天然水的組成及性質(zhì).ppt

1、，水環(huán)境化學(xué)，第二章自然數(shù)的組成和性質(zhì)，第一節(jié)水的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第二節(jié)自然數(shù)的組成第三節(jié)自然數(shù)的演變和性質(zhì)，2.1.1數(shù)的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，2 . 1 . 1數(shù)的分子結(jié)構(gòu)極性在分子之間有很強的氫鍵，2.1.2水的基本特性，2.2自然數(shù)的組成和分類，自然水僅指自然狀態(tài)的水，不包括人為因素的作用，1，天然水的主要離子組成，陸地水HCO3- SO42- Cl- Ca2 Na Mg2，海水Cl- SO42- HCO3- Na Mg2 Ca2，地下水受區(qū)域環(huán)境地質(zhì)條件限制，其優(yōu)勢離子變化更大。2.2.1天然水的組成，總鹽分含量(TDS)=Ca2 Mg2 Na K HCO3- SO42- Cl-，(1)鈣(

2、Ca2)，在現(xiàn)代條件下方解石的溶解是天然水Ca2的主要來源。鈣廣泛存在于不同類型的天然水中，不同條件下天然水的鈣含量差異很大，潮濕地區(qū)河水的Ca2含量一般在20mg/L左右。它主要來源于石灰?guī)r等含鈣巖石的風(fēng)化溶解，是在水中構(gòu)成硬度的主要成分。(2)鎂(Mg2)，天然水的鎂以Mg(H2O)62的形式存在，其含量一般在140mg/L之間。鎂是天然水的一般成分，主要是含有碳酸鎂的白云石和其他巖石的風(fēng)化溶解產(chǎn)物(火成巖的風(fēng)化產(chǎn)物和沉積巖礦物)。鎂是動物需要的要素之一，人體每天鎂的量約為0.30.5g，濃度超過125mg/L時，有腹瀉和利尿作用。(3)大多數(shù)天然水中存在的鈉(Na)，鈉主要來自火成巖的風(fēng)

3、化產(chǎn)物和蒸發(fā)礦物。天然水的鈉含量極低時主要以玻璃狀態(tài)存在，鹽分高的水中可能存在多種離子和復(fù)合物。在不同的條件下，天然水的鈉含量從小于1mg/L到大于500mg/L不等。(4)鉀(k)，鉀是植物的基本營養(yǎng)素，存在于所有天然水中，主要來自火成巖的風(fēng)化產(chǎn)物和沉積巖礦物。鉀鹽在水中的溶解度很高，但由于土壤巖石的吸附及植物的吸收和固定，天然水k的含量遠(yuǎn)低于Na，鈉離子約為4%。在大多數(shù)飲用水中，其濃度很少達(dá)到20mg/L。在一些可溶性固體高的水和溫泉中，鉀每升可含有數(shù)十到數(shù)百毫克。(5)氯(Cl-)，天然水的Cl-主要來自火成巖風(fēng)化產(chǎn)物和蒸發(fā)礦物。Cl-水和廢水中常見的無機陰離子。幾乎所有的天然水中都有

4、氯離子，其含量范圍很大。在河流、湖泊和沼澤地區(qū)，氯離子含量通常較低，海水、鹽湖和部分地下水的含量高達(dá)數(shù)十克/升。(6)碳酸氫鹽(HCO3-)、碳酸氫鹽(CO32-)、天然水的HCO3-碳酸鹽礦物的溶解。通常在河流和湖泊中HCO3-的含量不超過250mg/L，地下水略高。(7)硫酸鹽(SO42-)，廣泛分布在自然的硫酸鹽，天然水的SO42-主要是火成巖風(fēng)化產(chǎn)物，火山(溫泉)氣體，沉積石膏和無水石膏，含硫動植物殘留，金屬硫化物氧化等。SO42-容易產(chǎn)生特定金屬陽離子和配合物和離子。天然水的SO42-含量取決于各種硫酸鹽的溶解度，取決于環(huán)境的氧化還原條件。其濃度可以從數(shù)毫克上升到數(shù)千毫克/升。(8)

5、主要離子結(jié)合體由于配位濃度低，淡水中幾乎沒有復(fù)合物，海水中相當(dāng)數(shù)量的離子束縛在復(fù)合物中。海水中的大部分陽離子是玻璃水合金屬離子。淡水主要無機復(fù)合體濃度：-logs，系統(tǒng)配置：c合計2.0510-7M；Ca2總計=710-4m；Mg2總計=310-4m；na=510-4m；k10-4m；so42-=210-4m；ph=8(25)；離子強度=310-3M，2，水的金屬離子，水的金屬離子存在于M(H2O)xn和各種絡(luò)合狀態(tài)化合物中。例如，對于金屬Fe，中性水域中的形狀平衡為：考慮到固體Fe(OH)3(S)的存在，pH=7，F(xiàn)e3=9.1103(1.010-7)3=9.110-18 mo，如下所示Fe

