天然水中的主要离子【精选】
第二章天然水主要离子化学
第一节 天然水成分的一般组成 第二节 几种离子在天然水中的化学行为 第三节 水环境化学研究方法 第四节 天然水分类 第五节 天然水的pH值、酸度和碱度
第一节 天然水成分的一般组成
• 天然水的化学成分指存在于水中各种元素的 离子、原子、分子、溶解和未溶解的气体成 分、天然和人工的同位素、复杂有机化合物、 活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的 机械和胶体物质等。
Ca2 主要来源于石灰岩、铝硅酸盐、石膏；Mg 2 主要来源于白云岩、泥灰岩及基性岩等含镁较高 的岩石。通过淋溶作用进入水体。
二 天然水的一般成分
Na + 、 K + 广泛存在于天然水中， Na+ 与 Cl-相似，表征高矿化 水的主要阳离子，浓度可达几克，K + 很少，其含量一般只有钠 的 4%—10%。 Na + 、 K + 主要来自海相和陆相沉积中的钠盐钾 盐矿床及铝硅酸盐中各种长石这些矿物岩石经风化淋溶使 Na + 、 K + 进入水相并随水迁移。在迁移过程中某些钾化合物 被土壤胶体团粒吸附，并保存起来供植物吸收，土壤中保存的 钾与钠多得多，钾被植物吸收的量远超过钠，故有比较多的 Na+ 输入江河湖海，使水中 Na + 比 K + 含量大得多。
二 天然水的一般成分
生物成因物质主要是氮磷等物质，在天然水中氮
既可呈无机化合物态，又可呈现有机化合物状态，
含氮无机化合物有
NH
4
、
NO2
和
NO3
，这些离子间可
相互转化。氮的有机化合物主要指生物体由于有机氮化合物分解进入水中的。
磷化合物呈溶液状态的主要是
第二节 几种离子在天然水中 的化学行为
天然水中的主要离子
总结1：天然水中碱度与硬度的关系
（1）总碱度＜总硬度 :即钙、镁离子过量，存在非碳酸盐硬度 (永久硬度)， 即c(HCO3-) ＜ c(1/2 Ca2+) + c(1/2 Mg2+) 碳酸盐硬度=总碱度＜总硬度; 非碳酸盐硬度=总硬度-总碱度
（三）天然水的硬度
阳离子：钙硬度、镁硬度、铁硬度等
阴离子：暂时硬度—碳酸盐硬度（ HCO3-、CO32- ） 永久硬度—非碳酸盐硬度（SO42-、Cl- ）
水硬度与水类型的关系（参考阿列金分类）
(1) c1/2 Ca2+ + c1/2 Mg2+ cHCO3- + c1/2CO32-
1/2 Ca2+ + 1/2 Mg2+
（1）蛋白质分解作用 硫（蛋白质）
（2）氧化作用
无游离氧气：稳定存在 有游离氧：氧化为高价
H2S + O2 2S+ 2H2O (硫磺细菌) H2S + 2O2 SO42- + 2H+ (硫细菌)
（3）还原作用:缺氧还原H2S: 缺乏溶氧，O2＞0.16mg/L还原作用停止。 含有丰富的有机物 有微生物参与 硫酸根离子含量丰富
管理办法： 1）彻底清除含有大量有机质的池塘淤泥 2）促进水体混合流转,打破水体分层，增氧; 3）使用水质改良剂：含铁物质:红土.黄土.沼铁矿.褐铁矿等 4）保持底层呈中性偏碱性,增大pH，可使用生石灰调节, 5）避免含有大量硫酸盐的水进入养殖水体。
二. 氯、钠、钾
1. 氯离子
含量：广泛分布，不同水体差别很大 保守性：含量不易变化；条件污染指示物 增加重金属盐类的溶解度
天然水中的主要离子
镁是叶绿素的组分，Mg不足则RNA净合成停 止，氮代谢混乱，细胞内积累碳水化合物 及不稳定的磷脂。
钙对蛋白质的合成与代谢，碳水化合物的转 化、细胞的穿透性以及氮、磷的吸收转化 等，均有重要影响。
2）作为水质、底质改良剂： 主要作用有：调节并帮助稳定水质及底质的pH， 促进物絮凝、聚沉；促进固氮作用及有益微生物 的活动，促进有机物的矿化，加速植物营养物质 的循环再生； Ca2+浓度增大时，可使生物减少从 环境中吸收重金属，从而降低其毒性。
对于养殖水体，通常要求其硬度在1~3mmol/L。
3) 水中钙、镁离子比例，对海水鱼虾、贝的 存活有重要影响
2.2 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
2.2.1 碱度的组成及表示单位
2.2.1.1 碱度的组成 1) 碱度的定义
是指水中所含的能与强酸发生中和作用的 全部物质。亦即能接受质子H+物质总量。 （1）定义：20℃，1L天然水中全部碱性物 质被H+所中和时需要氢离子的mmol数。常以 符号Alk表示，单位为mmol/L。 Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3- + （COH－CH）
Alk=CHCO3-+C1/2CO32-
