天然水中的主要离子
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
水中碱度和硬度的关系
水中碱度和硬度的关系
天然水中的硬度主要是指Ca2+、Mg2+等金属离子，水中的碱度主要是指碳酸氢盐碱度HCO3-。
而水中主要存在的离子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+和HCO3-、SO42-、Cl-等。
水中的硬度与硬度之间的关系分为三种情况。
（1）碱度>硬度（以mol/L计）HCO3-> （Ca2++Mg2+）水中的硬度（Ca2+、Mg2+）都变成为碳酸氢盐，并同时还有Na+、K+的碳酸氢盐，但没有非碳酸盐硬度在。
此时，碱度减去硬度所得的差值等于Na+、K+的碳酸氢盐。
这部分多出的Na+、K+的碳酸氢盐碱度即所谓过剩碱度亦称为负硬度。
（2）碱度=硬度（以mol/L计）即HCO3-= （Ca2++Mg2+）此时只有Ca2+、Mg2+的硬度及其碳酸氢盐碱度，既无非碳酸盐硬度，亦无Na+、K+的碳酸氢盐。
（3）碱度3-2++Mg2+）。
此时又有两种情况，一是Ca2+> HCO3-的钙硬水，此时水中有非碳酸盐硬度CaSO4、MgSO4的存在，但没有镁的碳酸盐硬度Mg（HCO3）2。
另一种情况是Ca2+> HCO3-的镁硬水，水中有镁的碳酸盐硬度Mg（HCO3）2的存在，但没有钙的非碳酸盐硬度存在，而有镁的非碳酸盐硬度MgSO4的存在。
但上述两种情况，无论是哪种，水中都有非碳酸盐的硬度存在，而没有Na+、K+的碳酸氢盐存在。
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，
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。
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
天然水中的主要离子课件
4)一切光合藻类都需要Cl－。
46
K＋含量远比Na+低。K＋易被土壤胶体吸附， 被植物吸收利用。K＋是藻类的大量营养元素之一，主要用作酶的 活化剂，Na＋至少可部分代替K＋，动物需要较多 钠。一价金属离子含量过多，对许多淡水动物有毒。
47日本Biblioteka 类用水标准规定NaCl为2500－5000mg/L,美国则规定渔业用水NaCl小于 1500mg/L,变幅不得超过自然值的1/3。
7
三个硬度单位的换算关系：1mmol/L = 2.804德国度 = 50.05mg/LCaCO3
8
① 天然水中主要以Ca2+离子形式存在。来源主要 有石膏、白云石、方解石的溶解。②含量差别大③易生成CaCO3沉淀9
③ 海水中的镁与钙的关系
10
2.1.2.3 天然水的硬度1)硬度的种类由Ca2+造成的硬度称“钙硬度” (HCa) , Mg2+造成 的硬度称“镁硬度” (HMg) 。各种硬度之和称“总硬度”， (T.H.)T.H.= HCa+ HMg
11
碳酸盐硬度 (HC暂时硬度) ：以碳酸盐和重碳酸盐形式的Ca2+ 、 Mg2+造成的硬度，水煮沸后可除去。非碳酸盐硬度 (HS永久硬度) ：由硫酸盐和氯化物 形式的Ca2+ 、 Mg2+造成的硬度。T.H.= HC+ HS
12
13
类别
硬度范围
类别
硬度范围
度
mol/L
度
mol/L
很软水
0º~4º
48
49
大洋\海域
N a /Cl
Mg/Cl
K/Cl
大西洋
0.5544-0.5567
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。
水化学课件第二章 天然水的主要离子
▪ 非碳酸盐硬度Hs：硫酸盐，氯化物
➢ 非碳酸盐硬度（永久硬度）：用一般煮沸的方 法不能从水中除去－II，III型水
▪ Hc和Hs构成总硬度
▪ 负硬度：总碱度减去总硬度所得差数，即 这部分CO32-、HCO3-因Ca2+、Mg2+太少， 只好以Na+、K+盐形式存在—I型
（2）pH值越低，硫化物毒性愈强
三、硫酸盐的还原和影响因素
1．溶解氧
▪ 天然水体：氧是最强的氧化剂，S2-是最强 的还原剂——当水中DO条件比较好时 （DO >0.16mg/L），不可能有H2S的生成
▪ 中上层水体DO一般不会<0.16 mg/L——以 SO42-形式存在
2．氧化还原电位
▪ -100～-300 mv之间最适合于H2S的生成， Eh大于27mv，则H2S生成停止
▪ 第二个反应更为重要，而且与下面的平衡 反应(25℃)有关
FeS↓≒ Fe2+ + S2H2S ≒ HS-+ H+ HS- ≒ S2- + H+ 由此得：
Ksp = 5×10-18 K1 = 1.15×10-7 K2 = 1.2×10-13
[H2S]=Ksp/(K1·K2)×[H+]2/[Fe2+] = 3.6×102×[H+]2/[Fe2+]
▪ 有氧带硫的主要形式：S蛋白和SO42▪ 厌氧带硫的主要形式：S蛋白、H2S（MeS），
可能短暂时间内出现单质S和SO42▪ 各形式的硫以扩散、S蛋白的沉积和S的氧化
还原等方式联系起来