6、(oh)2=8.11014mol/L Fe(oh)2=4.51010mol/L Fe2(oh)24=1.021023mol/L，3，自然中的微量元素其中包括重金屬(Zn、Cu、Pb、Ni、Cr等)、稀有金屬(Li、Rb、Cs、Be等)、鹵素(Br、I、f)和放射性元素。微量元素含量低，但對水中動植物的生命活動有很大影響。溶解氧：溶于水的氧叫溶解氧(DO)，主要以分子狀態(tài)存在于水中。水的溶解氧主要來自空氣中的氧和水生植物的光合作用產(chǎn)生的氧。水的溶解氧主要消耗在生物的呼吸作用和有機化合物的氧化過程中，消耗的氧由水生(生物)植物的光合作用和大氣提供。有機物含量多，氧氣消耗速度超過再充電速度，水中溶解

7、氧量不斷減少。如果水被有機物嚴(yán)重污染，水的溶解氧可能接近于0。4，溶于水的氣體O2，CO2，H2S，N2，CH4等，CO2 :來自有機物的氧化分解，水生動植物的新陳代謝作用，以及空氣中二氧化碳的溶解。被用于碳酸鹽水解和水生植物的光合作用。由于CO2的含量低，是酸性氣體，因此測量和計算水體中CO2的溶解度比測量和計算其他氣體(如氧氣)的溶解度復(fù)雜得多。水中自由的CO2濃度對水體中的動植物、微生物的呼吸作用、水體中的氣體交換有很大影響，嚴(yán)重時會導(dǎo)致水生動植物和某些微生物的死亡。一般來說，水中二氧化碳的濃度不應(yīng)超過25mgL。非腐殖質(zhì)：碳水化合物、脂肪酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、色素、纖維和其他低分子有機簡

8、單無機物腐殖質(zhì)：植物殘渣被微生物分解時不能輕易分解的油、蠟、樹脂、木質(zhì)素等殘留與微生物分泌物結(jié)合，形成棕色或墨色的非晶成分富利酸(humic acid)，因此腐殖質(zhì)具有弱酸性、離子交換性、配位化合、氧化還原等化學(xué)活性。它可以與水的金屬離子形成穩(wěn)定的水溶性或不溶性化合物，也可以與有機物相互作用。腐殖質(zhì)對水中重金屬等污染物的遷移和變形有很大影響。6，水生生物、水生生物直接影響水中許多物質(zhì)的存在，起到代謝、攝取、轉(zhuǎn)化、儲存和釋放等作用。利用自生生物、太陽能或化學(xué)能源，將簡單的、沒有生命的無機物元素導(dǎo)入復(fù)雜的生命，這就是生命。將從屬營養(yǎng)生物、自營養(yǎng)生物產(chǎn)生的有機物用作合成能量和自己生命的原始物質(zhì)。(1

9、)細(xì)菌是與天然水的環(huán)境化學(xué)性質(zhì)有關(guān)的最重要的生物。結(jié)構(gòu)簡單，形體小，在環(huán)境條件下繁殖，迅速分布。大部分恢復(fù)力者。比表面大，從水中攝取化學(xué)物質(zhì)的能力很強，細(xì)胞內(nèi)含有各種酶催化，生物化學(xué)反應(yīng)也很快。按形狀可以將細(xì)菌分為球菌、細(xì)菌、螺旋菌。可能是單細(xì)胞或數(shù)百萬個細(xì)胞的結(jié)合體。由多糖或多肽化合物組成的單細(xì)胞細(xì)菌形狀的示意圖，起到保護自己免受其他微生物攻擊的作用。膠囊中連接了很多組(羧基、氨基、羥基等)，隨著水的pH值變化，能使細(xì)胞體表面電離或煅燒。pH較低的H3N(Cell)CO2H(如果有陽電)、pH條件h3n (cell) co2h(如果沒有充電)、pH條件H2N(-Cell)COO-(如果有負(fù)電

10、)有機營養(yǎng)素在氧化過程(即呼吸作用)中利用的氫的種類，將細(xì)菌分為好氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌和氧細(xì)菌，(2)藻類是流動緩慢的水中最常見的浮游生物。從生態(tài)角度來看，鳥類是水的生產(chǎn)者，在陽光照射條件下，可以以水、二氧化碳、可溶性氮、磷等營養(yǎng)素為原料，不斷地生產(chǎn)有機物和釋放氧氣。一些合成有機物用于呼吸，另一些則需要藻類合成自己的細(xì)胞物質(zhì)。在霧面條件下，鳥類在吸收自身體內(nèi)的有機物的同時，也消耗了水中的溶解氧，因此在黑暗的地方，鳥類繁殖的很多水域都會缺氧。根據(jù)鳥類的結(jié)構(gòu)，可能以單細(xì)胞、多細(xì)胞或集落的形式生存。通常在河里看到的是綠藻、硅藻、甲藻、綠藻、綠藻、綠藻、裸藻、黃藻等。(a)綠藻(Chlamydomonas)

