1、緒論：天然水質系天然溶存物質人工源污染物水懸浮物膠態物溶解物質水質系：水及其中溶存的物質構成的體系構成水質系1、 天然水質系的構成：天然水的主要成分極其復雜性：物質種類繁多且含量懸殊。溶解物質分散程度復雜。存在各種生物。天然水的化學成分的形成：大氣淋溶從巖石土壤中的淋溶生物作用次級反應與交換吸收作用工業廢水、生活污水和農業退水2、水環境化學：是研究天然水體化學物質的來源、存在形態、遷移轉化、生態效應及污染水體治理的一門科學。3、水環境化學課程內容：水環境化學成分的動態規律水質控制方法水質化驗技術第一章：天然水的主要理化性質1、哪些可以反應天然水含鹽量的參數？特點是？常有離子總量、礦化度、鹽度、

2、氯度 離子總量：指天然水的各種離子的含量之和。常用mg/L或mmol/L或g/kg、mmol/kg單位表示 礦化度：礦化度是水中所含無機礦物成份的總量。本書指用過氧化氫氧化后蒸發，在105110干燥剩余的殘渣，然后稱重，即用蒸干稱重法得到的無機礦物成分的總量。在蒸發過程中往往有損失，所以礦化度<水中的離子總量。 氯度：海水樣品的氯度相當于沉淀海水樣品中全部鹵族元素所需純標準銀的質量與改海水樣品質量之比的0.3285234倍，用10-3 作單位，Cl符號表示。 海水的鹽度：當海水中的溴和碘被相當量的氯所取代、碳酸鹽全部轉化成氧化物、有機物完全氧化時，海水中所含固體質量與海水的質量之比，以1

3、0-3 作單位，用S（千分號）表示。S=0.030+1.80655Cl（鹽度和氯度的關系）離子總量礦化度鹽度 其他如海水的折光率，海水的密度等這些都與海水含鹽量密切相關。離子總量、礦化度概念較多用來反映內陸水的含鹽量；鹽度、氯度則是反映海水含鹽量的參數。2、天然水的化學分類方法 按照礦化度的分類方法淡水 礦化度<1g/L （1g/L是基于人的味覺，當大于1g/L時，人感覺咸味）微咸水 1-25g/L （ 25g/L是微咸水和海水的分界線）具海水鹽度的水 25-50g/L鹽水 >50g/L按主要離子成分的分類阿列金分類法（要知道用符號表分類） 含陰離子最多的分為三類：P23 搞清類，

4、組，型A 將HCO3和1/2CO32- 才，統稱為碳酸鹽類，用符號C表示 ： b 1/2SO42-為一類，為硫酸鹽類，用符號S表示；c Cl-為一類，稱氯化物類，用符號Cl表示 含陽離子最多分為三組：Ca-鈣組、Mg-鎂組、Na，K-鈉組 陰陽離子比例分為四個型：每組僅有三個型的水存在。一單位電荷為基本單元 >在每一組內一般只能有其中3個型的水存在。 型水是弱礦化水，主要在含大量Na+與K+的火成巖地區形成； 型水為混合起源水，大多數低礦化和中礦化的河水、湖水和地下水屬于這一類型；（淡水） 型水也是混合起源的水，海水、受海水影響的地區的天然水和許多具高礦化度

5、的地下水屬此類型；（海水） 型水的特點是不含HCO3-，酸型沼澤水、硫化礦床水和火山水屬此型。 分類符號的排列，先寫“類”，“組”寫在“類”的右上方，“型”則用羅馬數字標在“類”符號的右下方。如CCa表示碳酸類、鈣組：第型水；SNa表示硫酸類水、鈉組、第型水。二天然水的密度A純水在4攝氏度時密度最大，對于淡水可近似比照純水的參數看待，在4密度最大。B海水（天然水）的密度：海水的密度是溫度，壓力和鹽度的函數。1 鹽度變化一個單位引起密度的變化值，比溫度變化1攝氏度引起的密度值大許多2海水最大密度時的溫度 = -1.35 攝氏度 X軸表示S鹽度，Y 軸表示冰點 海水S=24.9

