天然水的化学特征
天然矿泉水检测标准
50 Bq/L
以上是天然矿泉水中矿物质含量的指标以及污染物的含量指标
饮用矿泉水国家GB8537-1995水质标准（杨‘R0）方法。
天然矿泉水、矿泉水的基本特征是：
a.矿泉水是一种矿产资源,是来自地下深部循环的天然露头或经人工揭露的深部循环的地下水。
b.以含有一定量的矿物盐或微量元素，或二氧化碳气体为特征。在通常情况下，其化学成份、流量、温度等动态应相对稳定。
c.应在保证水源卫生细菌学指标安全的条件下开采和瓶装。在不改变饮用天然矿泉水的特性和主要成份的条件下，允许暴气，倾析，过滤和除去超标而影响感观性能的铁和锰，或加入二氧化碳。
天然矿泉水检测标准
天然矿泉水、山泉水、湖泊水检测标准方法
天然矿泉水是指在特定地质条件下形成，并赋存在特定地质构造岩层中的地下矿水，其含有特殊的化学成分或具有特殊的物理性质。从地下深处自然涌出或经钻井采集，含有一定量的矿物质、微量元素或其他成分，通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态指标在天然周期波动范围内相对稳定，是一种珍稀的矿产资源。
矿物质
碘化物：≤锂≤
偏硅酸：≥(水温必须在25℃以上)
硒：≤锂≤
游离二氧化碳：≥250mg
溶解性总固体：≥1000mg
锌：<
铜：<
钡：<
镉：<
铬(Cr6+)<
铅：<
汞：<
银：<
硼(以H3BO3)：<
砷：<
污染物
指标mg/L：
氟化物：<
耗氧量：<
硝酸盐：<
226镭放射性,Bq/L：<
挥发性酚：<
氰化物：<亚硝酸盐：<
水资源质量评价
天然水化学特征
• 选站
凡具有长系列观测资料的地表天然水化学监测 站和基本地下水化学监测井，可作为选用站，缺测 和不足的资料应予以补测。
• 天然水化学类型的分类方法
阿廖金分类法（地表水） 舒卡列夫分类法（地下水）
• 天然水化学特征值计算
硬度及矿化度
• 天然水化学图
总硬度分布图、矿化度分布图和地表水化学类型 图
天然水化学特征
3 水资源污染状况
水资源污染状况评价内容
• • • • • • • 污染源调查与评价 地表水资源质量现状评价 地表水污染负荷总量控制分析 地下水资源质量现状评价 水资源质量变化趋势分析及预测 水资源污染危害及经济损失分析 不同质量的可供水量估算及适用性分析。
污染源调查和评价
污染源调查和评价内容
单位体积浑水中所含泥沙的数量称含沙量，单 位为kg/m3。含沙量最大的河——黄河。
泥沙质沙 Sw 浑水的体积
河流泥沙
• 输沙量sediment runoff
一定时段内通过河道某断面的泥沙数量称为该 时段的输沙量，单位为kg或t。
W S w W u T
式中：W——断面输沙量，kg； Sw——断面含沙量，kg/m3； W——断面面积，㎡； U——断面平均流速，m/s； T——时段长，s。
2 天然水化学特征
天然水化学特征分析内容应包括天然水化学 类型及地区分布，天然水化学成分的年内、年际 变化，河流离子径流量(包括入海、出境、入境离 子径流量)，河流离子径流模数及地区分布。 天然水化学特征分析参数一般选用pH值、矿 化度、总硬度、钾、钠、钙、镁、硫酸盐、硝酸 盐、碳酸盐、氯化物等，有条件地区可根据本地 区的水质及水文地质特征增加必要的参数。
水分子结构天然水基本特征
举例：水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以 Fe(OH)2+ 、 Fe(OH)2+ 、 Fe2(OH)24+ 、 Fe3+ 等形态存在。这些
形态在中性 (pH=7) 水体中的浓度可以通过平衡常数加以计算：
Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+
沸点高。能够有效地调节温度的剧烈变化。
溶解和反应能力强。常被称为通用溶剂。水具有极强的溶
解能力，能够不同程度地溶解大量物质，当然包括污染物。
具有很大的表面张力。水的表面张力仅仅次于水银。
水提供了有机物和生命物质中H的来源。一些有机化合物都
是以碳、氢、氧、氮等元素为基础形成的。这些元素的主要
来源物质就是CO2和H2O。
天 然 水 中 常 见 的 八 大 离 子 ： K+ 、 Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、
HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。
