第二章 水环境化学(天然水)2
第二章 天然水的基本特性和水污染
五、病原微生物 细菌总数 大肠杆菌 原生动物（Giardia，Cryptosporidium） 六、热污染 破坏水生态平衡，溶解氧减少、细菌繁殖、 厌氧发酵（产生恶臭）。 七、硬水污染 Ca2+、Mg2+等含量构成的水的硬度。
第四节 水质标准、水质指标和分析
一、水质标准 p41 表2-9 色、悬浮物、臭和味、pH、挥发酚类、硫酸盐、 TDS、氨氮、氯化物、硫化物、氰化物、砷、重金 属、DDT、六六六、BOD5、CODCr、细菌总数、总α、 总β等。
[注] 计算中的24.4为镁的当量重，40.0为钙的当量 重，100为CaCO3的当量重）。
第三节 水体污染物
一、有机污染物 颗粒态有机物：Particle Organic Carbon
胶体态污染物：Colloid Organic Carbon 溶解性污染物：Dissolved Organic Carbon 生物可降解污染物：Biodegradable Organic Carbon 生物难降解污染物：Non Biodegradable Organic Carbon
(2-5) (2-6) (2-7)
6、天然水的硬度 • 总硬度：在水质中钙和镁离子浓度所代表的特性。 • 高硬水有苦、涩外，危害消化道功能紊乱，耗肥皂 多，影响锅炉使用寿命。
• 地面水硬度一般不高，地下水硬度往往高。 • 硬度常以CaCO3或CaO的当量来表示。 1法国度 = 10mg/L CaCO3 1德国度 = 10mg/L CaO
• 测定燃烧前后原料气中氧浓度的减少量，求得总 需氧量值。用TOD测定仪测定。
天然水的水质
Ⅰ类：适用于源头水、国家自然保护区； Ⅱ类：适用于集中式生活饮用水水源地一级保护 区、珍贵鱼类保护区。 Ⅲ类：适用于集中式生活饮用水水源地二级保护 区、一般鱼类保护区。 Ⅳ类：适用于一般工业用水区及人体非直接接触
第二章天然水主要离子化学
第一节 天然水成分的一般组成 第二节 几种离子在天然水中的化学行为 第三节 水环境化学研究方法 第四节 天然水分类 第五节 天然水的pH值、酸度和碱度
第一节 天然水成分的一般组成
• 天然水的化学成分指存在于水中各种元素的 离子、原子、分子、溶解和未溶解的气体成 分、天然和人工的同位素、复杂有机化合物、 活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的 机械和胶体物质等。
Ca2 主要来源于石灰岩、铝硅酸盐、石膏；Mg 2 主要来源于白云岩、泥灰岩及基性岩等含镁较高 的岩石。通过淋溶作用进入水体。
二 天然水的一般成分
Na + 、 K + 广泛存在于天然水中， Na+ 与 Cl-相似，表征高矿化 水的主要阳离子，浓度可达几克，K + 很少，其含量一般只有钠 的 4%—10%。 Na + 、 K + 主要来自海相和陆相沉积中的钠盐钾 盐矿床及铝硅酸盐中各种长石这些矿物岩石经风化淋溶使 Na + 、 K + 进入水相并随水迁移。在迁移过程中某些钾化合物 被土壤胶体团粒吸附，并保存起来供植物吸收，土壤中保存的 钾与钠多得多，钾被植物吸收的量远超过钠，故有比较多的 Na+ 输入江河湖海，使水中 Na + 比 K + 含量大得多。
二 天然水的一般成分
生物成因物质主要是氮磷等物质，在天然水中氮
既可呈无机化合物态，又可呈现有机化合物状态，
含氮无机化合物有
NH
4
、
NO2
和
NO3
，这些离子间可
相互转化。氮的有机化合物主要指生物体由于有机氮化合物分解进入水中的。
磷化合物呈溶液状态的主要是
第二节 几种离子在天然水中 的化学行为
养殖水环境化学
▲水体Alk＝0.1~0.3 mmol•L—1其生产力低； ▲水体Alk＝0.3~1.5 mmol•L—1其生产力一般； ▲水体Alk达到1.5~3.5 mmol•L—1才有可能具有较高 的生产力。 ▲一般要求Alk值要＞1 mmol•L—1；但是Alk值＞3.5 mmol•L—1时，对生产不利，而且随着pH值的升高毒 性增强。 有报道称四大家鱼养殖用水的危险指标是 10 mmol•L—1。 ▲海水碱度较为稳定，一般在2~2.5 mmol•L—1范围内。