比较1×10-3mol·L-1的NaOH溶液和 0.1mol·L-1的NaHCO3溶液， NaOH溶液 的pH值为11，但用盐酸滴定时仅需1×103mol·L-1的H+，即碱度为1×10-3mol·L-1； 而NaHCO3溶液的pH值为8.3，但中和时 需0.1mol·L-1的H+，即碱度为0.1mol·L-1。
特别是海水中存在过量的碱。
如果海水呈中性，且没有过量的碱，则在温度 和压力下，每升海水只能溶解0.5cm3的CO2，因 海水中有过剩的碱，则每升海水总共能溶解约 45cm3的二氧化碳。
环境化学重点
（1） 天然水的主要离子组成：K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, NO3-, Cl-, SO42- 为天然水中常见的八大离子，占天然水离子总量的95-99%。
组成海水的十大主要元素是：O 、H 、Cl 、Na 、Mg 、S 、Ca 、K 、Br 和C 。
它们的总量占海水中溶解盐类的99.9%以上。
（2） 碱度：碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受H+的物质总量。
组成水中碱度的物质可以归纳为三类：① 强碱；②弱碱；③ 强碱弱酸盐。
总碱度 = [HCO3-] + 2[CO32-]+ [OH-] – [H+]总碱度的测定：甲基橙指示剂强酸滴定法酚酞碱度：酚酞指示剂强酸滴定法苛性碱度：不能直接测定，用计算求出（3） 酸度是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经水解能产生H+的物质总量。
包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。
总酸度 = [H+] + [HCO3-] + 2[H2CO3] – [OH-]总酸度的测定：甲基橙、酚酞双指示剂强碱滴定法例：某水体的pH = 8.00, 碱度为1.00×10-3 mol/L, 该水体中[HCO3-], [CO32-], [OH-], [H+]等物质的浓度。
解：pH = 8.00时， [CO32-]的浓度很低，可认为碱度全部由[HCO3-]贡献，则[HCO3-] = [碱度] = 1.00×10-3 mol/L ；根据pH 值，[H+] = 1.00 × 10-8 mol/L; [OH-] = 1.00 × 10-6 mol/L23（4） 腐殖质含义 指土壤、水体、沉积物、泥碳等环境中广泛存在的分子量范围从几百到几万的、无定形的、褐色或者黑色的、亲水的、酸性的、由一系列构造单元相似而分子大小不同的组分所组成的一大类有机物质。
是环境有机物中最重要的一类，（另一类是非腐殖物质）。
（5） 光化学反应 物质在紫外光或可见光作用下所进行的化学反应，称为光化学反应，它可以在气、液或固相中进行（6） 污水处理✓ 一级处理是去除废水中的漂浮物、悬浮物和其他固体物，调节废水的pH 值，减轻废水的腐化和后续处理工艺的负荷。
水化学课件第二章节天然水的主要离子
碳酸根离子（CO32-）
总结词
天然水中较不常见的阴离子之一，主要 来源于岩石的风化和生物活动。
VS
详细描述
碳酸根离子是天然水中较不常见的阴离子 之一，主要来源于岩石的风化和生物活动。 它在水中以负二价存在，也是强酸根离子。 碳酸根离子对水的酸碱度有重要影响，同 时还是水中溶解性总固体含量（TDS）的 主要贡献者之一。
和生物活性具有重要作用。
镁离子是植物生长必需的营养元 素之一，对促进植物的光合作用
和生长具有重要作用。
镁离子在水体中通常以硫酸镁、 氯化镁等形式存在，容易形成沉 淀，影响水体的透明度和水质。
02
天然水中的主要阴离子
氯离子（Cl-）
总结词
天然水中最常见的阴离子之一，约占阴离子总量的70-90%。
详细描述
03
离子在水中的存在形式
水合离子
01
02
03
定义
水合离子是指水分子通过 配位键与阳离子或阴离子 结合形成的化合物。
形成机制
水分子通过配位键与离子 结合，形成一个水分子或 多个水分子围绕离子的络 合物。
特点
水合离子在水溶液中占据 主导地位，对离子在水中 的性质和行为产生重要影 响。
络合离子
定义
络合离子是指通过配位键与多个 配位体结合的离子，通常是由中 心离子与多个配位体结合形成的
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氯离子是天然水中最主要的阴离子之一，主要来源于岩石的风化和海水的蒸发。 它在水中以负一价存在，是强酸根离子，对水的酸碱度有重要影响。氯离子在 水中的含量较高，是评价水质的重要指标之一。
