第二章天然水的主要離子

第二章天然水的主要離子第1頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)水的硬度及鈣鎂離子毫摩/升（mmol/L）：以1升水中含有的形成硬度離子的物質(zhì)的量之和來表示;毫克/升(mg/L，CaCO3)：以1升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;德國(guó)度（°HG）：以1升水中含有相當(dāng)于10mgCaO的Ca2+或Mg2＋為1德國(guó)度（°HG）;一、水硬度的概念及表示單位概念：硬度是指水中二價(jià)及多價(jià)金屬離子含量的總和。Ca2+和Mg2+表示單位：第2頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第3頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、天然水的硬度與Ca2+、Mg2＋

存在形式：Ca2+，多數(shù)淡水中含量最多的陽(yáng)離子；來源：石膏、方解石、白云石的溶解。含量：差別很大，潮濕地區(qū)少，干旱地區(qū)多；地面水少，海水多。

第二大陽(yáng)離子，含量?jī)H次于Na+和Ca2+。淡水：咸水：海水（二）

鎂（一）

鈣第4頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一碳酸鹽硬度;非碳酸鹽硬度（三）天然水的硬度

陽(yáng)離子：鈣硬度、鎂硬度、鐵硬度等陰離子：碳酸鹽硬度（暫時(shí)硬度）：HCO3-、CO32-非碳酸鹽硬度（“永久硬度”）：硫酸鹽、氯化物碳酸鹽硬度第5頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表2-1天然水的硬度分級(jí)類別德國(guó)度(°HG)mmol/L(1/2Ca2+,1/2Mg2+)極軟水0~41.4以下軟水4~81.4~2.8中等軟水8~162.8~5.7硬水16~305.7~11.4極硬水30以上11.4以上第6頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一天然水的硬度含量情況不同地區(qū)，環(huán)境，水體狀況其硬度不一樣:雨水的硬度一般很低，靠雨水或融化雪水補(bǔ)給的河流，水硬度都比較低干旱半干旱地區(qū)的鹽堿、澇洼地的地面水與地下水，硬度多數(shù)都比較高一般來說，隨著含鹽量的增加，水硬度也增大一些特殊水文地質(zhì)條件下形成的蘇打湖（碳酸鹽類鈉組Ⅰ型水），水硬度則相對(duì)較低第7頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、魚池水硬度的變化原因光合作用和呼吸作用魚池水硬度：水源水的硬度、池塘土質(zhì)第8頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鹽堿地：注水前后的變化淡水魚池：管理操作、生物代謝海水魚池：變化較小第9頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一魚池水硬度的變化養(yǎng)魚池水的硬度首先決定于水源水的硬度新修建的養(yǎng)魚池，土壤中的可溶性鈣、鎂也會(huì)轉(zhuǎn)入池水中，使水硬度增高.生產(chǎn)管理上的操作及水中生物代謝活動(dòng)也可使池水硬度發(fā)生變化比如施用過磷酸鈣，潑灑石灰漿水，甚至水生生物的光合作用和呼吸作用，都能使池水硬度變化.鹽堿地在開發(fā)初期，注水后水的鹽度、硬度、堿度都會(huì)增加,隨著塘齡的增加，土壤中的鈣、鎂會(huì)因淋溶而減少，致使池水的總硬度也逐年降低.第10頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、鈣、鎂離子在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的意義鈣、鎂是生物生命過程所必需的營(yíng)養(yǎng)元素鈣離子可降低重金屬離子和一價(jià)金屬離子的毒性鈣、鎂離子可增加水的緩沖性鈣、鎂離子比例，對(duì)海水魚、蝦、貝的存活有重要影響第11頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.鈣、鎂是生物生命過程所必需的營(yíng)養(yǎng)元素某些湖泊的藻類現(xiàn)存生物量與溶解鈣的相關(guān)關(guān)系鈣、鎂不僅是生物體液及骨骼的組成成分，還參與體內(nèi)新陳代謝的調(diào)節(jié)?！鹕锪康偷暮?；⊙生物量中等的湖泊；●生物量高的湖泊；▲其他第12頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.鈣離子可降低重金屬離子和一價(jià)金屬離子的毒性例，鎘（Cd）的3年中“4d平均值”允許一次超標(biāo)值，以總硬度H(mg/L,CaCO3)為參數(shù)的方程形式給出：第13頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表2-4

部分金屬離子在硬水與軟水中的毒性比*一價(jià)金屬離子濃度過高時(shí)對(duì)許多水生生物有毒害作用，增加鈣含量可以降低一價(jià)金屬離子的毒性。第14頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.水中鈣鎂離子的比例對(duì)海水魚蝦貝的存活有重要影響

