天然水体中的主要离子
水环境化学1
α0 ， α1 ， α2为分布系数，与pH 有关。
因此封闭碳酸体系各主要形态与pH有关,而CT与pH无关
④开放碳酸体系特点及各主要形态计算 特点： * CT ≠常数 * [H CO *]总保持与大气相平衡的固定数值 2 3 即：[CO 2 （aq)] = KH p CO 2
CT = [H2CO 3 *] /α0 =[CO 2 （aq)] /α0 = KH p CO 2 /α0 [HCO 3 － ] = α1KH p CO 2 /α0 = K1 KH p CO 2 / [H+ ]
(3)水生生物
自养 异养
几个问题 天然水中主要离子总量可以粗略地作为TDS
A.名词—总含盐量（TDS）(≡总溶解固体量)
TDS=[Ca 2 + +Mg 2 + + Na+ +K+ ]+ [HCO3 － + SO4 2 － +Cl － ]
总含盐量 （总溶解固体量）为1000~10000 mg/L
的天然水称为咸水(淡水的总含盐量< 1000mg/L)
[CO32-] = K2[HCO3-] / [H+]
（2）
= 4.69×10-11×1.00×10-3 /1.00×10-8
= 4.69 ×10-6mol.L-1
例2
若 水 体 pH 升 高 到 10.00, 碱 度 仍 保 持
1.00×10-3 mol•L-1 ，再计算该水体中各碱度 成分的浓度。 碱度 = [ HCO3-] + 2[CO32-] + [ OH-]( mol.L-1) [OH-] = 1.00×10-4 mol.L-1
查表3-1（教材P102），氧气在25℃水中的亨利常数 KO2=1.28×10-8moL/(L· Pa) 则根据亨利定律，氧气在水中的溶解度为： [O2(aq)]=KO2· 2=1.28×10-8×0.2029×1.013×105 PO =２.63×10-4moL/L 由于氧的分子量为32，所以其溶解度为8.4mg/L或8.4PPm. 结论：25℃时 [O2(aq)]=８.4mg/L 问：若已知25℃湖水中溶解氧浓度为0.32 mg/L，大气中氧的分压 为多少？
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
养殖水环境化学
▲水体Alk＝0.1~0.3 mmol•L—1其生产力低； ▲水体Alk＝0.3~1.5 mmol•L—1其生产力一般； ▲水体Alk达到1.5~3.5 mmol•L—1才有可能具有较高 的生产力。 ▲一般要求Alk值要＞1 mmol•L—1；但是Alk值＞3.5 mmol•L—1时，对生产不利，而且随着pH值的升高毒 性增强。 有报道称四大家鱼养殖用水的危险指标是 10 mmol•L—1。 ▲海水碱度较为稳定，一般在2~2.5 mmol•L—1范围内。
在Na+和K+中，动物需要较多的Na+ ，植物需 要较多的K+ 。
钠是动物肌肉保持正常感应性所必需的。某些 蓝藻特别需要钠，其适宜的钠浓度低限约为4 mg/L。 有些蓝藻在40 mg/L钠时增长最快。
钾与植物原生质的活动有关，在其分生组织和 幼嫩器官中含钾较多。巨藻(Nereocystis)含钾量占湿 重3%。缺钾时无论高等或低等植物都不能发育。
Cl— ，但含量差别很大。 氯在岩石中的含量远较天然水中其它主要成分为低。
16km厚的地壳中的氯有3/4存在于海水中。
与其它主要离子相比，Cl—的地球化学行为最为简单，
也是水体中最保守的成分。水中的主要来源有： 1、沉积岩中含食盐矿床的溶解及火成岩的风化作用；
2、人类活动； 3、海风、降雨以及泉水补给或污染。
达里诺尔湖是内蒙古自治区第二大淡水湖，面积 238km2，最大深度为13m，平均水深7~8m，容积是16 亿m3，湖面海拔1226m。成因类型为堰塞湖（因构造 下陷形成构造湖的基础上，又受到玄武岩流堰塞而形 成的湖泊） 该湖泊是一个高原内陆封闭式半咸水湖，
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
环境化学：第三章 水环境化学 1
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