硫酸根离子（SO42-）
总结词
天然水中常见的阴离子之一，主要来源于岩石的风化和有机物的分解。
浙大885环境学考点背诵——第四章 水污染原理
第四章水污染原理第一节天然水的组成与性质一、天然水的组成（一）主要离子组成K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+、 HCO3-、 NO3-、 Cl-和 SO42-为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子总量的 95%-99% 。
（二）溶解性气体水中溶解的主要气体有： N2、 O2、 CO2、 H2S ；微量气体有： CH4、 H2、 He 等。
（三）微量元素I、 Br、 Fe、 Cu、 Ni、 Ti、 Pb、 Zn、Mn 等。
（四）生源物质NH4+、 NO2-、 NO3-、 HPO42-、 PO43-。
（五）胶体SiO2· nH2O 、 Fe(OH)2· nH2O 、 Al2O3· nH2O 以及腐殖质等。
（六）悬浮物质铝硅酸盐颗粒、砂粒、粘土、细菌、藻类及原生动物等。
二、天然水的性质（一）碳酸平衡在水体中存在着 CO2、 H2CO3、 HCO3-和 CO32-等四种化合态，常把 CO2和 H2CO3合并为 H2CO3 * 。
因此，水中 H2CO3* -HCO3- -CO32-体系可用下面的反应表示：（二）天然水中的碱度和酸度碱度：是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子 H+的物质总量。
组成水中碱度的物质可以归纳为三类：①强碱，如 NaOH 、 Ca(OH)2等，在溶液中全部电离生成 OH-离子；②②弱碱，如 NH3、 C6H5等，在水中部分发生反应生成 OH-离子；③③强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，它们水解时生成 OH-或者直接接受质子 H+。
酸度：是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出 H+或经过水解能产生 H + 的物质的总量。
组成水中酸度的物质也可归纳为三类：①强酸，如 HCl、 H2SO4、 HNO3等；②②弱酸，如 CO2、 H2CO3、 H2S、蛋白质以及各种有机酸类；③③强酸弱碱盐，如 FeCl3、 Al2(SO4)3等。
2主要离子
石膏
石膏粉（ 石膏粉（2CaSO4.H2O） 2CaSO4.H2O）
9
白云石
方解石白云石
10
淡水中的Ca2+ ：
地面水中， 地面水中，含钙量少的只有每升数毫克 含钙量少的只有每升数毫克 威海自来水中钙的含量大约 威海自来水中钙的含量大约60mg/L.
海水中的Ca 海水中的Ca2+：
盐度35的大洋水Ca2+含量达400mg/kg，总硬度达 124mmol/L（350°HG ）。 随着含盐量的增加， 随着含盐量的增加， Ca2+含量也增加， 含量也增加，但由于其易生 成CaCO3沉淀， 沉淀，使积累减慢， 使积累减慢，以致钠、 以致钠、镁的含量在盐 度高的水中就大大超过钙。 度高的水中就大大超过钙。
15
3、天然水的硬度（ 天然水的硬度（续） ——永久硬度和暂时硬度 ——永久硬度和暂时硬度
Ⅱ、Ⅲ型水
C HCO − + C 1
3
2
CO3
2−
≤ C1
2
Ca 2 +
+ C1
2
Mg 2 +
硬度： 硬度： 永久硬度： 永久硬度：b = C 1
2
Ca
2+
+ C1
2
Mg 2+
— C HCO − + C 1 2 − 3 CO 3 2
18
判断水型及硬度
CO32- ：0.00673mol/L Cl- :146mg/L Ca2+ : 59.4mg/L NH4+ : 0.01mg/L HCO3- ： 1.72mmol/L SO42-: 190mg/L Mg2+: 99.2mg/L NO3-: 0.13mg/L
6_天然水化学
海水成分除来自岩石风化产物外，还来自海底火山喷发物质
31
（三）、影响陆地水溶质成分的因素
水流地区岩石类型与河水溶质成分关系密切
地区岩性 花岗岩 水质类型 重碳酸盐钙质水 硬度 软 Ca2+占阳离子比例 最少
石英岩
重碳酸盐钙质水
软
中等
砂岩
重碳酸盐钙质水
中等
最多
32
（三）、影响陆地水溶质成分的因素
1、天然水中离子相互作用
（1）硅酸盐与CO2的反应，使SiO2从水中析出，水中增 加Na2CO3或NaHCO3 Na2CO3 ＋ CO2 ＋H2O → Na2CO3 ＋SiO2 ● H2O （2）水中的碱金属碳酸盐与CaSO3反应，水中减少 Na2CO3，沉淀CaCO3 Na2CO3 ＋ CaSO3→ CaCO3＋ NaSO4 水变为以NaSO4 为主的成分
