天然水的主要離子.ppt

1、天然水的主要離子,2.1水的硬度及鈣鎂離子,天然水中主要離子成分 含量大于等于1mg/L 天然水中的主要離子成分是構(gòu)成水中鹽分的主體，占其總含鹽量的90%以上。,陸地水 陽(yáng)離子：Ca2+ , Mg2+ , Na+ , K+ 陰離子：HCO3- , CO32- , SO42- , Cl- 海水中除上述，另有 Sr2+ , Br- , F-，H3BO3(H2BO3-),1)內(nèi)陸水 河水 I土壤I巖石I大氣I風(fēng)I有機(jī)體E離子E風(fēng)E植物X 湖水 S支S雨S潛S排S風(fēng)S滲S沉 隨著離子總量的增加，優(yōu)勢(shì)主要離子變化為 HCO3-SO42-Cl-; Ca2+Mg2+Na+K+ 潛水 Ca2+ , Mg2+

2、, Na+ , HCO3- , SO42- , Cl-,硅酸鹽離子,2)大氣降水 化學(xué)成分： HCO3- , SO42- , SO32- ，Cl-, NO3-，Ca2+ , Mg2+ , Na+ , NH3 (NH4) 分布變化：1）地區(qū)分布 沿海地區(qū)：離子總量較高，Cl-, Na+高，水質(zhì)類型Cl,CNa ； 內(nèi)陸地區(qū)：Cl-, Na+逐漸被HCO3- , SO42- , Ca2+ 代替； 城市附近：降水酸度明顯增大，SO42- , Cl-, 含氮化合物含量較高。 2）季節(jié)變化 內(nèi)陸與城市附近， SO42- 冬季高于夏季；沿海地區(qū)，Cl-雨季高于旱季；含氮化合物夏季高于冬季。,3)海水 中等

3、濃度的電解質(zhì)溶液； 含有80多種元素，且以各種各樣價(jià)態(tài)和化合形式存在的化學(xué)體系； 主要組分占海水中溶解鹽類的99.8-99.9%,主要成分有恒比關(guān)系； 含有10-9級(jí)或含量更低的微量元素和溶解有機(jī)物； 化學(xué)物質(zhì)以不同的分散度（溶解、膠體、懸浮）存在于水體中。,2.1.1 水硬度的概念及表示單位 1)硬度：水的硬度是指水沉淀消耗肥皂的能力。 從理論上說(shuō)，包括堿金屬以外的所有金屬離子。 天然水中，鈣、鎂是構(gòu)成天然水硬度的主要成分。,2) 水硬度的表示單位 毫摩/升(mmol/L)：以1L水中含有的形成硬度離子的物質(zhì)的量之和。以1/2Men+作為基本單元。常用硬度單位。 毫克/升(CaCO3) 以1

4、L水中所含有的與形成硬度離子的量所相當(dāng)?shù)腃aCO3的質(zhì)量表示，符號(hào)為mg/L (CaCO3) 。美國(guó)常用，英文文獻(xiàn)中較常出現(xiàn)。 德國(guó)度(HG) 將水中的Ca2+和Mg2+含量換算為相當(dāng)?shù)腃aO量后，以1L水中含10mg CaO為1 德國(guó)度(HG) 。德國(guó)、蘇聯(lián)、我國(guó)常采用。,三個(gè)硬度單位的換算關(guān)系： 1mmol/L = 2.804德國(guó)度 = 50.05mg/LCaCO3,2.1.2 天然水的硬度與Ca2+、Mg2+ 2.1.2.1 鈣 天然水中主要以Ca2+離子形式存在。來(lái)源主要有石膏、白云石、方解石的溶解。 含量差別大 易生成CaCO3沉淀,2.1.2.2 鎂 含量常居陽(yáng)離子的第二位。 Ca