二、pH值对H2S不同存在形式的影响
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
区别蒸馏水、去离子水、纯水、高纯水、超纯水
区别蒸馏水、去离子水、纯水、高纯水、超纯水天然水中通常含有五种杂质：1.电解质：包括带电粒子,常见的阳离子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等；阴离子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等。
2.有机物质,如:有机酸、农药、烃类、醇类和酯类等。
3.颗粒物。
4.微生物。
5.溶解气体，包括：N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4等。
水的纯化，就是要去掉这些杂质。
杂质去的越彻底，水质也就越纯净。
1、蒸馏水：就是将水蒸馏、冷凝的水，蒸二次的叫重蒸水，三次的叫三蒸水。
有时候为了特殊目的，在蒸前会加入适当试剂，如为了无氨水，会在水中加酸；低耗氧量的水，加入高锰酸钾与酸等。
工业蒸馏水是采用蒸馏水方法取得的纯水，一般普通蒸馏取得的水纯度不高，经过多级蒸馏水，出水才可达到很纯，成本相对比较高。
蒸馏水：以去除电解质及与水沸点相差较大的非电解质为主，无法去除与水沸点相当的非电解质，纯度也用电导率衡量。
2、去离子水：将水通过阳离子交换树脂（常用的为苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂），则水中的阳离子被树脂所吸收，树脂上的阳离子H+被置换到水中，并和水中的阳离子组成相应的无机酸；含此种无机酸的水再通过阴离子交换树脂（常用的为苯乙烯型强碱性阴离子）OH-被置换到水中，并和水中的H+结合成水，此即去离子水。
去离子水在现代工业中有着非常广泛的用途，使用去离子水，是我国很多行业提高产品质量的，赶超世界先进水平的重要手段之一。
由于去离子水中的离子数可以被人为的控制，从而，使它的电阻率、溶解度、腐蚀性、病毒细菌等物理、化学及病理等指标均得到良好的控制。
在工业生产及实验室的实验中，如果涉及到使用水的工艺都被使用了去离子水，那么，许多参数会更接近设计或理想数据，产品质量将变得易于控制。
去离子水：顾名思义就是去掉了水中的除氢离子、氢氧根离子外的其他由电解质溶于水中电离所产生的全部离子。
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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代谢的调节。
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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。
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3) 水中钙、镁离子比例，对海水鱼虾、贝的 存活有重要影响
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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
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2) aH+ ,CNOH3-3,(NSOH442＋- ,)SO32- ，Cl-, NO3-，Ca2+ , 分布变化：1）地区分布
①沿海地区：离子总量较高，Cl-, Na+高，水质类 型[Cl,C]Na ；
②内陆地区：Cl-, 代替；
Na+逐渐被HCO3-
,
③ 德国度(°HG) 将水中的Ca2+和Mg2+含量换算为相当 的CaO量后，以1L水中含10mg CaO为1 德国度 (°HG) 。德国、苏联、我国常采用。
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三个硬度单位的换算关系： 1mmol/L = 2.804德国度 = 50.05mg/LCaCO3
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2.1.2 天然水的硬度与Ca2+、Mg2+
T.H.= HCa+ HMg
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碳酸盐硬度（HC暂时硬度）：以碳酸盐和重碳酸盐 形式的Ca2+、 Mg2+造成的硬度，水煮沸后可除去。
非碳酸盐硬度（HS永久硬度） ：由硫酸盐和氯化物 形式的Ca2+、 Mg2+造成的硬度。
T.H.= HC+ HS
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总碱度大于总硬度时，水中只有碳酸盐硬 度，没有永久硬度。为I型水，