15
天然水的组成 (6)水生生物—赤潮成因
1 海域水体高营养化,导致水体被污染 2 某些特殊物质参与作为诱发因素，已知的 有维生素B1、B12、铁、锰、脱氧核糖核 酸； 3 环境条件
气候原因 春夏温暖季节，水温较高，海流缓慢，利于赤潮生物生长和繁殖 环境原因 由于环境污染日益加剧Ｎ和Ｐ过剩，
化学反应平衡： CO2 ＋H2O↔H2CO3* H2CO3* ↔HCO3-＋H+ HCO3-↔CO32-＋H+
pK0=1.46 pK1=6.35 pK2=10.33
19
天然水性质---天然水碱度
碱度
水中与强酸发生中和作用的物质，即能接受质子H+的物质总量。
组成水中碱度的物质
（1）强碱在溶液中全部电离生成OH-离子；如 NaOH、Ca(OH)2 （2）弱碱在水中发生反应生成OH-离子；如 NH3、C6H5NH2 （3）强碱弱酸盐（碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等， 水 解生成OH-或者直接接受质子H+）。如 NaCO3、Na3PO4等
天然水的组成及性质
（8）主要离子缔合体
由于配位体浓度较低，淡水中络合物的数量很少，海水中则有相当数量的离子束缚于络 合物中。海水中的绝大部分阳离子为游离的水合金属离子。
1、天然水中的主要离子组成
2.2.1 天然水பைடு நூலகம்组成
陆地水
HCO3- ＞SO42- ＞ClCa2+ ＞Na+ ＞Mg2+
海水中
Cl- ＞SO42- ＞HCO3Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+
地下水受局部环境地质条件限制，其优势离子变化较大。
总含盐量（TDS） = [Ca2++ Mg2+ + Na+ + K+] + [HCO3-+ SO42-+Cl-]
氧气等其他气体的溶解度复杂得多。 水体中游离的CO2浓度对水体中动植物、微生物的呼吸作用和水体中气体的交换产生较大
的影响，严重的情况下有可能引起水生动植物和某些微生物的死亡。一般要求水中CO2的 浓度应不超过25mg／L。
5、有机物
非腐殖质：碳水化合物、脂肪酸、蛋白质、氨基酸、色素、 纤维及其它低分子量有机物 简单无机物
淡水中的主要无机络合物 浓度：-logM
离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ H+ 自由离子
HCO36.3 － 4.9 5.9 － 2.70
CO327.6 － 5.2 5.8 － 4.97
SO426.4 6.9 4.8 5.1 9.6 3.75
天然水中常见的八大离子
天然水中常见的八大离子1.引言1.1 概述天然水中常见的八大离子是指在水中以离子形式存在并具有重要影响的八种化学元素离子。
这些离子包括钠离子(Na+)、钾离子(K+)、镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)、氯离子(Cl-)、硫酸根离子(SO42-)、碳酸根离子(CO32-)以及硝酸根离子(NO3-)。
它们广泛存在于自然界的地下水、河水、湖泊水，甚至是自来水中。
这些离子对于生命的维持和环境的平衡起着重要的作用。
天然水中常见的离子具有不同的特征和作用。
钠离子和钾离子是细胞内外的关键物质，维持神经传导和肌肉收缩等生理功能。
镁离子和钙离子是维持骨骼和牙齿健康的重要元素，同时也参与了许多生理过程中的酶活性调节和能量的代谢。
氯离子是维持细胞内外正负电荷平衡的重要成分，参与了体液调节和酸碱平衡等生理过程。
硫酸根离子、碳酸根离子和硝酸根离子在水质中起着重要的溶解度、酸碱平衡和营养物质供给等作用。
通过了解天然水中常见的八大离子的特征和作用，我们能更好地理解水质的性质和影响，合理使用和保护水资源。
同时，对于人们的日常饮用水选择、饮食调节以及环境保护都具有一定的指导意义。
因此，研究和认识天然水中常见的八大离子对于保障我们的健康和环境的可持续发展具有重要意义。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分引言部分主要对天然水中常见的八大离子进行概述，介绍了这些离子的重要性以及它们在自然界中的存在形式。
同时，本部分还对文章的结构进行了简要说明，包括正文的组织方式和结论的内容。
正文部分正文部分是本文的核心部分，将详细介绍天然水中的八大离子。
每一大离子都会分为小节进行讲解，包括该离子的特征和作用。
2.1 离子1本节将详细介绍离子1的特征和作用。
