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1、第二章第二章第二章第二章 天然水的组成和性质天然水的组成和性质天然水的组成和性质天然水的组成和性质 第一节第一节第一节第一节 水的分子结构与性质水的分子结构与性质水的分子结构与性质水的分子结构与性质 第二节第二节第二节第二节 天然水的组成天然水的组成天然水的组成天然水的组成 第三节第三节第三节第三节 天然水的演化及其特征天然水的演化及其特征天然水的演化及其特征天然水的演化及其特征第1页/共90页2.1 水的分子结构及其性质水的分子结构及其性质 2.1.12.1.1水的分子结构水的分子结构pp 极性很大极性很大pp 分子间有很强的氢键分子间有很强的氢键 第2页/共90页2.1.2 水的基本性质第
2、3页/共90页2.2 2.2 天然水的组成与分类天然水的组成与分类天然水的组成与分类天然水的组成与分类 天然水仅指处于天然状态下的水，不包括人为因素的作用，不含有水的社会属天然水仅指处于天然状态下的水，不包括人为因素的作用，不含有水的社会属性和经济属性。性和经济属性。第4页/共90页1、天然水中的主要离子组成、天然水中的主要离子组成陆地水HCO3-SO42-Cl-Ca2+Na+Mg2+海水中Cl-SO42-HCO3-Na+Mg2+Ca2+地下水受局部环境地质条件限制，其优势离子变化较大。地下水受局部环境地质条件限制，其优势离子变化较大。2.2.1 天然水的组成天然水的组成第5页/共90页总含盐
3、量（总含盐量（TDS）=Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-+SO42-+Cl-第6页/共90页（1）钙（）钙（Ca2+）在现代条件下，在现代条件下，方解石的溶解是天然水中方解石的溶解是天然水中CaCa2+2+的主要来源的主要来源。钙广泛地存在于各种类型的天然水中，钙广泛地存在于各种类型的天然水中，不同条不同条件下天然水中钙的含量差别很大件下天然水中钙的含量差别很大，潮湿地区的，潮湿地区的河水中河水中CaCa2+2+含量一般在含量一般在20mg/L20mg/L左右。它主要左右。它主要来源于含钙岩石（如石灰岩）的风化溶解，是来源于含钙岩石（如石灰岩）的风化溶解，是构成水中硬度的主要成分。构成水中
4、硬度的主要成分。第7页/共90页（2）镁（）镁（Mg2+）天然水中的镁以天然水中的镁以Mg(HMg(H2 2O)O)6 62+2+的形式存在，含量的形式存在，含量一般在一般在1 140mg/L40mg/L之间。之间。镁是天然水中的一种常见的成分，它主要是镁是天然水中的一种常见的成分，它主要是含碳含碳酸镁的白云岩以及其它岩石的风化溶解产物酸镁的白云岩以及其它岩石的风化溶解产物(火火成岩的风化产物和沉积岩矿物成岩的风化产物和沉积岩矿物)。镁是动物体内所必需的元素之一，人体每日需镁镁是动物体内所必需的元素之一，人体每日需镁量约为量约为0.30.30.5g0.5g，浓度超过，浓度超过125mg/L12
5、5mg/L时，还能时，还能起导泻和利尿作用。起导泻和利尿作用。第8页/共90页总硬度总硬度总硬度总硬度水质水质水质水质0 04 4度度度度很软水很软水很软水很软水4 48 8度度度度软水软水软水软水8 81616度度度度中等硬水中等硬水中等硬水中等硬水16163030度度度度硬水硬水硬水硬水 30 30度以上度以上度以上度以上很硬水很硬水很硬水很硬水第9页/共90页（3）钠（）钠（Na+）钠存在于大多数天然水中，主要来自钠存在于大多数天然水中，主要来自火成岩的火成岩的风化产物和蒸发岩矿物风化产物和蒸发岩矿物。天然水中的钠在含量。天然水中的钠在含量很低时主要以游离态存在，在含盐量较高的水很低时主
