天然水中的主要離子課件

天然水的主要離子天然水的主要離子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(yáng)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-)2.1水的硬度及鈣鎂離子天然水中主要離子成分陸地水21)內(nèi)陸水①河水

I土壤＋I(xiàn)巖石＋I(xiàn)大氣＋I(xiàn)風(fēng)＋I(xiàn)有機(jī)體＝E離子＋E風(fēng)＋E植物＋X②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(shì)主要離子變化為HCO3-→SO42-→Cl-;Ca2+→Mg2+→Na++K+

③潛水Ca2+,Mg2+,Na+,HCO3-,SO42-,Cl-,硅酸鹽離子1)內(nèi)陸水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

①沿海地區(qū)：離子總量較高，Cl-,Na+高，水質(zhì)類型[Cl,C]Na；

②內(nèi)陸地區(qū)：Cl-,Na+逐漸被HCO3-,SO42-,Ca2+代替；

③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。2)大氣降水43)海水①中等濃度的電解質(zhì)溶液；②含有80多種元素，且以各種各樣價(jià)態(tài)和化合形式存在的化學(xué)體系；③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；④含有10-9級(jí)或含量更低的微量元素和溶解有機(jī)物；⑤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。3)海水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(shuō)，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。2.1.1水硬度的概念及表示單位62)水硬度的表示單位①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。②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aCO3的質(zhì)量表示，符號(hào)為mg/L(CaCO3)。美國(guó)常用，英文文獻(xiàn)中較常出現(xiàn)。③德國(guó)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10mgCaO為1德國(guó)度(°HG)。德國(guó)、蘇聯(lián)、我國(guó)常采用。2)水硬度的表示單位7三個(gè)硬度單位的換算關(guān)系：1mmol/L=2.804德國(guó)度=50.05mg/LCaCO3三個(gè)硬度單位的換算關(guān)系：82.1.2天然水的硬度與Ca2+、Mg2+2.1.2.1鈣

①天然水中主要以Ca2+離子形式存在。來(lái)源主要有石膏、白云石、方解石的溶解。②含量差別大③易生成CaCO3沉淀2.1.2天然水的硬度與Ca2+、Mg2+92.1.2.2鎂①含量常居陽(yáng)離子的第二位。②Ca2+、Mg2+物質(zhì)的量比例③海水中的鎂與鈣的關(guān)系2.1.2.2鎂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+HMg2.1.2.3天然水的硬度11碳酸鹽硬度（HC暫時(shí)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+HS碳酸鹽硬度（HC暫時(shí)硬度）：以碳酸鹽和重碳酸鹽形式的Ca2+12總堿度大于總硬度時(shí)，水中只有碳酸鹽硬度，沒(méi)有永久硬度。為I型水，總堿度大于總硬度時(shí)，水中只有碳酸鹽硬度，沒(méi)有永久硬度。為I13類別硬度范圍類別硬度范圍度mol/L度mol/L很軟水0o~4o≤1.4硬水16o~30o5.7~11.4軟水4o~8o1.4~2.8很硬水≥30o＞11.4中等軟水8o~16o2.8~5.72)天然水硬度分類硬度范圍硬度范圍度mol/L度mol/L很軟水0o~4o≤1142.1.2.4鈣、鎂及硬度的生態(tài)學(xué)意義1）鈣、鎂作為營(yíng)養(yǎng)元素：是生命過(guò)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)。2.1.2.4鈣、鎂及硬度的生態(tài)學(xué)意義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(duì)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。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)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(jìn)物絮凝、聚沉；促進(jìn)固氮作用及有益微生物的活動(dòng)，促進(jìn)有機(jī)物的礦化，加速植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)再生；Ca2+濃度增大時(shí)，可使生物減少?gòu)沫h(huán)境中吸收重金屬，從而降低其毒性。對(duì)于養(yǎng)殖水體，通常要求其硬度在1~3mmol/L。2）作為水質(zhì)、底質(zhì)改良劑：173)水中鈣、鎂離子比例，對(duì)海水魚蝦、貝的存活有重要影響3)水中鈣、鎂離子比例，對(duì)海水魚蝦、貝的存活有重要影響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(qiáng)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(shí)需要?dú)潆x子的mmol數(shù)。常以符號(hào)Alk表示，單位為mmol/L。Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3-+（COH－CH）2.2水的堿度、碳酸氫根、碳酸根離子2.2.1堿度的組成19：2)組成水中堿度的物質(zhì)強(qiáng)堿：NaOH,Ca(OH)2弱堿:NH3、有機(jī)胺等，強(qiáng)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。：2)組成水中堿度的物質(zhì)203)堿度的測(cè)定

