第二章天然水化學基礎知識

1、水水環(huán)境學環(huán)境學授課班級：自然地理與資源 環(huán)境1401主 講 人：雷軍成授課單位：地理與規(guī)劃學院YOUR LOGO背景知識 天然水體：指被水覆蓋著的地球表面的自然綜合體。 水體不單指水，還包括其中所含的各種物質，如溶解物質、懸浮物質、水生生物及底質。YOUR LOGO背景知識知識拓展底質：是礦物、巖石、土壤的自然侵蝕產物，生物活動及降解有機質等過程的產物，污水排出物和河(湖)床底母質等隨水遷移而沉積在水體底部的堆積物質的統(tǒng)稱。一般不包括工廠廢水沉積物及廢水處理廠污泥。YOUR LOGO第二章 目 錄天然水的化學成分天然水的化學成分天然水溶質成分的形成過程天然水溶質成分的形成過程 天然水組成的影

2、響因素天然水組成的影響因素各種天然水體的化學特征各種天然水體的化學特征4123YOUR LOGO教學目標 1.掌握天然水化學成分的概念 2.掌握天然水的組成分類 3.掌握天然水的一般成分 4.掌握礦化度、硬度等概念 5.了解天然水組成的影響因素 6.了解各類天然水體的化學特征YOUR LOGO重點難點 重點： 1.天然水的組成分類。 2.天然水的一般成分。 3.各種天然水體的化學特征。 難點： 1.天然水的一般成分。YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 定義： 存在于水中各種元素的離子、分子、溶解和未溶解的氣體成分、天然和人工的同位素、各種有機化合物、活的或死的微生物(細菌)以及不同成分

3、的機械物質和膠體物質等。 天然水實際上是一種混合溶液。YOUR LOGO天然水的組成分類按相態(tài)按相態(tài)按相按相對對濃濃度度按溶質按溶質顆顆粒粒大大小小按化按化合物合物類類型型第一節(jié) 天然水的化學成分YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 1.按顆粒大小分：名稱名稱特征特征顆粒直徑顆粒直徑(cm)成分成分真溶液 由溶質和溶劑組成的、均一的、穩(wěn)定的混合物10-7細菌、病毒、藻類、原生動物、黏土微粒、泥沙、淤泥YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 2.按化合物類型分： 無機物(礦物質)、有機物 有機物和含碳無機物最大的區(qū)別就是有機物中的C是作為有機物的骨架，連接H、O、N等其他元素，而含碳無

4、機化合物中C不作為化合物的骨架。YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 3.按含量(相對濃度)分： 4.按相態(tài)分： 固相、液相、氣相名稱名稱濃度濃度(mg/L)成分成分宏量物質10Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+中量物質110Fe3+、NO3-、NH4+、H4SiO4、F-、Sr2+、Br-微量物質1Si、I、Cu、Zn、Se、Mo、Cr、Mn、V、Ni、SnYOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 天然水的一般成分：溶解性氣體溶解性氣體主要離子主要離子有機質有機質生源物質生源物質微量元素微量元素強電解質在水中多呈離子狀態(tài)；弱電解質和非電解質在

5、水中多呈分子狀態(tài)。YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 1.溶解性氣體包括：O2、CO2、H2S、N2、CH4、He名稱名稱來源來源含量含量(mg/L) 影響因素影響因素O2大氣及水生植物的光合作用014溫度、水體的流動狀態(tài)、水與大氣的接觸面積、水深CO2大氣和有機物的氧化0.11000溫度、水壓H2S含硫蛋白質的分解、硫酸鹽里的還原作用、火山噴發(fā)缺氧條件下存在水深YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)：溶解于水中的分子態(tài)氧。 游離CO2：溶解在水中呈分子狀態(tài)的CO2。 平衡性CO2：在水中H2CO3與HCO3-、CO32-的平衡關系

6、隨pH值而變。在此平衡體系中，與HCO3-處于平衡態(tài)時的CO2。 侵蝕性CO2：當水中游離的CO2超過平衡性CO2時，多余的部分。YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 2.主要離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-這些離子占天然水離子總量的95%99%以上。海水中Na+與Cl-含量占優(yōu)勢；河水中Ca2+ 與HCO3-含量占優(yōu)勢。YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 礦化度：離子在水中的總含量。 總硬度：水中所含鈣、鎂離子(Ca2+Mg2+)的總量稱為總硬度。 暫時硬度：Ca2+、Mg2+的碳酸鹽和重碳酸鹽構成的硬度。 永久硬度： Ca2+

7、、Mg2+的硫酸鹽和氯化物構成的硬度。YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 3.生源物質： 定義：指在成因上與生命活動有關的物質。主要包括含氮化合物(NH4+、NO2-、NO3-)、含磷化合物(HPO42-、H2PO4-、PO43-)、含鐵化合物及含硅化合物。YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 4.微量元素 定義：天然水中的微量元素是指含量小于1mg/L的元素。微量元素重金屬(Zn、Cu、Pb、Ni、Co等)稀有金屬(Li、Rb、Cs、Be等)鹵素(Br、I、F等)放射性元素(Ra、Rn等)YOUR LOGO第一節(jié) 天然水的化學成分 5.有機物 來源：生物生命過程及生物遺體分解過

