多余有机酸以促进微生物活动，加速 有机物分解，增强水质肥力。
水体Alk值0.1-0.3 mmol/L 生产力低； Alk值0.3-1.5 mmol/L 生产力一般； Alk值1.5-3.5 mmol/L 可能具有较高的生产力。
镁是叶绿素的成分，各种藻类都需要镁。
Ca2+、Mg2+是天然水中的主要阳离子，一般不会
成为藻类生长的限制因子
10
2 Ca2+、Mg2+可作为养殖水体的水质与底质改良剂 养殖水体中足够的Ca2+、Mg2+可促进有机物絮凝 沉淀；促进固氮及其他微生物活动，加速有机质 矿化作用，加快植物无机养分的循环再生； 抑制水生生物从环境中吸收某些重金属，从而 降低其毒性，例如，Ca2+、Mg2+对Cd2+的拮抗作用，
8
（四）鱼塘水的硬度 鱼塘水的硬度决定于水源水的硬度、鱼塘的塘龄，
并与日变化有关。
9
（五）钙、镁离子在水产养殖中的意义 1 钙、镁是生物生命过程所必需的营养元素 钙是动物骨骼、植物细胞壁的重要组成元素之一，
缺钙会引起动植物生长发育不良，特别会限制藻
类的繁殖，因此，钙是水生生态系统初级生产力 不可缺少的元素。
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第三节 硫酸根离子、氯离子、钠离子、钾离子
一、硫酸根离子 （一）天然水中的硫酸根离子 是天然水中普遍存在的阴离子，含量一般居中。 淡水中的离子含量一般为HCO3->SO42->Cl-，咸水 中则是Cl-> SO42-> HCO3-。 主要来自石膏、天然硫与含硫矿物氧化 。
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（二）硫酸根离子的生态学意义
构成天然水硬度的主要离子是Ca2+和Mg2＋，一
般都以Ca2+和Mg2＋离子的含量来计算硬度。
3
（二）水硬度的表示单位
（1）毫摩/升（mmol/L）：1升水中含有的形成硬 度离子的物质的量之和来表示。
（2）毫克/升(CaCO3)：1升水中含有的形成硬度的 离子的量所相当的CaCO3的质量，符号为mg/L （CaCO3）。 （3）德国度（ °HG）：将水中的Ca2+和Mg2＋含量 换算为相当的CaO量后，1升水中含10mg CaO为1 德国度（°HG）。德国、原苏联各国和我国常采用。 1mmol/L＝2.804 ° HG＝50.05mg/L（CaCO3）
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（二）碱度与水产养殖的关系 1 降低重金属的毒性（重金属与生石灰） 2 调节CO2的产耗关系、稳定水的pH值 Ca2+ + 2HCO3－ － CaCO3↓＋H2O＋CO2 3 碱度过高对养殖生物的毒害作用 4 养殖用水碱度的适宜量以1～3mmol/L较好。四大
家鱼养殖用水碱度的危险指标是10mmol/L。
2015/3/24
7
（三）天然水的硬度 根据形成硬度的离子不同，可分为钙硬度、镁硬 度等。 根据水中与硬度共存的阴离子的组成，可将硬度 分为碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度。 碳酸盐硬度是指水中与HCO3－及CO32－所对应的 硬度。这种硬度在水加热煮沸后，绝大部分可以 因生成CaCO3↓而除去，故又称为暂时硬度。 非碳酸盐硬度是对应于硫酸盐和氯化物的硬度， 即由钙镁的硫酸盐、氯化物形成的硬度。它们用 一般煮沸的方法不能从水中除去，所以又称为永 久硬度。
第 3章
天然水的主要离子
王燕 华南农业大学动物科学学院
主要内容
第一节 水的硬度及钙镁离子
第二节 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
第三节 硫酸根、氯、钠、钾离子 第四节 海水主要离子组成的恒定性
2
第一节 水的硬度及钙镁离子
一、水硬度的概念及表示单位 （一）水硬度的概念 硬度是指水中二价及多价金属离子含量的总和， 主要包括Ca2+、Mg2＋、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等。
可大大缓解Cd2+对一些鱼类的毒性。
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3 钙、镁离子可增加水的缓冲性 故一定的硬度，可以使水具有较好的缓冲性， 即具有较好的保持pH的能力（原理第四章介绍）。 4 水中钙、镁离子比例，对海水鱼、虾、贝的存活
有重要影响（如罗氏沼虾、中华绒螯蟹）。
12