堿度的測(cè)定一般采用標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定至選定的pH值，根據(jù)滴定終點(diǎn)的不同可分：苛性堿度，所有OH－被中和，終點(diǎn)pH在10~11之間。碳酸鹽堿度（酚酞堿度），所有CO32－被中和，終點(diǎn)pH在8.3左右?？倝A度（甲基橙堿度），所有HCO3－被中和。終點(diǎn)pH在4.3左右。3)堿度的測(cè)定21

對(duì)于碳酸鹽系統(tǒng)，對(duì)堿度有貢獻(xiàn)的特種有OH－、CO32-和HCO3-，有反應(yīng)：H＋＋OH－H2OH++CO32-HCO3-H++HCO3-H2CO3*對(duì)于碳酸鹽系統(tǒng)，對(duì)堿度有貢獻(xiàn)的特種有OH－、CO32-和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(duì)堿度的影響也可忽略不計(jì)。Alk=CHCO3-+C1/2CO32-

一般淡水的總堿度，主要由CO32-、HCO3-構(gòu)成，其23比較1×10-3mol·L-1的NaOH溶液和0.1mol·L-1的NaHCO3溶液，NaOH溶液的pH值為11，但用鹽酸滴定時(shí)僅需1×10-3mol·L-1的H+，即堿度為1×10-3mol·L-1；而NaHCO3溶液的pH值為8.3，但中和時(shí)需0.1mol·L-1的H+，即堿度為0.1mol·L-1。比較1×10-3mol·L-1的NaOH溶液和0.1mol24水體的二氧化碳總量：∑CO2

=CHCO3-+CCO32-+CCO2水體的碳酸鹽堿度：CA＝CHCO3-+2CCO32-水體的二氧化碳總量：25天然水中的主要離子課件262.2.1.2堿度的單位：①毫摩/升(mmol/L)：用1L水能結(jié)合的質(zhì)子的物質(zhì)的量。②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(hào)為mg/L(CaCO3)。③德國(guó)度(°HG)：以1L水中含10mgCaO為1德國(guó)度(°HG)。2.2.1.2堿度的單位：271mmol/L=50.05mg/LCaCO3=2.8德國(guó)度=28mg/LCaO天然水中的主要離子課件282.2.1.3天然水的堿度

1)內(nèi)陸水的堿度①天然水的堿度主要來(lái)自集雨區(qū)巖石、土壤中碳酸鹽的溶解②較低的堿度的水系，東南沿海、珠江水系、長(zhǎng)江水系③較高堿度，內(nèi)陸干旱地區(qū)由阿列金I型水補(bǔ)給的湖泊④地下水堿度一般較高2.2.1.3天然水的堿度292)海水的堿度①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2~2.5mmol/L2)海水的堿度30②堿鹽系數(shù)(區(qū)分水團(tuán)或水系)海－氣交換平衡海水具有很強(qiáng)的吸收CO2的能力。緩沖系統(tǒng)存在大大增強(qiáng)了海水吸收CO2的能力。特別是海水中存在過(guò)量的堿。如果海水呈中性，且沒(méi)有過(guò)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(guò)剩的堿，則每升海水總共能溶解約45cm3的二氧化碳。②堿鹽系數(shù)(區(qū)分水團(tuán)或水系)31③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(qiáng)，低緯度會(huì)釋放少量CO2。溫度每升高1℃，大氣里CO2增加4%③海水中CO2的分布概況322.2.2天然水堿度的生態(tài)學(xué)意義（1）維持水體pH值相對(duì)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。2.2.2天然水堿度的生態(tài)學(xué)意義33（2）足夠量的堿度值可促進(jìn)有機(jī)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(jī)酸促進(jìn)微生物的活動(dòng)，加速有機(jī)物的分解，增強(qiáng)水質(zhì)的肥力。（2）足夠量的堿度值可促進(jìn)有機(jī)懸浮物及膠體物質(zhì)的絮凝，防止缺34