②
CO2的溶解度
已知： 干空气中CO2的含量为0.0314%（体积），水
在25℃时蒸气压为0.03167×105 Pa， CO2的亨利定律
常数是3.34×10-7mol/(L·Pa) (25℃), CO2溶于水后发生
的化学反应是：
CO2+H2O = H++HCO3-
CO32-
60
α 40
20
0
2
4
6
8
10
pH
图3-1 碳酸化合态分布图
12
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
对于开放体系，应考虑大气交换过程：
[CO 2 (aq)] K H pCO 2
CT [CO 2 (aq)] / 0
1
0
K H pCO 2
1
K1
[HCO ] CT 1
人均水资源量相当于世界人均量的1/4。已经被联合
国列为13个贫水国家之一。
第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态
一、天然水的基本特征
1.天然水的组成
天然水体——包括水、水中的溶解物、悬浮物
以及底泥和水生生物。
天然水的组成按形态分为：可溶性物质和悬浮物质。
悬浮物质包括：
悬浮物、颗粒物、水生生物等。
一般情况下，天然水中存在的气体有O2、CO2、
H2S、N2和CH4等。
表3-2 海水中主要溶解气体的含量范围
气体
含量范围
/mg·L-1
O2
0~8.5
N2
CO2
H2S
Ar
8.4~14.5
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。
各类天然水体的水化学概况
第九章各类天然水体的水化学概况天然水在自然界中的分布和循环，构成地球的水圈，水圈为地球表面和接近地球表面的各类水的总称。
天然水的总水量近14亿km3, 地球表面积的三分之二被其所覆盖。
天然水在流动与循环过程中接受了周围环境的各种杂质，形成不同水系。
按天然水形成、形态与性质的特点，可划分为河水、湖（库）水、地下水、大气降水(雨水、雾、雪、霜、雹等)及海水五大类。
各类天然水均具有各自的特点，即使同类水体，其水质状况也不尽相同。
这是由于水体所处的环境条件，如气象、气候、地理、地质、人类生产与生活用水和排废、各种生物的生命代谢活动等均会影响水质。
本章将简要叙述各种类型天然水体的水化学概况及相关概念。
第二节河水一、河流水化学基本特点河流是大气降水径流和出露地面的地下水径流在地表线性凹地汇集而成的水体，河流是自然界水分循环的组成部分及水量平衡的组成要素。
其具有集水流域面积广、敞开、流动等特点。
河流水质与土壤、岩石、植被、气候及河水的补充水源等状况有关，和人类活动有关，特别是与水中生物生命代谢活动直接相关。
河流是水圈中最为活跃的部分，由于其流动所涉及的面积较为广阔，流动过程中接触的环境较复杂，且多样性，故河水化学组成具多样性和易变性的特点，不同地区河流与同一河流的不同季节、不同河段，其河水化学成分都可能有较大差异。
通常河流的水化学有以下基本特点：1、溶解有丰富的气体因河水处于运动状态，与空气接触充分，溶有空气中的各种气体，溶解氧气和氮气较丰富，含量近为饱和。
未污染河流中生物不多，溶解氧等气体的含量主要受温度和气压影响。
夏季大型水库溢洪放水时，放出大量温度低且为溶解气体所饱和了的库水，这些水在大坝以下河道中如温度迅速上升，可能造成水中溶解气体过饱和。
2、河水化学组成与含盐量（1）主要离子世界各地河水所含主要离子种类相同，阳离子为：Ca2+、Mg2+、Na+、、K+，阴离子为：HCO3- CO32-、SO42-、Cl-，即通常所说八大离子。
水环境化学试题1
水环境化学模拟试卷一、名词解释腐殖质、分配作用、优先污染物、酸度、碱度、硬度、水体自净、BOD、COD生物累积、生物浓缩、生物放大、光化学反应、光化学平衡、水污染、生物降解共代谢、水质指标、水环境二、填空 1. 有机物大量进入天然水体后，水体的溶解氧会发生阶段性的变化，一条受有机耗氧物污染的河流按其流向可分成三个区域：_________、___________和______________。