5、2+、Mg2+物質(zhì)的量比例 海水中的鎂與鈣的關(guān)系,2.1.2.3 天然水的硬度 1)硬度的種類 由Ca2+造成的硬度稱“鈣硬度”（HCa) , Mg2+造成的硬度稱“鎂硬度” （HMg) 。 各種硬度之和稱“總硬度”，（T.H.) T.H.= HCa+ HMg,碳酸鹽硬度（HC暫時(shí)硬度）：以碳酸鹽和重碳酸鹽形式的Ca2+、 Mg2+造成的硬度，水煮沸后可除去。 非碳酸鹽硬度（HS永久硬度） ：由硫酸鹽和氯化物形式的Ca2+、 Mg2+造成的硬度。 T.H.= HC+ HS,總堿度大于總硬度時(shí)，水中只有碳酸鹽硬度，沒(méi)有永久硬度。為I型水，,2) 天然水硬度分類,2.1.2.4鈣、鎂及硬度的生態(tài)學(xué)

6、意義 1）鈣、鎂作為營(yíng)養(yǎng)元素：是生命過(guò)程的必需元素，是生物體液及骨骼結(jié)構(gòu)的組分，還參與體內(nèi)新陳代謝的調(diào)節(jié)。,鎂是葉綠素的組分，Mg不足則RNA凈合成停止，氮代謝混亂，細(xì)胞內(nèi)積累碳水化合物及不穩(wěn)定的磷脂。 鈣對(duì)蛋白質(zhì)的合成與代謝，碳水化合物的轉(zhuǎn)化、細(xì)胞的穿透性以及氮、磷的吸收轉(zhuǎn)化等，均有重要影響。,2）作為水質(zhì)、底質(zhì)改良劑： 主要作用有：調(diào)節(jié)并幫助穩(wěn)定水質(zhì)及底質(zhì)的pH，促進(jìn)物絮凝、聚沉；促進(jìn)固氮作用及有益微生物的活動(dòng)，促進(jìn)有機(jī)物的礦化，加速植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)再生； Ca2+濃度增大時(shí)，可使生物減少?gòu)沫h(huán)境中吸收重金屬，從而降低其毒性。 對(duì)于養(yǎng)殖水體，通常要求其硬度在13mmol/L。,3) 水中鈣

7、、鎂離子比例，對(duì)海水魚(yú)蝦、貝的存活有重要影響,2.2水的堿度、碳酸氫根、碳酸根離子,2.2.1 堿度的組成及表示單位 2.2.1.1 堿度的組成 1) 堿度的定義 是指水中所含的能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)。亦即能接受質(zhì)子H+物質(zhì)總量。 （1）定義：20，1L天然水中全部堿性物質(zhì)被H+所中和時(shí)需要?dú)潆x子的mmol數(shù)。常以符號(hào)Alk表示，單位為mmol/L。 Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3- + （COHCH）,：,2) 組成水中堿度的物質(zhì) 強(qiáng)堿：NaOH,Ca(OH)2 弱堿: NH3、有機(jī)胺等， 強(qiáng)堿弱酸鹽: 如碳酸鹽、重碳酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、硫化物、腐殖

8、酸鹽等。,3)堿度的測(cè)定 堿度的測(cè)定一般采用標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定至選定的pH值，根據(jù)滴定終點(diǎn)的不同可分： 苛性堿度，所有OH被中和，終點(diǎn)pH在1011之間。 碳酸鹽堿度（酚酞堿度），所有CO32被中和，終點(diǎn)pH在8.3左右。 總堿度（甲基橙堿度），所有HCO3被中和。終點(diǎn)pH在4.3左右。,對(duì)于碳酸鹽系統(tǒng)，對(duì)堿度有貢獻(xiàn)的特種有OH、CO32-和HCO3-，有反應(yīng)：,HOH,H2O,H+ + CO32-,HCO3-,H+ + HCO3-,H2CO3*,一般淡水的總堿度，主要由CO32-、HCO3-構(gòu)成，其他弱酸造成的堿度比例較小。在天然水正常pH條件下，H+、OH-離子對(duì)堿度的影響也可忽略不計(jì)。 Al

