天然水的组成及性质概要
§1 天然水的组成和性质课件
地下水质的特点：
a 悬浮颗粒很少，水体清澈透明。 b 盐分高、硬度大，无菌、有机物较多。 c 不与空气接触，水体呈还原态，Fe2+、Mn2+ 等以低价态存在。 d 水温基本不受气温影响。
3 湖泊
由地面大小形状不同的洼地积水而成湖泊。 其必须的条件是具有一个周围高、中间低的能蓄 水的湖盆，以及长期有水蓄积。
湖水水流缓慢，蒸发量大，蒸发掉的水靠河 流及地下水补偿。
湖泊的污染主要是N、P等元素引起的富营养 化问题，极端的富营养化会使湖泊演化为沼泽甚 至干地。
富 营 养 化 作 用 引 起 的 湖 泊 生 态 系 统 的 变 化
1
HCO 3
H 2CO3
H CO3 HCO3
CO32
K1 H H 2 K1 H
K1K2
2＝CO3
H 2CO3
CO32 HCO3
CO32
K1 K 2 H 2 K1 H
K1K2
在封闭体系中，各形体的分布系数只是氢离子浓度的函数 ，与总浓度无关。
2 开放体系
c: 微量元素
指含量浓度小于1mol/L的元素，由于海水体积大，微 量元素的总量还是相当可观的。
2)盐度和氯度
盐度：是指在1kg海水中，碳酸盐全部转化为 氧化物，溴、碘化合物全部转化为氯化物，以及有机 物被完全氧化后所含固体物质的总克数。单位 g/kg海 水，常用S‰表示。
氯度：是指在1kg海水中，溴和碘由等当量的 氯置换后所含氯的总克数。单位g/kg海水，常用Cl‰( 注意为千分数)表示。
人类使用的水主要是地表淡水和地下水，亦有 小部分淡水是由海水淡化制得的。我国城市都缺水 ，大城市更严重。农村用水得不到保证，工业用水 循环利用率约占20％，农业用水利用率只占30％， 原因在于大多采用土渠输水和漫灌，如果采用管道 和喷灌，利用率可达90％。
地球上水的化学性质
地球上水的化学性质人所共知，养鱼（虾）就是养水。
现连载一些关于水的文章，希望对大家有帮助。
地球上水的化学性质一、天然水的化学成分天然水经常与大气、土壤，岩石及生物体接触，在运动过程中，把大气、土壤、岩石中的许多物质溶解或挟持，使其共同参与了水分循环，成为一个极其复杂的体系。
目前各种水体里已发现80多种元素。
天然水中各种物质按性质通常分为三大类：1）悬浮物质粒径大于100纳米（10-7米）的物质颗粒，在水中呈悬浮状态，例如泥沙、粘土、藻类、细菌等不溶物质。
悬浮物的存在使天然水有颜色、变浑浊或产生异味。
有的细菌可致病。
2）胶体物质粒径为100—1纳米的多分子聚合体，为水中的胶体物质。
其中无机胶体主要是次生粘土矿物和各种含水氧化物。
有机胶体主要是腐殖酸。
3）溶解物质粒径小于1纳米的物质，在水中成分子或离子的溶解状态，包括各种盐类、气体和某些有机化合物。
天然水中形成各种盐类的主要离子是K+、Na+、Ca2+、Mg2+四种阳离子还有Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I等重金属、稀有金属、卤素和放射性元素等微量元素；水中溶解的气体有O2、CO2、N2，特殊条件下也有H2S、CH4等。
总之，无论哪种天然水，八种主要离子的含量都占溶解质总量的95—99％以上。
天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量称为矿化度。
各种溶解质在天然水中的累积和转化，是天然水的矿化过程。
二、天然水的矿化过程地壳中含有87种化学元素，目前在天然水中基本都已发现。
这些元素在天然水中的含量与岩石圈的平均组成相差很大。
多种化合物溶于水，又随着水文循环一起迁移，经历着不同环境，其数量、组成及存在形态都在不断变化。
这个过程受到两方面因素的制约：一是元素和化合物的物理化学性质；二是各种环境因素，如天然水的酸碱性质、氧化还原状况、有机质的数量与组成，以及各种自然环境条件等。
天然水的主要矿化作用如下：1）溶滤作用土壤和岩石中某些成分进入水中的过程称溶滤作用。
天然水的性质和组成b
K1 K1 K 2 -1 + ) + [ H ] [ H + ]2
K 2 -1 [H + ] + ) K1 [H + ]
[ H + ]2 [ H + ] -1 + ) K1 K 2 K2
以上的讨论没有考虑溶解性 CO2 与大气交换过程，因而属于封闭的水溶 液体系的情况。实际上，根据气体交换动力学，CO2 在气液界面的平衡时间需数
(2-25) (2-26) (2-27)