2. 天然水体中溶解氧的主要来源：______、_____和______。
3. 胶体的凝聚有两种基本形式：______和______4. 微生物分解利用氨基酸的主要3种方式：__________、_____________和______________。
5. 天然淡水中的主要阴离子成分有____________、___________、_______和____________。
6. 根据吸附过程的内在机理，吸附作用大体可分为________、_______和_________7. 用于阐明水体中吸附等温线方程有三种基本类型，简称为H型________和_________。
8. 微生物对有机物的降解能力大小，可将有机物分为：。
9. 天然水体中常见的配位化合物分和两类。
10. 影响腐殖质光化学反应的因素有：、、和曝气条件。
11. 天然淡水中的主要阳离子成分有、、和。
12. 按照吸附过程的内在机理，吸附可分为、和。
13湖泊主要的污染问题有和三、判断改错题1. 与生活在水体中微生物相比，鱼类对水质影响较大。
（）2. 垂直湖水中，pE随湖的深度增加而增加。
（）3. 有些重金属经过配合后生物毒性显著降低，有些金属配合物则对生物有更大毒性。
（）4. 雨水和河水相比，雨水与海水的性质更接近。
（）5. 专属吸附可以发生在带相同电荷符号的表面和吸附离子之间（）6 鱼池水中溶氧主要为养殖鱼类所消耗7. 垂直湖水中，溶解氧随湖的深度增加而增加。
第三章 水环境化学习题解答
第三章水环境化学一、填空题1、天然水体中常见的八大离子包括：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。
2、天然水体中的碳酸平衡体系a0、a1、a2分别表示[H2CO3*]、[HCO3-]、[CO32-]的分配系数，其表达式分别为：（用pH\K1\K2表达）:a 0=[H2CO3*]/{[ H2CO3*]+[ HCO3-]+[ CO32-]}=[H+]2/{[H+]2+K1[H+]+K1K2}a 1=[ HCO3-] /{[ H2CO3*]+[ HCO3-]+[ CO32-]}= K1[H+]/{[H+]2+K1[H+]+K1K2}a 2=[ CO32-] /{[ H2CO3*]+[ HCO3-]+[ CO32-]}= K1K2/{[H+]2+K1[H+]+K1K2}。
(注：此三个公式前半段教材119-120页有错误！)a 0+a1+a2=13、根据溶液质子平衡条件得到酸度低表达式：总酸度=[H+]+2[ H2CO3*]+[HCO3-]-[OH-]；CO2酸度= [H+]+[H2CO3*]-[CO32-]-[OH-]（注：教材121此公式错误），无机酸度= [H+]-[HCO3-]-2[CO32-] -[OH-] 。
4、根据溶液质子平衡条件得到酸度低表达式：总碱度= [OH-] +2[CO32-]+[HCO3-]-[H+]；酚酞碱度= [OH-] +[CO32-]-[H+]-[ H2CO3*]；苛性碱度= [OH-] -2[ H2CO3*]-[HCO3-]-[H+]。
5、“骨痛病事件”的污染物是镉；水俣病的污染物是汞（或甲基汞）。
6、水体的富营养化程度一般可用总磷（TP）、总氮（TN）、叶绿素a、透明度等指标来衡量。
7、水环境中氧气充足的条件下有机物发生的生物降解称为有氧（或好氧）降解，最终产物主要为二氧化碳和水，有机氮转化为硝酸根，有机硫转化为硫酸根。
水中的有机物在无氧条件经微生物分解，称为厌氧降解，降解产物除二氧化碳和水外，还有小分子的醇、酮、醛、酸等，无机态氮主要以氨氮存在、硫主要以硫化物存在，水体发臭发黑。
水质指标及标准
而迁移，这主要指细菌、藻类等。
藻类
是构造简单、无根、茎、叶区分的低等植物，如兰藻、绿藻、硅藻等；
细菌 简单细菌是细胞生物；放线菌、酵母菌、霉菌、病毒等。
9
天然水体中的污染物
需氧污染物 植物营养物 重金属 有机毒物 酸碱污染物 生物污染物 放射性物质
10
1、 需氧污染物
21
放射性污染
第二节、水质指标及其指标分类
一、概述 1. 2. 水质的定义 水中杂质的分类
二、水质指标 1. 水质指标的分类
2.