对于离子1的特征，将介绍其化学性质、溶解度、相对含量等方面的内容。
对于离子1的作用，将阐述它在人类生活和自然界中的重要作用，包括对健康的影响和生态环境的影响等。
环境化学考试知识点总结
一绪论：1环境污染：大气污染、臭氧层破坏、酸雨、水资源短缺、土地沙漠化、绿色屏障锐减、垃圾、物种濒危、人口激增、温室效应。
2造成环境污染的因素：物理的、化学的和生物的三方面，其中化学的占80%~90%。
3环境化学的特点是从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
4由于环境污染物种类繁多，世界各国都筛选一些毒性强、难降解、残留时间长，在环境中分布广的污染物优先进行控制，称为优先污染物。
5当前世界范围内最关注的化学污染物主要是持久性有机污染物，具有致突变、致癌变和致畸变作用的所谓“三变”化学污染物，以及环境内分泌干扰物。
6按环境变化的性质划分，则可分为环境物理效应、环境化学效应和环境生物效应。
7污染物在环境中的迁移主要有机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移。
二大气环境化学1根据温度随海拔高度的变化情况将大气分为四层：对流层、平流层、中间层、热层。
2大气污染物按照化学组成还可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤化合物。
3燃料燃烧过程中影响NOx形成的因素：根据NOx形成的机理，燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关。
4甲烷是一种重要的温室气体，每个CH4分子导致温室效应的内力比CO2分子大20倍。
5氟氯烃类化合物既可以破坏臭氧层也可以导致温室效应。
6逆温：在对流层中，气温一般是随高度增加而降低，但在一定条件下会出现反常现象。
7大气稳定度是指气层的稳定程度，或者说大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定程度。
气块在大气中的稳定度与大气垂直递减率和干绝热垂直递减率（干空气在上升时温度降低值与上升高度之比用Td表示）有关。
一般来讲，大气温度垂直递减率越大，气块越不稳定。
8影响大气污染物迁移的因素：空气机械运动如风和湍流，由于天气形势和地理地势造成的逆温想想以及污染源本身特性。
9光化学反应：分子、原子、自由基或吸收光子而发生的化学反应。
游泳池水处理技术
游泳池水处理技术一、水的基础知识1、天然水中主要溶有哪些离子?天然水中溶解的离子，主要是水流经岩层时所溶解的矿物质。
如碳酸钙（石灰石）、碳酸镁（白云石）、硫酸钙（石膏）、硫酸镁（泻盐）、二氧化硅（沙子）、氯化钠（食盐）、无水硫酸钠（芒硝）等。
随着天然水在地面或地下所流经的岩层不同，水的酸碱性有所不同，所溶解的离子也有所不同。
2、什么是水中的悬浮物质?水中的悬浮物质是指颗粒直径在10mm以上的颗粒，凭肉眼可以看见。
这些微粒主要由泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌、病毒及高分子有机物组成。
它们常常悬浮物在水流之中，使水产生浑浊现象。
这些微粒很不稳定，可以通过沉淀和过滤而除去。
水静止的时候，较重的微粒（主要是沙子和泥土一类的无机物质）会沉淀下去，轻的微粒（主要是动植物及其残骸的一类有机化合物）会浮在水面上，这些用过滤分离的方法可以除去。
悬浮物是造成水质浊度、色度、气味的主要来源。
它们在水中的含量也不稳定，往往随着季节、地区的不同而变化。
3、什么是水中的胶体物质?水中的胶体物质是指直径在1.0mm~10mm之间的颗粒.。
胶体是许多分子和离子的集合物，天然水中的无机矿物质胶体主要是铁、铝和硅化合物。
水中的有机胶体物质主要是植物或动物的肢体腐烂和分解而成的腐植物。
其中以湖泊水中的腐殖质含量最多，因此常常使水呈黄绿色或褐色。
由于胶体物质的颗粒小、质量轻，单位体积所具有的表面积很大，因其表面具有很大的吸附能力，常常吸附着多量的离子而带电。
同类胶体因带有同性电荷而互相排斥，它们在水中不能相互粘合而处于稳定状态。
因此水中的胶体颗粒不能籍重力自行沉降而去除，一般需在水中加入药剂破坏其稳定，使胶体颗粒脱稳、增大而沉降予以去除。
4、水中的有机物质是什么?水中的有机物质主要是指腐殖酸和富里酸的聚羧基酸化合物、生活污水和工业废水的污染物。
其中前者是多官能团芳香族类大分子的弱性有机酸，占水中溶解的有机物质95%以上。
腐殖物是水中生物一类生命活动过程中的产物。
环境化学天然水的性质-----碱度和酸度..