常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。 水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特 征性指标。
硬 度 Ca2+ HCO3Mg2+ CO32碱 度 酸 H+ OH碱金属 Na+ SO42 Cl- NO3酸 根 阴离子 阳离子
在自然生态环境中具有不可估量的作用。例如保证了饮用、
水生生物的生存、生命的进化等。 体积随温度变化情况异常。水的体积改变不遵 循“热胀冷缩”的普遍规律。 “冰轻于水”（ 4 摄氏度水密度最大）具有重
要的生态学意义。可以保护水下的生物，保证水 底部生物需要的溶解氧以及其他营养物的补充等。
热容量最大。在所有液体和固体中，水具有最大的热容量。
上海市矿泉水的分布及其水化学特征
上海市矿泉水的分布及其水化学特征李金柱 施玉麒 吴继红 李华利(上海市地质调查研究院 上海,200072)摘 要 至2002年,本市已勘查鉴定了80处矿泉水。
矿泉水主要赋存于第四纪孔隙承压含水层及岩溶裂隙含水层中,矿泉水达标元素较单一,水化学类型繁多,单井允许开采量相差悬殊及区域分布不均。
勘查评价和开发的重点将是寻找符合人们饮水习惯的低矿化度矿泉水。
关键词 饮用天然矿泉水 勘查评价 水化学特征1 概述上海市位于长江三角洲东缘,太湖流域的尾闾,为平原感潮河网地区,依托长江、太湖、黄浦江等大水体提供的丰沛过境水资源,使城市经济得到迅速发展,是一座典型的靠水兴市、对水设防、治水兴利、借水发展的河口海岸城市。
根据《上海市城市总体规划》的要求,到2020年上海市将建成现代化的国际大都市,以及国际经济、金融、贸易和航运中心之一,并使上海成为国内外最适宜发展创业和生活居住的城市之一。
水作为基础性的自然资源和战略性的经济资源,水资源的可持续利用是经济社会可持续发展的重要保证,水资源质量将直接关系到人们生活质量的提高和城市的生存与发展。
然而,上海的河网水质污染严重,造成优质水资源的严重短缺,上海已成为水质型缺水城市,并被联合国预测为21世纪世界六大缺水城市之一。
对这些地表源水进行生活饮用水的加工处理,则会导致水处理流程增多、工艺复杂,水处理成本增高,经济上浪费严重,同时制成的生活饮水水质还不能完全达到清洁、环保的要求。
矿泉水作为一种天然的营养丰富的饮水,水中含有多种无机盐成分、气体成分、痕量放射性元素、少数活性离子和矿化度,饮用它不仅能补充人体所需的微量元素和宏量元素,还能调节人体的酸碱平衡,并可预防某些疾病(如心血管,消化系统,泌尿系统……),而且无副作用,是一种宝贵的液体黄金。
本市地下蕴藏有丰富的矿泉水资源,因此开发利用以清洁、卫生、具绿色环保概念的优质地下水—饮用天然矿泉水,无疑将对提高本市人民生活质量水平起到重要的作用。
水资源与水环境,第四章(天然水化学)
☆大气降水中所含溶解气体十分稳定，浓度几乎不变，但CO2成分不稳定。
☆大气降水中二氧化硅含量很小，一般不超过0.5mg/L。
大气降水的pH值一般为5.5－7.0左右。
☆目前，酸雨已成为全球性的重大环境问题之一。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
海水占地球总水量的97.2%，世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素，在海水中几乎都能发现，它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
34g 3☆宏量组分海水中宏量组分的含量按其顺序为Cl、Na、SO4、Mg、Ca、K、HCO3、Br，它们的总量占海水溶解物质的绝大部分，即99.94%。
☆中量组分它们是指含量为0.1-10mg/L的组分，这些组分是：Sr、SiO2、B、F、NO3、Li、Rb、C（有机）。
☆微量组分它们是指其含量小于0.1mg/L的组分。
它们包括P、I、Ba、Zn、Ni、As等30多种。
☆海水的含盐度大到在34‰－36‰范围内，只有含量范围变化很大，Na和Cl比也有些变化。
☆海水中含有溶解的和悬浮的有机物，一般有机碳含量在0.1-2.7mg/L范围。
2、海水的成分特征2、海、海水的成分特征3、河水的成分特征☆不同地区的岩石、土壤组成决定着该地区河水的基本化学成分。
在结晶岩地区，河流水中溶解离子含量较少；在石灰岩地区，河水中富含Ca2+及HCO3；若河流流经白云岩及燧石层时，水中Mg、Si含量增高；河流流经石膏层时，使水中富含SO4，且总含盐量有所增加；富含吸附阳离子的页岩及泥岩地区则向河水提供大量溶解物质，如Na、K、Ca、Mg。