3. 4.
物理性水质指标
化学性水质指标 生物学水质指标
水质的定义
水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物
学的综合特性。
各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的
具体衡量标准。
24
水中杂质的分类
按其在水中存在的状态分三类： 悬浮物质：由大于分子尺寸的颗粒组成，它们靠浮力和粘滞力悬浮 于水中。 溶解物质：由分子和离子组成，被水的分子结构所支撑。 胶体物质：介于悬浮物质与溶解物质之间。
25
水质指标的分类
（1） 物理性水质指标： 感官物理性指标 其它物理性水质指标
为基础，规定1毫克/升的SiO2所构成的浑浊度为1度。 标准烛单位： 用蜂蜡和鲸脑蜡按一定规格制成标准烛，在直立的玻璃管下点燃， 管中注入待测水样，自上方俯视，逐渐增大水柱高度，直到烛焰恰不
能再见到时为止，此水柱高度即为标准烛光值。
32
浑浊度和透明度（3）
散射浊度单位（FTU）或NTU： 用硫酸肼和六次甲基四胺混合液作为标准浑浊液，可成为标准肼单 位：即以1.000克硫酸肼加水配成100毫升溶液，10.00克六次甲基四 胺也配成100毫升溶液，取两溶液各5.0毫升混合静置24小时，加水 定容为100毫升，其浑浊度为400度。 透明度与浑浊度相反
水质概念
水质指标和水质标准：水质是指水和其中杂质所共同表现的综合特性。
水质指标表示水中杂质的种类及含量，用它来判断水质的优劣。
水质标准是指权威组织对水在具体应用中所限定的水质指标范围。
1、全固形物、溶解固形物和悬浮物的含义是什么？水中除了溶解气体之外的一切杂质为固体。
而水中的固体又可分为溶解固体和悬浮固体。
这二者的总和即称为水的总固体。
溶解固体是指水经过过滤之后，那些仍然存在于水中的各种无机盐类、有机物等。
悬浮固体是指那些能过滤掉的不溶于水中的泥砂、黏土、有机物、微生物等悬浮物质。
2、含盐量指标的含义是什么？含盐量表示水中各种溶解盐类的总和。
由水质全分析所得到的全部阳离子和阴离子的量相加而得，单位用mg/L（过去也用PPM）表示。
3、各种硬度名称的含义是什么？水中有些金属阳离子，同一些离子结合在一起，在水被加热的过程中，由于蒸发浓缩，容易形成水垢，随着在受热面上而影响热传导，我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。
如在天然水中最常见的金属离子是钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+），它与水中的阴离子如碳酸根离子（CO32-），碳酸氢根离子（HCO3-）、硫酸根离子(SO42-)、氯离子（CI-）、以及硝酸根离子（NO3－）、等结合在一起，形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度，水中的铁、锰、锌等金属离子也会形成硬度，但由于它们在天然水中的含量很少，可以略去不计。
因此，通常就把Ca2+、 Mg2+的总浓度看作水的硬度。
硬度的单位常用的有mmol、mg/L.4、什么是水的电导率？由于水中含有各种溶解盐类，并均以离子的形态存在，当水中插入一对电极时，通电后，在电场的作用下，带电的离子就产生一定方向的移动，水中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴级，使水溶液起导电作用。
水的导电能力的强弱程度，就称为电导度S（或称电导率）。
电导度反映了水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标。
水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导度越小。