苛性碱度＝ -cT(α1+ 2α0) + Kw/[H+] - [H+]
总酸度＝ cT(α1+ 2α0) + [H+] - Kw/[H+]
CO2酸度＝cT(α0 - α2) + [H+] - Kw/[H+]
无机酸度＝-cT(α1+ 2α2) + [H+] - Kw/[H+]
例1
某水体 pH=8.00, 碱度 =1.00×10-3 mol.L-1 ， 计算该水体中各碱度成分的浓度。
[HCO3-] = 4.64×10-4 mol.L-1 [CO32-] = 2.18×10-4 mol.L-1 对总碱度的贡献仍为1.00×10-3 mol.L-1
例3
天然水pH=7.0,碱度为1.4 m mol.L-1, 为使 pH=6.0加入酸多少？ 解：总碱度 = CT (α1+2α2) + KW /[H+] – [H+]
开放体系和封闭体系中碳酸平衡的对照表
开放体系 与大气之间碳的交换 系统中无机碳的总量 [H2CO3*] 无机碳各形态 与pH的关系 [HCO3-] [CO32-] [H2CO3*] 无机碳各形态 主要存在区间 [HCO3-] [CO32-] 有 变化 ① 随pH升高而升高 ② 随大气中CO2分压升高而升高 不变 变化，随pH升高而线性升高 变化，随pH升高而线性升高 pH ＜ 6.3 pH = 6-10 pH ＞ 10.3 封闭体系 无 不变 变化，有最大值 变化，有最大值 变化，有最大值 pH ＜ 6.3 pH = 6-10 pH ＞ 10.3
游离 CO2 酸度 = [H+] + [HCO3-] - [CO32-] - [OH-]
第二章天然水中的主要离子
地面水中，含钙量少的只有每升数毫克，青岛自来水中钙的含量大约60mg/L 。
2、Mg2+ ➢ 存在于所有的天然水中；常居阳离子的第二位； ➢ 淡水中阳离子通常以钙离子为主，咸水中阳离子
则以钠离子为主； ➢ 大多数淡水中镁离子的含量介于1-40mg/L。
3.天然水中Ca2+与Mg2+含量的比例关系大致规律 （1）在溶解性固体总量低于500mg/L的水中，Ca2+与Mg2+摩尔比值变化范围
适宜的钙离子波动有利于对虾的生长
Ca2+ concentration(mg•L-1)
900
800
700
600
500
C591
400
300
200
100
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44
Time(d)
Specific growth rate (%.d-1)
2.6
2.4
2.2
潮湿多雨地区的地面水含钙少（含盐量也少）；
干旱地区，尤其流经富含石膏地层的地下水及富含石灰石地层的
地下水中含Ca2+均较多；
受海潮影响地区的地下水含钙也很多。
海水含Ca2+：
➢ 盐度35的大洋水Ca2+含量达400mg/kg
➢ 随着含盐量的增加，其含量也增加，但由于其 易生成CaCO3沉淀，使积累减慢，以致钠、镁 的含量在盐度高的水中就大大超过钙。
美国有人在软水池塘进行施生石灰的试验： 当总硬度由7.8mg/L增至32mg/L后， 水中碱度增大至原来的4倍，罗非鱼的产量增加约25％。
养殖用水硬度范围： 1-3mmol/L
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(二) 碱度的表示单位
mmol/L：结合质子的物质的量。 mg/L：结合H＋的物质所相当的CaCO3的质量
1mmol/L ＝ 50.05mg/L（CaCO3）。 HG（德国度）：结合H＋的物质所相当的CaO的
质量，且以10mg/L(CaO)为1德国度HG 。 1mmol/L＝2.804HG
二. 氯、钠、钾
1. 氯离子
含量：广泛分布，不同水体差别很大 保守性：含量不易变化；条件污染指示物 增加重金属盐类的溶解度
光合作用：使平衡向右，硬度减小 呼吸作用：使平衡向左，硬度增大
（五）钙、镁离子在水产养殖中的意义