6、的海水，其密度最大時的溫度和冰點均為-1.35攝氏度 水溫在密度最大的溫度以上：熱脹冷縮 水溫在密度最大的溫度以下：熱縮冷脹鹽度小于24.95的咸水或淡水，最大密度時的溫度在冰點之上，由密度最大時的溫度開始，無論升溫或降溫，密度都逐漸變小，當表層水溫降至冰點時開始結冰，而底層水溫仍在冰點之上，水體出現明顯的溫度分層。這種現象對于維持淡水湖泊或半咸水湖泊生物的生命活動具有重要意義鹽度大于24.95的海水，這與絕大多數物質隨溫度升高密度下降相一致。表層海水溫度降低其密度一直在升高，若下層海水溫度高于表層，則垂直對流就一直進行，而溫度越趨于最大密度時的溫度，垂直對流就越劇烈，即使海水表層已結冰，但冰

7、下的海水溫度也沒達到最大密度時的溫度，冰下海水繼續對流運動，因而海水較淡水難結冰，且結冰后海水冰下水溫比淡水冰下的水溫低得多。當表層水密度增大，或底層水密度減少時，都會出現“上重下輕”的狀態，密度大的水要下沉，密度小的水要上升，這就形成了上下水團的對流混合（環流）。 第四節，水的流轉混合作用與水體的混合作用引起水體流轉混合的主要因素有兩方面：P36 風力的渦動混合。因為水面受到風力的吹拂，使水的下風岸出現了“堆積現象”即是造成下風水岸的有所提高，此增高的水位就形成了使水向下運動的原動力，因此造成了“風力環流”。風力越大，渦動混合作用越強烈；水面開闊深度淺的水體，較易混合徹底。 上下密度差越大，

8、水越深，風力使水混合所需做的功也越大水的密度差引起的對流混合（環流）。水溫在密度最大的溫度以上：熱脹冷縮 ：水溫在密度最大的溫度以下：熱縮冷脹。 當表層水密度增大，或底層水密度減少時，都會出現“上重下輕”的狀態，密度大的水要下沉，密度小的水要上升，這就形成了上下水團的對流混合（環流）如：在4以上的淡水湖，在降溫的時候，沿岸的的溫度降低的比較快，密度也比較大，沿岸下沉，即形成環流，人們把這種由密度引起的對流作用稱為為密度環流。水的密度流：密度流也稱異重流，是海流的一種。主要由重力和密度差異所引起靜壓力導致的高密度流體向低密度流體下方的侵入。如地中海蒸發旺盛，鹽度大，密度高，相鄰的大西洋海水密度低

9、，于是形成密度流，地中海海水由海峽底層流入大西洋，而大西洋表層海水則經直布羅陀海峽流入地中海。水體溫度的分布：1水溫的水平分布：開闊的水體，差別不大2水溫的垂直分布：水溫的垂直分布有明顯的季節特點；l 在我國北方地區，夏季是正分布（水溫上層高，下層低）；l 冬季形成水溫的逆分布（水溫上層低，下層高）；l 春、秋季節全同溫春季的全同溫期：由<4向4升溫(春)；表層水溫升高，密度變大，溫度較大的水就會下沉，下面溫度較低的水就會上升形成密度流。密度流使上下水對流，直到上下水溫都是密度最大時的溫度為止。夏季的正分層期：4向> 4升溫；兩層（高溫表層和低溫下層）中間夾有一溫度隨深度增加而迅速

10、降低的水層（溫躍層）秋季的全同溫期：由> 4向4降溫。表層水溫下降，密度增大，下層水溫較高，密度較小，發生密度環流；加上風力的混合作用，溫躍層消失。出現上下水溫相同的全同溫期。冬季的逆分層期：由4向< 4降溫；表面結冰；水溫隨深度增加而緩慢升高討論的基點:淡水密度最大時的水溫為4,冰點0;鹽度為24.9的海水密度最大時的溫度與冰點0均為-1.35;水的含鹽量上下均勻.溫躍層，位于海面以下100200 米左右的、溫度和密度有巨大變化的薄薄一層。溫度和密度在溫躍層發生迅速變化，使得溫躍層成為生物以及海水環流的一個重要分界面溫躍層形成的弊：水體不易發生上下水層混合作用，氧氣和營養鹽不易發