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
海水组成恒定定律
海水组成恒定定律海水是地球上最广泛分布的天然水体，其组成及特性对地球生态系统具有重要影响。
海水的化学组成是多方面环境过程的结果，同时也受到多种因素的影响。
然而，在许多情况下，海水的化学组成可以遵循一种恒定的定律，即海水各组分的含量比例基本保持稳定。
海水中的主要元素海水主要由水以及各种盐类组成，其中主要元素包括氯(Cl)、钠(Na)、镁(Mg)、硫(S)、钙(Ca)、钾(K)等。
除此之外，海水中还含有微量元素如锌、铁、锰、铬等。
这些元素的含量可以通过化学分析确定，研究表明它们之间存在一定的比例关系。
恒定定律的原理在海水的化学组成中，氯离子是最多的，其次是钠离子。
这两种离子的比例在不同海域中相对固定，被称为“地球海水中的氯－钠比例”，通常为1.16:1。
这种比例的恒定性表明海水的化学组成在某种程度上是受到控制的。
形成定律的机制海水中各种盐类元素来源于陆地、岩石的侵蚀，由河流输送至海洋。
而地球上各地的陆地和岩石成分不同，导致不同海域的海水盐度也有所差异。
然而，氯、钠元素主要来自地壳中的矿物，其相对含量相对较稳定，因此构成了海水中的固定比例。
应用与意义海水组成恒定定律的发现对于研究海洋和地球环境具有重要意义。
利用这一定律，可以推断不同海域之间的水体交换情况，分析海水中的盐度变化对生态系统的影响，甚至指导海水淡化工艺的发展。
同时，海水组成恒定定律也为地质学、地球化学等领域的研究提供了重要参考。
总之，海水组成恒定定律揭示了海水中各元素之间的稳定比例关系，为我们理解海洋环境提供了重要线索，也为环境科学的发展提供了新的思路和方法。
只有充分理解和利用这一定律，我们才能更好地保护海洋生态系统，实现人类与自然的和谐共生。
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2．毫克／升(mg/L) :1L水中能结合H+的物 质所相当的CaCO3的质量(以mg作单位) 。
3．德国度(0HG) 也是从硬度移过来的单位， 以10mg／L氧化钙(CaO)为10HG。1mmol／ L=2.8040HG。
(三) 天然水的碱度
M Mg（HCO3）2 =146.3)
解：水的总硬度=
三、天然水的硬度
天然水硬度主要由Ca2+ 、 Mg2+离子形成。 某些缺氧地下水也可能由Fe2+形成水硬度。 分类：根据形成硬度的离子不同，可分
为钙硬度、镁硬度、铁硬度等。
考虑到水中与硬度共存的阴离子组 成，又分为碳酸盐硬度与非碳酸盐硬度。
碳酸盐硬度-- 暂时硬度: 水煮沸后，可以生成CaCO3沉淀而除去。
水硬度的单位：
1．毫摩／升(mmol/L)
物质的量的基本单元以单位电荷形式 1/nMen+计，即以1/2Ca2+，1/2Mg2+作为基本单 元。为常用硬度单位。
2．毫克／升(CaCO3) 符号为mg /L(CaCO3) ，以 1L水中所含有的与形成硬度离子的量所相当的 CaCO3的质量表示 (美国或英文文献中)常用。
五 钙、镁离子在水产养殖中的意义
作为淡水养殖生产用水，要求有一定的硬度，即要 求水中有一定的钙、镁含量。海水养殖虽然对水硬 度没有提出要求，但在使用地下井盐水进行海水鱼、 虾、贝类繁殖时，就必须重视水的硬度，尤其是钙、 镁离子含量的比例，否则可能引起养殖失败。
这表明钙、镁离子在养殖生产中有着十分重 要的意义。
海水养鱼池，由于总硬度很高，这种变化 的相对值很小，不容易测定出来。
养鱼池水的硬度首先决定于所采用的水源
水的硬度，其次与池塘土质有关。新修建 的养鱼池，土壤中的可溶性钙、镁也会转 入池水中，使水硬度增高。修建在盐碱地 上灌注淡水的养鱼池，随着塘龄的增加， 土壤中的钙、镁因淋溶而减少，致使池水 的总硬度也逐年降低。