9、k=CHCO3-+C1/2CO32-,比較110-3molL-1的NaOH溶液和0.1molL-1的NaHCO3溶液， NaOH溶液的pH值為11，但用鹽酸滴定時(shí)僅需110-3molL-1的H+，即堿度為110-3molL-1；而NaHCO3溶液的pH值為8.3，但中和時(shí)需0.1molL-1的H+，即堿度為0.1molL-1。,水體的二氧化碳總量： CO2 =CHCO3-+CCO32-+CCO2 水體的碳酸鹽堿度： CA CHCO3-+2CCO32-,2.2.1.2 堿度的單位： 毫摩/升(mmol/L)：用1L水能結(jié)合的質(zhì)子的物質(zhì)的量。 毫克/升(CaCO3) 以1L水中能結(jié)合H+的物質(zhì)所相

10、當(dāng)?shù)腃aCO3的質(zhì)量表示，符號(hào)為mg/L (CaCO3) 。 德國(guó)度(HG) ：以1L水中含10mg CaO為1 德國(guó)度(HG) 。,1mmol/L=50.05mg/LCaCO3 =2.8德國(guó)度 =28mg/LCaO,2.2.1.3 天然水的堿度 1) 內(nèi)陸水的堿度 天然水的堿度主要來(lái)自集雨區(qū)巖石、土壤中碳酸鹽的溶解 較低的堿度的水系，東南沿海、珠江水系、長(zhǎng)江水系 較高堿度，內(nèi)陸干旱地區(qū)由阿列金I型水補(bǔ)給的湖泊 地下水堿度一般較高,2)海水的堿度 海水堿度的組成 海水的堿度則包括碳酸鹽堿度（包括重碳酸鹽堿度）和硼酸鹽堿度。 Alk=CHCO3-+C1/2CO32-+CH2BO3- 堿度大小22

11、.5mmol/L, 堿鹽系數(shù)(區(qū)分水團(tuán)或水系) 海氣交換平衡 海水具有很強(qiáng)的吸收CO2的能力。 緩沖系統(tǒng)存在大大增強(qiáng)了海水吸收CO2的能力。特別是海水中存在過(guò)量的堿。 如果海水呈中性，且沒(méi)有過(guò)量的堿，則在溫度和壓力下，每升海水只能溶解0.5cm3的CO2，因海水中有過(guò)剩的堿，則每升海水總共能溶解約45cm3的二氧化碳。,海水中CO2的分布概況 表層不飽和 隨濃度增加而增大，水溫越高，鹽度越大，溶解度減小，壓力越大，溶解度增加。 高緯度、低溫地區(qū)吸收CO2比較強(qiáng)，低緯度會(huì)釋放少量CO2。 溫度每升高1，大氣里CO2增加4%,2.2.2 天然水堿度的生態(tài)學(xué)意義 （1）維持水體pH值相對(duì)穩(wěn)定的主要緩

12、沖組分。要維持天然水體起碼的緩沖能力要求Alk不小于0.4mmol/L。,（2）足夠量的堿度值可促進(jìn)有機(jī)懸浮物及膠體物質(zhì)的絮凝，防止缺氧和魚(yú)病的發(fā)生，也可中和底質(zhì)中的多余有機(jī)酸促進(jìn)微生物的活動(dòng)，加速有機(jī)物的分解，增強(qiáng)水質(zhì)的肥力。,實(shí)踐表明，水體Alk0.1-0.3mmol/L其生產(chǎn)力低，0.3-1.5mmol/L水體生產(chǎn)力一般，而當(dāng)達(dá)到1.5-3.5mmol/L水體才可能具有較高的生產(chǎn)力。,（3）水體中的HCO3和CO32可以同許多重金屬離子生成絡(luò)合物或離子對(duì)，從而降低了重金屬對(duì)水生生物的毒性。 如有毒的Cu2+和CuOH+在水中Alk高時(shí)，90%可轉(zhuǎn)化為碳酸鹽絡(luò)合物（主要為CuCO3與Cu(

