天然水的组成及性质.ppt

1、，水环境化学，第二章自然数的组成和性质，第一节水的分子结构和性质第二节自然数的组成第三节自然数的演变和性质，2.1.1数的分子结构和性质，2 . 1 . 1数的分子结构极性在分子之间有很强的氢键，2.1.2水的基本特性，2.2自然数的组成和分类，自然水仅指自然状态的水，不包括人为因素的作用，1，天然水的主要离子组成，陆地水HCO3- SO42- Cl- Ca2 Na Mg2，海水Cl- SO42- HCO3- Na Mg2 Ca2，地下水受区域环境地质条件限制，其优势离子变化更大。2.2.1天然水的组成，总盐分含量(TDS)=Ca2 Mg2 Na K HCO3- SO42- Cl-，(1)钙(

2、Ca2)，在现代条件下方解石的溶解是天然水Ca2的主要来源。钙广泛存在于不同类型的天然水中，不同条件下天然水的钙含量差异很大，潮湿地区河水的Ca2含量一般在20mg/L左右。它主要来源于石灰岩等含钙岩石的风化溶解，是在水中构成硬度的主要成分。(2)镁(Mg2)，天然水的镁以Mg(H2O)62的形式存在，其含量一般在140mg/L之间。镁是天然水的一般成分，主要是含有碳酸镁的白云石和其他岩石的风化溶解产物(火成岩的风化产物和沉积岩矿物)。镁是动物需要的要素之一，人体每天镁的量约为0.30.5g，浓度超过125mg/L时，有腹泻和利尿作用。(3)大多数天然水中存在的钠(Na)，钠主要来自火成岩的风

3、化产物和蒸发矿物。天然水的钠含量极低时主要以玻璃状态存在，盐分高的水中可能存在多种离子和复合物。在不同的条件下，天然水的钠含量从小于1mg/L到大于500mg/L不等。(4)钾(k)，钾是植物的基本营养素，存在于所有天然水中，主要来自火成岩的风化产物和沉积岩矿物。钾盐在水中的溶解度很高，但由于土壤岩石的吸附及植物的吸收和固定，天然水k的含量远低于Na，钠离子约为4%。在大多数饮用水中，其浓度很少达到20mg/L。在一些可溶性固体高的水和温泉中，钾每升可含有数十到数百毫克。(5)氯(Cl-)，天然水的Cl-主要来自火成岩风化产物和蒸发矿物。Cl-水和废水中常见的无机阴离子。几乎所有的天然水中都有

4、氯离子，其含量范围很大。在河流、湖泊和沼泽地区，氯离子含量通常较低，海水、盐湖和部分地下水的含量高达数十克/升。(6)碳酸氢盐(HCO3-)、碳酸氢盐(CO32-)、天然水的HCO3-碳酸盐矿物的溶解。通常在河流和湖泊中HCO3-的含量不超过250mg/L，地下水略高。(7)硫酸盐(SO42-)，广泛分布在自然的硫酸盐，天然水的SO42-主要是火成岩风化产物，火山(温泉)气体，沉积石膏和无水石膏，含硫动植物残留，金属硫化物氧化等。SO42-容易产生特定金属阳离子和配合物和离子。天然水的SO42-含量取决于各种硫酸盐的溶解度，取决于环境的氧化还原条件。其浓度可以从数毫克上升到数千毫克/升。(8)

5、主要离子结合体由于配位浓度低，淡水中几乎没有复合物，海水中相当数量的离子束缚在复合物中。海水中的大部分阳离子是玻璃水合金属离子。淡水主要无机复合体浓度：-logs，系统配置：c合计2.0510-7M；Ca2总计=710-4m；Mg2总计=310-4m；na=510-4m；k10-4m；so42-=210-4m；ph=8(25)；离子强度=310-3M，2，水的金属离子，水的金属离子存在于M(H2O)xn和各种络合状态化合物中。例如，对于金属Fe，中性水域中的形状平衡为：考虑到固体Fe(OH)3(S)的存在，pH=7，Fe3=9.1103(1.010-7)3=9.110-18 mo，如下所示Fe

