5-水化学分类、水化学数据处理
水化学类型表示方法
水化学类型表示方法．老：水质分析结果用各种形式的指标值及化学表达式来表示：1、离子含量指标溶解于地下水中的盐类，以各种阴、阳离子形式存在，其含量一般以mmol/L（毫摩尔/升）、mg/L（毫克/升）、me/L（毫克当量/升）表示。
海水中的主要离子以单位ml/L（摩尔/升）、g/L（克/升）表示。
超微量元素的离子以，其单位以mg/L（毫克/升）表示。
2、分子含量指标溶解于地下水的气体和胶体物质，如CO、SiO，其含量一般用单位mmol/L、22mg/L表示。
3、综合指标氢离子浓度（pH值）、酸碱度、硬度、矿化度四项指标，集中地表示了地下水的化学性质。
+]，[HpH=﹣㏒pH值反映了地下水的酸碱性，由酸、碱和盐的水pH ⑴值：解因素所决定。
pH值与电极电位存在一定的关系，影响地下水化学元素的迁移强度，是进行水化学平衡计算和审核水质分析结果的重要参数。
⑵酸度和碱度：酸度是指强碱滴定水样中的酸至一定pH值的碱量，地下水中酸度的形成主要是未结合的CO2、无机酸、强酸弱碱盐及有机酸。
碱度是指强酸滴定水样中的碱至一定pH值的酸量，地下水碱度的形成主要是氢氧化物、硫化物、氨、硝酸盐、无机和有机弱酸盐以及有机碱。
酸碱度一般表示单位有mmol/L、me/L表示。
硬度：水中硬度取决于水中钙、镁和其它金属离子（碱金属除外）的含⑶．量。
总硬度：地下水中钙镁的重碳酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐的总含量。
：水煮沸后呈碳酸盐形态的析出量。
暂时硬度（碳酸盐硬度）：水煮沸后，留于水中的钙盐和镁盐的含量。
永久硬度（非碳酸盐硬度）：地下水中碱金属钾钠的碳酸盐、重碳酸盐和氢氧化物负硬度（钠钾硬度）的含量。
碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度=总硬度暂时硬度+永久硬度= 负硬度（钠钾硬度）=总碱度－总硬度（总硬度＞总碱度）.H°（德国度）表示mg/Lmmol/L、、me/L、硬度一般以单位矿化度：地下水含离子、分子及化合物的总量称为矿化度，或称总矿化⑷度。
水文地球化学-第六讲
水文地球化学基础Hydrogeochemistry第二部分：水化学基础第二部分水化学基础—地下水的化学组成地下水的化学组成1水的结构与性质2地下水的化学成分3水质指标4水化学数据处理构1水的结构与性质水的体积变化与压强的关系学2地下水的化学成分0 课前回顾0课前回顾水的结构O（16O、17O、18O）水分子的种类：H（H、D、T）16O占绝对优势，即：H2O共9 种类型，H几种重要的水分子16O，重水，核反应堆的中子减速剂D18O，重氧水，水解反应示踪剂HO，氚水，示踪剂、测定地下水年龄T极性V型结构，H-O键夹角104.5度，电子分布不均匀水分子间通过静电引力（氢键）相互缔合，巨大分子团液态水处于结晶态-液态的过渡态水的某些异常性质及意义温度、压力对水的性质的影响-物理性质、溶解性质、pH、……0 课前回顾0课前回顾水的组成复杂的溶液，80/93元素，无机/有机/气体/重金属/微生物颗粒大小真溶液，分子-离子，D<10-9m胶体，D=10-9——10-7m悬浮液，D<10-7m无机组分宏量组分，C>5mg/L微量组分, C=0.01-1mg/L痕量组分，C<0.01mg/L0课前回顾0 课前回顾水的组成有机物，ppb、ppt级20025/1200种类多，多万，万个配方年，饮水中已发现种地下水中，发现175种，总化学物质200多种C、H、O组成的98.5%，主要是卤代烃，疏水性有机物气体大气来源，O2、N2、CO2及惰性气体CO岩层生物化学作用, CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、NH3等岩层变质作用，还包括HCl、HF、SO2等放射性衰变：Rn、He、Ne、Ar等微生物细菌、真菌、藻类0≥1000m,-n-90℃，黑暗环境C、N、S等生物转化、有机物降解、重金属的催化3水质指标3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位质量浓度mg/L(ppm)，μg/L （ppb ），ng/L （ppt ）mg/kg(ppm)，μg/kg （ppb ），ng/kg （ppt ）摩尔浓度，mol/L （M ），mol/kg(m)摩尔浓度=单位溶液中溶质的摩尔数溶质的摩尔数=质量/摩尔质量摩尔质量=溶质的原子量或分子量Mole Fraction 摩尔分数（Mole Fraction ）适用于固溶体、非水溶相液体（NAPL ）的混合物中摩尔数（若A 和B 的混合物中，A 的摩尔分数=A 摩尔数：（A 摩尔数+B 摩尔数）1LH2O=55.56mol/L3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位当量浓度（Equivalents or Normality），NEquivalents or Normality）克当量浓度=单位体积溶液中溶质的克当量数=eq or meq克当量数质量/克当量，eq or meq克当量离子：原子量或分子量/离子的价态酸：分子量/酸分子中被金属置换的氢原子数碱：分子量/碱分子中所含氢氧根数碱分碱分所含氢氧数盐：分子量/结合为酸或碱所要的H+或OH-数量CO3的就是2，NaHCO3是1如：Na金属氧化物：分子量/参加氧化还原的金属得失的电子数Cr2O7应该是6N如：1mol/L的K转换N=M×离子的价态练习题水中计算其摩尔浓度和当浓度1、水中SO42-的浓度为96.0mg/L, 计算其摩尔浓度和当量浓度5压力下密度为1020g/mL200gCaCl 2、在25、10Pa压力下，密度为1.020g/mL含2.00gCaCl2/L的溶液，计算体积摩尔浓度、当量浓度和质量浓度3、在Ca-MgCO3固溶体中，含有质量分数为5%的Mg，计算MgCO3在该固溶体中的摩尔分数Assume the background concentration of dissolved oxygen (DO) is 5 ppb in the above aquifer. Further assume the aquifer is 10,000 m long, 1000 m wide and 100 m thick.1) What’s is the total amount of DO in the aquifer?2) What is the mass flux of DO across the right face?3-2 地下水环境特征的主要参数☐1 pH值⏹它表示水中氢离子摩尔浓度（活度）的负对数值⏹衡量地下水酸碱环境强弱的指标pH=6.0--8.5⏹一般地下水pH=6.0☐2 氧化还原电位(Eh，mv)2⏹它表示水中电子摩尔浓度（活度）的负对数值还原环境强弱的指标氧化⏹衡量地下水氧化-还原环境强弱的指标，+氧化，-还原⏹需现场测定17g☐ 3 总溶解固体（TDS，mg/L）⏹水中所含离子、分子、络合物的总量，不包括悬浮物和溶解气体105--110℃，使水全部蒸发剩下的残渣重量⏹1L水加热到105--⏹∑溶解组分（溶解气体除外）(HCO3)/2⏹分类☐淡水，TDS<1000mg/L淡水☐微咸水，1000mg/L<TDS<2000mg/L☐咸水，2000mg/L<TDS<3500mg/L咸水☐卤水，TDS>3500mg/L4S li it/L☐ 4 含盐量（Salinity，mg/L）⏹地下水中各种溶解组分的总量⏹S-TDS= (HCO3-)/2☐ 6 硬度（Hardness ）地下水中碱土金属的总和般以C M ⏹地下水中碱土金属的总和，一般以Ca 2+、Mg 2+的总和来计⏹硬度（CaCO 3mg/L ）=50×毫克当量数（Ca 2++ Mg 2+）=2.5C (mg/L)+4.1M ⏹硬度（CaCO 3mg/L ） 2.5 ×C Ca (mg/L)+4.1 ×C Mg (mg/L)☐1德国度=17.8mg/L （CaCO 3）☐1法国度=10mg/L （CaCO 3）☐1英国度=14.3mg/L （CaCO 3）⏹碳酸盐硬度，暂时硬度222☐Ca 2+、Mg 2+与HCO 3-、CO 32-结合的硬度☐50×毫克当量数（HCO 3-+ CO 32-）☐煮沸可消除⏹非碳酸盐硬度，永久硬度☐与SO 42-、Cl -、NO 3-结合的多价金属阳离子综合☐非碳酸盐硬度（永久硬度）=总硬度-碳酸盐硬度（暂时硬度）⏹负硬度钠盐硬度钠钾的碳酸盐重碳酸盐氢氧化物☐钠盐硬度，钠、钾的碳酸盐、重碳酸盐、氢氧化物☐负硬度=碳酸盐硬度-总硬度≥0硬度CaCO3m g/L 极软水软水微硬水硬水极硬水<757575--150150150--300300300--450>450☐7 酸度（Acidity）⏹表征水中可中和强碱能力的指标。