☆河水中总含盐量在100-200mg/L间，一般不超过500mg/L，有些内陆河流可以有较高的含盐量。
河水中主要离子关系与海水相反，即其次序为Ca>Na，HCO3> SO4>Cl。
3水中污染物的分布和存在形态
第三章：水环境化学——污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）2、天然水的化学特征3、天然水的性质4、天然水指标三、水中污染物的分布和存在形态1、20世纪60年代美国学者曾把水中污染物大体划分为八类：>①耗氧污染物（一些能够较快被微生物降解成为二氧化碳和水的有机物）;>②致病污染物（一些可使人类和动物患病的病原微生物与细菌）；>③合成有机物；>④植物营养物；>⑤无机物及矿物质；>⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物；>⑦放射性物质；>⑧热污染。
2、污染物毒性取决于形态•这些污染物进入水体后通常以可溶态或悬浮态存在，其在水体中的迁移转化及生物可利用性均直接与污染物存在形态相关。
例如，水俣病就是食用了含有甲基汞的鱼所致。
重金属对鱼类和其他水生生物的毒性，不是与溶液中重金属总浓度相关，主要取决于游离（水合）的金属离子，对镉则主要取决于游离Cd2+浓度，对铜则取决于游离CU2+及其氢氧化物。
而大部分稳定配合物及其与胶体颗粒结合的形态则是低毒的，不过脂溶性金属配合物是例外，因为它们能迅速透过生物膜，并对细胞产生很大的破坏作用。
•近年来的研究表明，通过各种途径进入水体中的金属，绝大部分将迅速转入沉积物或悬浮物内，因此许多研究者都把沉积物作为金属污染水体的研究对象。
目前已基本明确了水体固相中金属结合形态通过吸附、沉淀、共沉淀等的化学转化过程及某些生物、物理因素的影响。
由于金属污染源依然存在，水体中金属形态多变，转化过程及其生态效应复杂，因此金属形态及其转化过程的生物可利用性研究仍是环境化学的一个研究热点。
3、难降解有机物和金属污染物环境中有机污染物的种类繁多，其环境化学行为至今还知之甚少。
一些全球性污染物如多环芳烃、有机氯等，一直受到各国学者的高度重视。
特别是一些有毒、难降解的有机物，通过迁移、转化、富集或食物链循环，危及水生生物及人体健康。
3.1.2天然水的基本特征(1)
第三章：水环境化学——天然水的性质第三章：水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态一、水和水分子结构的特异性二、天然水的基本特征1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物）2、天然水的化学特征3、天然水的性质（1）碳酸盐系统（2）酸度和碱度（3）天然水的缓冲能力● 缓冲溶液能够抵御外界的影响，使其组分保持一定的稳定性，pH 缓冲溶液能够在一定程度上保持pH 不变化。
● 天然水体的pH 值一般在6-9之间，而且对于某一水体，其pH 几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。
● 一般认为各种碳酸盐化合物是控制水体pH 值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。
但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的pH 值也有着重要作用。
● 但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。
因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。
对于碳酸水体系，当pH<8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH 值可由下式确定：][][lg 3*321--=HCO CO H pK pH如果向水体投入△B 量的碱性废水时，相应由△B 量H 2CO 3*转化为HCO 3-，水体pH 升高为pH ＇,则：B HCO BCO H pK pH ∆+∆--=-][][lg 3*321＇水体中pH 变化为△pH=pH ＇-pH ，即：][][lg ][][lg 3*323*32--+∆+∆--=∆HCO CO H B HCO BCO H pH由于通常情况下，在天然水体中，pH=7左右，对碱度贡献的主要物质就是[HCO 3-]，因此经常情况下，可以把[HCO 3-]作为碱度。
若把[HCO 3-]作为水的碱度，[H 2CO 3*]作为水中游离碳酸[CO 2]，就可推出：△B=[碱度][10△pH -1]/(1+K 1×10pH+△pH )△pH 即为相应改变的pH 值。