在Na+和K+中，动物需要较多的Na+ ，植物需 要较多的K+ 。
钠是动物肌肉保持正常感应性所必需的。某些 蓝藻特别需要钠，其适宜的钠浓度低限约为4 mg/L。 有些蓝藻在40 mg/L钠时增长最快。
钾与植物原生质的活动有关，在其分生组织和 幼嫩器官中含钾较多。巨藻(Nereocystis)含钾量占湿 重3%。缺钾时无论高等或低等植物都不能发育。
Cl— ，但含量差别很大。 氯在岩石中的含量远较天然水中其它主要成分为低。
16km厚的地壳中的氯有3/4存在于海水中。
与其它主要离子相比，Cl—的地球化学行为最为简单，
也是水体中最保守的成分。水中的主要来源有： 1、沉积岩中含食盐矿床的溶解及火成岩的风化作用；
2、人类活动； 3、海风、降雨以及泉水补给或污染。
达里诺尔湖是内蒙古自治区第二大淡水湖，面积 238km2，最大深度为13m，平均水深7~8m，容积是16 亿m3，湖面海拔1226m。成因类型为堰塞湖（因构造 下陷形成构造湖的基础上，又受到玄武岩流堰塞而形 成的湖泊） 该湖泊是一个高原内陆封闭式半咸水湖，
水环境化学复习-第一二章
绪论：水质系：水及其中溶存的物质构成的体系构成水质系1、 天然水质系的构成：⑴天然水的主要成分极其复杂性：①物质种类繁多且含量悬殊。
②溶解物质分散程度复杂。
③存在各种生物。
⑵天然水的化学成分的形成：①大气淋溶②从岩石土壤中的淋溶③生物作用④次级反应与交换吸收作用⑤工业废水、生活污水和农业退水2、水环境化学：是研究天然水体化学物质的来源、存在形态、迁移转化、生态效应及污染水体治理的一门科学。
3、水环境化学课程内容：：①水环境化学成分的动态规律②水质控制方法③水质化验技术第一章：天然水的主要理化性质1、哪些可以反应天然水含盐量的参数？特点是？ 常有离子总量、矿化度、盐度、氯度① 离子总量：指天然水的各种离子的含量之和。
常用mg/L 或mmol/L 或g/kg 、mmol/kg 单位表示②矿化度：矿化度是水中所含无机矿物成份的总量。
本书指用过氧化氢氧化后蒸发，在105～110℃干燥剩余的残渣，然后称重，即用蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量。
在蒸发过程中往往有损失，所以矿化度<水中的离子总量。
③ 氯度：海水样品的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银的质量与改海水样品质量之比的0.3285234倍，用10-3作单位，Cl 符号表示。
④ 海水的盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部转化成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含固体质量与海水的质量之比，以10-3作单位，用S ‰（千分号）表示。
S ‰=0.030+1.80655Cl ‰（盐度和氯度的关系）离子总量〉矿化度〉盐度 其他如海水的折光率，海水的密度等这些都与海水含盐量密切相关。
离子总量、矿化度概念较多用来反映内陆水的含盐量；盐度、氯度则是反映海水含盐量的参数。
2、天然水的化学分类方法 ⑴按照矿化度的分类方法淡水 矿化度<1g/L （1g/L 是基于人的味觉，当大于1g/L 时，人感觉咸味） 微咸水 1-25g/L （ 25g/L 是微咸水和海水的分界线） 具海水盐度的水 25-50g/L 盐水 >50g/L⑵按主要离子成分的分类——阿列金分类法（要知道用符号表分类） ① 含阴离子最多的分为三类：P23 搞清类，组，型A 将HCO 3-和1/2CO 32- 才，统称为碳酸盐类，用符号C 表示 ： b 1/2SO 42-为一类，为硫酸盐类，用符号S 表示； c Cl -为一类，称氯化物类，用符号Cl 表示天然水 质系天然溶存物质 人工源污染物 水悬浮物胶态物溶解物质{}{}3310103285234.0--=Ag W Cl②含阳离子最多分为三组：Ca-钙组、Mg-镁组、Na，K-钠组③阴阳离子比例分为四个型：每组仅有三个型的水存在。