生物必需的营养元素 钙离子可降低重金属和一价金属离子的毒性 钙、镁离子可增加水的缓冲性 钙、镁离子比例对海水鱼、虾、贝的存活有重要影响
例：美国Cd2+的3年“4d平 均值”允许一次超标值：
湖泊藻类现存生物量与溶解钙关系
对碱度 的影响
AT不变 AT降低 AT不变 AT增加 AT降低* AT增大* AT增大* AT减少* AT增大*
（二）碱度与水产养殖的关系
(1) 降低重金属的毒性
适宜碱度：1-3mmol/L；
CaCO3碱度> 20mg/L 警戒值：10mmol/L
碳酸盐与重金属离子生成络离子、沉淀
重金属防治鱼病：用量？
二、碱度的变化及意义
（一）碱度的变化
日变化、季节变化 pH、O2、CO2等水化因子 生物活动影响
夏季碱度变化幅度可以作为湖泊 富营养化程度的一项指标： 特贫营养湖: ∆AT<0.2mmol/L 中富营养湖: ∆AT为0.6-1.0mmol/L 超富营养湖: ∆AT>1.0mmol/L
生物学 过程
反应示意
碳同化
呼吸作用
NH4＋同化 NO3－同化 氨化作用 硝化作用 脱氮作用
1）2HCO3－→CO2 + CO32－→有机碳 + CO32－+ O2 2）Ca2++2HCO3－→有机碳+ CaCO3↓ + O2 1）有机碳＋O2 → CO2→ HCO3－ + H＋ 2）有机碳 + O2 + CaCO3（s）→ Ca2++ HCO3－ NH4＋ → 有机氮 + H＋ NO3- → 有机氮 + OH－ 有机氮 + O2 → NH4＋ + OH－ NH4＋ → NO3－ + 2H＋ NO3－ → N2↓ + OH－
碳酸盐硬度=a 非碳酸盐硬度=b 总硬度= a+b II 或III型水
碳酸盐硬度= a; 非碳酸盐硬度=b=0 总硬度= a 负硬度= c(非硬度碳酸盐) I型水
表2-1 天然水的硬度分级
类别
极软水 软水 中等软水 硬水 极硬水
德国度(HG)
mmol/L (1/2Ca2+,1/2Mg2+)
0~4 4~8 8~16 16~30 30
（1）蛋白质分解作用 硫（蛋白质）
（2）氧化作用
无游离氧气：稳定存在 有游离氧：氧化为高价
H2S + O2 2S+ 2H2O (硫磺细菌) H2S + 2O2 SO42- + 2H+ (硫细菌)
（3）还原作用:缺氧还原H2S: 缺乏溶氧，O2＞0.16mg/L还原作用停止。 含有丰富的有机物 有微生物参与 硫酸根离子含量丰富
鱥>尼罗罗非鱼> 鲤鱼> 草鱼> 鳙、鲢 增加水中的Ca含量可降低水的碱度。
总结1：天然水中碱度与硬度的关系
（1）总碱度＜总硬度 :即钙、镁离子过量，存在非碳酸盐硬度 (永久硬度)， 即c(HCO3-) ＜ c(1/2 Ca2+) + c(1/2 Mg2+) 碳酸盐硬度=总碱度＜总硬度; 非碳酸盐硬度=总硬度-总碱度
mmol/L = 50.05 mg/L(CaCO3) = 2.804 HG
二、天然水的硬度与Ca2+、Mg2+
(一) 钙
多数淡水中含量最多的阳离子； 来源：石膏(CaSO4•2H2O)、方解石(CaCO雨地区少，地面水少，干旱地区多；
第三节 硫酸根、氯、钠、钾离子
一、硫酸根离子与硫在水中的循环
(一）天然水中的硫酸根离子
淡水：HCO3- >SO42- >Cl- ；海水：Cl- >SO42- > HCO3 主要来源：沉积岩中的石膏。自然硫、含硫矿物的氧化； 火山喷气的氧化、蛋白质的氧化分解等。
2FeS2 (黄铁矿）+ 7O2=2FeSO4+ 2H2SO4 H2SO4 + CaCO3 =CaSO4 + H2O + CO2 水源的补给 工业废水、农业施肥、养殖投饵(有机物) 残饵和粪便中的有机物在厌氧菌的作用下分解产生硫化物 。
表2-4 金属离子在硬水与软水中的毒性比
毒性比：硬水中有毒浓度与软水中有毒浓度之比
第二节 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
一、碱度的组成及单位
（一）碱度的组成
碱度是反映水结合质子的能力，即水溶液能被强酸中和的量。 天然水中构成碱度的物质：