第二节 水的碱度
一、碱度的组成及表示单位 （一）碱度的组成
4
二、天然水的硬度和Ca2+、Mg2＋
（一）Ca2+ Ca2+是天然水中最重要的离子。参与水中的 溶解平衡与吸附平衡。如养鱼池水中存在： Ca2+＋2HCO3－ － CaCO3 ↓ + H2O+CO2
钙的来源主要有含石膏地层中CaSO4· 2H2O的
溶解，及白云石CaCO3· MgCO3，方解石CaCO3
在水中CO2作用下的溶解等。
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（二）Mg2＋
镁在天然水中居阳离子的第二位。天然水中Ca2+ 与Mg2+含量的比例关系:
当总溶解性固体低于500mg/L时，Ca2+与Mg2+摩尔 比值为4:1到2:1, 这与地壳中钙的丰度大于镁有关。 当总溶解性固体大于1000mg/L时，比值为2:1到1:1。
1 S是藻类生长必需元素之一，藻类可通过吸收利
用SO42-来满足对S的全部需要。
2 SO42-的动态与微生物活动密切相关
3 水体缺氧时，SO42-可在硫酸盐还原菌作用下被还
原为H2S，而H2S对水生生物有强烈毒性。
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二、氯离子
Cl－在天然水中分布广泛，几乎所有的水中都存在
Cl－，但含量差别很大。 沉积岩中巨大的食盐矿床是水中Cl－的主要来源。
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环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化知识交流
之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
(2)氧化还原电位E和pE的关系
Ox ＋ne→Red
(1)
根据Nernst方程
E＝E0-(2.303RT/nF)lg[Red]/[Ox] (2) 当反应达平衡时，定义
E0＝(2.303RT/nF) lgK
(3)
从上述化学方程式(1)，可写出
K= [Red]/{[Ox][e]n }
如果考虑到羟基配合作用，那么金属氧化物或氢氧化物的 溶解度（MeT）表征为：
MeT = [ Mez+ ] +∑[ Me(OH)nz-n ]
固体的氧化物和氢氧化物具有两性的特征，它们和质子或 羟基离子都发生反应，存在一个pH值，在该值下溶解度为最 小值。在碱性或酸性更强的pH值区域内，溶解度都会变得更 大。
因此，在 H2S 和硫化物均达到饱和的溶液中，溶液重金属离子 的饱和浓度为： [Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp [H+]2/Ksp´ =Ksp [H+]2/（0.1K1K2）
3、碳酸盐
——多相平衡，pH通过控制碳酸根浓度影响沉淀平衡
封闭体系： 只考虑固相和液相，把 H2CO3* 当作不挥发酸类处理。
吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定 时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。
温度变化、几种离子共存（竞争作用）等。
3、沉积物中重金属的释放——属于二次污染问题
诱发释放的主要因素有： （1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗
粒上的金属离子交换出来。
（2）氧化还原条件的变化：有机物增多，产生厌氧环境、铁锰氧 化物还原溶解，使结合在其中的金属释放出来。
2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面 也能进行吸附作用。
第三章水环境化学水中无机污染物的迁移转化
32
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
④吸附和聚沉对污染物的影响
有人研究某入海河口铬、铜、汞的迁 移机制，测定了该河口底层水和表层底 泥中铬、铜、汞的含量及它们在底泥中 的富集系数(相对底层水)，发现多年来 该河口水中铬、铜、汞含量，基本稳定 在标准以下，而部分站位表层底泥中有 时出现超标的情况；而且在表层底泥中 铬、铜、汞的平均富集系数很大，分别 为980～1100、164～500、18～45，呈 现明显的富集能力，其中对铬尤为显著。
第二节 水中无机污染物的迁移转化