6、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。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，其不同条件下天然水中钠的含量差别很悬殊，其含量从小于含量从小于1mg/L1mg/L到大于到大于500mg/L500mg/L不等。不等。第10页/共90页（4）钾（）钾（K+）钾是植物的基本营养元素，它存在于所有的天然钾是植物的基本营养元素，它存在于所有的天然水中，主要来自水中，主要来自火成岩的风化产物和沉积岩矿物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，石的吸附及植物
7、吸收与固定的影响，在天然水中在天然水中K K+的含量远低于的含量远低于NaNa+，为钠离子的，为钠离子的4%4%10%10%左左右。右。大多数饮用水中，它的浓度很少达到大多数饮用水中，它的浓度很少达到20mg/L20mg/L。在某些溶解性固体总量高的水与温泉中，钾的含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。量每升可达到几十至几百毫克。第11页/共90页（5）氯（）氯（Cl-）天然水中的天然水中的ClCl-主要来自主要来自火成岩的风化产物和火成岩的风化产物和蒸发岩矿物蒸发岩矿物。ClCl-是水和废水中一种常见的无机阴离子。是水和废水中一种常见的无机阴离子。几几乎所有
8、天然水中都有氯离子存在，它的含量范乎所有天然水中都有氯离子存在，它的含量范围变化很大围变化很大。在河流、湖泊、沼泽地区，氯离。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，含量可高达数十克水中，含量可高达数十克/升。升。第12页/共90页（6）碳酸氢根（）碳酸氢根（HCO3-）、碳酸根（）、碳酸根（CO32-）天然水中的天然水中的HCOHCO3 3-来自碳酸盐矿物的溶解。在一般河水与湖水中来自碳酸盐矿物的溶解。在一般河水与湖水中HCOHCO3 3-的含量的含量不超过不超过250mg/L250mg/L，地下水中略高。，地下水中略
9、高。第13页/共90页（7）硫酸根（）硫酸根（SO42-）硫酸盐在自然界分布广泛，天然水中的硫酸盐在自然界分布广泛，天然水中的SOSO4 42-2-主主要来自要来自火成岩的风化产物、火山（温泉）气体、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及金属硫化物氧化等等。等等。SOSO4 42-2-易与某些金属阳离子生成络合物和离子对；易与某些金属阳离子生成络合物和离子对；天然水中的天然水中的SOSO4 42-2-含量除决定于各类硫酸盐的溶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，其浓度解
10、度外，还决定于环境的氧化还原条件，其浓度可从几毫克可从几毫克/升至数千毫克升至数千毫克/升。升。第14页/共90页（8）主要离子缔合体）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。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。第15页/共90页淡水中的主要无机络合物淡水中的主要无机络合物 浓度：浓度：-logM-logM 离子离子离子离子HCOHCO3 3-COCO3 32-2-SOSO4 42-2-自由离子自由离
11、子自由离子自由离子NaNa+6.36.37.67.66.46.43.303.30K K+6.96.94.004.00CaCa2+2+4.94.95.25.24.84.83.173.17MgMg2+2+5.95.95.85.85.15.13.543.54H H+9.69.68.08.0自由离子自由离子自由离子自由离子2.702.704.974.973.753.75体系组成：体系组成：C C总总2.05102.0510-7-7MM；CaCa2+2+总总=710=710-4-4MM；MgMg2+2+总总=310=310-4-4MM；NaNa+=510=510-4-4MM；KK 110110-4-4M