HCO3-, CO32- , OH- , H4BO4- , H2PO4-, HPO42-, NH3等 总碱度AT：
（2）总碱度＞总硬度 :即碳酸氢根过量，存在负硬度 即 c(HCO3-) ＞ c(1/2 Ca2+) + c(1/2 Mg2+) 碳酸盐硬度=总硬度 ＜总碱度; 没有非碳酸盐硬度， 负硬度（如Na+、K+生成的碳酸氢盐）=总碱度-总硬度 NaHCO3、KHCO3、Na2CO3、K2CO3等称为负硬度。
通用单位：mmol/L or me/L (1/2Ca2+和1/2Mg2+) 美国度：mg/L，CaCO3)：水中硬度离子的量相当于
形成CaCO3的质量: 1美国度= 1mg/L(CaCO3) 德国度(HG)：水中Ca2+或Mg2＋含量相当于CaO的质
量：1 HG = 10 mg /L (CaO );
(三) 天然水的碱度
来源：集雨区岩石、土壤中碳酸盐的溶解
1、地面水：区域性 东南沿海、珠江水系、长江水系较低。
0.33～2.5mmol/L 内陆干旱、半干旱地区I型水补给的湖泊较高。如：
西北华北的盐碱泡沼：100mmol/L 松嫩平原的大布苏碱湖：17mol/L 2、 海水：2～2.5mmol/L，碱盐系数=A/S，(区别水团、 水系)，如海表水较低，深海较高，河口海滨变化大。 3、河水：A/S较高 4、地下水：碱度、硬度一般较高。
(2) 调节CO2的产耗关系、稳定水的pH值(光合作用、呼吸作用)
Ca2 2HCO3 CaCO3 H 2O CO2
(3) 碱度过高对养殖生物的毒害作用
碱度偏大，生物种类减少，生长速度较慢 碳酸盐碱度对鱼的毒性随着pH的升高而增加； 水的盐度会使碱度的毒性增加； 耐受顺序：青海湖裸鲤(70mg/L)>瓦氏雅罗鱼>鲫鱼>丁
1.4 1.4~2.8 2.8~5.7 5.7~11.4 11.4
天然水的硬度情况
雨水、雪水的硬度一般很低； 干旱半干旱地区的盐碱、涝洼地的地面水与地
下水，硬度多数都比较高； 一般随含盐量的增加，硬度增大； 特殊水文地质条件下形成的苏打湖(碳酸盐类钠
组Ⅰ型水)，硬度相对较低（存在负硬度）; 海水的硬度很大，且以Mg2+为主，如S=35，总
1/2 Ca2+ + 1/2 Mg2+
HCO3-(1/2CO32-) 1/2SO42-
a
b
Na+ +K+ Cl-
(2) c1/2 Ca2+ + c1/2 Mg2+ cHCO3- + c1/2CO32-
1/2 Ca2+ + 1/2 Mg2+
HCO3-(1/2CO32-)
a
c
Na+ + K+ 1/2SO42- Cl-
SO42- 含量：
① 取决于各类硫酸盐的的溶解度；
② 受Ca2+的限制 内陆河水或井水：10-50mg/L；
SO42-无毒， 饮用水标准：
<250mg/L，
白鲢鱼<5600mg/L
干旱地区的地下水较高；
沿海地区较高，约2.6g/kg（盐效应导致）。
（二）硫在水中的转化
蛋白质分解作用 氧化作用 还原作用 沉淀与吸附作用 同化作用
（三）天然水的硬度
阳离子：钙硬度、镁硬度、铁硬度等
阴离子：暂时硬度—碳酸盐硬度（ HCO3-、CO32- ） 永久硬度—非碳酸盐硬度（SO42-、Cl- ）
水硬度与水类型的关系（参考阿列金分类）
(1) c1/2 Ca2+ + c1/2 Mg2+ cHCO3- + c1/2CO32-
AT HCO3 2 CO32 H4BO4 OH H HCO3 2 CO32 H4BO4
AT淡水= [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+] 甲基橙作指示剂(黄(碱) 橙红(酸))，pH终= 4.30
（4）沉淀与吸附作用 Fe3+、Fe2+对硫化物的沉淀反应(降低毒性） Fe2+ + H2S FeS + 2H+ 2Fe3+ + 3H2S 2FeS+ S + 6H+
（5）同化作用 SO42- 是大多数生物吸收同化的有效态， H2S只被特殊菌利用转化为S或SO42-