1、天然水的主要離子12.1水的硬度及鈣鎂離子天然水中主要離子成分含量大于等于1mg/L天然水中的主要離子成分是構(gòu)成水中鹽分的主體，占其總含鹽量的90%以上。陸地水陽離子：Ca2+ , Mg2+ , Na+ , K+陰離子：HCO3- , CO32- , SO42- , Cl-海水中除上述，另有 Sr2+ , Br- , F-，H3BO3(H2BO3-) 21)內(nèi)陸水河水I土壤I巖石I大氣I風(fēng)I有機體E離子E風(fēng)E植物X湖水S支S雨S潛S排S風(fēng)S滲S沉隨著離子總量的增加，優(yōu)勢主要離子變化為HCO3-SO42-Cl-; Ca2+Mg2+Na+K+潛水Ca2+ , Mg2+ , Na+ , HCO3-

2、, SO42- , Cl-,硅酸鹽離子32)大氣降水化學(xué)成分： HCO3- , SO42- , SO32- ，Cl-, NO3-，Ca2+ , Mg2+ , Na+ , NH3 (NH4) 分布變化：1）地區(qū)分布沿海地區(qū)：離子總量較高，Cl-, Na+高，水質(zhì)類型Cl,CNa ；內(nèi)陸地區(qū)：Cl-, Na+逐漸被HCO3- , SO42- , Ca2+ 代替；城市附近：降水酸度明顯增大，SO42- , Cl-, 含氮化合物含量較高。2）季節(jié)變化內(nèi)陸與城市附近， SO42- 冬季高于夏季；沿海地區(qū)，Cl-雨季高于旱季；含氮化合物夏季高于冬季。43)海水 中等濃度的電解質(zhì)溶液； 含有80多種元素，且

3、以各種各樣價態(tài)和化合形式存在的化學(xué)體系； 主要組分占海水中溶解鹽類的99.8-99.9%,主要成分有恒比關(guān)系； 含有10-9級或含量更低的微量元素和溶解有機物； 化學(xué)物質(zhì)以不同的分散度（溶解、膠體、懸浮）存在于水體中。52.1.1 水硬度的概念及表示單位1)硬度：水的硬度是指水沉淀消耗肥皂的能力。從理論上說，包括堿金屬以外的所有金屬離子。 天然水中，鈣、鎂是構(gòu)成天然水硬度的主要成分。62) 水硬度的表示單位 毫摩/升(mmol/L)：以1L水中含有的形成硬度離子的物質(zhì)的量之和。以1/2Men+作為基本單元。常用硬度單位。 毫克/升(CaCO3) 以1L水中所含有的與形成硬度離子的量所相當(dāng)?shù)腃a

4、CO3的質(zhì)量表示，符號為mg/L (CaCO3) 。美國常用，英文文獻中較常出現(xiàn)。 德國度(HG) 將水中的Ca2+和Mg2+含量換算為相當(dāng)?shù)腃aO量后，以1L水中含10mg CaO為1 德國度(HG) 。德國、蘇聯(lián)、我國常采用。7三個硬度單位的換算關(guān)系： 1mmol/L = 2.804德國度 = 50.05mg/LCaCO382.1.2 天然水的硬度與Ca2+、Mg2+ 2.1.2.1 鈣 天然水中主要以Ca2+離子形式存在。來源主要有石膏、白云石、方解石的溶解。 含量差別大 易生成CaCO3沉淀92.1.2.2 鎂 含量常居陽離子的第二位。 Ca2+、Mg2+物質(zhì)的量比例 海水中的鎂與鈣的