CO2 酸度=[ H + ] + [ H 2CO3∗ ]-[ CO32− ]-[ OH − ]
无机酸度=[ H + ] -[ HCO3− ]-2[ CO32− ]-[ OH − ]
如果用总碳酸量(CT)和相应的分布系数( α )来表示，则有： 总碱度= CT (α1 + 2α 2 ) + KW /[ H + ] − [ H + ]
代入 K2 的表示式计算[ CO32− ]：
[ CO32− ]= K 2 [HCO3− ] /[H + ] = 4.69 ×10−11 × 1.00 × 10−3 /1.00 ×10−8 = 4.69 ×10−6 mol/L
若水体的 pH 为 10.0， 碱度仍为 1.00 ×10−3 mol/L 时， 如何求上述各形态物质的 浓度？在这种情况下，对碱度的贡献是由 CO32− 及 OH − 同时提供，总碱度可表示 如下： 碱度=[ HCO3− ]+2[ CO32− ]+[ OH − ] 再以[ OH − ]=1.00× 10−4 mol / L 代入 K2 表示式，就得出
[ HCO3− ]= 4.64 ×10−4 mol / L 及[ CO32− ]= 2.18 ×10−4 mol / L 。可以看出，对总碱度的贡
天然水的主要理化性质
图1－8分层：表面结冰；水温随深度增加而缓慢升高。 春季全同温：表层水温升高，密度流使上下水对流交换。 夏季正分层：两层（高温表层和低温下层）中间夹有一温 度随深度增加而迅速降低的水层（温跃层）。 秋季全同温：气温低于水温，表层水温下降，密度增大， 发生密度环流；加上风力的混合作用，温跃 层消失。
与水生生物关系 与养鱼生产的关系 与渔汛的关系
1. 与水生生物关系
水生生物有一定的适应盐幅
水中一定的含盐量是保持生物体液一定渗透压的需要，超 过了生物渗透压调节的能力，生物就会“渴死”或“胀死”。
同一生物不同生长阶段耐盐能力不同 耐盐限度不同; 几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼>团头鲂>鲢 在适宜的盐度范围内，频繁的盐度波动对生长有 影响（盐度实验时要注意）
二、天然水的透光性
光线在水中的反射、吸收与折射
(一)水面对太阳辐射的反射
入射角、反射角、 太阳高度角，反射率 水面对大气散射 辐射的反射率，大约 在5%-10%
（二）水对太阳光的吸收特点:
1.有一定的选择性
2.随水体深度增大能量 衰减快 73%到水面1cm处 36%到1m处 1.4%到100m处 光抑制区 光适宜区 光限制区
第一节 水的特性
1. 水分子的结构
H 104.40 H 在水分子的结构中，两个氢原子核排列成以氧原子核为顶的等腰三角形。从而 使氧的一端带负电荷，氢的一核带正电荷，因此水分子是一个极性很强的分子， 即氧的一端为负极，氢一的端为正极。由于水分子在正极一方有两个裸露的氢 核，在负极一方有氧的两对孤对电子，这样就使每一个水分子都可以把自己的 两个氢核交出与其他两个水分子共有，而同时氧的两对孤对电子又可以接受第 三个、第四个氢核，使这五个水分子之间形成四个氢键，其中每一个外围分子 又再与另外的分子继续生成氢键。这种现象称为水分子的缔合现象。所以水是 单个分子H2O和（H2O）n的混合物，（H2O）n称为水分子的集聚体或聚合物。
第三篇水环境化学(1)天然水的组成和性质
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趋势线 实际水
20
▪热容量最大
▪溶解和反应能力强 ▪具有很大的表面张力
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21
3 、水的同位素组成
▪ 水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（ 氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上 是18种水分子的混合物C32C31=18。
2、质量物质的量浓度(或质量摩尔浓度) (1)、定义(用m或b表示) (2)、公式
mnB100 W 0B1000
W A
M B W A
其中：
nB—物质的量，单位：mol； WB—溶质的质量，单位：g ； MB—摩尔质量，单位：g·mol－1 ； WA—溶剂的质量，单位：g .