无机污染物主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作 用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行 迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环 过程，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造 成永久性的潜在危害。
实际上微量污染物在水体中的浓度和形态分布，在 很大程度上取决于水体中各类胶体的行为。胶体微粒 作为微量污染物的载体，它们的絮凝沉降、扩散迁移 等过程决定着污染物的去向和归宿。在天然水体中， 重金属在水相中含量极微，而主要富集于固相中，在 很大程度上与胶体的吸附作用有关。因此，胶体的吸 附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应 有重要影响。
27
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
②不同吸附剂对金属离子的吸附有较大
的差别
P.A.Krenkel和E.B.Shin等研究了各种天然 和人工合成的吸附剂对HgCl2的吸附作用， 其吸附能力大致顺序是：含硫的沉积物(还 原态的)＞商业去污剂(硅的混合物、活性 碳)＞三维黏土矿物(伊利石、蒙脱石)＞含 蛋白去污剂＞铁、锰氧化物及不含硫的天 然有机物＞不含硫但含胺的合成有机去污 剂、二维黏土矿物和细砂。
26
补充：胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的 影响
胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
④吸附和聚沉对污染物的影响
有人研究某入海河口铬、铜、汞的迁 移机制，测定了该河口底层水和表层底 泥中铬、铜、汞的含量及它们在底泥中 的富集系数(相对底层水)，发现多年来 该河口水中铬、铜、汞含量，基本稳定 在标准以下，而部分站位表层底泥中有 时出现超标的情况；而且在表层底泥中 铬、铜、汞的平均富集系数很大，分别 为980～1100、164～500、18～45，呈 现明显的富集能力，其中对铬尤为显著。
第二节 水中无机污染物的迁移转化
无机污染物主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作 用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行 迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环 过程，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造 成永久性的潜在危害。
实际上微量污染物在水体中的浓度和形态分布，在 很大程度上取决于水体中各类胶体的行为。胶体微粒 作为微量污染物的载体，它们的絮凝沉降、扩散迁移 等过程决定着污染物的去向和归宿。在天然水体中， 重金属在水相中含量极微，而主要富集于固相中，在 很大程度上与胶体的吸附作用有关。因此，胶体的吸 附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应 有重要影响。
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胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响
②不同吸附剂对金属离子的吸附有较大
的差别
P.A.Krenkel和E.B.Shin等研究了各种天然 和人工合成的吸附剂对HgCl2的吸附作用， 其吸附能力大致顺序是：含硫的沉积物(还 原态的)＞商业去污剂(硅的混合物、活性 碳)＞三维黏土矿物(伊利石、蒙脱石)＞含 蛋白去污剂＞铁、锰氧化物及不含硫的天 然有机物＞不含硫但含胺的合成有机去污 剂、二维黏土矿物和细砂。
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补充：胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的 影响
天然水中的主要离子
代谢的调节。
镁是叶绿素的组分，Mg不足则RNA净合成停 止，氮代谢混乱，细胞内积累碳水化合物 及不稳定的磷脂。