5、關(guān)系102.1.2.3 天然水的硬度 1)硬度的種類 由Ca2+造成的硬度稱“鈣硬度”（HCa) , Mg2+造成的硬度稱“鎂硬度” （HMg) 。 各種硬度之和稱“總硬度”，（T.H.) T.H.= HCa+ HMg11碳酸鹽硬度（HC暫時硬度）：以碳酸鹽和重碳酸鹽形式的Ca2+、 Mg2+造成的硬度，水煮沸后可除去。非碳酸鹽硬度（HS永久硬度） ：由硫酸鹽和氯化物形式的Ca2+、 Mg2+造成的硬度。 T.H.= HC+ HS12總堿度大于總硬度時，水中只有碳酸鹽硬度，沒有永久硬度。為I型水，132) 天然水硬度分類142.1.2.4鈣、鎂及硬度的生態(tài)學(xué)意義1）鈣、鎂作為營養(yǎng)元素：是生命過

6、程的必需元素，是生物體液及骨骼結(jié)構(gòu)的組分，還參與體內(nèi)新陳代謝的調(diào)節(jié)。15鎂是葉綠素的組分，Mg不足則RNA凈合成停止，氮代謝混亂，細(xì)胞內(nèi)積累碳水化合物及不穩(wěn)定的磷脂。鈣對蛋白質(zhì)的合成與代謝，碳水化合物的轉(zhuǎn)化、細(xì)胞的穿透性以及氮、磷的吸收轉(zhuǎn)化等，均有重要影響。162）作為水質(zhì)、底質(zhì)改良劑：主要作用有：調(diào)節(jié)并幫助穩(wěn)定水質(zhì)及底質(zhì)的pH，促進物絮凝、聚沉；促進固氮作用及有益微生物的活動，促進有機物的礦化，加速植物營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)再生； Ca2+濃度增大時，可使生物減少從環(huán)境中吸收重金屬，從而降低其毒性。對于養(yǎng)殖水體，通常要求其硬度在13mmol/L。173) 水中鈣、鎂離子比例，對海水魚蝦、貝的存活有重

7、要影響182.2水的堿度、碳酸氫根、碳酸根離子2.2.1 堿度的組成及表示單位 2.2.1.1 堿度的組成 1) 堿度的定義 是指水中所含的能與強酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)。亦即能接受質(zhì)子H+物質(zhì)總量。（1）定義：20，1L天然水中全部堿性物質(zhì)被H+所中和時需要氫離子的mmol數(shù)。常以符號Alk表示，單位為mmol/L。Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3- + （COHCH）19：2) 組成水中堿度的物質(zhì)強堿：NaOH,Ca(OH)2弱堿: NH3、有機胺等，強堿弱酸鹽: 如碳酸鹽、重碳酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、硫化物、腐殖酸鹽等。203)堿度的測定 堿度的測定一般采用標(biāo)

8、準(zhǔn)酸溶液滴定至選定的pH值，根據(jù)滴定終點的不同可分：苛性堿度，所有OH被中和，終點pH在1011之間。碳酸鹽堿度（酚酞堿度），所有CO32被中和，終點pH在8.3左右?？倝A度（甲基橙堿度），所有HCO3被中和。終點pH在4.3左右。21對于碳酸鹽系統(tǒng)，對堿度有貢獻的特種有OH、CO32-和HCO3-，有反應(yīng)：HOHH2OH+ + CO32-HCO3-H+ + HCO3-H2CO3*22一般淡水的總堿度，主要由CO32-、HCO3-構(gòu)成，其他弱酸造成的堿度比例較小。在天然水正常pH條件下，H+、OH-離子對堿度的影響也可忽略不計。 Alk=CHCO3-+C1/2CO32-23 比較110-3mo

9、lL-1的NaOH溶液和0.1molL-1的NaHCO3溶液， NaOH溶液的pH值為11，但用鹽酸滴定時僅需110-3molL-1的H+，即堿度為110-3molL-1；而NaHCO3溶液的pH值為8.3，但中和時需0.1molL-1的H+，即堿度為0.1molL-1。24水體的二氧化碳總量：CO2 =CHCO3-+CCO32-+CCO2水體的碳酸鹽堿度：CA CHCO3-+2CCO32-252.2.1.2 堿度的單位： 毫摩/升(mmol/L)：用1L水能結(jié)合的質(zhì)子的物質(zhì)的量。 毫克/升(CaCO3) 以1L水中能結(jié)合H+的物質(zhì)所相當(dāng)?shù)腃aCO3的質(zhì)量表示，符號為mg/L (CaCO3)