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1) 内陆水 ① 河水
I土壤＋I岩石＋I大气＋I风＋I有机体＝E离子＋E风＋E植物＋X
② 湖水 S支＋S雨＋S潜＝S排＋S风＋S渗＋S沉
随着离子总量的增加，优势主要离子变化为
HCO3-→SO42-→Cl-; Ca2+→Mg2+→Na++K+ ③ 潜水
Ca2+ , Mg2+ , Na+ , HCO3- , SO42- , Cl-,硅酸盐离子
天然水的主要离子
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2.1 水的硬度及钙镁离子
天然水中主要离子成分 含量大于等于1mg/L
天然水中的主要离子成分是构成水中盐分 的主体，占其总含盐量的90%以上。
陆地水 阳离子：Ca2+ , Mg2+ , Na+ , K+ 阴离子：HCO3- , CO32- , SO42- , Cl-
海水中除上述，另有 Sr2+ , Br- , F-，H3BO3(H2BO3-)
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）
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：
2) 组成水中碱度的物质
强碱：NaOH,Ca(OH)2 弱碱: NH3、有机胺等， 强碱弱酸盐: 如碳酸盐、重碳酸盐、硼酸盐、硅酸
2.1.2.1 钙
① 天然水中主要以Ca2+离子形式存在。来源主要有 石膏、白云石、方解石的溶解。 ②含量差别大 ③易生成CaCO3沉淀
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2.1.2.2 镁
① 含量常居阳离子的第二位。 ② Ca2+、Mg2+物质的量比例 ③ 海水中的镁与钙的关系
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2.1.2.3 天然水的硬度 1)硬度的种类 由Ca2+造成的硬度称“钙硬度”（HCa) , Mg2+造 成的硬度称“镁硬度” （HMg) 。 各种硬度之和称“总硬度”，（T.H.)
盐、磷酸盐、硫化物、腐殖酸盐等。
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3)碱度的测定
碱度的测定一般采用标准酸溶液滴定至选定的pH 值，根据滴定终点的不同可分： 苛性碱度，所有OH－被中和，终点pH在10~11之间。 碳酸盐碱度（酚酞碱度），所有CO32－被中和，终 点pH在8.3左右。 总碱度（甲基橙碱度），所有HCO3－被中和。终点 pH在4.3左右。
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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。
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2) 天然水硬度分类
类别
硬度范围
类别
硬度范围
度 mol/L
度
mol/L
很软水 0º~4º ≤1.4 硬水 16º~30º 5.7~11.4
软水 4º~8º 1.4~2.8 很硬水 ≥30º ＞11.4
中等 8º~16º 2.8~5.7 软水
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2.1.2.4 钙、镁及硬度的生态学意义
③ 主要组分占海水中溶解盐类的99.8-99.9%,主要 成分有恒比关系；
④ 含有10-9级或含量更低的微量元素和溶解有机 物；
⑤ 化学物质以不同的分散度（溶解、胶体、悬浮） 存在于水体中。
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2.1.1 水硬度的概念及表示单位 1) 硬度：水的硬度是指水沉淀消耗肥皂的能力。
从理论上说，包括碱金属以外的所有金属离子。 天然水中，钙、镁是构成天然水硬度的主要成分。
SO42- , Ca2+
化③合城物市含附量近较：高降。水酸度明显增大，SO42- , Cl-, 含氮
2）季节变化
地区，内C陆l-与雨城季市高附于近旱，季；SO含42氮- 冬化季合高物于夏夏季季高；于沿冬海 季。
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3) 海水
① 中等浓度的电解质溶液；
② 含有80多种元素，且以各种各样价态和化合形 式存在的化学体系；
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2) 水硬度的表示单位
① 毫摩/升(mmol/L)：以1L水中含有的形成硬度离子的 物质的量之和。以1/2Men+作为基本单元。常用硬度 单位。
② 毫克/升(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，符号为mg/L (CaCO3) 。美国常用，英文文献中较常出现。