3、物质的量分数浓度(或摩尔分数浓度)
气体在水中的溶解度可用以下平衡式表示：
[G(aq)]=KH·PG
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33
① 氧在水中的溶解
例子：氧在水中的溶解度与水的温度、氧在水中的分压及水中含盐 量有关。氧在1.0130×105Pa、25℃（标准状态）饱和水中的溶解度， 可按下面步骤计算。 水 在 25℃ 时 的 蒸 汽 压 为 0.03167×105Pa ， 由 于 干 空 气 中 氧 的 含 量 为 20.95%， 所以氧的分压为：=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa
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
水化学：第二章 天然水的主要理化性质
（四）水具有很强的溶解与反应能力
水是一种溶解能力极强的溶剂 水的介电常数很大，使溶质在水中具有很大的电离度
（五）水具有很大的表面张力
特点：水(除汞)具有最大的表面张力，达72.75 dyn•cm-1 其他液体通常只有20-50 dyn•cm-1。
作用：显著的毛细、润湿和吸附作用 对于陆地和水域中生物的生命活动具有重要的意义
透过可见光和长波段紫外线，使在水
7
体深处可发生光合作用
第二节 天然水的化学组成
按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系 天然水的化学成分分为六类：
常量元素 溶解气体 营养元素 有机物质 微量元素 有毒物质
8
一、常量元素
淡水中的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-
10
三、营养元素
主要元素： N、P、Si（与水生生物生长有关的一些元素） 存在形式：多以复杂的离子形式或有机物的形式存在于水体
中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时 又称为“非保守成分”或“生物制约元素”
11
四、有机物
分类： 颗粒态有机物 溶解态有机物
含量：较低，通常是无机成分的万分之一，一般1L水中仅几mg 成分：复杂，种类繁多，如糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物
端为正极）
3
水分子的结构
4
三、水的异常特性
（一）水在通常条件下呈液态
水通常呈三种物理状态，即液态、气态和固态
（二）水的温度－体积效应异常
纯水结冰时体积不是收缩而是膨胀 在0-3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小（ 3.98℃时水的体积最小，密度最大）
（三）水的比热容非常大
第一章基础知识第一节天然水的化学成分
淡水养殖水化学第一章基础知识第一节天然水的化学成分水产养殖生产虽有多种方式。
如大水面天然增殖、池塘精养、高密度流水养鱼、循环过滤工厂化养鱼等，它们所用的水源，归根到底都来自天然水，水中的化学成分决定了所用天然水的水质。
因此，对天然水的化学成分必须有基本的了解，这对我们认识养殖水体的水质特点是十分重要的。
一、天然水水质的复杂多变性我们知道，水是良好的溶剂，绝对不溶于水的物质是没有的。
自然界中的水是在不断地循环变化，水在阳光照射下不断地从江河、湖泊、海洋中蒸发，在高空冷凝成为雨或雪降落到地面，以地面径流或渗流形式，重新回到江河、湖泊、海洋，然后再蒸发、冷凝下降至地面，如此川流不息、循环交换不已。
在循环过程中水与各种物质接触、作用，使之溶解或悬浮于水中。
因此各种天然水不是纯水，而具有复杂的组成、多变的特点。