11、生上下傳遞，水體底部易長期出現缺氧現象。解決措施：打破溫躍層：風力作用，人為機械作用最大密度的溫度隨鹽度升高而迅速降低，鹽度為35的海水冰點為-1.9，最大密度溫度比冰點低，為-3.5攝氏度。秋末冬初降溫過程中，如果池水鹽度均勻，上下水溫將同時下降（全同溫），密度流可以一直持續到上下均-1.9，然后表層再結冰。這對安全越冬是很不利的，為了使底層保持較高的水溫，應該使上下鹽度有差異依靠底層水較高的鹽度來維持較高水溫。通過添加低鹽度的海水或者淡水。通過增加鹽度的“增密”來補償升高溫度的“降密”海水和淡水一般常量元素：陽離子：Ca，Mg，Na，K ；但海水多了 鍶陰離子：碳酸根，硫酸根，碳酸氫根，氯

12、；海水多了 硼酸根即在硫酸鹽類鈣組中沒有型水（）同理，在硫酸鹽類鎂組，氯化物類鈣組、鎂組中也沒有型水。海水冰點、密度最大的溫度與鹽度有什么關系？鹽度24.9的海水有什么特點？答：在標準壓力下海水的冰點與鹽度的經驗關系是：tf= -0.0137 - 0.05199S -7.225×10-5S2海水密度最大時的溫度t最密是鹽度的函數：   t最密=3.975-0.2168S+1.282 ×10-4S2當鹽度小于24.9 時，冰點溫度低于密度最大時的溫度；當鹽度大于24.9 時，冰點溫度高于密度最大時的溫度，從而導致這兩種情況下海水結冰狀況的不同(前者冰在表層

13、或上層,水在下層;后者是上下層均結冰)。鹽度為24.9的海水，密度最大的溫度與冰點均為-1.35。第二章：天然水的主要離子第一節：水的硬度和鈣鎂離子1、硬度：是指水中二價及多價金屬離子含量總和。單位nmol/L、mg/L（CaCO3）、德國度。HG 三種關系的換算關系：1 mmol/L=2.804。HG =50,05mg/L(CaCo3)a毫摩/升（mmol/L）：以1升水中含有的形成硬度離子的物質的量之和來表示b毫克/升(mg/L，CaCO3)：以1升水中所含有的與形成硬度離子的量所相當的CaCO3的質量表示;c德國度（°HG）：以1升水中含有相當于10mgCaO的Ca2+或Mg2

14、為1德國度（°HG）;硬度的分類：總硬度：單位水體中所含的Ca2+ ，Mg2+的總量稱為水的總硬度按照硬度的陽離子的不同，又可分為鈣硬度，和鎂硬度。考慮到與硬度離子共存的陰離子的組成，硬度又可分為碳酸鹽硬度。碳酸鹽硬度是指水中和HCO3-和CO32-所形成的硬度。這種硬度在水加熱煮沸后，絕大部分可以因生產CaCO3的沉淀而除去，故又叫暫時硬度。非碳酸鹽硬度是對于硫酸鹽和氯化物所形成的硬度，即由鈣，鎂的硫酸鹽，氯化物形成的硬度。他們一般是煮沸方法不能夠除去的，又叫永久硬度。如這是水中的硬度都屬于碳酸鹽硬度，沒有非碳酸鈣硬度，此時水中具有不構成硬度的碳酸鹽，即碳酸氫鉀和碳酸氫鈉，有時將這