10、。 德國度(HG) ：以1L水中含10mg CaO為1 德國度(HG) 。261mmol/L=50.05mg/LCaCO3 =2.8德國度 =28mg/LCaO272.2.1.3 天然水的堿度 1) 內(nèi)陸水的堿度 天然水的堿度主要來自集雨區(qū)巖石、土壤中碳酸鹽的溶解 較低的堿度的水系，東南沿海、珠江水系、長江水系較高堿度，內(nèi)陸干旱地區(qū)由阿列金I型水補給的湖泊地下水堿度一般較高282)海水的堿度海水堿度的組成海水的堿度則包括碳酸鹽堿度（包括重碳酸鹽堿度）和硼酸鹽堿度。 Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3-堿度大小22.5mmol/L29 堿鹽系數(shù)(區(qū)分水團或水系)海氣交換平衡海

11、水具有很強的吸收CO2的能力。緩沖系統(tǒng)存在大大增強了海水吸收CO2的能力。特別是海水中存在過量的堿。如果海水呈中性，且沒有過量的堿，則在溫度和壓力下，每升海水只能溶解0.5cm3的CO2，因海水中有過剩的堿，則每升海水總共能溶解約45cm3的二氧化碳。30海水中CO2的分布概況表層不飽和隨濃度增加而增大，水溫越高，鹽度越大，溶解度減小，壓力越大，溶解度增加。高緯度、低溫地區(qū)吸收CO2比較強，低緯度會釋放少量CO2。溫度每升高1，大氣里CO2增加4%312.2.2 天然水堿度的生態(tài)學(xué)意義（1）維持水體pH值相對穩(wěn)定的主要緩沖組分。要維持天然水體起碼的緩沖能力要求Alk不小于0.4mmol/L。3

12、2（2）足夠量的堿度值可促進有機懸浮物及膠體物質(zhì)的絮凝，防止缺氧和魚病的發(fā)生，也可中和底質(zhì)中的多余有機酸促進微生物的活動，加速有機物的分解，增強水質(zhì)的肥力。33實踐表明，水體Alk0.1-0.3mmol/L其生產(chǎn)力低，0.3-1.5mmol/L水體生產(chǎn)力一般，而當(dāng)達(dá)到1.5-3.5mmol/L水體才可能具有較高的生產(chǎn)力。34（3）水體中的HCO3和CO32可以同許多重金屬離子生成絡(luò)合物或離子對，從而降低了重金屬對水生生物的毒性。如有毒的Cu2+和CuOH+在水中Alk高時，90%可轉(zhuǎn)化為碳酸鹽絡(luò)合物（主要為CuCO3與Cu(CO3)22-)，從而大大降低Cu在水中的毒性。用CuSO4防治魚病時

13、，水的堿度、絡(luò)合容量不同，其效果也不同。35淡水漁業(yè)水體通常要求Alk值大于1mmol/L，但太高的Alk值可導(dǎo)致魚類死亡，且隨著pH值的升高毒性增強。對于海水，一般Alk都穩(wěn)定在2-2.5mmol/L，通常不影響水產(chǎn)生物的生長與生存。362.3.1 硫酸根離子與硫在水中的循環(huán)2.3.1.1 天然水中的硫酸根離子 1)水中硫酸根的來源：石膏(CaSO42H2O)和無水石膏；自然硫和含硫礦物的生物氧化；SO2及H2S的氧化、含硫的動植物殘體的分解、蛋白質(zhì)的氧化分解。2.3 硫酸根離子、氯離子、鈉離子、鉀離子372) 天然水中SO42-的含量 取決于各類硫酸鹽的溶解度，特別是受到Ca2+的限制。