羅氏沼蝦育苗人工海水，出苗率較高的條件Ca2+170～244mg/LMg2+324～440mg/LMg2+/Ca2+質(zhì)量比R＝1.8

中華絨螯蟹育苗要求Ca2+178－340mg/LMg2+484－816mg/LMg2+/Ca2+質(zhì)量比R＝2.3－3.03.鈣、鎂離子可增加水的緩沖性1）臧維玲研究結(jié)果:第15頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2）王慧等試驗(yàn)得出：中國(guó)對(duì)蝦在水環(huán)境中能夠生存的Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度范圍Ca2+24.92－280.66mg/LMg2+34.5－344.9mg/Lρ(Mg2+)/ρ(Ca2+)比R＝1-3為最好第16頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一養(yǎng)殖水體對(duì)硬度的要求一般適宜值為：1-3mmol/L.鯉科魚類:5-8°HG

鮭科魚類:8-12°HG

溫室育苗常:硬水軟化沿海:Ca2++2HCO3-=CaCO3+CO2內(nèi)陸:Ca+SO42-=CaSO4清除方法：生石灰蘇打;陽(yáng)離子交換第17頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)水的堿度、碳酸氫根、碳酸根離子概念：堿度(Alkalinity)是反映水結(jié)合質(zhì)子的能力，也就是水與強(qiáng)酸中和能力的一個(gè)量。天然水中構(gòu)成堿度的物質(zhì)：一、堿度的組成及表示單位（一）堿度的組成第18頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一總堿度（AT）：由碳酸氫根堿度、碳酸根堿度、硼酸鹽堿度及氫氧根堿度等組成。第19頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一堿度測(cè)定A、總堿度：用一個(gè)強(qiáng)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，用甲基橙為指示劑，當(dāng)溶液由黃色變成橙紅色(pH約4.2)，停止滴定，此時(shí)所得的結(jié)果，也稱為甲基橙堿度。

H++OH-H2O2H++CO32-H2O+CO2

H++HCO3-H2O+CO2

總堿度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]→→→第20頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一堿度與酸堿度不同！B、酚酞堿度：滴定以酚酞為指示劑，當(dāng)溶液pH值降到8.3

時(shí)，表示OH-被中和，CO32-

全部轉(zhuǎn)化為HCO3-，得到酚酞堿度表達(dá)式：

酚酞堿度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]第21頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一014pH甲基橙酚酞4.2HCO3-、CO2→H2CO3總堿度/甲基橙堿度

總堿度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]8.3CO32-→HCO3-酚酞堿度酚酞堿度=[CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]第22頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(二)堿度的表示單位

毫摩爾/升（mmol/L）：用1L水能結(jié)合的質(zhì)子的物質(zhì)的量表示。

毫克/升(mg/L)：用1L水中能結(jié)合H＋的物質(zhì)所相當(dāng)?shù)腃aCO3的質(zhì)量（mg作單位）來表示。1mmol/L＝50.05mg/L（CaCO3）。

德國(guó)度（°HG）：以10mg/L氧化鈣（CaO）為1德國(guó)度。1mmol/L＝2.804度（°HG）第23頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一東南沿海、珠江水系、長(zhǎng)江水系較低0.33～2.5mmol/L內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)I型水補(bǔ)給的湖泊較高西北華北的鹽堿泡沼：100mmol/L天然堿湖－松嫩平原的大布蘇堿湖：17mol/L2.海水：2～2.5mmol/L，鹽堿系數(shù)=A/S(三)天然水的堿度來源：集雨區(qū)巖石、土壤中碳酸鹽的溶解3.地下水：堿度、硬度一般較高1.地面水：區(qū)域性第24頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一影響因素:pH、O2、CO2等水化因子生物活動(dòng)的影響當(dāng)?shù)氐乩項(xiàng)l件二、堿度的變化及意義（一）堿度的變化日變化、季節(jié)變化第25頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第26頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光合作用和呼吸作用的影響①②當(dāng)光合作用速率超過呼吸作用速率時(shí)，CO2不斷被吸收利用，堿度、硬度下降，pH上升；當(dāng)呼吸作用速率超過光合作用速率時(shí)，堿度、硬度上升，pH下降。第27頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一夏季堿度變化的幅度可以作為反映湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度的一項(xiàng)指標(biāo)：特貧營(yíng)養(yǎng)湖:?AT<0.2mmol/L中富營(yíng)養(yǎng)湖:?AT為0.6-1.0mmol/L超富營(yíng)養(yǎng)湖:?AT>1.0mmol/L

第28頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第29頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表2-7