8、程中所產生，構成各種水生生物的有機質。 狀態(tài)：大部分呈膠體狀態(tài)，其他呈真溶液或懸浮狀態(tài)。有機物無機物分解分解光合作用光合作用YOUR LOGOTt 4微量元素溶解性氣體生源物質有機物質主要離子第一節(jié) 天然水的化學成分YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素 影響因素分類：直接因素、間接因素 直接因素：能直接使天然水中溶質成分增加或減少的因素。如巖石、土壤及生物有機體。 間接因素：通過改變天然水中溶質的賦存條件，間接起到改變溶質含量的因素。如氣溫、蒸發(fā)等氣象因素。YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素 一、氣象因素：氣溫、蒸發(fā)、大氣降水等 (一)溫度 表現(xiàn)在兩個方面：一是溫度變化改

9、變了各種生物化學反應速率，包括那些以生物群為媒介的反應過程；二是水溫的變化會引起天然水中溶質溶解性能的變化，從而改變了溶解度的大小。YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素 (二)蒸發(fā) 1.地表水 過程：溶解度小的鹽先析出，溶解度大的鹽后析出。 結果： 重碳酸鹽型水硫酸鹽型水硫酸鹽氯化物型水氯化物型水YOUR LOGO 2.地下水(主要是潛水) 毛細蒸發(fā)：指潛水在埋藏深度不大于毛細上升高度時，地下水沿毛細管上升，并返回大氣的過程。 毛細蒸發(fā)過程中會攜帶一定的鹽分到表層土壤，從而形成鹽漬土，但潛水自身礦化度并不增加。第三節(jié) 天然水組成的影響因素YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素

10、 巖土內部蒸發(fā)：指水分子脫離潛水面擴散到空氣中，而鹽分滯留在潛水中。 這種蒸發(fā)過程會引起潛水中鹽分的積累，最后形成高礦化度的咸水或鹵水。 由于氣象因素會有年際和年內波動，因此天然水體的化學成分也呈現(xiàn)出一定的年際和年內變化規(guī)律。YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素 二、水文地質因素：巖石化學成分的差異、礦物的純度和晶體大小、巖石結構、孔隙、暴露時間長短，等 (一)巖石類型的影響 巖漿巖的風化是天然水中各種離子成分最初的來源。YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素 (二)土壤特征 天然水的化成學成分是土壤形成過程或土壤化學反應額直接作用結果。 水滲透過已經強淋溶的土壤時獲得的離子

11、數(shù)量少，水呈酸性反應；水透過含有大量鹽基的土壤時獲得大量鹽基離子，水呈堿性反應。水透過土壤后CO2含量增加，O2含量減少。YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素 影響土壤水化學組成的因素：硅酸鹽或其他礦物的溶解或蝕變；較難溶解的鹽類的沉淀；植物對營養(yǎng)元素的選擇性去除和循環(huán)；產生二氧化碳的生化反應；礦物和有機表面對離子的吸附與解吸；蒸騰引起的溶質濃縮；氣態(tài)氮轉化為能被植物吸收的形式。YOUR LOGO第三節(jié) 天然水組成的影響因素 三、生物化學因素 (一)微生物的影響 自養(yǎng)細菌、異養(yǎng)細菌、酶、功能細菌 (二)水生生物和植物 光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、對離子的選擇吸收、對土壤酸堿度的改變

12、、重金屬的富集YOUR LOGO第四節(jié) 各類天然水體的化學特征 天然水的成分是與周圍介質(大氣圈、巖石圈、生物圈)在長期歷史演進中相互作用的結果。 一、大氣降水的成分特征 大氣降水是雜質較少而且礦化度很低(20-50mg/L)的軟水，呈弱酸性。YOUR LOGO第四節(jié) 各類天然水體的化學特征 二、海水的成分特征 (1)具有很高的礦化度，約35g/L。 (2)成分比較均一且恒定。 (3)離子成分無時空變化，很穩(wěn)定。YOUR LOGO第四節(jié) 各類天然水體的化學特征 三、河水的成分特征 (1)礦化度普遍較小。 (2)無機物成分與流經的地層巖性有關。 (3)河水中有機物成分復雜。 (4)河水的化學組成在空間分布上不均一。 (5)河水的化學組成隨季節(jié)變化較其他水體更為明顯。YOUR LOGO第四節(jié) 各類天然水體的化學特征 四、湖泊及水庫的成分特征湖泊淡水湖(礦化度35g/L)YOUR LOGO第四節(jié) 各類天然水體的化學特征 五、地下水的成分特征 (1)成分極其復雜，不同程度地可以含有地殼中可以見到的幾乎所有元素。 (2)氣體含量不高，但這些氣體成分的存在都有意義。YOUR LOGO (3)水質成分呈現(xiàn)出分層的特點。第四節(jié) 各類天然水體的化學特征水層水層位置位置特點特點表層水不透水層以上受地表