15、部分硬度成為負硬度。2、淡水中陽離子以Ca為主，海水以Na+為主。天然水的硬度主要就是由Ca2+、Mg2+離子形成的。海水的硬度很大，主要以Mg2+離子為主。3、Ca2+、Mg2+離子在水產養殖中的意義：P47必需的營養元素、組成成分和新陳代謝調節Ca2+可以降低重金屬離子和一價離子的毒性 Ca2+、Mg2+離子可以增加水的緩沖性Ca2+、Mg2+離子的比例對魚蝦貝的存活有重要影響4、堿度：水中能結合質子的能力，也就是水與強酸中和能力的一個量。總堿度（AT）：由碳酸氫根堿度、碳酸根堿度、硼酸鹽堿度及氫氧根堿度等組成。水中能結合質子的各種物質共同形成堿度。天然水中這些物質有HCO3、CO32、O

16、H、H4BO4，以及H2PO4 、HPO42、NH3等。對于大多數天然水，以前面4種離子的含量為主，其余的物質含量一般很小。前4種離子中，一般又以HCO3為主，其他3種離子含量相對少很多。一般天然水的堿度可以用下列表達式來定義：At=HCO3+2CO32+H4BO4+OH-H+HCO3+2CO32+H4BO4 AT稱為總堿度，它是由碳酸氫根堿度、碳酸根堿度、硼酸鹽堿度以及氫氧根堿度等組成。對于一般天然水，氫氧根堿度很小，可以將OH-H+項忽略。硼酸鹽堿度在海水堿度中占有一定份量，淡水一般含硼很少，在形成堿度方面還不如氫氧根堿度重要，一般可以忽略。對于淡水堿度的定義式可寫成：AT淡水=HCO3+

17、2CO32+OH-H+.堿度與水產養殖有什么關系？堿度的毒性與哪些因素有關？堿度與水產養殖的關系體現在一下三個方面：(1)降低重金屬的毒性；(2)調節CO2的產耗關系、穩定水的pH；(3)堿度過高對養殖生物有毒害作用。堿度與pH和水的鹽度有關系：pH越高堿度的毒性越大，水的鹽度也會使堿度的毒性增加。5、硫在水中的轉化：P56硫元素在水體中如何循環轉化？硫化氫在硫化物中占的比例與哪些因素有關？為什么pH低，硫化物的毒性增強？ 答：硫在水中的轉化 硫在水中存在的價態主要有+6價及2價，以SO42、HS、H2S、含硫蛋白質等形式存在。也有以其他價態形式存在的。比如SO32、S2O32、單質硫等。但在

18、天然水中的含量很少。 (1)蛋白質分解作用 蛋白質中含有硫。在微生物作用下，無論有氧或無氧環境，蛋白質中的硫，首先分解為2價硫(H2S、HS等)。在無游離氧氣的環境中H2S、HS可穩定存在，有游離氧時H2S、HS能迅速被氧化為高價形態。(2)氧化作用 在有氧氣的環境中，硫磺細菌和硫細菌可把還原態的硫(包括硫化物、硫代硫酸鹽等)氧化為元素硫或進一步氧化為SO42:(3)還原作用 在缺氧環境中，各種硫酸鹽還原菌可以把SO42作為受氫體而還原為硫化物。硫酸鹽還原作用的條件：缺乏溶氧 調查發現，當溶氧量超過016mgL時，硫酸鹽還原作用便停止。含有豐富的有機物 有微生物參與 有硫酸根離子 (4)沉淀與吸附作用 Fe2+可限制水中H2S含量，降低硫化物的毒性，因為有下列反應：Fe2+ 十 H2S = FeS + 2H+ ；Fe3+也可以與H2S反應： ；2Fe3+ + 3H2S = 2FeS + S + 6H+當水質惡化，有H2S產生時，潑灑含鐵藥劑可以起到解毒作用。 SO42也可以被CaC03、黏土礦物等以CaS04形式吸附共沉淀。(5)同化作用 硫是合成蛋白質必需的元素，許多植物、藻類、細菌可吸收利用SO42中的硫合成蛋白質。H2S不被吸收，只有某些特殊細菌可利用H2S進行光合作用，將H2S轉變成S或SO