13、CO3)22-)，從而大大降低Cu在水中的毒性。用CuSO4防治魚(yú)病時(shí)，水的堿度、絡(luò)合容量不同，其效果也不同。,淡水漁業(yè)水體通常要求Alk值大于1mmol/L，但太高的Alk值可導(dǎo)致魚(yú)類死亡，且隨著pH值的升高毒性增強(qiáng)。 對(duì)于海水，一般Alk都穩(wěn)定在2-2.5mmol/L，通常不影響水產(chǎn)生物的生長(zhǎng)與生存。,2.3.1 硫酸根離子與硫在水中的循環(huán) 2.3.1.1 天然水中的硫酸根離子 1)水中硫酸根的來(lái)源：石膏(CaSO42H2O)和無(wú)水石膏；自然硫和含硫礦物的生物氧化；SO2及H2S的氧化、含硫的動(dòng)植物殘?bào)w的分解、蛋白質(zhì)的氧化分解。,2.3 硫酸根離子、氯離子、鈉離子、鉀離子,2) 天然水中S

14、O42-的含量 取決于各類硫酸鹽的溶解度，特別是受到Ca2+的限制。 Ca SO4的溶度積常數(shù)為2.510-5。當(dāng)水中SO42-與Ca2+的物質(zhì)的量相等并處于溶解平衡時(shí)，SO42-的含量只能達(dá)到480mg/L。,硫是藻類生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，可以SO42的形式被藻類吸收利用，而SO42是天然水中的主要陰離子之一，一般不會(huì)缺乏。 生活飲用水中一般規(guī)定不得超過(guò)250mg/L。,2.3.1.2 硫在水中的轉(zhuǎn)化 1) 硫在水中的存在形式 硫在水中存在的價(jià)太主要有+6價(jià)及-2價(jià)，以SO42-、HS-、H2S、含硫蛋白質(zhì)等形式存在。,2)硫在水中的轉(zhuǎn)化 蛋白質(zhì)分解作用 蛋白質(zhì)硫-2價(jià)硫高價(jià)態(tài)硫(有氧) 氧

15、化作用 硫細(xì)菌 2H2S+O2 2S+2H2O 細(xì)菌 H2S+2O2 SO42-+2H+,還原作用 缺氧環(huán)境中，硫酸鹽還原菌把SO42-還原為硫化物。硫酸鹽還原作用的條件： a 缺乏溶氧 溶氧量超過(guò)0.16mg/L時(shí)，硫酸鹽還原作用停止。 b 含有豐富有機(jī)物 提供能量 c 有微生物參與 d 硫酸根離子的含量, 沉淀與吸附作用 Fe2+H2S=FeS+2H+ 2Fe3+3H2S=2FeS +S +6H+ SO42-可以被CaCO3、黏土礦物等以CaSO4形式吸附共沉淀。 同化作用 SO42-中的硫合成蛋白質(zhì)；某些特殊細(xì)菌可以利用H2S進(jìn)行光合作用，將H2S轉(zhuǎn)變成S或SO42-，同時(shí)合成有機(jī)物，但

16、不釋放氧。,2.3.2氯離子 1 ) Cl- 廣泛分布于天然水中，但含量差別很大。是水體中最保守的成分，又是工業(yè)廢水和生活污水中含量普遍較高的組分，尤其在Cl- 本底值很低的水體，水中的Cl明顯增設(shè)高，指示著水體可能受到污染。 2) Cl- 無(wú)毒，漁業(yè)用水一般不做限定。對(duì)養(yǎng)鯉池，有要求。,3)水中Cl-含量增加 ，由于Cl-的絡(luò)合作用，可以大大增加一些金屬鹽類的溶解度。 4)一切光合藻類都需要Cl。,2.3.3 鈉離子和鉀離子 1）天然水中的含量 Na+各種天然水中普遍存在，不同條件下含量差別懸殊。 K含量遠(yuǎn)比Na+低。K易被土壤膠體吸附，被植物吸收利用。 K是藻類的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，主要用作酶的活化劑，Na至少可部分代替K，動(dòng)物需要較多鈉。一價(jià)金屬離子含量過(guò)多，對(duì)許多淡水動(dòng)物有毒。,礦化度主要通過(guò)水的滲透壓改變而影響許多水生生物的繁殖、生長(zhǎng)和生存。 日本魚(yú)類用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定NaCl為25005000mg/L,美國(guó)則規(guī)定漁業(yè)用水NaCl小于150