水分析化学复习重点
⽔分析化学复习重点知识点[1] ⽔分析化学的地位及作⽤[2] ⽔分析化学分析⽅法的分类1．⽔中污染物包括⽆机：⾦属离⼦Ca2+、Mg2+ + 重⾦属离⼦：Pb2+、Fe3+、Mn2+、Cd2+、Hg2+等有机：酚、农药、洗涤剂等以上污染物都需要⽔分析⽅法去定量2．分析⽅法包括①重量分析——称重的办法⽤途：残渣分析②化学分析——借助化学反应a.酸碱滴定——质⼦传递(最基础的滴定分析)⽤途：检验碱度、酸度b.络合滴定——络合反应M+Y → MY⽤途：测定 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+另外，络合反应可⽤于掩蔽技术，消除⾮测定离⼦的⼲扰c.沉淀分析——沉淀反应Ag++Cl-→AgCl⽤途：测定⽔中Cl-d.氧化还原滴定——氧化还原反应(特点：电⼦转移)⽤途：测COD等有机污染指标氧化还原反应也⽤于废⽔的化学处理,(如脱CN-，CN-+ClO2→N2)③仪器分析a.吸收光谱法⽤途：分析有机分⼦、⽆机离⼦b.⾊谱法：⽓相⾊谱⽤途：如氯仿测定液相⾊谱⽤途：如多环芳烃测定离⼦⾊谱⽤途：如阴离⼦测定c.原⼦吸收法⽤途：⾦属元素测定d.电化学分析法⽤途：pH值的测定[3]⽔质指标与⽔质标准1．⽔质指标物理化学微⽣物学⼀、物理指标(特点：不涉及化学反应，参数测定后⽔样不发⽣变化)①⽔温②臭味(臭阈值)⽂字描述③⾊度：表⾊(悬浮性物质、胶体核溶解性物质共同引起，定性描述)真⾊(胶体和溶解性物质引起，定量测量)⾊度的测定⽅法：标准⽐⾊法（⽬视⽐⾊法）a.⽤具塞⽐⾊管配制标准⾊阶（Pt—Co⾊阶，K2PtCl6+CoCl2，稳定性⾼，1mgPt/L定义为1度）b. 未知⽔样置于同规格⽐⾊管中（如混浊先静置澄清），俯视与标准⾊阶对⽐④浊度：由悬浮物及胶体物质引起的⽔样的浑浊程度，是混凝⼯艺重要的控制指标。
浊度的测定⽅法a.⽬视⽐浊法：⽤具塞⽐⾊管配制标准浊度阶，1mg漂⽩⼟/L定义为1度，⽔样俯视对⽐b.分光光度法：680nm分光光度计测定标准浊度单位（硫酸肼/L和六次甲基四胺/L形成甲聚合物为1度，测定结果单位FTU）c.散射法，浊度仪（也以甲聚合物为标准浊度单位，测定结果单位NTU）⑤残渣（总残渣=可滤残渣 + 不可滤残渣），重量法测定⑥电导率，电导率仪测定⑦UVA254：反映⽔中有机物含量⑧氧化还原电位(ORP):废⽔⽣物处理过程重要控制参数⼆、化学指标①pH值 pH=-lg[H+]②酸度和碱度：给出质⼦物质的总量(酸度)接受质⼦物质的总量(碱度)③硬度：⽔中Ca2+、Mg2+离⼦的总量永久硬度：硫酸盐、氯化物等形成暂时硬度：碳酸盐和重碳酸盐形成，煮沸后分解形成沉淀④总盐量（⽔中全部阴阳离⼦总量）⑤有机污染物综合指标(宏观地描述⽔中有机污染物，是总量指标，不针对哪类有机物)a.⾼锰酸盐指数(Pi)：⽤KMnO4作氧化剂氧化⽔中有机物所消耗的量，⽤mgO2/L表⽰b.化学需氧量(COD)：在⼀定条件下⽔中能被得重铬酸钾氧化的⽔中有机物的量，⽤mgO2/L表⽰c.⽣物化学需氧量（BOD）：在⼀定时间温度下，微⽣物分解⽔中有机物发⽣⽣物化学反应中所消耗的溶解氧量，单位mgO2/Ld.总有机碳（TOC）：⽔体有机物总的碳含量，⽤总有机碳分析仪⾼温燃烧⽔样测定，单位mgC/Le.总需氧量（TOD）：⽔中有机物和还原性⽆机物在⾼温下燃烧⽣成稳定的氧化物时的需氧量，单位mgO2/L三、微⽣物学指标保障供⽔安全的重要指标①细菌总数②⼤肠菌群③游离性余氯：Cl2/HOCl/OCl-2．⽔质标准：根据不同⽤⽔⽬的制定的污染物的限量域值除余氯为下界，其他指标均为上界限值，不可超越[4]取⽔样、保存、预处理1．取⽔样根据试验⽬的选取取样点，取样量，容器和取样⽅法取样点：河流⽔系沿上下游和深度布设，处理设施在进出⽔⼝取样量：保证分析⽤量3倍以上，⾄少做2次平⾏样容器：玻璃或塑料瓶，容器清洁（化学指标）或⽆菌（微⽣物指标）取样⽅法 2．保存意义：采⽤⼀些措施终⽌或减缓各种反应速度①冷藏②控制pH 值，加酸调pH <2，个别指标加NaOH ③加保存试剂 3．