14、Ca SO4的溶度積常數(shù)為2.510-5。當(dāng)水中SO42-與Ca2+的物質(zhì)的量相等并處于溶解平衡時，SO42-的含量只能達(dá)到480mg/L。38 硫是藻類生長所必需的營養(yǎng)元素，可以SO42的形式被藻類吸收利用，而SO42是天然水中的主要陰離子之一，一般不會缺乏。 生活飲用水中一般規(guī)定不得超過250mg/L。392.3.1.2 硫在水中的轉(zhuǎn)化 1) 硫在水中的存在形式 硫在水中存在的價太主要有+6價及-2價，以SO42-、HS-、H2S、含硫蛋白質(zhì)等形式存在。402)硫在水中的轉(zhuǎn)化 蛋白質(zhì)分解作用 蛋白質(zhì)硫-2價硫高價態(tài)硫(有氧)氧化作用 硫細(xì)菌2H2S+O2 2S+2H2O 細(xì)菌H2S+2O2

15、 SO42-+2H+ 41還原作用 缺氧環(huán)境中，硫酸鹽還原菌把SO42-還原為硫化物。硫酸鹽還原作用的條件： a 缺乏溶氧 溶氧量超過0.16mg/L時，硫酸鹽還原作用停止。 b 含有豐富有機物 提供能量 c 有微生物參與 d 硫酸根離子的含量42 沉淀與吸附作用 Fe2+H2S=FeS+2H+2Fe3+3H2S=2FeS +S +6H+SO42-可以被CaCO3、黏土礦物等以CaSO4形式吸附共沉淀。同化作用 SO42-中的硫合成蛋白質(zhì)；某些特殊細(xì)菌可以利用H2S進行光合作用，將H2S轉(zhuǎn)變成S或SO42-，同時合成有機物，但不釋放氧。432.3.2氯離子1 ) Cl- 廣泛分布于天然水中，但

16、含量差別很大。是水體中最保守的成分，又是工業(yè)廢水和生活污水中含量普遍較高的組分，尤其在Cl- 本底值很低的水體，水中的Cl明顯增設(shè)高，指示著水體可能受到污染。 2) Cl- 無毒，漁業(yè)用水一般不做限定。對養(yǎng)鯉池，有要求。 443)水中Cl-含量增加 ，由于Cl-的絡(luò)合作用，可以大大增加一些金屬鹽類的溶解度。4)一切光合藻類都需要Cl。452.3.3 鈉離子和鉀離子1）天然水中的含量Na+各種天然水中普遍存在，不同條件下含量差別懸殊。K含量遠(yuǎn)比Na+低。K易被土壤膠體吸附，被植物吸收利用。K是藻類的大量營養(yǎng)元素之一，主要用作酶的活化劑，Na至少可部分代替K，動物需要較多鈉。一價金屬離子含量過多，

17、對許多淡水動物有毒。46礦化度主要通過水的滲透壓改變而影響許多水生生物的繁殖、生長和生存。日本魚類用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定NaCl為25005000mg/L,美國則規(guī)定漁業(yè)用水NaCl小于1500mg/L,變幅不得超過自然值的1/3。472.4 海水主要離子組成的恒定性 48各大洋和不同海域的常量組分濃度與氯度比值大洋海域N/ClMg/ClK/Cl大西洋0.5544-0.55670.06670.01953-0.0263北太平洋0.55530.06632-0.066950.02096西太平洋0.5497-0.55610.06627-0.06760.02125印度洋_地中海0.5310-0.55280.067850.0200849大洋海域Ca/ClSr/ClSO4/ClBr/Cl大西洋0.02122-0.021260.0004200.13930.00325-0.0038北太平洋0.02154_0.1396-0.13970.00348西太平洋0.02058-0.021280.00041