主要表现在以下几方面：1．水中溶存的物质，种类繁多，数量悬殊，在人们迄今已知的107种元素中，在天然水中检出的已有80多种。
这些成分的含量差别很大，例如海水中的Cl一离子含量高达10～209／I。
，铜的含量只有约o．003mg／L，钌的含量更少，不到10-179／L。
2．水中溶存物质的存在形式多种多样，就物质在水中分散粒径来说，大小相差可达六个数量级以上，小的仅几个埃，以真溶液存在。
大的在数百微米以上，构成多相体系。
在溶液中有低分子物质，也有高分子物质，它们可以成单个的离子、分子、离子对、无机络合物，有机螯合物等多种形式存在，它们通过化学反应以及吸附、交换、共沉淀等界面作用可转为胶体或粗分散粒子。
即使是同一元素在同一水体内，其存在形式也可以是多种多样的。
值得注意的是，同一元素以不同形式存在时，对生物的影响可以完全不同。
有的是有益的，称为“有效形式”；有的是有害的，称为“有害形式”。
例如氮以N。
存在时，多数浮游植物不能利用，数量多时可能使鱼苗得气泡病；以NH。
存在时。
浮游植物可以吸收利用，是有益的，对鱼类及其他动物则有毒害作用。
天然水的性质和组成
pK2 = 10.33
K2
=
[CO32 − ][H + ] [HCO3− ]
封闭体系的水溶液
形态分数：
α0
=
⎡⎣ H 2CO3∗ ⎤⎦
⎡⎣ H 2CO3∗ ⎤⎦ + ⎡⎣ HCO3− ⎤⎦
+
⎡⎣CO32− ⎤⎦
=
1
1
+
[
K1 H+
]
+
K1K 2 [H + ]2
α1=⎡⎣ H 2来自O3∗ ⎤⎦⎡⎣ HCO3− ⎤⎦ + ⎡⎣ HCO3− ⎤⎦
无生命的无机物元素引进至复杂的 生命分子中即组成生命体。
异养生物 利用自养生物产生的有机物作为能
源及合成它自身生命的原始物质。 21
如藻类的生成和分解 106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H++ (痕量元素)
(respiration) R P (photosynthesis)
开放体系碳酸平衡
考虑到CO2在气液相之间的平衡
[H2CO3*] 不变。根据亨利定律：
[CO2(aq)] = KH Pco2
[ ] CT
=
CO2
α0
=
1
α0
K H PCO2
开放体系碳酸平衡
[HCO3− ] [H 2CO3*]
=
K1 [H + ]
⇒ [HCO3− ]
=
[
K1 H+
]
⋅
[
H
2
CO3
*]
2.3.1 碳酸平衡
¾CO2在水中形成酸，可同岩石中的碱性物 质发生反应，并可通过沉淀反应变为沉积物 而从水中除去。
天然水的主要理化性质
工业用水
冷却用水：用于冷却设备、产 品等
洗涤用水：用于清洗设备、产 品等
工艺用水：用于生产过程中的 化学反应、稀释等
锅炉用水：用于锅炉加热、蒸 汽发生等
生活用水
饮用水：满足人体日常饮水需求 洗涤用水：用于清洗衣物、餐具等 烹饪用水：用于烹饪食物，保证食品安全 卫生用水：用于洗澡、洗手等个人卫生需求 农业用水：用于灌溉农田，保证农作物生长 工业用水：用于工业生产，如冷却、清洗等
生态用水
生态用水的定义：用于维持生态系统平衡和健康的水量 生态用水的重要性：维持生物多样性，保护生态环境 生态用水的种类：地表水、地下水、雨水等 生态用水的管理：合理分配，保护水源，防止污染
05
天然水处理
沉淀
原理：通过化学 反应使水中的杂 质形成沉淀物， 从而去除杂质
常用方法：化学 沉淀法、物理沉 淀法
软化设备：软化 器、离子交换器 、膜分离器等
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某些天然水中含有悬浮物，如泥沙、藻类等，可能导致水呈浑浊状态
气味
天然水的气味通常比较清新， 没有明显的异味
某些地区的天然水可能带有轻 微的矿物质味道
天然水中的微生物和细菌也可 能影响其气味
天然水的气味可能会受到周围 环境的影响，如植物、土壤等