12、M；SOSO4 42-2-=210=210-4-4MM；pH=8pH=8（2525）；离子强度）；离子强度=310=310-3-3MM 第16页/共90页2、水中的金属离子、水中的金属离子 水中金属离子以水中金属离子以M(H2O)xn+以及各种络合态化合物存在。以及各种络合态化合物存在。以金属以金属Fe为例，在中性水体中各形态存在如下平衡为例，在中性水体中各形态存在如下平衡:第17页/共90页 如果考虑到存在固体 Fe(OH)3(S)，则 当 pH=7 时,Fe3+=9.1103(1.010-7)3=9.110-18mol/L第18页/共90页将这一数据代入上面的方程中，即可得到其它各形态的浓
13、度：Fe(OH)2+=8.11014 mol/LFe(OH)2+=4.51010 mol/LFe2(OH)24+=1.021023 mol/L第19页/共90页3、天然水中的微量元素、天然水中的微量元素 它们的含量很小，常低于它们的含量很小，常低于1ug/L1ug/L。这类元素包。这类元素包括括重金属重金属(Zn(Zn、CuCu、PbPb、NiNi、CrCr等等)，稀有金，稀有金属（属（LiLi、RbRb、CsCs、BeBe等），卤素（等），卤素（BrBr、I I、F F）及放射性元素）及放射性元素。尽管微量元素含量很低但是对水中动植物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
14、响。体的生命活动却有很大影响。第20页/共90页 溶解氧：溶解氧：溶解于水中的氧称为溶解氧（溶解于水中的氧称为溶解氧（DODO），），主要以分子状态存在于水中主要以分子状态存在于水中。水中的溶解氧主要来自水中的溶解氧主要来自空气中的氧和水生植物的空气中的氧和水生植物的光合作用产生的氧光合作用产生的氧。水中的水中的溶解氧主要消耗于生物的呼吸作用和有机溶解氧主要消耗于生物的呼吸作用和有机物的氧化过程物的氧化过程，消耗的氧从水生（生物）植物的，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，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其耗
15、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。溶解氧甚至可能接近零。4、溶解在水中的气体、溶解在水中的气体 OO2 2 、COCO2 2 、HH2 2S S、NN2 2和和和和CHCH4 4等等等等第21页/共90页COCO2 2 :来源于来源于有机物的氧化分解、水生动植物的新陈代谢作有机物的氧化分解、水生动植物的新陈代谢作用用 及空气中二氧化碳溶解及空气中二氧化碳溶解。消耗于消耗于碳酸盐类水解和水生植物的光合作用碳酸盐类水解和水生植物的光合作用。由于由于COCO2 2的含量较低，且其是酸性气体，
16、测定和计算的含量较低，且其是酸性气体，测定和计算水体中水体中COCO2 2的溶解度要比测定和计算氧气等其他气体的溶解度要比测定和计算氧气等其他气体的溶解度复杂得多。的溶解度复杂得多。水体中游离的水体中游离的COCO2 2浓度对水体中动植物、微生物的呼浓度对水体中动植物、微生物的呼吸作用和水体中气体的交换产生较大的影响，严重的吸作用和水体中气体的交换产生较大的影响，严重的情况下有可能引起水生动植物和某些微生物的死亡。情况下有可能引起水生动植物和某些微生物的死亡。一般要求水中一般要求水中COCO2 2的浓度应不超过的浓度应不超过25mg25mgL L。第22页/共90页pp非腐殖质：碳水化合物、脂
17、肪酸、蛋白质、氨基酸、非腐殖质：碳水化合物、脂肪酸、蛋白质、氨基酸、色素、色素、纤维及其它低分子量有机物纤维及其它低分子量有机物 简单无机物简单无机物 pp腐殖质：植物残体经微生物分解时，不易分解的部分腐殖质：植物残体经微生物分解时，不易分解的部分如油类、腊、树脂及木质素等残余物与微生物的分泌如油类、腊、树脂及木质素等残余物与微生物的分泌物相结合，形成褐色或墨色无定形胶态复合物物相结合，形成褐色或墨色无定形胶态复合物 富里酸富里酸(humic acid)(humic acid)溶于酸碱溶于酸碱 腐植酸腐植酸(fulvic acid)(fulvic acid)溶于碱、不溶于酸溶于碱、不溶于酸 胡