11、 (b)硅藻(c)綠藻(念珠藻)、藻類等浮游植物中包含的碳、氮、磷等主要營養(yǎng)元素之間通常有比較明確的比例。質(zhì)量計CNP=417.21，按原子數(shù)計算CNP=106 161。典型的化學(xué)結(jié)構(gòu)為(CH2O)106(NH3)16H3PO4。106CO2 16NO3 HPO42- 122H2O 18H(微量元素)(respiration)r p(photosynthesis)c 106h 263 o 110n 16 p 138 o 2，藻類的產(chǎn)生和分解是水中的光生產(chǎn)率高的水域里藻類旺盛地生產(chǎn)，死鳥類的分解導(dǎo)致水中溶解氧水平下降，這就是水體富營養(yǎng)化。2.2.2天然水中化學(xué)物質(zhì)的存在，化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中有一定的

12、發(fā)生模式。大體上，“形態(tài)”一詞有很多含義，包括物理結(jié)合狀態(tài)、化學(xué)狀態(tài)(有機或無機)、價態(tài)、化合狀態(tài)、化學(xué)異構(gòu)狀態(tài)等。特定形式的化學(xué)污染物在環(huán)境中發(fā)生和演化的過程。認(rèn)為污染物的分子結(jié)構(gòu)和環(huán)境特性是確定的，這只是相對的，其變化是絕對的。2.2.3自然數(shù)的分類，1自然數(shù)按離子總量分類蘇聯(lián)學(xué)者o.a. alikin在1970年提出了以下分類方案。淡水總量1g/kg鹽水125g/kg是含海水鹽分的咸水2550g/kg(鹽水)50g/kg，美國(1970)使用的離子總量的數(shù)值限值略有不同。淡水總量1g/kg的鹽水110g/kg的鹽水10100g/kg、2天然水根據(jù)優(yōu)勢離子的分類，將自然數(shù)分為碳酸酯、硫酸鹽

13、、氯化鹽三類。然后根據(jù)各種類中的優(yōu)勢陽離子，將其分類為鈣質(zhì)、氧化鎂和鈉。在各組中，將離子間毫克的等效比例關(guān)系分為4種水類型。HCO 3-Ca2 mg 2 HCO 3-Ca2 mg 2 HCO 3-SO42-HCO 3-SO42-Ca2 mg 2或Cl-Na型HCO3-=0，水形成于弱光水，主要是含Na和k的火成巖地區(qū)第二類水是混合起源水，與水和火成巖的作用和水和沉積巖的作用都有關(guān)系。大部分低礦化度和中礦化度河流、湖泊、地下水屬于這種類型。三水也有混合的起源水，但高度礦化。在此條件下，水的成分因離子交換而發(fā)生劇烈變化，通常水的Na與土壤和沉積物的Ca2和Mg2交換。海洋水、海水、海灣水、殘留物和

14、鹽分高的大量地下水都屬于這種類型。有形水是以缺乏HCO3-為特征的酸性水。這是酸性沼澤水、硫化物礦床數(shù)和火山數(shù)的特征。碳酸氫鹽水不包括這種類型的水。此外，硫酸鹽和氯化物的鈣群和鎂群中沒有類型的水。“，“類”用陽離子符號表示(c，s，Cl)“組”，用陽離子符號表示，編寫“類”的方形格式“類型”在“類”符號下用羅馬字表示。例如，中碳酸鈣組第二水、金沙江CCa類型ii水金沙江(dunke) CNA類型ii水、金沙江水系主要離子濃度(meq/L)、2.3天然水的演化和特性、2.3.1天然水的理化特性、海水的鹽度含量高、離子強度I0.7、海水具有冰點下降特性，密度、電導(dǎo)率、折射率、滲透率等較大。溫度和鹽

15、分是決定海水各種特性的決定性因素。海洋、海水和河水的平均年化學(xué)成分，Alk(碳酸鹽堿度和碳酸氫鹽堿度)HCO3-2CO32-。總無機碳(CT)h2co 3-CO32-，海水和河水的DOC濃度，海洋總是與外部系統(tǒng)和物質(zhì)交換能量的海洋污染源有以下幾個方面：(1)由包含豐富養(yǎng)分的河流流域包圍的工作農(nóng)業(yè)污水；(二)海上傾倒的各種產(chǎn)業(yè)、漁業(yè)廢物等；(3)沿海建設(shè)的核電站、火電廠排水中的放射性污染物和熱污染；(四)從運輸機房流出的油和沉船中油輪的原油排放；(5)旅游開發(fā)引起的海濱地區(qū)污染等。河水(以及海水)一般是含有碳酸鹽的水質(zhì)系統(tǒng)，作為水質(zhì)的基本調(diào)節(jié)因子，碳酸成分平衡，因此化學(xué)成分也具有一定的穩(wěn)定性。在主要離子中，通常Na，Ca2占多數(shù)，負(fù)離子含量一般為HCO3-，Cl-，SO42-。河流的主要污染物是各種有毒金屬和各種有機物。湖系，用不同形狀的土地池造湖。湖泊的形成條件是周圍高、中、低的大湖區(qū)和長期積水。隨著溫度的變化，湖水可以分為三層。湖的上部，即上部溫暖的水層；溫度變化層，即中間過渡層；一層，