碱度与酸碱度不同！
甲基橙
酚酞
0
14
4.2
HCO3-、CO2→H2CO3 总碱度/甲基橙碱度
8.3
CO32-→HCO3酚酞碱度
总碱度= [HCO3-] + [CO32-] + [OH-] - [H+] 酚酞碱度= [CO32-] + [OH-] - [H2CO3*] - [H+]
小结
碱度的测定：酸滴定法，碳酸盐用强酸滴定有 两个突跃点，一个在pH8.3附近，用酚酞作指示 剂，俗称酚酞碱度；另一个在pH4．2附近，用 甲基橙作指示剂，俗称甲基橙碱度。可见，甲 基橙碱度就是总碱度。“酚酞碱度”只包含了 氢氧根碱度及碳酸根离子碱度的一半。水中的 H下C式03表-不达构：成酚酞碱度。酚酞碱度的概念可以用
地层中CaSO4·2H20的溶解，白云石 (CaCO3.MgCO3)、方解石(CaCO3)在水和CO2 作用下的溶解等。
天然水中的钙含量差 别很大。潮湿多雨地 区的地面水含钙少； 干早地区，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。
地面水中，如许多河
流与湖泊含钙量只有
海水
Mg 2 Ca2
5.2
二、水硬度的概念及表示单位
硬度是指水中二价及多价金属离子含量的 总和。这些离子包括Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+、 Mn2+、Fe3+，Al3+等。
共性——含量偏高可使肥皂失去去污能力， 锅炉结垢，工业上的许多部门不能使 用。
构成天然水硬度的主要离子是Ca2+和Mg2+ ， 所以Ca2+和Mg2+离子的含量来计算硬度。
○生物量低的湖泊； ⊙生物量中等的湖泊； ●生物量高的湖泊； ▲其他
某些湖泊的藻类现存生物量与溶解钙的相关关系
镁是叶绿素中的成分，各种藻类都需要
镁。镁在糖代谢中起着重要的作用。镁不 足，核糖核酸(RNA)的净合成将停止，氮代 谢混乱，细胞内积累碳水化合物及不稳定 的磷脂。缺镁还会影响对钙的吸收。
0~4 4~8 8~16 16~30 30以上
1.4以下 1.4~2.8 2.8~5.7 5.7~11.4 11.4以上
天然水的硬度含量情况
不同地区，环境，水体状况其硬度不一样: 雨水的硬度一般很低，靠雨水或融化雪水补给的河
流，水硬度都比较低 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 一般来说，随着含盐量的增加，水硬度也增大 一些特殊水文地质条件下形成的苏打湖（碳酸盐类
盐碱地： 注水前后的变化 淡水鱼池：管理操作、生物代谢 海水鱼池：变化较小
对淡水养鱼池，生产管理上的操作及水中 生物代谢活动也可使池水硬度发生变化。 比如施用过磷酸钙，泼洒石灰浆水，都能 使池水硬度变化。池水中生物的光合作用 和呼吸作用能促使碳酸钙的沉积和溶解， 可以使池水的碱度、硬度发生昼夜变化.
R＝1.8
中华绒螯蟹育苗要求 Ca2+ Mg2+ Mg2+/Ca2+质量比
178－340mg/L 484－816mg/L R＝2.3－3.0
2）王慧等试验得出：
中国对虾在水环境中能够生存的Ca2+和Mg2+质量浓度范围
Ca2+
24.92－280.66mg/L
Mg2+
34.5－344.9mg/L
ρ(Mg2+)/ρ(Ca2+)比 R＝1-3为最好
3．德国度(0Hg) :将水中的Ca2+和Mg2+含量换算为 相当的CaO量后，以1L水中含10mgCaO为1德国 度(0Hg)。德国、原苏联和我国常采用。
例1、鱼水池中含Ca（HCO3）2 160 mg/ L，Mg （HCO3）2 220 mg/ L 。计算水中总硬度，以三 种单位表示硬度。（M 162， Ca（HCO3）2 =
在溶解性固体总量低于500mg／L的水中， Ca2+与 Mg2+物质的量的比值变化范围较大，从4：1到2：1.