浑浊度
定义：水中悬浮物对光线的散射程度 影响因素：悬浮物、胶体、微生物等 测量方法：浊度计、分光光度法等 应用：水质监测、水处理工艺控制等
溶解氧
溶解氧是水中的氧气，是衡量 水质的重要指标
溶解氧的含量与水温、气压、 光照等因素有关
溶解氧对水生生物的生存和生 长有重要影响
溶解氧的含量可以反映水体的 污染程度和自净能力
化学需氧量
天然水的性质和组成PDF
在水环境化学中，水体指河流、湖泊、沼泽、水库、 地下水、冰川、海洋等贮水体的总称
第二章 天然水的基本特征
2. 水体的分布
图2-1 全球水资源分布图
§2.1 天然水的分布及水循环
表2-1 全世界淡水储量
水的类型 地下水 冰雪水 湖泊水 沼泽水 河水 大气水 生物水 总计
水量km3 10,846,500 24,064,100 91,000 11,470 2,210 12,900 1,120 35,029,210
第二章 天然水的基本特征
§2.2 天然水的组成
1. 金属离子Mn+
Mn+ + xH2O ⇌ M(OH)xn−x + xH+
K
=
[M(OH)x ]n−x i[H+ ]x [Mn+ ]
严格来说，水体中金属离子大多以水合离子形态存在 M(H2O)n+
第二章 天然水的基本特征
2. 溶解气体
§2.2 天然水的组成
生物残骸的发酵腐烂作用
第二章 天然水的基本特征
§2.2 天然水的组成
例：已知温度0℃下水蒸气分压为0.00611×105Pa， 温度为25℃水蒸气在空气中含量为0.0313摩尔分数， 干空气中含20.95％的O2。 且已知KH,0℃ = 2.18×10-8 mol·L-1·Pa-1 KH,25℃ = 1.28×10-8 mol·L-1·Pa-1 求0℃和25℃下溶解氧的浓度。
cT
=
[H 2C O 3∗ ] = α H 2C O 3∗
K H ip CO2 α H 2C O 3∗
[H C O 3− ] = c T iα H CO 3−
=
[H
水环境化学天然水
扩散和对流是水中物质传 输的重要机制。
03
天然水中的主要离子成分
天然水中的阴离子成分
01
碳酸根离子（CO32）
来自碳酸盐岩类的溶解和有机质的分 解。
02
硫酸根离子（SO42）
主要来自岩石风化和含硫有机质的分 解。
03
硝酸根离子（NO3）
来自含氮有机质的分解和工业废水。
天然水中的阳离子成分
钠离子（Na+）
有机物质
天然水中还含有各种有机物质，如 腐殖质、氨基酸、蛋白质等。
天然水的化学特性
PH值
天然水的PH值通常在6.5~8.5之 间，呈中性或弱碱性。
电导率
天然水的电导率反映了水中溶 解离子浓度，影响水的导电性
。
氧化还原电位
天然水的氧化还原电位可以反 映水中的氧化性和还原性，影 响水中化学反应的方向和速率
水环境的监测与分析
通过对水体和水源进行定 期监测，了解水质状况， 及时发现和解决水环境问 题。
水质监测
污染源监测
对污染源进行监测，了解 污染物的排放情况，为采 取有效的污染控制措施提 供依据。
水环境的污染治理与修复
采取工程技术、政策法规 、行政管理和公众参与等 多种手段，减少或消除水 体中的污染物。
有机氯
主要包括氯代烷烃和氯代苯等 ，主要来源于农药、化学品的
生产和使用。
有机磷
主要包括磷酸盐、有机磷农药等 ，主要来源于化肥、洗涤剂、农 药等生产和使用。
有机硫
主要包括硫化物、亚硫酸盐等，主 要来源于化工、造纸等生产过程。
水环境中无机污染物质
硝酸盐
主要来源于食品、医药等行业 的生产和使用，可导致人体健
主要来自岩石风化，其次是工业废水。
水化学第二章_天然水的主要理化性质
（二） 天然水的依数性