预处理——⽔样的分离技术（）①过滤②蒸馏③萃取L-L 液萃取：分离⽔中的有机物④浓缩富集[5]分析⽅法的评价体系⽤⽔和废⽔⽔质分析⾸选GB(国标)⽅法 1．准确度：测定值和真空值的接近程度T i X X -常⽤测量加标回收率评价分析⽅法的准确度加标回收率(%)=加标量加标前测定值加标后测定值-×100平均加标回收率(%)=∑=ni n 11加标回收率平均加标回收率处于97%-103%,可以认为分析⽅法可靠 2．精密度：测定值之间的接近程度X X i -常⽤相对标准偏差评价分析⽅法的精密度，⼜称变异系数，⽤CV 表⽰%100?=XSCV ∑==n i i X n X 11偏差1)(11212--=-=∑∑==n X X n dS ni i ni i3．准确度和精密度之间关系精确度⾼，则精密度⼀定⾼准确度低，则精密度⼀定低精密度⾼，⽽准确度不⼀定⾼[6]标准溶液1．基准物质，可以直接准确称量，⽤于配制标准溶液的⼀类物质基本要求：①性质稳定，②组成恒定，较⼤的摩尔质量，③纯度⾼，易溶解滴定分析常⽤基准物质： Na 2CO 3(酸碱滴定) CaCO 3 Zn 粒(络合滴定) NaCl(沉淀滴定) K 2Cr 2O 7(氧化还原滴定) 2.标准溶液：已知准确浓度的溶液配制⽅法：基准物质——直接法⾮基准物质——间接法或标定法例：LHCl 的配制①⽤浓HCl 稀释粗略地配制所要求的浓度②⽤Na 2CO 3溶液对其进⾏标定,计算出HCl 的浓度3．量浓度①物质的量(摩尔，mol)：表⽰物质的指定的基本单元是多少的物理量，1mol 物质B 所包含的基本单元数为阿佛加德罗常数②基本单元：基本单元可以是原⼦、分⼦、离⼦、电⼦及其他粒⼦，或是这些粒⼦的特定组合。
水化学和水质分析
2+
pH
阳离子，mg/L
其它检测项目
阴离子，mg/L
水温 随着温度升高，水的粘度（粘性系数）则降低。在相同操作压力下，水温每相差 1℃，产水量就会有 3 %左右的波动。由此可以看出，在为了确保稳定的产水量，系统运 行温度非常重要。在处理硅和难溶解硫酸盐含量较高的水体时，由于温度降低可以导致 这些无机物的溶解度降低。在冬季低温运行时，如果不对温度进行控制，就会导致硅和/ 或难溶解硫酸盐结垢。在这种情况下，可以采用热交换器升高水温。而在温度控制比较 困难时，需要采取加入阻垢剂或者适当降低回收率的方法来调整系统的运行。水温较高 时，离子透过膜的动能增加，系统脱盐率有会所下降。膜系统长期超过 35℃运行时，可 能会加速膜元件老化速度。 1.2 pH 值
2
离子成分 存 在于自然界的水一般含有钠离子（ Na ）、钾离子（ K ）、钙离子（ Ca ）、 镁 离子（Mg ）、氯离子（Cl ）、硫酸根（SO ）、重碳酸根（HCO ）、硅（Si）以及 少量其它离子。水中的总阳离子和总阴离子的摩尔浓度应该相等。如果水质分析报告 中，阳离子和阴离子的摩尔浓度不能平衡，说明这份水质分析报告不准确或不全面，有 可能对系统的设计和运行带来影响。下面一些名词被用来描述水体中离子的含量或状 态： 1) 总溶解性固体（TDS）：在水处理工艺中，TDS 是滤除悬浮物与胶体并蒸发掉全 部水分后的剩余无机物。TDS 以 ppm 或 mg/l 为单位，在 IMSdesign 软件中 TDS 是全部 阴、阳离子与可溶性二氧化硅的合计。IMSdesign 软件中给水与产水的 TDS 可以通过各 自电导率折算出来。在现场也可以用 TDS 仪测量 TDS，TDS 仪测量水的电导率并乘以转换 因子即得出已知参考溶液（如氯化钠、氯化钾）的 TDS 值。值得注意的是：通过电导率 数值间接测出的各类离子混合而成水溶液的 TDS 值，与通过各离子浓度相加得出的 TDS 值并不相同。一个粗略算法是：对于氯化钠（单价阴、阳离子组成的盐分）参考溶液， 每 1 mg/L 的 TDS 值对应 2μs/cm 的电导率。 2) 硬度： 在水处理工艺中，把钙、镁离子的合计量换算成与之对应的碳酸钙来表 示的量叫做硬度。硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。如果钙硬度很高，需注意控制 系统的结垢风险。 3）碱度：是中和溶解在水中的 OH 、CO 和 HCO 所需要的酸的量。pH 值在 8.3 以下时，采用甲基橙作为指示剂并用酸中和至 pH 值 4.2 时，需要的酸的量称为甲基橙碱 度；pH 在 8.3 以上时，采用酚酞作为指示剂并用酸中和至 pH 值 8.2 时，需要的酸的量 被称为酚酞碱度。在天然水体中，碱度主要是由 HCO 盐类组成。 4）钙离子 (Ca)：钙盐是水中主要的硬度组成部分，某些钙盐的溶解度较低，需注 意 其结垢 风险 。在使用阻垢剂时，钙盐可 达 到过 饱 和状态而不 沉淀 下来，其中硫酸钙 （CaSO ）的饱和度可 达 230%，表征碳酸钙结垢倾向的 LSI（朗格里尔指数）值可达 1.8～2.5。