生物學(xué)過程對(duì)堿度的影響生物學(xué)過程反應(yīng)示意對(duì)堿度的影響碳同化呼吸作用NH4＋同化NO3－同化氨化作用硝化作用脫氮作用1）2HCO3－→CO2+CO32－→有機(jī)碳＋CO32－＋O22）Ca2++2HCO3－→有機(jī)碳＋CaCO3↓＋O21）有機(jī)碳＋O2→CO2→HCO3－＋H＋2）有機(jī)碳＋O2＋CaCO3（s）→Ca2++HCO3－NH4＋→有機(jī)氮＋H＋NO3-→有機(jī)氮＋OH－有機(jī)氮＋O2→NH4＋＋OH－NH4＋→NO3－＋2H＋NO3－→N2↓＋OH－AT不變AT降低AT不變AT增加AT降低*AT增大*AT增大*AT減少*AT增大*第30頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）堿度與水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)系(1)降低重金屬的毒性

碳酸鹽與重金屬離子生成絡(luò)離子、沉淀重金屬防治魚病：用量？(2)調(diào)節(jié)CO2的產(chǎn)耗關(guān)系、穩(wěn)定水的pH值

光合作用、呼吸作用第31頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一堿度的致毒原理(3)堿度過高對(duì)養(yǎng)殖生物的毒害作用堿度偏大，生物種類減少，生長(zhǎng)速度較慢碳酸鹽堿度對(duì)魚的毒性隨著pH的升高而增加（雷，1985）水的鹽度會(huì)使堿度的毒性增加（章，1999）耐受順序：青海湖裸鯉>瓦氏雅羅魚>鯽魚>丁鱥>尼羅羅非魚>鯉魚>草魚>鳙、鰱？毒害作用第32頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第33頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CO2對(duì)魚類的影響

CO2﹥60mg/L，正常

CO2﹥80mg/L，呼吸困難

CO2﹥100mg/L，昏迷CO2﹥200mg/L，死亡可用做為魚類的麻醉劑第34頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一堿度的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)①美國(guó)環(huán)保局《水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》：

除天然濃度較低者外，為了保護(hù)淡水生物，以碳酸鈣表示的堿度不應(yīng)該小于20mg/L②

四大家魚用水危險(xiǎn)指標(biāo)——10mmol/L（雷）水產(chǎn)養(yǎng)殖1—3mmol/L較好；警戒值≥10mmol/L我國(guó)有約20×106hm2的低洼鹽堿地堿度的毒性鹽堿地的漁業(yè)開發(fā)第35頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一碳酸鹽硬度;非碳酸鹽硬度天然水的硬度

陽(yáng)離子：鈣硬度、鎂硬度、鐵硬度等陰離子：碳酸鹽硬度（暫時(shí)硬度）：HCO3-、CO32-非碳酸鹽硬度（“永久硬度”）：硫酸鹽、氯化物碳酸鹽硬度第36頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）總堿度＜總硬度

:即鈣、鎂離子過量，存在非碳酸鹽硬度即C（HCO3－）＜C（1/2Ca2+）＋C（1/2Mg2+）碳酸鹽硬度=總堿度＜總硬度;非碳酸鹽硬度=總硬度-總堿度天然水中堿度與硬度的關(guān)系（2）總堿度＞總硬度

:即碳酸氫根過量，存在負(fù)硬度即C（HCO3－）＞C（1/2Ca2+）＋C（1/2Mg2+）碳酸鹽硬度=總硬度＜總堿度;沒有非碳酸鹽硬度，負(fù)硬度（如Na+、K+生成的碳酸氫鹽）=總堿度-總硬度NaHCO3、KHCO3、Na2CO3、K2CO3等稱為負(fù)硬度。（3）總堿度=總硬度:即C（HCO3－）=C（1/2Ca2+）＋C（1/2Mg2+）只有碳酸鹽硬度，且碳酸鹽硬度=總硬度=總堿度第37頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一總堿度、硬度和pH值均偏低的水體應(yīng)及時(shí)合理地施用石灰調(diào)節(jié)劑。對(duì)底質(zhì)淤泥積存過多，水中有機(jī)物特別是腐殖質(zhì)濃度過高，水體混濁，魚病有蔓延趨勢(shì)的水體，適用尤為必要。堿度高的水體，一般都屬于阿列金分類法中的I型水（堿度>硬度）。蒸發(fā)作用可使水體的堿度進(jìn)一步增大，作為養(yǎng)殖用水，須注意經(jīng)常更換。另外，為減輕CO32-對(duì)魚的毒害，可增施有機(jī)肥，保證水體CO2的供應(yīng)，并限制水體中水草的大量繁殖，以免光合作用大量吸收水體CO2而導(dǎo)致CO32-含量的增大。養(yǎng)殖水體的管理第38頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)硫酸根、氯、鈉、鉀離子1、天然水中的硫酸根離子一、硫酸根離子與硫在水中的循環(huán)主要來源：沉積巖中的石膏和無水石膏。自然硫、含硫礦物的氧化；火山噴氣的氧化、蛋白質(zhì)的氧化分解等。淡水：HCO3->SO42->Cl-；海水：Cl-