6、(oh)2=8.11014mol/L Fe(oh)2=4.51010mol/L Fe2(oh)24=1.021023mol/L，3，自然中的微量元素其中包括重金属(Zn、Cu、Pb、Ni、Cr等)、稀有金属(Li、Rb、Cs、Be等)、卤素(Br、I、f)和放射性元素。微量元素含量低，但对水中动植物的生命活动有很大影响。溶解氧：溶于水的氧叫溶解氧(DO)，主要以分子状态存在于水中。水的溶解氧主要来自空气中的氧和水生植物的光合作用产生的氧。水的溶解氧主要消耗在生物的呼吸作用和有机化合物的氧化过程中，消耗的氧由水生(生物)植物的光合作用和大气提供。有机物含量多，氧气消耗速度超过再充电速度，水中溶解

7、氧量不断减少。如果水被有机物严重污染，水的溶解氧可能接近于0。4，溶于水的气体O2，CO2，H2S，N2，CH4等，CO2 :来自有机物的氧化分解，水生动植物的新陈代谢作用，以及空气中二氧化碳的溶解。被用于碳酸盐水解和水生植物的光合作用。由于CO2的含量低，是酸性气体，因此测量和计算水体中CO2的溶解度比测量和计算其他气体(如氧气)的溶解度复杂得多。水中自由的CO2浓度对水体中的动植物、微生物的呼吸作用、水体中的气体交换有很大影响，严重时会导致水生动植物和某些微生物的死亡。一般来说，水中二氧化碳的浓度不应超过25mgL。非腐殖质：碳水化合物、脂肪酸、蛋白质、氨基酸、色素、纤维和其他低分子有机简

8、单无机物腐殖质：植物残渣被微生物分解时不能轻易分解的油、蜡、树脂、木质素等残留与微生物分泌物结合，形成棕色或墨色的非晶成分富利酸(humic acid)，因此腐殖质具有弱酸性、离子交换性、配位化合、氧化还原等化学活性。它可以与水的金属离子形成稳定的水溶性或不溶性化合物，也可以与有机物相互作用。腐殖质对水中重金属等污染物的迁移和变形有很大影响。6，水生生物、水生生物直接影响水中许多物质的存在，起到代谢、摄取、转化、储存和释放等作用。利用自生生物、太阳能或化学能源，将简单的、没有生命的无机物元素导入复杂的生命，这就是生命。将从属营养生物、自营养生物产生的有机物用作合成能量和自己生命的原始物质。(1

9、)细菌是与天然水的环境化学性质有关的最重要的生物。结构简单，形体小，在环境条件下繁殖，迅速分布。大部分恢复力者。比表面大，从水中摄取化学物质的能力很强，细胞内含有各种酶催化，生物化学反应也很快。按形状可以将细菌分为球菌、细菌、螺旋菌。可能是单细胞或数百万个细胞的结合体。由多糖或多肽化合物组成的单细胞细菌形状的示意图，起到保护自己免受其他微生物攻击的作用。胶囊中连接了很多组(羧基、氨基、羟基等)，随着水的pH值变化，能使细胞体表面电离或煅烧。pH较低的H3N(Cell)CO2H(如果有阳电)、pH条件h3n (cell) co2h(如果没有充电)、pH条件H2N(-Cell)COO-(如果有负电

10、)有机营养素在氧化过程(即呼吸作用)中利用的氢的种类，将细菌分为好氧细菌厌氧细菌和氧细菌，(2)藻类是流动缓慢的水中最常见的浮游生物。从生态角度来看，鸟类是水的生产者，在阳光照射条件下，可以以水、二氧化碳、可溶性氮、磷等营养素为原料，不断地生产有机物和释放氧气。一些合成有机物用于呼吸，另一些则需要藻类合成自己的细胞物质。在雾面条件下，鸟类在吸收自身体内的有机物的同时，也消耗了水中的溶解氧，因此在黑暗的地方，鸟类繁殖的很多水域都会缺氧。根据鸟类的结构，可能以单细胞、多细胞或集落的形式生存。通常在河里看到的是绿藻、硅藻、甲藻、绿藻、绿藻、绿藻、裸藻、黄藻等。(a)绿藻(Chlamydomonas)

