第二章天然水化学基础知识

1、水水环境学环境学授课班级：自然地理与资源 环境1401主 讲 人：雷军成授课单位：地理与规划学院YOUR LOGO背景知识 天然水体：指被水覆盖着的地球表面的自然综合体。 水体不单指水，还包括其中所含的各种物质，如溶解物质、悬浮物质、水生生物及底质。YOUR LOGO背景知识知识拓展底质：是矿物、岩石、土壤的自然侵蚀产物，生物活动及降解有机质等过程的产物，污水排出物和河(湖)床底母质等随水迁移而沉积在水体底部的堆积物质的统称。一般不包括工厂废水沉积物及废水处理厂污泥。YOUR LOGO第二章 目 录天然水的化学成分天然水的化学成分天然水溶质成分的形成过程天然水溶质成分的形成过程 天然水组成的影

2、响因素天然水组成的影响因素各种天然水体的化学特征各种天然水体的化学特征4123YOUR LOGO教学目标 1.掌握天然水化学成分的概念 2.掌握天然水的组成分类 3.掌握天然水的一般成分 4.掌握矿化度、硬度等概念 5.了解天然水组成的影响因素 6.了解各类天然水体的化学特征YOUR LOGO重点难点 重点： 1.天然水的组成分类。 2.天然水的一般成分。 3.各种天然水体的化学特征。 难点： 1.天然水的一般成分。YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 定义： 存在于水中各种元素的离子、分子、溶解和未溶解的气体成分、天然和人工的同位素、各种有机化合物、活的或死的微生物(细菌)以及不同成分

3、的机械物质和胶体物质等。 天然水实际上是一种混合溶液。YOUR LOGO天然水的组成分类按相态按相态按相按相对对浓浓度度按溶质按溶质颗颗粒粒大大小小按化按化合物合物类类型型第一节 天然水的化学成分YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 1.按颗粒大小分：名称名称特征特征颗粒直径颗粒直径(cm)成分成分真溶液 由溶质和溶剂组成的、均一的、稳定的混合物10-7细菌、病毒、藻类、原生动物、黏土微粒、泥沙、淤泥YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 2.按化合物类型分： 无机物(矿物质)、有机物 有机物和含碳无机物最大的区别就是有机物中的C是作为有机物的骨架，连接H、O、N等其他元素，而含碳无

4、机化合物中C不作为化合物的骨架。YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 3.按含量(相对浓度)分： 4.按相态分： 固相、液相、气相名称名称浓度浓度(mg/L)成分成分宏量物质10Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+中量物质110Fe3+、NO3-、NH4+、H4SiO4、F-、Sr2+、Br-微量物质1Si、I、Cu、Zn、Se、Mo、Cr、Mn、V、Ni、SnYOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 天然水的一般成分：溶解性气体溶解性气体主要离子主要离子有机质有机质生源物质生源物质微量元素微量元素强电解质在水中多呈离子状态；弱电解质和非电解质在

5、水中多呈分子状态。YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 1.溶解性气体包括：O2、CO2、H2S、N2、CH4、He名称名称来源来源含量含量(mg/L) 影响因素影响因素O2大气及水生植物的光合作用014温度、水体的流动状态、水与大气的接触面积、水深CO2大气和有机物的氧化0.11000温度、水压H2S含硫蛋白质的分解、硫酸盐里的还原作用、火山喷发缺氧条件下存在水深YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)：溶解于水中的分子态氧。 游离CO2：溶解在水中呈分子状态的CO2。 平衡性CO2：在水中H2CO3与HCO3-、CO32-的平衡关系

6、随pH值而变。在此平衡体系中，与HCO3-处于平衡态时的CO2。 侵蚀性CO2：当水中游离的CO2超过平衡性CO2时，多余的部分。YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 2.主要离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-这些离子占天然水离子总量的95%99%以上。海水中Na+与Cl-含量占优势；河水中Ca2+ 与HCO3-含量占优势。YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 矿化度：离子在水中的总含量。 总硬度：水中所含钙、镁离子(Ca2+Mg2+)的总量称为总硬度。 暂时硬度：Ca2+、Mg2+的碳酸盐和重碳酸盐构成的硬度。 永久硬度： Ca2+

7、、Mg2+的硫酸盐和氯化物构成的硬度。YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 3.生源物质： 定义：指在成因上与生命活动有关的物质。主要包括含氮化合物(NH4+、NO2-、NO3-)、含磷化合物(HPO42-、H2PO4-、PO43-)、含铁化合物及含硅化合物。YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 4.微量元素 定义：天然水中的微量元素是指含量小于1mg/L的元素。微量元素重金属(Zn、Cu、Pb、Ni、Co等)稀有金属(Li、Rb、Cs、Be等)卤素(Br、I、F等)放射性元素(Ra、Rn等)YOUR LOGO第一节 天然水的化学成分 5.有机物 来源：生物生命过程及生物遗体分解过