>SO42->HCO3-第39頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硫酸根離子的來源水源的補(bǔ)給工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)施肥、養(yǎng)殖投餌(有機(jī)物)

殘餌和糞便中的有機(jī)物在厭氧菌的作用下分解產(chǎn)生硫化物第40頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

取決于各類硫酸鹽的的溶解度；

受Ca2+的限制

內(nèi)陸河水或井水：10-50mg/L；

干旱地區(qū)的地下水較高；沿海地區(qū)較高，約2.6g/kg。

含量：第41頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.硫在水中的轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)分解作用氧化作用還原作用沉淀與吸附作用同化作用第42頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）氧化作用（1）蛋白質(zhì)分解作用硫（蛋白質(zhì)）-2價(jià)無游離氧氣：穩(wěn)定存在有游離氧：氧化為高價(jià)第43頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一缺乏溶氧，O2＞0.16mg/L還原作用停止。含有豐富的有機(jī)物有微生物參與硫酸根離子含量豐富發(fā)生條件：（3）還原作用缺氧還原H2S毒性防治第44頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）沉淀與吸附作用——Fe3+、Fe2+對(duì)硫化物的沉淀反應(yīng)——蛋白質(zhì)在氣-液界面上的吸附（蛋白分離器）（5）同化作用合成蛋白質(zhì)；H2S轉(zhuǎn)變成S或SO42-第45頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一H2S的毒性及管理原則毒性：H2S與血紅蛋白中Fe2+化合，從而使魚缺氧。硫化氫是一種帶有臭雞蛋味的可溶性氣體，是水產(chǎn)動(dòng)物的劇毒物質(zhì)。當(dāng)水中含量過高時(shí)，硫化氫可以通過滲透和吸收進(jìn)入魚蝦的組織和血液中，與血紅蛋白中的鐵結(jié)合，使之失去結(jié)合氧的力，使組織產(chǎn)生凝血性壞死，導(dǎo)致呼吸困難，甚至死亡。第46頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硫化氫中毒的表現(xiàn)

1）魚蝦騷動(dòng)不安，攝食不好；

2）水中溶解氧，特別是底層溶解氧特別低；

3）下風(fēng)處可以聞到臭雞蛋味。

第47頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一管理辦法：1）清塘?xí)r，徹底清除含有大量有機(jī)質(zhì)的池塘淤泥

2）促進(jìn)水體混合流轉(zhuǎn),打破水體分層合理使用增氧機(jī)增氧;水質(zhì)改良機(jī)

3）水質(zhì)改良劑使用含鐵物質(zhì):紅土.黃土.沼鐵礦.褐鐵礦.鐵礬土

4）保持底層呈中性偏堿性,pH值越高，中毒可能性越低.可使用生石灰調(diào)節(jié),但要確認(rèn)水中氨氮含量不高

5）選擇合適飼料，促進(jìn)消化，提高餌料利用率，減少殘餌

6）避免含有大量硫酸鹽的水進(jìn)入養(yǎng)殖水體。第48頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.氯、鈉、鉀含量：廣泛分布，不同水體差別很大保守性：含量不易變化；條件污染指示物增加重金屬鹽類的溶解度1.氯離子2.鈉離子、鉀離子含量：天然水中Na+＞K+；通常不會(huì)有限制作用

毒性：淡水動(dòng)物：K+＞Na+

；

增加二價(jià)金屬離子含量，可降低其毒性

測(cè)定：通過陰離子總量計(jì)算鹽堿地的淡化;鉀離子的毒害作用第49頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一K＋、Na+對(duì)白鰱的安全濃度分別為180mg/L與1000mg/L第50頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1819年Marcet在分析了北冰洋、大西洋、地中海、黑海、波羅的海、中國(guó)海和白海等多處海水水樣后，提出了“全世界一切海水水樣，都含有同樣種類的成分，這些成分之間只有鹽含量總值不同的區(qū)別”。Dittmar從“H．M．S．Challenger”號(hào)調(diào)查船在環(huán)球航行所采集的77個(gè)水樣分析中也證實(shí)了Marcet結(jié)論的正確性。第四節(jié)海水常量成分恒定性原理第51頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一定義:海水的總含鹽量或鹽度是可變的，但常量成分濃度之間的比值幾乎保持恒定。“海水常量成分恒定性原理”又稱為“主要成分恒比關(guān)系原理”、“海水組成的恒定性原理”，又稱“Marcet原理”或“Dittmar定律”。海水常量成分恒定性海水主要成分組成恒定性原理：不論海水中溶解鹽類的濃度大小如何，其常量成分濃度之間的比值幾乎保持恒定。第52頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第53頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第54頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第55頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一海水中常量成份