钙对蛋白质的合成与代谢，碳水化合物的转 化、细胞的穿透性以及氮、磷的吸收转化 等，均有重要影响。
2）作为水质、底质改良剂： 主要作用有：调节并帮助稳定水质及底质的pH， 促进物絮凝、聚沉；促进固氮作用及有益微生物 的活动，促进有机物的矿化，加速植物营养物质 的循环再生； Ca2+浓度增大时，可使生物减少从 环境中吸收重金属，从而降低其毒性。
对于养殖水体，通常要求其硬度在1~3mmol/L。
3) 水中钙、镁离子比例，对海水鱼虾、贝的 存活有重要影响
2.2 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
2.2.1 碱度的组成及表示单位
2.2.1.1 碱度的组成 1) 碱度的定义
是指水中所含的能与强酸发生中和作用的 全部物质。亦即能接受质子H+物质总量。 （1）定义：20℃，1L天然水中全部碱性物 质被H+所中和时需要氢离子的mmol数。常以 符号Alk表示，单位为mmol/L。 Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3- + （COH－CH）
Alk=CHCO3-+C1/2CO32-
比较1×10-3mol·L-1的NaOH溶液和 0.1mol·L-1的NaHCO3溶液， NaOH溶液 的pH值为11，但用盐酸滴定时仅需1×103mol·L-1的H+，即碱度为1×10-3mol·L-1； 而NaHCO3溶液的pH值为8.3，但中和时 需0.1mol·L-1的H+，即碱度为0.1mol·L-1。
特别是海水中存在过量的碱。
如果海水呈中性，且没有过量的碱，则在温度 和压力下，每升海水只能溶解0.5cm3的CO2，因 海水中有过剩的碱，则每升海水总共能溶解约 45cm3的二氧化碳。
镁是叶绿素的组分，Mg不足则RNA净合成停 止，氮代谢混乱，细胞内积累碳水化合物 及不稳定的磷脂。
钙对蛋白质的合成与代谢，碳水化合物的转 化、细胞的穿透性以及氮、磷的吸收转化 等，均有重要影响。
2）作为水质、底质改良剂： 主要作用有：调节并帮助稳定水质及底质的pH， 促进物絮凝、聚沉；促进固氮作用及有益微生物 的活动，促进有机物的矿化，加速植物营养物质 的循环再生； Ca2+浓度增大时，可使生物减少从 环境中吸收重金属，从而降低其毒性。
对于养殖水体，通常要求其硬度在1~3mmol/L。
3) 水中钙、镁离子比例，对海水鱼虾、贝的 存活有重要影响
2.2 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
2.2.1 碱度的组成及表示单位
2.2.1.1 碱度的组成 1) 碱度的定义
是指水中所含的能与强酸发生中和作用的 全部物质。亦即能接受质子H+物质总量。 （1）定义：20℃，1L天然水中全部碱性物 质被H+所中和时需要氢离子的mmol数。常以 符号Alk表示，单位为mmol/L。 Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3- + （COH－CH）
Alk=CHCO3-+C1/2CO32-
比较1×10-3mol·L-1的NaOH溶液和 0.1mol·L-1的NaHCO3溶液， NaOH溶液 的pH值为11，但用盐酸滴定时仅需1×103mol·L-1的H+，即碱度为1×10-3mol·L-1； 而NaHCO3溶液的pH值为8.3，但中和时 需0.1mol·L-1的H+，即碱度为0.1mol·L-1。
特别是海水中存在过量的碱。
如果海水呈中性，且没有过量的碱，则在温度 和压力下，每升海水只能溶解0.5cm3的CO2，因 海水中有过剩的碱，则每升海水总共能溶解约 45cm3的二氧化碳。
水化学课件第二章节天然水的主要离子
碳酸根离子（CO32-）
总结词
天然水中较不常见的阴离子之一，主要 来源于岩石的风化和生物活动。
VS
详细描述
碳酸根离子是天然水中较不常见的阴离子 之一，主要来源于岩石的风化和生物活动。 它在水中以负二价存在，也是强酸根离子。 碳酸根离子对水的酸碱度有重要影响，同 时还是水中溶解性总固体含量（TDS）的 主要贡献者之一。
和生物活性具有重要作用。
镁离子是植物生长必需的营养元 素之一，对促进植物的光合作用
和生长具有重要作用。
镁离子在水体中通常以硫酸镁、 氯化镁等形式存在，容易形成沉 淀，影响水体的透明度和水质。
02
天然水中的主要阴离子
氯离子（Cl-）
总结词
天然水中最常见的阴离子之一，约占阴离子总量的70-90%。
详细描述
03
离子在水中的存在形式
水合离子
01
02
03
定义