第1章 绪论
26.70992
几个数据的乘除运算 例如：以下几个数据的乘除运算 0.0265 4.103 40.06 3.434555882 1.2682 (计算器给出的数据 )
几个数据的乘除运算以相对误差最大（即有效数字 位数最少）的为基准来决定结果数据的位数。
上面的四个数据中，0.0265的位数为三位，其余的 三个数据都有四位或五位有效数字，故以保留三位 数为准，即计算结果为：3.43。
三、精密度和偏差
精密度---在相同条件下，几次重复测得结果之间相 互符合的程度，用偏差d表示。 绝对偏差d i= i – ∣ i – ∣ 相对偏差d r = 100 %
平均偏差 d = 1/n ∑ ∣ i – ∣ 相对平均偏差 d r = d / 100% 标准偏差 s = [ 1/n-1 ∑ ( i –) 2 ] 1/2 相对标准偏差 （变异系数）CV =s /
1) 2)
3、有效数字的位数
有效数字保留的位数，决定于分析方法和仪器的准确度。
滴定管可读至小数点后两位。
如：21.08ml（8是估计的,有±0.01之差）；
若仅读21.0，则有两个问题，一是没有将测定的数据读 准，计算时将引起误差；二是人家会问你用什么仪器进 行滴定； 测定数据的表示,主要根据实验的要求与所采用仪器可能 测定的最低（高）限有关。
按照化学动力学研究反应的历程和速度 用分析化学原理测定物质组成存在形式等
水化学应用的是化学的基本原理和方法，但也受到其 他学科特别是地质学、水文学和生物科学的影响，从 而使其具有多学科相互交叉渗透的特点
3、意义
给排水工程 天然水的地球化学 水污染化学 水处理工程 水资源的保护和合理应用 水产养殖 农业植物营养 要考虑Ca2CO3的饱和情况 海洋科学与工程 Ca2CO3 + H+ Ca2+ + HCO-3 腐蚀与防腐科学
水化学类型表示方法
老：水质分析结果用各种形式的指标值及化学表达式来表示：1、离子含量指标溶解于地下水中的盐类，以各种阴、阳离子形式存在，其含量一般以mmol/L （毫摩尔/升）、mg/L（毫克/升）、me/L（毫克当量/升）表示。
海水中的主要离子以单位ml/L（摩尔/升）、g/L（克/升）表示。
超微量元素的离子以，其单位以mg/L（毫克/升）表示。
2、分子含量指标溶解于地下水的气体和胶体物质，如CO2、SiO2，其含量一般用单位mmol/L、mg/L表示。
3、综合指标氢离子浓度（pH值）、酸碱度、硬度、矿化度四项指标，集中地表示了地下水的化学性质。
⑴pH值：pH=﹣㏒[H+]，pH值反映了地下水的酸碱性，由酸、碱和盐的水解因素所决定。
pH值与电极电位存在一定的关系，影响地下水化学元素的迁移强度，是进行水化学平衡计算和审核水质分析结果的重要参数。
⑵酸度和碱度：酸度是指强碱滴定水样中的酸至一定pH值的碱量，地下水中酸度的形成主要是未结合的CO2、无机酸、强酸弱碱盐及有机酸。
碱度是指强酸滴定水样中的碱至一定pH值的酸量，地下水碱度的形成主要是氢氧化物、硫化物、氨、硝酸盐、无机和有机弱酸盐以及有机碱。
酸碱度一般表示单位有mmol/L、me/L表示。
⑶硬度：水中硬度取决于水中钙、镁和其它金属离子（碱金属除外）的含量。
总硬度：地下水中钙镁的重碳酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐的总含量。
暂时硬度（碳酸盐硬度）：水煮沸后呈碳酸盐形态的析出量。
永久硬度（非碳酸盐硬度）：水煮沸后，留于水中的钙盐和镁盐的含量。
负硬度（钠钾硬度）：地下水中碱金属钾钠的碳酸盐、重碳酸盐和氢氧化物的含量。
总硬度=暂时硬度+永久硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度 负硬度（钠钾硬度）=总碱度－总硬度（总硬度＞总碱度） 硬度一般以单位mmol/L 、mg/L 、me/L 、H°（德国度）表示.⑷矿化度：地下水含离子、分子及化合物的总量称为矿化度，或称总矿化度。