18、敏酸胡敏酸(humin)(humin)不溶于酸碱（腐黑物）不溶于酸碱（腐黑物）生物降解生物降解生物降解生物降解5、有机物、有机物 第23页/共90页 结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基和酚基，随亲水性基团含量的不同，结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖质的水溶性不同，并且具有高分子电解质的特性，表现为酸性。腐殖质的水溶性不同，并且具有高分子电解质的特性，表现为酸性。第24页/共90页第25页/共90页 因而腐殖质具有弱酸性、离子交换性、配位化合及氧化还原等化学活性。它能因而腐殖质具有弱酸性、离子交换性、配位化合及氧化还原等化学活性。它能与水体中的金属离子形
19、成稳定的水溶性或不溶性化合物，还能与有机物相互作与水体中的金属离子形成稳定的水溶性或不溶性化合物，还能与有机物相互作用。用。腐殖质对水体中重金属等污染物的迁移转化具有较大的影响。腐殖质对水体中重金属等污染物的迁移转化具有较大的影响。第26页/共90页6、水生生物、水生生物 水生生物直接影响水中许多物质的存在，具有代水生生物直接影响水中许多物质的存在，具有代水生生物直接影响水中许多物质的存在，具有代水生生物直接影响水中许多物质的存在，具有代谢、摄取、转化、存储和释放等的作用。谢、摄取、转化、存储和释放等的作用。谢、摄取、转化、存储和释放等的作用。谢、摄取、转化、存储和释放等的作用。自养生物 利用
20、太阳能或化学能量，把简单、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。第27页/共90页（1 1）细菌）细菌 细菌是关系到天然水体环境化学性质的最重要细菌是关系到天然水体环境化学性质的最重要生物体。生物体。结构简单、形体微小，在环境条件下结构简单、形体微小，在环境条件下繁殖快分布广繁殖快分布广。多数是还原者。多数是还原者。比表面甚大，从水体摄取化学物质的能力极强，比表面甚大，从水体摄取化学物质的能力极强，细胞内含有各种酶催化剂，由此引起生物化学细胞内含有各种酶催化剂，由此引起生物化学反应速度也非常快。反应速度也非常
21、快。按外型可将细菌分为球菌、杆菌和螺旋菌等类。按外型可将细菌分为球菌、杆菌和螺旋菌等类。它们可能是单细胞或多至几百万个细胞的群合它们可能是单细胞或多至几百万个细胞的群合体。体。第28页/共90页单细胞细菌形体的示意图单细胞细菌形体的示意图 细胞体表面荚膜层由多糖或多肽类化合物组成，具有保护自身免受其他微生物进攻的作用。在荚膜层上还联结着很多基团（羧基、氨基、羟基等），在水体pH发生变化时，可能通过这些基团的电离或质子化作用等使细胞体表面带电：低pH条件下 +H3N(+Cell)CO2H（带正电），中pH条件下 +H3N(Cell)COO-（不带电），高pH 条件下 H2N(-Cell)COO-
22、（带负电）第29页/共90页 营养方式，可将细菌分为营养方式，可将细菌分为自养菌和异养菌自养菌和异养菌两类。两类。按照有机营养物质在氧化过程（即呼吸作用）中所利用的受氢体种类，按照有机营养物质在氧化过程（即呼吸作用）中所利用的受氢体种类，还可还可将细菌分为：将细菌分为：好氧细菌好氧细菌 厌氧细菌厌氧细菌 兼氧细菌兼氧细菌 第30页/共90页(2)(2)藻类藻类 藻类是在缓慢流动水体中最常见的浮游类植物。藻类是在缓慢流动水体中最常见的浮游类植物。按生态观点看，按生态观点看，藻类是水体中的生产者，它们能在阳藻类是水体中的生产者，它们能在阳光辐照条件下，以水、二氧化碳和溶解性氮、磷等营光辐照条件下，