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。
水环境化学复习-第一二章
绪论：水质系：水及其中溶存的物质构成的体系构成水质系1、 天然水质系的构成：⑴天然水的主要成分极其复杂性：①物质种类繁多且含量悬殊。
②溶解物质分散程度复杂。
③存在各种生物。
⑵天然水的化学成分的形成：①大气淋溶②从岩石土壤中的淋溶③生物作用④次级反应与交换吸收作用⑤工业废水、生活污水和农业退水2、水环境化学：是研究天然水体化学物质的来源、存在形态、迁移转化、生态效应及污染水体治理的一门科学。
3、水环境化学课程内容：：①水环境化学成分的动态规律②水质控制方法③水质化验技术第一章:天然水的主要理化性质1、哪些可以反应天然水含盐量的参数？特点是？ 常有离子总量、矿化度、盐度、氯度① 离子总量：指天然水的各种离子的含量之和。
常用mg/L 或mmol/L 或g/kg 、mmol/kg 单位表示②矿化度：矿化度是水中所含无机矿物成份的总量。
本书指用过氧化氢氧化后蒸发,在105～110℃干燥剩余的残渣,然后称重,即用蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量.在蒸发过程中往往有损失，所以矿化度〈水中的离子总量.③ 氯度:海水样品的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银的质量与改海水样品质量之比的0.3285234倍，用10-3作单位,Cl 符号表示。
④ 海水的盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部转化成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含固体质量与海水的质量之比，以10-3作单位，用S ‰（千分号）表示.S ‰=0.030+1。
80655Cl ‰（盐度和氯度的关系)离子总量〉矿化度>盐度 其他如海水的折光率，海水的密度等这些都与海水含盐量密切相关。
离子总量、矿化度概念较多用来反映内陆水的含盐量；盐度、氯度则是反映海水含盐量的参数。
2、天然水的化学分类方法 ⑴按照矿化度的分类方法淡水 矿化度<1g/L （1g/L 是基于人的味觉，当大于1g/L 时,人感觉咸味） 微咸水 1-25g/L （ 25g/L 是微咸水和海水的分界线） 具海水盐度的水 25-50g/L 盐水 〉50g/L⑵按主要离子成分的分类——阿列金分类法（要知道用符号表分类） ① 含阴离子最多的分为三类：P23 搞清类，组,型A 将HCO 3-和1/2CO 32- 才，统称为碳酸盐类,用符号C 表示 ： b 1/2SO 42-为一类，为硫酸盐类，用符号S 表示； c Cl -为一类，称氯化物类,用符号Cl 表示天然水 质系天然溶存物质 人工源污染物 水悬浮物胶态物溶解物质{}{}3310103285234.0--=Ag W Cl②含阳离子最多分为三组:Ca-钙组、Mg-镁组、Na，K-钠组③阴阳离子比例分为四个型：每组仅有三个型的水存在.一单位电荷为基本单元④> 在每一组内一般只能有其中3个型的水存在。
天然水的基本特征
③气体在水中的溶解速率
• 影响气体溶解速率的因素
– 气体不饱和程度
– 水的单位体积表面积
– 扰动状况
– 温度
Cs: 气体的饱和溶解度
dc dt
kg
A V
(Cs
C)
C: 水中气体的实际浓度 kg: 气体迁移系数 A: 水的表面积
V: 水的体积
④氧在水中的溶解
• 水体中的元素氧主要来自大气 • 温度↑→水中平衡氧浓度↓
(4) 水生生物对溶解氧的影响
• 水体中溶解氧(DO)浓度是耗氧过程与复 氧过程平衡的结果
• 耗氧过程
– 有机物的氧化 – 自养生物和异养生物的呼吸。
• 复氧过程
– 大气中氧的溶解 – 自养生物的光合作用
(4) 水生生物对溶解氧的影响
• 藻类(自养生物)的生成与分解
– 生成: 光合作用（P） – 分解: 呼吸作用（R）
• 封闭碳酸体系的 lgC-pH图?