何谓依数性？ 天然水是一种电解质溶液，其蒸汽压下降、沸点 上升、冰点下降及渗透压仅取决于溶质和溶剂的 物质的量之比，而与溶质的本性无关，这就是天 然水的依数性。随着水中溶质的增加，天然水的 蒸汽压下降，沸点上升，冰点下降，渗透压增加。 天然水的渗透压主要决定于其含盐量。含盐量越 大，渗透压越大。水生生物对水的渗透压有一定 范围的的适应能力。若渗透压变化幅度过大，会 危及水生生物的生存。
（三）天然水的温度分布
对于一般的湖泊池塘，引起水体流转混合的主要因素有 两个方面，一是风力引起的涡动混合，一是因密度差引 起的对流混合。风力的涡动混合水面受到风力的吹拂后， 表面水会顺着风向移动，使水在下风岸处产生“堆积” 现象，即造成下风岸处水位有所增高，此增高的水位就 形成了使水向下运动的原动力，从而产生“风力环流”。 由密度引起的对流作用称为密度环流当表层水密度增大， 或底层水密度减少时，都会出现“上重下轻”的状态， 密度大的水要下沉，密度小的水要上升，这就形成了上 下水团的对流混合。这种混合作用可以是在较小范围发 生的上下对流，也可以是在较大范围发生的环流。水温 在4℃以上、水面只有一部分太阳辐射升温时，也会形 成密度环流。
二、天然水的主要化学特性
天然水是一个多组分、多相的混合体系，具有多重化学 特性，概括起来约有十点： 1、天然水是一个多组分、多相的运动变化着的混合体系 2、不同形态的天然水含盐量悬殊 3、天然水都具有一定的酸碱性 淡水水体一般都是中性偏弱碱性，海水都是弱碱性。 4、天然水都具有一定的缓冲能力 包括渔业水体在内的所有水体均具有一定的缓冲能力， 保持 自身pH的稳定性。 5、天然水都具有一定的硬度和碱度 硬度和碱度是天然水体两个重要的化学指标， 渔业水体必须 保证具有一定的碱度和硬度才能维持水体较为合适的生产力。
天然水的性质和组成a
第二章天然水的性质和组成本章要点：水质概况、天然水的组成、天然水的性质等第一节水质概况一、水资源和利用地球上水的总量是固定的，约13.86亿km3，但可利用的淡水只占水总量的0.3％。
虽然淡水资源有限，但如果时空分布得当，并保持恰当水质，还是可以满足全球目前和将来的淡水需要。
遗憾的是，地球上淡水资源的时空分布极其不均匀，加上水污染日益严重以及工农业和生活用水量的增加，许多国家和地区出现了水资源严重短缺的局面。
水的短缺和污染不仅影响了生物生存，而且直接或间接地给人类生存带来威胁和危害，同时也造成重大的经济损失。
当前主要的缺水类型有：资源型缺水、工程型缺水和水质型缺水。
由于缺水，危害了农作物生长、并影响着工业生产、威胁着人体健康和生态、国家安全。
二、地球上水的分布地球表面约有70％以上被水所覆盖，所以地球素有"水的行星"之称。
地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪地、以及大气、生物体、土壤和地层。
水的总量约为13.86亿km3(表2-1～2-2)，其中海水占96.5%，淡水为0.35亿km3，占总水量的2.35%。
由于开发困难或技术、经济的限制，到目前为止，海水、深层地下淡水、冰雪固态淡水、盐湖水等很少被直接利用。
比较容易开发利用的，与人类生活和生产关系密切的淡水储量为400多万km3，仅占淡水的11％，总水量的0.3％。
表2-1自然环境中的水量分布我国地表水径流总量约2.8万亿m3，地下水资源约8000亿m3，冰川年平均融水量约500亿m3，近海海水约500万km3。
我国目前可供利用的水资源量每年约有11000亿m3，平均每人占有地表水资源约2700m3，居世界第88位，仅为世界人均占有量的1/4。
每亩土地占有地表水1755m3，只相当于世界平均水平的1/2。
总的说来，我国淡水资源并不丰富，处于缺水状态，而且水资源的时空分布非常不均衡，东南多，西北少，耕地面积只占全国33％的长江流域和长江以南地区，水资源占全国的70％。
天然水化学成分的主要组成
天然水化学成分的主要组成天然水是指从自然界中获取的水源，其化学成分由多种元素和化合物组成。