23、以水、二氧化碳和溶解性氮、磷等营养物为原料，不断生产出有机物，并放出氧养物为原料，不断生产出有机物，并放出氧。合成有。合成有机物一部分供其呼吸消耗之用，另一部分供合成藻类机物一部分供其呼吸消耗之用，另一部分供合成藻类自身细胞物质之需。自身细胞物质之需。在无光条件下，藻类消耗自身体在无光条件下，藻类消耗自身体内有机物以营生，同时也消耗着水中的溶解氧内有机物以营生，同时也消耗着水中的溶解氧，因此，因此在暗处有大量藻类繁殖的水体是缺氧的。在暗处有大量藻类繁殖的水体是缺氧的。按藻类结构，它们可能是按藻类结构，它们可能是以单细胞、多细胞或菌落形以单细胞、多细胞或菌落形态生存态生存。一般河流中可见到的有绿
24、藻、硅藻、甲藻、。一般河流中可见到的有绿藻、硅藻、甲藻、金藻、蓝藻、裸藻、黄藻等大类。金藻、蓝藻、裸藻、黄藻等大类。第31页/共90页（a a）绿藻（衣藻属）绿藻（衣藻属）（b b）硅藻（舟形属）（）硅藻（舟形属）（c c）蓝绿藻（念珠藻属）蓝绿藻（念珠藻属）第32页/共90页 藻类等浮游植物体内所含碳、氮、磷等主要营养元素间一般存在着一个比较确藻类等浮游植物体内所含碳、氮、磷等主要营养元素间一般存在着一个比较确定的比例。按质量计定的比例。按质量计C C N N P=41P=41 7.27.2 1 1，按原子数计，按原子数计C C N N P=106P=106 16 16 1 1。大致。大致的
25、化学结构式为的化学结构式为(CH(CH2 2O)O)106106(NH(NH3 3)1616H H3 3POPO4 4。第33页/共90页 106CO2+16NO3+HPO42-+122H2O+18H+(痕痕 量量 元元素素)(respiration)R P(photosynthesis)C106H263O110N16P+138 O2藻类的生成和分解就是在水体中进行光合作用藻类的生成和分解就是在水体中进行光合作用(P)(P)和呼吸作用和呼吸作用(R)(R)的一典型过程，可用一简单的化学计量关系来表征：的一典型过程，可用一简单的化学计量关系来表征：第34页/共90页利用太阳能从无机矿物合成有机物
26、的生物体利用太阳能从无机矿物合成有机物的生物体称为生产者，水体产生生物体的能力称为生称为生产者，水体产生生物体的能力称为生产率，产率，生产率是由化学及物理的因相结合而生产率是由化学及物理的因相结合而决定的。决定的。在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死藻的在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死藻的分解引起水中溶解氧水平的降低，这就是分解引起水中溶解氧水平的降低，这就是水水体的富营养化体的富营养化。第35页/共90页2.2.2 天然水体中化学物质的存在形态天然水体中化学物质的存在形态 化学物质在环境中有一定的赋存形态。广而言之，化学物质在环境中有一定的赋存形态。广而言之，“形态形态”一词含义包括一词含义
27、包括物理物理结合状态、化学态（有机的或无机的）、价态、化合态和化学异构态等多方面结合状态、化学态（有机的或无机的）、价态、化合态和化学异构态等多方面 。第36页/共90页第37页/共90页 具有一定形态的化学污染物在环境中有其发生和演变的过程。认为污染物具有具有一定形态的化学污染物在环境中有其发生和演变的过程。认为污染物具有确定的分子结构和环境特性，只是相对的，而其变化则是绝对的。确定的分子结构和环境特性，只是相对的，而其变化则是绝对的。第38页/共90页第39页/共90页2.2.3 天然水的分类 1 1 天然水按离子总量（矿化度）的分类天然水按离子总量（矿化度）的分类天然水按离子总量（矿化度
28、）的分类天然水按离子总量（矿化度）的分类 苏联学者苏联学者O.A.O.A.阿列金于阿列金于19701970年提出如下的分类方年提出如下的分类方案：案：淡水淡水 离子总量离子总量 1g/kg1g/kg微咸水微咸水 1 125g/kg25g/kg具海水盐度的咸水具海水盐度的咸水 252550g/kg50g/kg盐水（卤水）盐水（卤水）50 g/kg50 g/kg第40页/共90页美国（美国（19701970）所采用的按离子总量分类的数）所采用的按离子总量分类的数值界限稍有区别：值界限稍有区别：淡水淡水 离子总量离子总量 1g/kg1g/kg微咸水微咸水 1 110g/kg10g/kg咸水咸水 10