第二章水化学成分组成
第二章 水化学成分组成
主讲：杨军耀
太原理工大学水利科学与工程学院
第一节 天然水的化学特征
1、大气降水的成分特征 2、海水的成分特征 3、河水的成分特征 4、湖泊与水库水的成分特征 5、地下水的成分特征
第二节 元素的水化学特征
一、硅、铝、铁、锰
硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百 分数分别为： Si，28.15％，Al，8.23％，Fe，4.65％，Mn， 0.10％，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。
这些岩石矿物溶解于水中的量取决于其溶解度及水解作 用程度。 2、水中存在形态与控制因素
Ca2+，Mg2+在水中行为受CO2影响极大，碳酸平衡控制了 它们的溶解，沉淀或过饱和状态。它们在水中的简单络合离 子形式为： Ca2+ 、CaHCO3+、CaSO40、CaCO30、 CaCl+、CaOH+， Mg2+ 、MgHCO3+、MgSO40、MgCO30、 MgCl+、MgOH+、 MgF+ 、 MgCl20 。
水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度积的控制。 据文献资料，当pH接近于6时，三水铝矿最小溶解度的计算值 小于10mg/L，实测值约27mg/L。
在大多的天然水中(pH=6～9)，水中铝浓度常小于1mg/L，有 时可达几mg/L。但是，在pH小于4.0的强酸性水中，每升水中 铝可能几十mg/L，甚至几百mg/L，这种水多为矿坑排水或泉水 或严重酸性污染水。
所以NH4+、NO3-、NO2- 的伴生可以作为污染的指标，在未污 染的天然水中， NO3- 一般都小于30mg/L，但在受污染的水中， 其含量从几十mg/L到几千mg/L。我国的陕西、河南一些“肥 水”NO3-可达4000mg/L以上。
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天然水的化学特征
一、雨水
雨、雪、雹等统称为降水，比较纯净，但随地区和大气环境影响，会溶存吸收杂质和气体。
在接近海洋和内陆盐湖地方的降水中会溶解一些氯化钠盐分，离海岸距离近的雨水中Cl-含量高。
一般雨水的总含盐量不超过50mg/L，结垢物质(钙、镁〕更微。
在250C, 1大气压下，由于空气中COZ的溶人可使雨水pH值达5.6，这一因素是自然的，并非化学污染，温度、气压澎响但多不大，pH<5. 6时才称为酸雨。
二、河水
河水中含有的悬浮物和溶解盐类随流经地区的气候、地质条件、补给水的影响而变化。
沿途有工矿企业排水时将污染水质。
我国河水的含盐量可在13 -9185mg/L之间变化，而1000mg/L 以上者为少。
河水的水化学特征是Ca z+ > Na+ > Mg2+ ; HCO3->SO2-4>Cl-
一般河水呈现微酸性。
在洪峰期间悬浮物含量增加，含盐量减少;枯水期则相反。
细菌、藻类及有机物在河水中含量也较高。
我国河流的水化学特征有明显的地带性:重碳酸盐类分布最广，占全国面积的680o I氯化物盐类占25.4%o，硫酸盐类分布最少占6.6%并大部分分布在西部内陆地区。
东南沿海河流含盐量最少为36. 4mg/L，在塔里木河米兰附近测得含盐量达32 732mg/L(接近海水含盐度)，两者相差近1000倍。
我国河水中硬度类别分布情况。
三、湖水
湖泊是提供工业和饮用的主要水源，并具有改善区域生态环境等多种功能。
湖水的化学成分决定于流人水源及补给湖泊的地下水流的成分，并与在湖内进行生物作用和湖泊集水面的自然地理条件有关。
是否有水流从湖泊流出，对湖水化学成分形成过程有特殊意义。
不排水湖泊湖水耗损于蒸发，因而进人湖内的盐类不断聚积，其浓度继续升高，结果湖泊变成咸水湖。
排水湖的含盐量通常不超过200 - 300mg/L，咸水湖中的离子总数可达5. 82g/L。
湖泊的深度、面积、容量对水质有明显影响。
我国东北地区(松嫩平原的东北部)气候干旱，地形低洼，湖泊密集，周围盐碱土分布其盐分多属苏打盐土，地表水和地下水的含盐量较高，水中主要成分是重碳酸钠，含盐量2700mg/L左右，为淡水湖、咸水湖和卤水盐湖三种类型。
根据调查资料，大约有近20%的湖泊水质较好(11一m类)，有80%以上的湖泊受到污染(N-劣V类)，这表明当前我国湖泊水质污染问题十分严峻。
四、水库水