下面将介绍天然水化学成分的主要组成。
天然水中的主要成分是水分子（H2O），其占据了水的绝大部分。
水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的。
这种简单的化合物赋予了水独特的物理和化学性质。
天然水中还含有多种溶解的无机盐。
常见的无机盐包括钠盐、钾盐、镁盐和钙盐等。
这些无机盐的存在使得水具有导电性和咸味。
其中钠盐和钾盐对维持人体正常的生理功能至关重要，它们参与了神经传导、肌肉收缩和细胞代谢等生物过程。
水中还含有多种微量元素，如铁、锌、铜、锰等。
这些微量元素对人体健康也有着重要的作用。
比如，铁是合成血红蛋白的重要成分，锌参与了许多酶的活性，铜和锰则是身体内多种重要酶的组成部分。
天然水中还可能含有一些有机物质，如有机酸、脂肪酸和酮体等。
这些有机物质可能是由水中的微生物、植物残渣或人类活动引起的。
有机酸具有一定的酸度和抗菌作用，脂肪酸则是构成生物膜和细胞膜的重要组分。
天然水中还可能含有微生物和悬浮物。
微生物包括细菌、病毒和寄生虫等，它们可能对人体健康造成潜在的威胁。
悬浮物则是指水中悬浮的颗粒物质，如沙子、泥土和植物碎片等。
这些悬浮物会影响水的透明度和口感。
天然水中的气体成分也是其重要组成部分之一。
常见的气体包括氧气、氮气和二氧化碳等。
氧气是维持生命活动所必需的，氮气则占据了大气的主要成分。
二氧化碳的含量在天然水中通常较低，但它对水的味道和酸碱度有一定的影响。
天然水的化学成分主要包括水分子、无机盐、微量元素、有机物质、微生物、悬浮物和气体等。
这些成分决定了水的性质和适用性。
对于人体健康而言，选用合适的天然水非常重要，因为不同水源的化学成分可能存在差异，对健康产生不同的影响。
因此，在选择和饮用天然水时，应注意了解其化学成分，以确保水质安全和健康。
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2、水中的金属离子
水中金属离子以M(H2O)xn+ 以及各种络合态化合物存在。 以金属Fe为例，在中性水体中各形态存在如下平衡:
[ Fe(OH )2 ][H ]2 /[Fe3 ] 4.9 107
[ Fe(OH )2 ][ H ] /[ Fe3 ] 8.9 104
天然水中的HCO3-来自碳酸盐矿物的溶解。 在一般河水与湖水中HCO3-的含量不超过 250mg/L，地下水中略高。
（7）硫酸根（SO42-）
硫酸盐在自然界分布广泛，天然水中的SO42-主 要来自火成岩的风化产物、火山（温泉）气体、 沉积中的石膏与无水石膏、含硫的动植物残体以 及金属硫化物氧化等等。
[ Fe2 (OH )2 ][ H ]2 /[ Fe3 ]2 1.23 103
4
如果考虑到存在固体 Fe(OH)3(S)，则
Fe(OH )3 (s) 3H Fe 3H 2O
3
[ Fe ] /[ H ] 9.1 10
3
3
3
当 pH = 7 时, [Fe3+]=9.1×103×(1.0×10-7)3=9.1×1018mol/L
总硬度 0～4度 4～8度 8～16度 16～30度 30度以上
水质 很软水 软水 中等硬水 硬水 很硬水
（3）钠（Na+）
钠存在于大多数天然水中，主要来自火成岩的 风化产物和蒸发岩矿物。天然水中的钠在含量 很低时主要以游离态存在，在含盐量较高的水 中可能存在多种离子和络合物。
不同条件下天然水中钠的含量差别很悬殊，其 含量从小于1mg/L到大于500mg/L不等。
SO42-易与某些金属阳离子生成络合物和离子对； 天然水中的SO42-含量除决定于各类硫酸盐的溶 解度外，还决定于环境的氧化还原条件，其浓度 可从几毫克/升至数千毫克/升。
（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。
4、溶解在水中的气体