水中溶解性固体总量大于1000mg/L时，其比值在2：、 1到1：l之间。
随着水中含盐量的增加，由于镁的碳酸盐和
硫酸盐的溶解度较钙的高，镁离子将会超过 钙很多倍。
淡水：Ca2+>>Mg2+ 咸水： Mg2+ > Ca2+
每升数毫克（如广东、
广西、福建）。海水 含Ca2+较多，盐度35的 大洋水Ca2+含量达 400mg／kg。钙是多数 淡水中含量最多和重 要的阳离子。
(二)镁
镁在天然水中含量仅次于Na+或Ca2+，常居阳离子 的第二位。在大多数淡水中Mg2+的含量介于140mg/L之间
天然水中Ca2+与Mg2+含量的比例关系有一个大致规律：
概念：碱度(Alkalinity)是反映水结合质子的能力，也就是水与 强酸中和能力的一个量。
天然水中构成碱度的物质：
AT HCO3 2 CO32 H4BO4 OH H HCO3 2 CO32 H4BO4
总碱度（AT）：由碳酸氢根碱度、碳酸根碱度、硼酸盐碱度及 氢氧根碱度等组成。
3. 地下水：碱度、硬度一般较高
二、碱度的变化及意义
(一)碱度的变化 水的碱度受水中光合作用和呼吸作用的影响， 会发生变化。对于生物密度很大的室外养 鱼池，还会有周期性的昼夜变化，与前面 提到总硬度的昼夜变化类似。变化的原因 是水中存在以下两个化学平衡：
（ 1）当光合作用速率超过呼吸作用速率时， C02不断被吸收利用，平衡(1)向右移动，使 平衡(2)也向右移动，有CaCO3沉淀生成。 总结果是水的碱度、硬度下降，pH上升。
非碳酸盐硬度---永久硬度: 对应于钙镁的硫酸盐、氯化物形成的硬
度。用一般煮沸方法不能从水中除去.
这种分类方法只不过是反映水中钙、镁阳 离子同阴离子组成间的数量对比关系，不 可认为水中固定地含有这些盐类。
表2-1 天然水的硬度分级
类别
德国度(°HG)
mmol/L
(1/2Ca2+,1/2Mg2+)
极软水 软水 中等软水 硬水 极硬水
2 钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性。
许多重金属离子在硬水中的毒性都比在软水 中的要小得多，这可能是由于钙可减少生物 对重金属的吸收.
表2-4 部分金属离子在硬水与软水中的毒性比*
一价金属离子浓度过高时对许多水生生物有毒害作用， 增加钙含量可以降低一价金属离子的毒性。
3 钙、镁离子可增加水的缓冲性
养殖水体对硬度的要求
一般适宜值为：1-3mmol/L. 鲤科鱼类: 5-8°HG 鲑科鱼类 :8-12°HG
温室育苗常:硬水软化 沿海:Ca2++2HCO3-=CaCO3 +CO2 内陆:Ca+SO42-=CaSO4 清除方法：生石灰苏打;阳离子交换
第二节 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子
一、碱度的组成及表示单位 （一）碱度的组成
注意：水的酸碱度概念，是指用pH 来度量的量，此处的碱度，以及后面 将提到的酸度的概念不同。前者反映 的是水中氢离子活度的大小，碱度反 映的则是水中能结合质子的物质的总 量，也就是水中氢氧根离子与弱酸根 离子的总量。
(二) 碱度的表示单位
碱度表示单位，与硬度的单位形式完全相同， 只是含义有所差异。
（2）当呼吸作用速率超过光合作用速率时， 不断有C02产生，促使平衡(1)、(2)均向左移 动，其结果是碱度、硬度都上升，pH下 降。
（二)碱度与水产养殖的关系
水的碱度对水产养殖，主要对池塘养鱼生产有重要 作用。养鱼用水需要有一定的碱度，碱度过高又有 害。碱度与水产养殖的关系体现在以下三个方 面： 1.降低重金属的毒性 重金属一般是游离的离子态毒性较大。重金属离子 能与水中的碳酸盐形成络离子，甚至生成沉淀，使 游离金属离子的浓度降低。在用重金属防治鱼病时 碱度大，重金属的药效就会降低。