8、程中所产生，构成各种水生生物的有机质。 状态：大部分呈胶体状态，其他呈真溶液或悬浮状态。有机物无机物分解分解光合作用光合作用YOUR LOGOTt 4微量元素溶解性气体生源物质有机物质主要离子第一节 天然水的化学成分YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素 影响因素分类：直接因素、间接因素 直接因素：能直接使天然水中溶质成分增加或减少的因素。如岩石、土壤及生物有机体。 间接因素：通过改变天然水中溶质的赋存条件，间接起到改变溶质含量的因素。如气温、蒸发等气象因素。YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素 一、气象因素：气温、蒸发、大气降水等 (一)温度 表现在两个方面：一是温度变化改

9、变了各种生物化学反应速率，包括那些以生物群为媒介的反应过程；二是水温的变化会引起天然水中溶质溶解性能的变化，从而改变了溶解度的大小。YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素 (二)蒸发 1.地表水 过程：溶解度小的盐先析出，溶解度大的盐后析出。 结果： 重碳酸盐型水硫酸盐型水硫酸盐氯化物型水氯化物型水YOUR LOGO 2.地下水(主要是潜水) 毛细蒸发：指潜水在埋藏深度不大于毛细上升高度时，地下水沿毛细管上升，并返回大气的过程。 毛细蒸发过程中会携带一定的盐分到表层土壤，从而形成盐渍土，但潜水自身矿化度并不增加。第三节 天然水组成的影响因素YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素

10、 岩土内部蒸发：指水分子脱离潜水面扩散到空气中，而盐分滞留在潜水中。 这种蒸发过程会引起潜水中盐分的积累，最后形成高矿化度的咸水或卤水。 由于气象因素会有年际和年内波动，因此天然水体的化学成分也呈现出一定的年际和年内变化规律。YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素 二、水文地质因素：岩石化学成分的差异、矿物的纯度和晶体大小、岩石结构、孔隙、暴露时间长短，等 (一)岩石类型的影响 岩浆岩的风化是天然水中各种离子成分最初的来源。YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素 (二)土壤特征 天然水的化成学成分是土壤形成过程或土壤化学反应额直接作用结果。 水渗透过已经强淋溶的土壤时获得的离子

11、数量少，水呈酸性反应；水透过含有大量盐基的土壤时获得大量盐基离子，水呈碱性反应。水透过土壤后CO2含量增加，O2含量减少。YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素 影响土壤水化学组成的因素：硅酸盐或其他矿物的溶解或蚀变；较难溶解的盐类的沉淀；植物对营养元素的选择性去除和循环；产生二氧化碳的生化反应；矿物和有机表面对离子的吸附与解吸；蒸腾引起的溶质浓缩；气态氮转化为能被植物吸收的形式。YOUR LOGO第三节 天然水组成的影响因素 三、生物化学因素 (一)微生物的影响 自养细菌、异养细菌、酶、功能细菌 (二)水生生物和植物 光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、对离子的选择吸收、对土壤酸碱度的改变

12、、重金属的富集YOUR LOGO第四节 各类天然水体的化学特征 天然水的成分是与周围介质(大气圈、岩石圈、生物圈)在长期历史演进中相互作用的结果。 一、大气降水的成分特征 大气降水是杂质较少而且矿化度很低(20-50mg/L)的软水，呈弱酸性。YOUR LOGO第四节 各类天然水体的化学特征 二、海水的成分特征 (1)具有很高的矿化度，约35g/L。 (2)成分比较均一且恒定。 (3)离子成分无时空变化，很稳定。YOUR LOGO第四节 各类天然水体的化学特征 三、河水的成分特征 (1)矿化度普遍较小。 (2)无机物成分与流经的地层岩性有关。 (3)河水中有机物成分复杂。 (4)河水的化学组成在空间分布上不均一。 (5)河水的化学组成随季节变化较其他水体更为明显。YOUR LOGO第四节 各类天然水体的化学特征 四、湖泊及水库的成分特征湖泊淡水湖(矿化度35g/L)YOUR LOGO第四节 各类天然水体的化学特征 五、地下水的成分特征 (1)成分极其复杂，不同程度地可以含有地壳中可以见到的几乎所有元素。 (2)气体含量不高，但这些气体成分的存在都有意义。YOUR LOGO (3)水质成分呈现出分层的特点。第四节 各类天然水体的化学特征水层水层位置位置特点特点表层水不透水层以上受地表