第二章水化学综合指标
(二)含盐量 含盐量是指水样各组分的总量，其单位以mg/L或g/L表示。 这个指标是计算值，它与总溶解固体的差别在于无需减去 1/2HCO3。它常用于灌溉水质的评价，以及计算河流向海洋传 输风化产物的参数。在海洋的研究中，常用含盐度代替含盐量。 含盐度的含义是海水中所有组分重量占水重量的千分数，以‰ 表示。 (三)硬度 硬度以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等非碱土金属以外的 金属离子的总和来量度。但是，除Ca2+、Mg2+ 外，其它金属 离子在水中的含量一般都很微，因此，硬度一般以水中的钙和 镁来量度，其计算方法是钙和镁的毫克当量总数乘50，以 CaCO3表示，其单位是mg/L。 在世界各国，水中硬度有不同的表示方法，1德国度 =17.8mg/L(CaCO3)，1法国度=10mg/L(CaCO3)，1英国度 =14.3mg/L(CaCO3)。
高硬度水与肥皂反应产生沉淀而影响洗涤效果，在锅炉和 输水管道中产生水垢而影响其使用寿命。近20年来，人们还 发现饮水硬度与心血管发病率有负相关的关系，因此，硬度是 一个很有用的水质指标。 硬度也称总硬度，它是碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度的总和。 碳酸盐硬度是指Ca2+和Mg2+与CO32-和HCO3-结合的硬度，以 CO32+ 和HCO3- 毫克当量乘50算得，如所算得的数值大于总 硬度，其差值称为负硬度。总硬度与非碳酸盐硬度的差值为非 碳酸盐硬度。碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度也称暂时硬度和永久 硬度，因为碳酸盐硬度是指与HCO3-和CO32-结合的那部分 Ca2+和Mg2+ ，水煮沸时成CaCO3沉淀而被除去，而非碳酸盐 硬度是指与Cl-、SO42-和NO3-结合的Ca2+和Mg2+ ，水煮沸后 不能除去。
应用化学实验(水化学)资料
实验四 化学需氧量(CODCr)的测定
原理
在强酸性溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，加 热将水样中的还原性物质氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁 灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据所消耗的 重铬酸钾标准溶液量计算水样化学需氧量。
仪器
25mL锥形瓶，25mL酸式滴定管，10mL专用COD消化 管，COD测定专用加热仪。
应用化学实验报告
指导教师：
班级： 学生： 学号：
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试验项目
水的物理性质的测定 水中总硬度的测定 (EDTA滴定法) 悬浮固体(SS) 化学需氧量(CODCr)的测定 高锰酸盐指数(CODMn)的测定 水中溶解氧的测定(碘量法) 水中氨氮的测定—水杨酸分光光度法
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实验三 悬浮固体的测定（SS）
实验数据与处理
水样体积V（L） 滤纸+称量瓶重W1（g） 悬浮固体+滤纸+称量瓶重 W2（g） 悬浮固体（g/L）
缺氧池 0.1 17.989 18.299
3.10
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讨论与结论
1、应将水中的树叶、水草等杂志除去 。
2、废水粘度过高时，可用2-4倍蒸馏 水稀释，震荡均匀，等沉淀物下降后 再过滤。
2.2
163.5
44.4
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讨论与结论
世界卫生组织认为，水硬度要适度 ，介于50-100mg/L才是健康的水 。通过以上实验数据与结果可以很容 易知道，学校开水房的水的硬度还是 偏高的，而相对来说饮水机的水的硬 度则是比较适合我们饮用的。
另外需要注意的是，在实验中小硬 度用EDTA滴定要用微量滴定管比较 准确。