11、 (b)硅藻(c)绿藻(念珠藻)、藻类等浮游植物中包含的碳、氮、磷等主要营养元素之间通常有比较明确的比例。质量计CNP=417.21，按原子数计算CNP=106 161。典型的化学结构为(CH2O)106(NH3)16H3PO4。106CO2 16NO3 HPO42- 122H2O 18H(微量元素)(respiration)r p(photosynthesis)c 106h 263 o 110n 16 p 138 o 2，藻类的产生和分解是水中的光生产率高的水域里藻类旺盛地生产，死鸟类的分解导致水中溶解氧水平下降，这就是水体富营养化。2.2.2天然水中化学物质的存在，化学物质在环境中有一定的

12、发生模式。大体上，“形态”一词有很多含义，包括物理结合状态、化学状态(有机或无机)、价态、化合状态、化学异构状态等。特定形式的化学污染物在环境中发生和演化的过程。认为污染物的分子结构和环境特性是确定的，这只是相对的，其变化是绝对的。2.2.3自然数的分类，1自然数按离子总量分类苏联学者o.a. alikin在1970年提出了以下分类方案。淡水总量1g/kg盐水125g/kg是含海水盐分的咸水2550g/kg(盐水)50g/kg，美国(1970)使用的离子总量的数值限值略有不同。淡水总量1g/kg的盐水110g/kg的盐水10100g/kg、2天然水根据优势离子的分类，将自然数分为碳酸酯、硫酸盐

13、、氯化盐三类。然后根据各种类中的优势阳离子，将其分类为钙质、氧化镁和钠。在各组中，将离子间毫克的等效比例关系分为4种水类型。HCO 3-Ca2 mg 2 HCO 3-Ca2 mg 2 HCO 3-SO42-HCO 3-SO42-Ca2 mg 2或Cl-Na型HCO3-=0，水形成于弱光水，主要是含Na和k的火成岩地区第二类水是混合起源水，与水和火成岩的作用和水和沉积岩的作用都有关系。大部分低矿化度和中矿化度河流、湖泊、地下水属于这种类型。三水也有混合的起源水，但高度矿化。在此条件下，水的成分因离子交换而发生剧烈变化，通常水的Na与土壤和沉积物的Ca2和Mg2交换。海洋水、海水、海湾水、残留物和

14、盐分高的大量地下水都属于这种类型。有形水是以缺乏HCO3-为特征的酸性水。这是酸性沼泽水、硫化物矿床数和火山数的特征。碳酸氢盐水不包括这种类型的水。此外，硫酸盐和氯化物的钙群和镁群中没有类型的水。“，“类”用阳离子符号表示(c，s，Cl)“组”，用阳离子符号表示，编写“类”的方形格式“类型”在“类”符号下用罗马字表示。例如，中碳酸钙组第二水、金沙江CCa类型ii水金沙江(dunke) CNA类型ii水、金沙江水系主要离子浓度(meq/L)、2.3天然水的演化和特性、2.3.1天然水的理化特性、海水的盐度含量高、离子强度I0.7、海水具有冰点下降特性，密度、电导率、折射率、渗透率等较大。温度和盐

15、分是决定海水各种特性的决定性因素。海洋、海水和河水的平均年化学成分，Alk(碳酸盐碱度和碳酸氢盐碱度)HCO3-2CO32-。总无机碳(CT)h2co 3-CO32-，海水和河水的DOC浓度，海洋总是与外部系统和物质交换能量的海洋污染源有以下几个方面：(1)由包含丰富养分的河流流域包围的工作农业污水；(二)海上倾倒的各种产业、渔业废物等；(3)沿海建设的核电站、火电厂排水中的放射性污染物和热污染；(四)从运输机房流出的油和沉船中油轮的原油排放；(5)旅游开发引起的海滨地区污染等。河水(以及海水)一般是含有碳酸盐的水质系统，作为水质的基本调节因子，碳酸成分平衡，因此化学成分也具有一定的稳定性。在主要离子中，通常Na，Ca2占多数，负离子含量一般为HCO3-，Cl-，SO42-。河流的主要污染物是各种有毒金属和各种有机物。湖系，用不同形状的土地池造湖。湖泊的形成条件是周围高、中、低的大湖区和长期积水。随着温度的变化，湖水可以分为三层。湖的上部，即上部温暖的水层；温度变化层，即中间过渡层；一层，