實(shí)踐表明，水體Alk＝0.1-0.3mmol/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。實(shí)踐表明，水體Alk＝0.1-0.3mmol/L其生產(chǎn)力35（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(duì)，從而降低了重金屬對(duì)水生生物的毒性。如有毒的Cu2+和CuOH+在水中Alk高時(shí)，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(shí)，水的堿度、絡(luò)合容量不同，其效果也不同。（3）水體中的HCO3－和CO32－可以同許多重金屬離子生成36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(qiáng)。對(duì)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(zhǎng)與生存。淡水漁業(yè)水體通常要求Alk值大于1mmol/L，但太高的372.3.1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(lái)源：石膏(CaSO4·2H2O)和無(wú)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(dòng)植物殘?bào)w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2.3.1硫酸根離子與硫在水中的循環(huán)2.3硫酸根離子、氯382)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。Ca

SO4的溶度積常數(shù)為2.5×10-5。當(dāng)水中SO42-與Ca2+的物質(zhì)的量相等并處于溶解平衡時(shí)，SO42-的含量只能達(dá)到480mg/L。2)天然水中SO42-的含量39硫是藻類生長(zhǎng)所必需的營(yíng)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(huì)缺乏。生活飲用水中一般規(guī)定不得超過(guò)250mg/L。硫是藻類生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，可以SO42－的形402.3.1.2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(jià)太主要有+6價(jià)及-2價(jià)，以SO42-、HS-、H2S、含硫蛋白質(zhì)等形式存在。2.3.1.2硫在水中的轉(zhuǎn)化412)硫在水中的轉(zhuǎn)化①蛋白質(zhì)分解作用蛋白質(zhì)硫→-2價(jià)硫—→高價(jià)態(tài)硫(有氧)②氧化作用

硫細(xì)菌2H2S+O22S+2H2O

細(xì)菌H2S+2O2SO42-+2H+

2)硫在水中的轉(zhuǎn)化42③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(guò)0.16mg/L時(shí)，硫酸鹽還原作用停止。b含有豐富有機(jī)物提供能量c有微生物參與d硫酸根離子的含量③還原作用43④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。⑤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(jìn)行光合作用，將H2S轉(zhuǎn)變成S或SO42-，同時(shí)合成有機(jī)物，但不釋放氧。④沉淀與吸附作用442.3.2氯離子

1)Cl-廣泛分布于天然水中，但含量差別很大。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(wú)毒，漁業(yè)用水一般不做限定。對(duì)養(yǎng)鯉池，有要求。

2.3.2氯離子453)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－。3)水中Cl-含量增加，由于Cl-的絡(luò)合作用，可以大大增加462.3.3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(yíng)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(dòng)物需要較多鈉。一價(jià)金屬離子含量過(guò)多，對(duì)許多淡水動(dòng)物有毒。2.3.3鈉離子和鉀離子47礦化度主要通過(guò)水的滲透壓改變而影響許多水生生物的繁殖、生長(zhǎng)和生存。日本魚類用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定NaCl為2500－5000mg/L,美國(guó)則規(guī)定漁業(yè)用水NaCl小于1500mg/L,變幅不得超過(guò)自然值的1/3。天然水中的主要離子課件482.4海水主要離子組成的恒定性2.4海水主要離子組成