水合离子是指水分子通过 配位键与阳离子或阴离子 结合形成的化合物。
形成机制
水分子通过配位键与离子 结合，形成一个水分子或 多个水分子围绕离子的络 合物。
特点
水合离子在水溶液中占据 主导地位，对离子在水中 的性质和行为产生重要影 响。
络合离子
定义
络合离子是指通过配位键与多个 配位体结合的离子，通常是由中 心离子与多个配位体结合形成的
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氯离子是天然水中最主要的阴离子之一，主要来源于岩石的风化和海水的蒸发。 它在水中以负一价存在，是强酸根离子，对水的酸碱度有重要影响。氯离子在 水中的含量较高，是评价水质的重要指标之一。
硫酸根离子（SO42-）
总结词
天然水中常见的阴离子之一，主要来源于岩石的风化和有机物的分解。
天然水体中的主要离子
1．毫摩尔／升(mmol／L) :1L水能结合的质 子的物质的量。
2．毫克／升(mg/L) :1L水中能结合H+的物 质所相当的CaCO3的质量(以mg作单位) 。
3．德国度(0HG) 也是从硬度移过来的单位， 以10mg／L氧化钙(CaO)为10HG。1mmol／ L=2.8040HG。
(三) 天然水的碱度
M Mg（HCO3）2 =146.3)
解：水的总硬度=
三、天然水的硬度
天然水硬度主要由Ca2+ 、 Mg2+离子形成。 某些缺氧地下水也可能由Fe2+形成水硬度。 分类：根据形成硬度的离子不同，可分
为钙硬度、镁硬度、铁硬度等。
考虑到水中与硬度共存的阴离子组 成，又分为碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度。
碳酸盐硬度-- 暂时硬度: 水煮沸后，可以生成CaCO3沉淀而除去。
水硬度的单位：
1．毫摩／升(mmol/L)
物质的量的基本单元以单位电荷形式 1/nMen+计，即以1/2Ca2+，1/2Mg2+作为基本单 元。为常用硬度单位。
2．毫克／升(CaCO3) 符号为mg /L(CaCO3) ，以 1L水中所含有的与形成硬度离子的量所相当的 CaCO3的质量表示 (美国或英文文献中)常用。
五 钙、镁离子在水产养殖中的意义
作为淡水养殖生产用水，要求有一定的硬度，即要 求水中有一定的钙、镁含量。海水养殖虽然对水硬 度没有提出要求，但在使用地下井盐水进行海水鱼、 虾、贝类繁殖时，就必须重视水的硬度，尤其是钙、 镁离子含量的比例，否则可能引起养殖失败。
这表明钙、镁离子在养殖生产中有着十分重 要的意义。
海水养鱼池，由于总硬度很高，这种变化 的相对值很小，不容易测定出来。
2．毫克／升(mg/L) :1L水中能结合H+的物 质所相当的CaCO3的质量(以mg作单位) 。
3．德国度(0HG) 也是从硬度移过来的单位， 以10mg／L氧化钙(CaO)为10HG。1mmol／ L=2.8040HG。
(三) 天然水的碱度
M Mg（HCO3）2 =146.3)
解：水的总硬度=
三、天然水的硬度
天然水硬度主要由Ca2+ 、 Mg2+离子形成。 某些缺氧地下水也可能由Fe2+形成水硬度。 分类：根据形成硬度的离子不同，可分
为钙硬度、镁硬度、铁硬度等。
考虑到水中与硬度共存的阴离子组 成，又分为碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度。
碳酸盐硬度-- 暂时硬度: 水煮沸后，可以生成CaCO3沉淀而除去。
水硬度的单位：
1．毫摩／升(mmol/L)
物质的量的基本单元以单位电荷形式 1/nMen+计，即以1/2Ca2+，1/2Mg2+作为基本单 元。为常用硬度单位。
2．毫克／升(CaCO3) 符号为mg /L(CaCO3) ，以 1L水中所含有的与形成硬度离子的量所相当的 CaCO3的质量表示 (美国或英文文献中)常用。
五 钙、镁离子在水产养殖中的意义
作为淡水养殖生产用水，要求有一定的硬度，即要 求水中有一定的钙、镁含量。海水养殖虽然对水硬 度没有提出要求，但在使用地下井盐水进行海水鱼、 虾、贝类繁殖时，就必须重视水的硬度，尤其是钙、 镁离子含量的比例，否则可能引起养殖失败。
这表明钙、镁离子在养殖生产中有着十分重 要的意义。
海水养鱼池，由于总硬度很高，这种变化 的相对值很小，不容易测定出来。
环境化学第三章水环境化学复习知识点
第三章水环境化学1、水中八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-为常见八种离子2、溶解气体与Henry定律:溶解于水中的气体与大气中的气体存在平衡关系，气体的大气分压P G与气体的溶解度的比表现为常数关系，称为Henry定律，该常数称为Henry定律常数K H。