29、10100g/kg100g/kg盐水盐水 100g/kg100g/kg第41页/共90页2 天然水按优势离子的分类天然水按优势离子的分类p首先按优势阴离子将天然水划分为三类：首先按优势阴离子将天然水划分为三类：重碳重碳酸盐类、硫酸盐类和氯化物盐类酸盐类、硫酸盐类和氯化物盐类。p然后在每一类中再按优势阳离子划分为然后在每一类中再按优势阳离子划分为钙质、钙质、镁质和钠质镁质和钠质三个组。三个组。p每一组内再按离子间的毫克当量比例关系划分每一组内再按离子间的毫克当量比例关系划分为四个水型为四个水型：型型 HCOHCO3 3-CaCa2+2+Mg+Mg2+2+型型 HCOHCO3 3-CaCa2+2+
30、Mg+Mg2+2+HCOHCO3 3-+SO+SO4 42-2-型型 HCOHCO3 3-+SO+SO4 42-2-CaCa2+2+Mg+Mg2+2+或或 ClCl-NaNa+型型 HCOHCO3 3-=0=0第42页/共90页型水是弱矿化水，主要形成于含大量型水是弱矿化水，主要形成于含大量NaNa+与与K K+的火成岩地区，水中含有相当数量的的火成岩地区，水中含有相当数量的NaHCONaHCO3 3成成分，在某些情况下也可能由分，在某些情况下也可能由CaCa2+2+交换土壤和沉积交换土壤和沉积物中的物中的NaNa+而形成。而形成。II II型水为混合起源水，其形成既与水和火成岩的型水为混合起
31、源水，其形成既与水和火成岩的作用有关，又与水和沉积岩的作用有关。大多数作用有关，又与水和沉积岩的作用有关。大多数低矿化和中矿化的河水、湖水和地下水属于这一低矿化和中矿化的河水、湖水和地下水属于这一类型。类型。第43页/共90页IIIIII型水也是混合起源的水，但具有很高的矿化度。型水也是混合起源的水，但具有很高的矿化度。在此条件下由于离子交换作用使水的成分激剧地在此条件下由于离子交换作用使水的成分激剧地变化，通常是水中的变化，通常是水中的NaNa+交换出土壤和沉积物中的交换出土壤和沉积物中的CaCa2 2+和和MgMg2+2+。大洋水、海水、海湾水、残留水和。大洋水、海水、海湾水、残留水和许多
32、具高矿化度的地下水属此类型。许多具高矿化度的地下水属此类型。型水是酸性水，其特点是缺少型水是酸性水，其特点是缺少HCOHCO3 3-。这是酸。这是酸型沼泽水、硫化矿床水和火山水的特点。在重碳型沼泽水、硫化矿床水和火山水的特点。在重碳酸盐类水中不包括此种类型的水。另外，在硫酸酸盐类水中不包括此种类型的水。另外，在硫酸盐与氯化物类的钙组和镁组中无盐与氯化物类的钙组和镁组中无型水。型水。第44页/共90页类类类类重重重重 碳碳碳碳 酸酸酸酸 盐盐盐盐C HCOC HCO3 3-硫硫硫硫 酸酸酸酸 盐盐盐盐 S SOS SO4 42-2-氯氯氯氯 化化化化 物物物物Cl ClCl Cl-组组组组 钙钙
33、钙钙 镁镁镁镁 钠钠钠钠 Ca Mg NaCa Mg Na钙钙钙钙 镁镁镁镁 钠钠钠钠Ca MgCa Mg NaNa钙钙钙钙 镁镁镁镁 钠钠钠钠Ca Mg Ca Mg NaNa型型型型 “类类”采用相应的阴离子符号表示（采用相应的阴离子符号表示（C C、S S、ClCl）“组组”采用阳离子的符号表示，写作采用阳离子的符号表示，写作“类类”的方次的形式的方次的形式“型型”则用罗马字标在则用罗马字标在“类类”符号下面符号下面全符号写成下列形式：如全符号写成下列形式：如CCa CCa 表示重碳酸类钙组第二型水表示重碳酸类钙组第二型水第45页/共90页河流河流河流河流K+Na+Ca2+Mg2+HCO3