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Na
7
14
21
28
35
42
49
舒卡列夫分类——顺序命名法
按水中阴阳离子含量 > 25 Meq %的顺序排列 命名，阴离子在前，阳离子在后。 如：HCO3· 4 - Ca水、SO4 -Na水。 SO 这样命名，有时涉及的离子就不限于上述六 种，而可以是NO3 - Na· Ca水， NO3· HCO3 Na水等。这种命名法应用十分广泛。
CaCO
3
CaO CO
2
400 C
2
2
HNO
3
HNO
NO N
放射性和核反应来源的气体：He、Rn
研究地下水中溶解气体的意义
A、实际意义
水中CO2、H2S或Rn含量超过一定值后，水即成为矿 水，可用来治病。
H2S水(ΣH2S > 2mg/L)可治疗外伤溃疡、皮肤病、降血压、治 疗某些心血管疾病
Cl
19
Mg
( Na K ) 15
pH
6 .8
3、气体成分的单位一般为g/L，只有放射性气体氡例外， 其单位为放射性活度单位（指放射性样品在单位时间内 的衰变次数）或放射性浓度单位
•如埃曼、贝可（ Bq，每秒钟衰变1次），1埃曼＝3.7贝可/立方米
•如某放射性泉的化学成分库尔洛夫式为：
Rn
120 Bq
地下水化学成分的数据处理
地下水化学成分的图示法
Piper 三线图
地下水化学成分的数据处理
水质资料的数学处理
A E P F K B I Q C D M R G H L J N S O 0 2 4 6 欧氏距离 8 10 12 14
阴离子 meq % 10 % 阳离子 meq %
。 t(C 10 %
) pHD ( L / s )
库尔洛夫式具有一目了然的特点，是以数学分式形式表示 水化学成分的方法，但并无数学上的意义。
其主体分式的写法为：在分子、分母的位置，按Meq% 大 小顺序写出各主要阴、阳离子的化学式及其Meq%值。沿 用惯例，只列出Meq% > 10%的阴、阳离子，若认为需要， 也可将 < 10%者列入，用［ ］表示。
Br
H 0 . 012
2
S
0 . 0032
M
Cl
3 .1
96
t
30
。 93
pH
Na
52
Ca
4 .9
课堂作业1：
一水样成分如下(mg/L):（简分析结果）
Cl-为35.5、SO42-为48、HCO3-为122
Ca2+为30、Mg2+为18、Na为23
pH为7.3、T为15℃
试写出其库尔洛夫式
水化学分类
为科学、合理地开发利用地下水资源，除应评价水资源量 外，还必须评价水质
在水量方面可把水资源分为补给资源和储存资源
在水质方面对地下水的划分有三种：
按成因分：渗入成因、沉积成因、内生成因 按溶解组分和水化学指标分（本节讲）
按潜在用途分：饮用水、农业用水、工业用水、 医疗矿水、工业矿水……
海洋环境
深成环境
重碳酸钠型水 硫酸钠型水 氯化镁型水
氯化钙型水
但已有资料表明，在苏林上述四种水化学类型与地下水 形成环境之间并不存在唯一的对应关系。比如，CaCl2 型水确实多见于深成环境，但在浅部地下水中由于阳离 子交替吸附作用，也可发育CaCl2型水。但考虑到苏林 分类已在我国被广泛采用，还要求同学们加以掌握。
N2
CO2
H2S、CH4 指示还原环境
根据水中溶解气体成分，对地下水进行分类
氧化 还原
强还原
特殊 矿水
氧化水组（以O2为主） 潜育水组（生物成因的CO2为主） 硫化氢还原水组（H2S为主，有部分生物成 因的CO2） 甲烷强还原水组(CH4为主，有部分生物成因 的CO2、N2和H2S) 变质或岩浆CO2水组 含N2热水组（大气成因的N2为主）
苏林分类
根据水中主要阴、阳离子（Cl-、SO42-、 HCO3-、Na+、Mg2+、Ca2+）彼此化学亲和力 的强弱顺序而组成盐类的原则，划分出四种 类型的水，具体划分方案如下：
水化学类型分类——苏林分类法
（1）γ Cl-﹤γ Na+（毫克当量数）
A：
Na Cl SO
Meq %
一门关于地下水的科学
水文地球化学
主讲：郭清海
水化学分类、水化学数据处理
常用浓度量纲
• • • 体积量纲：克/升（g/L）、毫克/升（mg/L） 摩尔量纲（M）：mol/L（克/升/摩尔分子数） 重量量纲
– ppm (Part per million, 百万分之一) = 1mg/kg
– ppb (Part per billion, 十亿分之一) = 10-9 = 10-3ppm