[G(aq)] = K H PG K H－气体在一定温度下的亨利定理常数 (mol/L.Pa) PG －各种气体的分压 (Pa)3、水体中可能存在的碳酸组分 CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 ( H2CO3*)4、天然水中的碱度和酸度：碱度：水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能够接受质子H+的物质总量；酸度：凡在水中离解或水解后生成可与强碱（OH-）反应的物质（包括强酸、弱酸和强酸弱碱盐）总量；即水中能与强碱发生中和作用的物质总量。
5、天然水中的总碱度=HCO3-+2CO32-+ OH- —H+6、水体中颗粒物的类别(1)矿物微粒和粘土矿物（铝或镁的硅酸盐）(2)金属水合氧化物（铝、铁、锰、硅等金属）(3)腐殖质 (4)水体悬浮沉积物 (5)其他（藻类、细菌、病毒等）影响水体中颗粒物吸附作用的因素有：颗粒物浓度、温度、PH。
7、水环境中胶体颗粒物的吸附作用有表面吸附、化学吸附、离子交换吸附和专属吸附。
8、天然水的PE随水中溶解氧的减少而降低，因而表层水呈氧化性环境。
9、吸附等温线：在一定温度，处于平衡状态时被吸附的物质和该物质在溶液中的浓度的关系曲线称为吸附等温线；水环境中常见的吸附等温线主要有L－型、F－型和H－型。
10、无机物在水中的迁移转化过程：分配作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集、生物降解作用。
11、PE:pE 越小，电子活度越高，提供电子的倾向越强，水体呈还原性。
pE 越大，电子活度越低，接受电子的倾向越强，水体呈氧化性。
pe影响因素：1)天然水的pE随水中溶解氧的减少而降低；2)天然水的pE随其pH减少而增大。
第三章水环境化学
总含盐量(TDS)：
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
天然水中的主要离子
1）钙、镁作为营养元素：是生命过程的必需元素， 是生物体液及骨骼结构的组分，还参与体内新陈
代谢的调节。
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15
镁是叶绿素的组分，Mg不足则RNA净合成停 止，氮代谢混乱，细胞内积累碳水化合物 及不稳定的磷脂。
钙对蛋白质的合成与代谢，碳水化合物的转 化、细胞的穿透性以及氮、磷的吸收转化 等，均有重要影响。
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17
3) 水中钙、镁离子比例，对海水鱼虾、贝的 存活有重要影响
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18
2.2 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
2.2.1 碱度的组成及表示单位
2.2.1.1 碱度的组成
1) 碱度的定义 是指水中所含的能与强酸发生中和作用的
全部物质。亦即能接受质子H+物质总量。 （1）定义：20℃，1L天然水中全部碱性物
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3
2) aH+ ,CNOH3-3,(NSOH442＋- ,)SO32- ，Cl-, NO3-，Ca2+ , 分布变化：1）地区分布
①沿海地区：离子总量较高，Cl-, Na+高，水质类 型[Cl,C]Na ；
②内陆地区：Cl-, 代替；
Na+逐渐被HCO3-
,
③ 德国度(°HG) 将水中的Ca2+和Mg2+含量换算为相当 的CaO量后，以1L水中含10mg CaO为1 德国度 (°HG) 。德国、苏联、我国常采用。
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7
三个硬度单位的换算关系： 1mmol/L = 2.804德国度 = 50.05mg/LCaCO3
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8
2.1.2 天然水的硬度与Ca2+、Mg2+
T.H.= HCa+ HMg
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代谢的调节。