水库水中溶解盐类主要取决于补给水库的地表水和地下水的化学成分;水库调节情况;
降水量和蒸发量;库盘土层含盐量; 库水中的生物作用和生物化学作用;有无外来污染水源(工业废水、生活污水)。
在决定水库化学情况时，主要决定水库流人量和流出量(水库调节情况)。
从给水卫生要求方面，应注意库址选择与库底卫生清理并对水库周围建卫生防护带。
五、地下水
地下水是工矿企业、城镇供水的主要水源之一。
地下水也是矿物资源，如当氯化钠大于50mg/I.、碘大于20mg/L时，就有作为原料利用的价值。
地下水起源于大气降水和地表水渗透;土层中水汽的凝结;初生水和共生水。
有的认为地下深处的地下水是岩浆中分离出的气体凝结所形成的。
土层中水汽的凝结有其实际意义，在降水非常少的沙漠平原里，这种水可作为饮用水的重要来源某些地区地下水温度较高，婴下热能”能源。
通过地层的渗滤作用，地下水比较清澄，细菌、微生物也不易存在，但溶解的矿物质较多，其成分与地层性质、补给水水源水质有关。
当地下水受河流补给，而河流受到海水倒灌时，地下水中氯离子含量相应上升。
矿床、煤层、油田范围内以及矿坑中抽取的地下水质量较差。
地下水含有放射性物质氛，一定范围内具有医疗作用。
地下水按矿化度划分为四类:①淡水，矿化度小于lg/L;②微咸水，矿化度1一3g/L;③半咸水，矿化度3-5g/L;④咸水，矿化度大于5g/L。
地下淡水分布区的面积约810.65万km'，占全国总面积的85-39%o。
微咸水分布区，主要分布在我国的河北、山东、江苏、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、甘肃、山西、陕西和吉林的部分地区，地下微咸水分布区的面积约53.92万km'，占全国总面积有的5.68%o。
半咸水、咸水分布区，主要分布在新疆维吾尔自治区的许多地区、宁夏回族自治区、内蒙古自治区、青海、甘肃的部分地区，以及天津、河北、山东、辽宁、上海、江苏、广东的部分滨海地区;地下半咸水、咸水分布区面积约84.73万km'，占全国总面积的8.93%.
六、海水
海水的盐分是由河流汇集，携带集聚而成的。
海水的平均含盐量为35g/kg (35.7g/L)，海水平均密度为1.03g/cm3，海水的盐分浓度受蒸发和降水影响而有差异，河流人口处海水的盐分有降低。
海水的冰点也随盐分变化，当海水的盐分在24. 7%时，点是一1. 3320C，海水中总的有机物含量约2mg/L，由于海洋中的溶解与沉淀平衡，使海洋中的各种离子比例成分相对恒定因此pH值在8-8.3之间，海水一般具有碱性，海水中约有70多种元素，但主要的是10余种，见表1-23.
由于生物的吸收，钙在表层可能会相对地减少。
二氧化硅也是由于这种方式从表面的海水中除去，所以海水中SiO2的含量随探度而有规则地增加。
COZ是控制海洋中CaCO3溶解度的重要因素，它也取决于生物活动的性质和数量。
海水的化学特征为Na>Mg>Ca, Cl>S04>CO3.
海水的含氯度是指lkg海水中所含氯离子的总质量。
海水的含盐度是指lkg海水中所溶解的固体物总量，两者常用单位是g/kg%。
盐度35%。
指1kg海水中溶解的固体物是35g，含盐度%。
= 1.806 6含氯度%。
含盐量为35000mg/L的海水称为标准海水，这是因为世界上绝大多数的海水具有上述的含盐量，其中的离子组成比例全世界也十分相近，但是实际总TDS变化范围很宽，波罗的海的海水含盐量为7000mg/L,红海和波斯湾的海水含盐量为45000mg/L。
由于土壤影响和内陆水的渗入，近海岸井水的含盐量及组成变化极大。
标准海水组成见表1-24 海水利用的范围主要有以下几方面。
(1)海水代替淡水直接作为工业用水。
工业冷却水占工业用水量的80%左右。
海水利用，主要是代替淡水作为工业冷却水，利用海水有如下的优越性。
1)水源稳定。
海水自净能力强，水质比较稳定，采用量不受限制。
2)水温适宜。
工业生产利用海水冷却，带走生产过程中多余的热量。
海水，尤其是深层海水的温度较低，且水温较稳定，如大连海域全年海水温度在。
0-25℃之间。
3)动力消耗低。
一般多采取近海取水，不需远距离输送。
4)设备投资少，占地面积小。
与淡水循环冷却相比，可省去回水设备、冷水塔等装备。
(2)用海水作树脂再生还原剂和溶剂。
在钠离子交换过程中，当软水的硬度超过规定标准时，即表明交换树脂已失去交换能力，需用食盐溶液对交换树脂进行再生还原，使其恢复交换能力。
在工业企业的低压锅炉软水处理工艺中，传统的方法是采用自来水配制5%-g%
浓度的食盐溶液，对树脂进行再生还原。
为了节水，沿海城市采用海水作为还原剂取得了成熟的经验。