34、-SO42-Cl-金沙江金沙江金沙江金沙江0.0310.591.920.922.690.260.39金沙江（邓柯）金沙江（邓柯）金沙江（邓柯）金沙江（邓柯）0.0722.982.381.543.780.902.45金沙江 CCa II型水金沙江（邓柯）CNa II型水金沙江水系主要离子浓度金沙江水系主要离子浓度(meq/L)(meq/L)第46页/共90页2.3 天然水的演化及其特征天然水的演化及其特征 大气圈大气圈大气圈大气圈雨、雪、水蒸气雨、雪、水蒸气雨、雪、水蒸气雨、雪、水蒸气生物圈生物圈生物圈生物圈体液、细胞内液、水合的生物聚合物体液、细胞内液、水合的生物聚合物体液、细胞内液、水合的生
35、物聚合物体液、细胞内液、水合的生物聚合物岩石圈岩石圈岩石圈岩石圈地下水、岩浆水、水合作用水地下水、岩浆水、水合作用水地下水、岩浆水、水合作用水地下水、岩浆水、水合作用水水圈水圈水圈水圈陆水：泉水和沼泽；塘、湖、冰帽和雪帽；河流、陆水：泉水和沼泽；塘、湖、冰帽和雪帽；河流、陆水：泉水和沼泽；塘、湖、冰帽和雪帽；河流、陆水：泉水和沼泽；塘、湖、冰帽和雪帽；河流、冰川海水：河口、海湾；海洋；海洋沉积物中的吸冰川海水：河口、海湾；海洋；海洋沉积物中的吸冰川海水：河口、海湾；海洋；海洋沉积物中的吸冰川海水：河口、海湾；海洋；海洋沉积物中的吸纳水纳水纳水纳水2.3.1 天然水的物理化学特征天然水的物理化学
36、特征 第47页/共90页 海水含盐量很高，离子强度海水含盐量很高，离子强度I0.7I0.7，表现出强电解质溶液性质。，表现出强电解质溶液性质。海水具有冰点下降特性，且有很大的密度、电导率、折光率、渗透压等。海水具有冰点下降特性，且有很大的密度、电导率、折光率、渗透压等。温度和盐度是决定海水各种性质的决定性因数。温度和盐度是决定海水各种性质的决定性因数。海 洋第48页/共90页性性 质质单单 位位水水海水（盐分，海水（盐分，35）密密 度度 （20）gcm-30.98231.02478 （0）gcm-30.99871.028 12容积压缩率容积压缩率 （0，10107 7PaPa）%0.4870
37、.458 （0，10108 8PaPa）%4.007音音 速速 （20）ms-11482.71522.1折折 光光 率率 （20）1.333 001.339 40电电 导导 率率 （20）m-1cmcm-14.510510-547.88比比 热热 （20）Jg g-14.182 3.993表表 面面 张张 力力（20）10-3 Nm m-172.7673.53粘粘 度度 （20）10-3 Pas s1.0051.092渗渗 透透 压压 （20）105 Pa 24.8冰冰 点点0.001.911.91吸吸 光光 度度（波长（波长520nm光程光程10cm）0.002 0.007（人工海水）（人工
38、海水）0.008（外洋水）（外洋水）第49页/共90页第50页/共90页海水和河水的平均年化学组成海水和河水的平均年化学组成海水和河水的平均年化学组成海水和河水的平均年化学组成 成成成成 分分分分平均化学组成（平均化学组成（平均化学组成（平均化学组成（mol/kgmol/kg）成成成成 分分分分平均化学组成（平均化学组成（平均化学组成（平均化学组成（mol/kgmol/kg）海海海海 水水水水河河河河 川川川川 水水水水海海海海 水水水水河河河河 川川川川 水水水水NaNa+0.468470.468472.832.8310101010-4-4CuCu10101010-8-8K K+0.0102
39、00.010205.95.910101010-5-5ZnZn10101010-8-8MgMg2+2+0.053070.053071.691.6910101010-4-4CdCd10101010-8-8CaCa2+2+0.010280.010283.743.7410101010-4-4MnMn10101010-8-8ClCl-0.545900.545902.202.2010101010-4-4HgHg10101010-9-9SOSO4 42-2-0.028230.028231.171.1710101010-4-4NiNi10101010-8-8AlAlkkkk0.00240.00249.549.