O2 、CO2 、H2S 、N2和CH4等
溶解氧：溶解于水中的氧称为溶解氧（DO）， 主要以分子状态存在于水中。
水中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。 水中的溶解氧主要消耗于生物的呼吸作用和有机 物的氧化过程，消耗的氧从水生（生物）植物的 光合作用和大气中补给。如果有机物含量较多， 其耗氧速度超过补给速度，则水中溶解氧量将不 断减少。当水体受到有机物严重污染时，则水中 溶解氧甚至可能接近零。
淡水中的主要无机络合物 浓度：-logM
离子 HCO3CO32SO42自由离子
Na+
K+ Ca2+ Mg2+
6.3
－ 4.9 5.9
7.6
－ 5.2 5.8
6.4
6.9 4.8 5.1
3.30
4.00 3.17 4
H+
自由离子
－
2.70
－
4.97
9.6
3.75
8.0
－
体系组成：C总＝2.05×10-7M； [Ca2+]总=7×10-4M； [Mg2+]总=3×10-4M； [Na+]=5×10-4M； [K＋]＝1×10-4M； [SO42-]=2×10-4M；pH=8（25℃）；离子强度=3×10-3M
水环境化学
第二章
天然水的组成和性质
第一节 水的分子结构与性质 第二节 天然水的组成 第三节 天然水的演化及其特征
2.1 水的分子结构及其性质
2.1.1水的分子结构
极性很大 分子间有很强的氢键
2.1.2 水的基本性质
2.2 天然水的组成与分类
天然水仅指处于天然状态下的水，不包括人
（4）钾（K+）
钾是植物的基本营养元素，它存在于所有的天然水 中，主要来自火成岩的风化产物和沉积岩矿物。尽 管钾盐在水中有较大的溶解度，但因受土壤岩石的 吸附及植物吸收与固定的影响，在天然水中K+的 含量远低于Na+，为钠离子的4%～10%左右。 大多数饮用水中，它的浓度很少达到20mg/L。 在某些溶解性固体总量高的水与温泉中，钾的含量 每升可达到几十至几百毫克。
将这一数据代入上面的方程中，即可得到其它各 形态的浓度：
[Fe(OH)2+] = 8.1×10－14 mol/L
[Fe(OH)2+] = 4.5×10－10 mol/L
[Fe2(OH)24+] =1.02×10－23 mol/L
3、天然水中的微量元素
它们的含量很小，常低于1ug/L。这类元素包 括重金属(Zn、Cu、Pb、Ni、Cr等)，稀有金 属（Li、Rb、Cs、Be等），卤素（Br、I、F） 及放射性元素。 尽管微量元素含量很低．但是对水中动植物体 的生命活动却有很大影响。
（1）钙（Ca2+）
在现代条件下，方解石的溶解是天然水中Ca2+ 的主要来源。 钙广泛地存在于各种类型的天然水中，不同条 件下天然水中钙的含量差别很大，潮湿地区的 河水中Ca2+含量一般在20mg/L左右。它主 要来源于含钙岩石（如石灰岩）的风化溶解， 是构成水中硬度的主要成分。
（2）镁（Mg2+）
（5）氯（Cl-）
天然水中的Cl-主要来自火成岩的风化产物和蒸 发岩矿物。 Cl-是水和废水中一种常见的无机阴离子。几乎 所有天然水中都有氯离子存在，它的含量范围 变化很大。在河流、湖泊、沼泽地区，氯离子 含量一般较低，而在海水、盐湖及某些地下水 中，含量可高达数十克/升。
（6）碳酸氢根（HCO3-）、碳酸根（CO32-）
为因素的作用，不含有水的社会属性和经济
属性。
2.2.1 天然水的组成
1、天然水中的主要离子组成
海水中 陆地水 HCO3- ＞SO42- ＞Cl- Cl- ＞SO42- ＞HCO3Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+ Ca2+ ＞Na+ ＞Mg2+ 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-]