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15
镁是叶绿素的组分，Mg不足则RNA净合成停 止，氮代谢混乱，细胞内积累碳水化合物 及不稳定的磷脂。
钙对蛋白质的合成与代谢，碳水化合物的转 化、细胞的穿透性以及氮、磷的吸收转化 等，均有重要影响。
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17
3) 水中钙、镁离子比例，对海水鱼虾、贝的 存活有重要影响
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18
2.2 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
2.2.1 碱度的组成及表示单位
2.2.1.1 碱度的组成
1) 碱度的定义 是指水中所含的能与强酸发生中和作用的
全部物质。亦即能接受质子H+物质总量。 （1）定义：20℃，1L天然水中全部碱性物
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2) aH+ ,CNOH3-3,(NSOH442＋- ,)SO32- ，Cl-, NO3-，Ca2+ , 分布变化：1）地区分布
①沿海地区：离子总量较高，Cl-, Na+高，水质类 型[Cl,C]Na ；
②内陆地区：Cl-, 代替；
Na+逐渐被HCO3-
,
③ 德国度(°HG) 将水中的Ca2+和Mg2+含量换算为相当 的CaO量后，以1L水中含10mg CaO为1 德国度 (°HG) 。德国、苏联、我国常采用。
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7
三个硬度单位的换算关系： 1mmol/L = 2.804德国度 = 50.05mg/LCaCO3
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2.1.2 天然水的硬度与Ca2+、Mg2+
T.H.= HCa+ HMg
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环境化学：第三章 水环境化学 1
pressure
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
第三章-环境水化学1
ＴＤＳ＝［ K+＋Na+＋Ca2+＋Mg2+］
＋［HCO3-＋Cl-＋SO42-］
（２）水中的金属离子：可通过酸-碱、沉淀、配 合及氧化-还原等化学反应达到最稳定的状态。 水中可溶性金属离子可以多种形态存在。这些 形态在中性水体中的浓度可通过平衡常数加以计 算： Kc Θ =
[G]g ·[D]d [A]a · b [B]
无机酸度
酸度
总酸度 苛性碱度
碱度
cT ,CO3 CO32
pH 10 11
碳酸盐碱度 总碱度
cT ,CO3 CO32 pH=10 11 cT ,CO3 HCO3 pH=8.3 cT ,CO3 H 2 CO pH=4.5
1929年美国合成，我国70年代开始生产 主要用途： 用作润滑材料、增塑剂、杀菌剂、 热载体及变压器油等。 危害：可燃、高毒 辛醇-水分配系数（Kow） ：有机化合物在水 和N-辛醇两相平衡浓度之比。辛醇对有机物的 分配与有机物在土壤有质的分配极为相似，分配 系数的数值越大，有机物在有机相中溶解度也越 大，即在水中的溶解度越小。
aA + bB
Kc Θ =
gG + dD
[G]g ·[D]d [A]a · b [B]
本章内容：
1、天然水的基本特征及污染物的存在形式 2、水中无机污染物的迁移转化 3、水中有机污染物的迁移转化
第一节 天然水的基本特征及污染物的存 在形态
一、天然水的基本特征 1.天然水的组成 天然水中一般含有可溶性物质和悬浮物质 （包括悬浮物、颗粒物、水生生物等）。 可溶性物质主要是地壳矿物质。
如果滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的pH值达 到8.3时，表示OH-被中和，CO32-全部转化为 HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此，得到 酚酞碱度的表示式： 酚酞碱度= [ CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+] 达到pH CO32- 所需酸量时的碱度称为苛性碱度。