例题
• 某河流，pH=8.3，cT,CO3=3×10-3mol/L H2SO4的废水排入该河流。假如河流pH值 不得降至6.7以下，问每升河水中可最终排 入这种废水多少升?
CO2+H2O ＝ H2CO3＊ H2CO3＊ ＝ HCO3-+H+ HCO3- ＝ CO32-+ H+
⑤CO2在水中的溶解
• 25℃时水中[CO2]的值可以用亨利定律来计算: PCO2 =(Pa-PH2O) ×fCO2 =(1.013-0.0317) ×105 ×3.14 × 10-4
=30.8 (Pa) [CO2]=3.34×10-7×30.8=1.03×10-5 (mol/L) • CO2在水中可部分离解，产生等浓度的H+和 HCO3• H+和HCO3-的浓度可从CO2的酸离解常数计 算
第二章 水环境基本理论
第二章水环境基本理论第一节天然水的化学组成一、纯水的结构与异常特性1、水的异常特性水是自然界中最常见的物质，具有许多特异的理化性质，也正是由于这些特性，才使水在自然界和人类生活中普遍发生巨大作用，成为支配自然和人类环境中各种现象的主要因素。
要研究水及其中杂质共同表现的水质特性，需先深入了解水本身的特性。
与同系化合物相比，水具有如表2-1所示的一系列异常特性。
表2-1 纯水的异常特性及其意义性质特点意义状态一般为液态提供生命介质、使水具有流动性热容在所有固体和液体中最高（NH3除外）使水成为良好的传热介质，调节环境和有机体的温度熔解热最大（NH3除外）使水处于稳定的液态，调节水温蒸发热在所有物质中最高对水蒸气的大气物理性质有重要意义，调节水温密度 3.98℃时极大对于水生生物在严冬冻结的淡水水体深层水中的生命活动具有重要意义表面张力在所有液体总最大（汞除外）生理学控制因素，控制液滴等表面现象介电常数所有液体中最高高度溶解离子性物质并使其电离水合非常广泛对污染物是良好溶剂和载带体，可改变溶质生物化学性质离解很小提供中性介质透明度相对较大透过可见光和长波段紫外线，使在水体深处可发生光合作用（1）水在通常条件下呈液态在地球表面的环境条件下，水可能呈三种物理状态，即液态、气态和固态。
由于沸点和冰点间温度范围相当宽，且相变热很大，所以地球表面大量的水还是呈液态，于是构成了各种类型的天然水体。
因此通常条件下呈液态这一点也正是水的最重要特点之一。
（2）水的温度－体积效应异常纯水与一般物质的热胀冷缩不同，当冻结时体积不是收缩而是膨胀。
在0—3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小，至3.98℃时体积最小，水的密度最大。
此外，当压力加大时，一般物质的凝固点均有所升高，而水的冰点却略为下降。
通常物质的热膨胀系数均随压力的升高而减小，而纯水在0—45℃范围内，热膨胀系数却随压力的升高而增大。
这些都是水在温度或压力变化时体积效应异常的表现。