H SiO
2 3 0 . 07
H S
2
CO 0 . 021
2 0 . 031
M
Cl
3 . 27
SO 84 . 76 Ca 71 . 63
4 14 .8
7 . 78
此水样的Si(以H2SiO3表示)和H2S 含量均超出了矿泉 水的标准，CO2含量也超出了区域背景值。
２、水中偏硅酸根、硝酸根含量有时较高，构成了 主要阴离子（> 10%），这时，主体式中就须列出
实例1：
江西崇仁县马鞍坪，某下降泉水化学成分为（mg/L） Cl-： 1.7（7.6%） Ca2+： 1.02（8.2%）
Mg2+： Fe3+： 0.912 （12.3%） 0.08（0.6%） SO42-： 0.5（1.6%） HCO3-：16.71（44.3%） HSiO3-：22.1（46.4%） Na++K+：10.235（78.7%）
4. 按地下水中溶解气体分类
地下水中经常含有各种溶解气体，按其来源可分为：
空气来源的气体：N2、O2、CO2、 Ne 、Ar、 Xe 生物化学来源的气体：CH4、CO2、N2、H2S、H2、O2、NH3、 碳氢化合物（已烷、丙烷、丁烷等） 化学来源的气体：CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、HCl、 HF、SO2、NH3，如：
3. 按主要离子组分分类 大多考虑主要阴、阳离子的相对含量
两种常用的水化学分类方法
舒卡列夫分类
编号命名法 顺序命名法
苏林分类
舒卡列夫分类——编号命名法
• 根据地下水中Ca、Mg、Na (Na + K)、Cl、SO4、HCO3将Meq百分 数大于25% 的阴离子和阳离子进行组合，每种类型以阿拉伯数字为 代号，共49类 • 按矿化度又分为4组：A组矿化度< 1.5 g/L，B组1.5-10 g/L，C组1040 g/L，D组> 40 g/L
Meq %
1
B：Meq
% C a
HCO3 HCO3
Cl Na
MgCl2
型水
碱 性 Mg 增 强 Na
SO4
酸 性 增 强
Mg
1
CaCl2 型水
碱 性 增 强 Mg Na
C a
SO4
Cl
酸 性 增 强
Cl
为什么要如此分类呢？
苏林1948年提出这一分类原则时，是为了区分四种产于 不同环境中的地下水： 大陆环境
任一水样的阴阳离子的相对含量分别在两个三角形中以圆圈或圆点表 示，其引线在菱形中的交点以圆圈或圆点表示，有时，圆圈大小按一 定比例尺画出，表示水样矿化度的高低。
三线图的优点：
能把大量的水分析资料点绘在同一张图上，依据其分布情况可解释许 多水文地质问题。 Piper认为该法能判断某种水是否是另外两种水简单混合的结果。
某阳 阴 离子的 meq 阳 阴 离子的 meq 之和
100 %
•
近年来，水分析中倾向于使用mg/L，因为mg/L法代表了大多数水化学组分 所用的分析方法，即分析一已知体积溶液中的物质质量，而不是一已质量 溶液中物质的质量。
库尔洛夫式
微量元素
g
/ L 气体成分（
g / L） M (g / L )
碳酸水（水中游离CO2 > 0.25g/L）可作为矿泉水，能增进食 欲、消除疲劳，对高血压，外伤溃疡等均有疗效
在工程建设中，必须查明水中侵蚀性CO2是否构成对 水泥、混凝土的侵蚀。因此，研究水中气体十分必要。
B、理论意义
指示地下水的成因（来源不同），更重要的是，它们在很 大程度上决定了地下水的氧化-还原条件。 水中主要 溶解气体 O2 地下水中的氧化－还原条件 大气成因、氧化环境 与O2共存：大气成因、氧化环境 与CH4、H2S共生：生物化学成因、还原环境 主要指示潜育环境或变质、岩浆作用
地下水化学成分的数据处理
地下水化学成分的图示法
圆形图示法
柱形图示法
地下水化学成分的数据处理
地下水化学成分的图示法
多边形图示法
半对数图示法
地下水化学成分的数据处理
地下水化学成分的图示法
Piper三线图：
由两个三角形及一个菱形组成，左下角三角形的三条边线分别代表阳 离子中Na+ + K+、Ca2+、Mg2+ 的Meq %；右下角三角形表示阴离子 Cl-、SO42-及HCO3-的 Meq %。
写出主体分式后，在其前面依次列出微量元素、气体成分和 矿化度，其单位均为g/L。在分式Meq后面列出温度（℃）、 pH值、流量D（L/s）
微量元素和气体成分的书写要注意几点：