40、5410101010-4-4CoCo10101010-9-9C CT T0.00220.00221.021.0210101010-8-8腐殖质腐殖质腐殖质腐殖质10101010-6-6pHpH7.57.58.28.2AlkAlk（碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度）（碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度）HCOHCO3 3-2CO2CO3 32-2-。C CT T（总无机碳）（总无机碳）HH2 2COCO3 3 HCOHCO3 3-COCO3 32-2-第51页/共90页海水和河水中海水和河水中海水和河水中海水和河水中DOCDOC浓度浓度浓度浓度 系统系统正常值正常值最高值最高值系统系统正常值正常值最高值最高值海湾
41、海湾1 520深层海水深层海水0.5 0.8海滨海滨1 520河水河水10 20 50表面海水表面海水1 1.5第52页/共90页 海洋是一个开放系统，它时刻与外系统间发生物质和海洋是一个开放系统，它时刻与外系统间发生物质和能量的交换能量的交换 海洋的污染来源主要有以下几个方面：海洋的污染来源主要有以下几个方面：（1 1）入海河水夹带的工农业污水，其中含有丰富的营）入海河水夹带的工农业污水，其中含有丰富的营养物质；养物质；（2 2）投弃海洋的各种工业、渔业废物等；）投弃海洋的各种工业、渔业废物等；（3 3）依傍海岸建立的核电站、热电站排水中的放射性）依傍海岸建立的核电站、热电站排水中的放射性污
42、染物和热污染；污染物和热污染；（4 4）由运输船只机房排出的机油以及海难事件中油轮）由运输船只机房排出的机油以及海难事件中油轮的原油倾泄；的原油倾泄；（5 5）旅游开发引起的海滨地区污染等。）旅游开发引起的海滨地区污染等。第53页/共90页河 流 一般说来，河水（还有海水）都是含碳酸型的水一般说来，河水（还有海水）都是含碳酸型的水质系统，以平衡碳酸组分作为水质的基本调节因质系统，以平衡碳酸组分作为水质的基本调节因素，因此其化学成分也有一定的稳定性。素，因此其化学成分也有一定的稳定性。在主要离子中，一般在主要离子中，一般NaNa+、CaCa2+2+占大多数，阴离占大多数，阴离子含量一般递减顺序是
43、子含量一般递减顺序是HCOHCO3 3-、ClCl-、SOSO4 42-2-。河流的主要污染物是各种有毒金属和各类有机物。河流的主要污染物是各种有毒金属和各类有机物。第54页/共90页湖 泊 由地面上大小形状不同的洼地积水而成湖泊。由地面上大小形状不同的洼地积水而成湖泊。湖泊的形成条件是具有一个周围高、中间低的湖泊的形成条件是具有一个周围高、中间低的蓄水湖盆及长期有水蓄积。蓄水湖盆及长期有水蓄积。第55页/共90页按照温度的变化规律，湖水可分为三层。按照温度的变化规律，湖水可分为三层。湖上层，即上部温暖湖上层，即上部温暖的水层；变温层，即中间过渡层；底层，即湖底深处的冷水层的水层；变温层，即中
44、间过渡层；底层，即湖底深处的冷水层。第56页/共90页 湖水水流缓慢，蒸发量大，蒸发掉的水靠河流及地下水补湖水水流缓慢，蒸发量大，蒸发掉的水靠河流及地下水补偿。偿。湖水中含钙、镁、钠、钾、硅、氮、磷、锰、铁等元素，湖水中含钙、镁、钠、钾、硅、氮、磷、锰、铁等元素，其中氮、磷等元素引起的富营养化问题是湖泊的主要污染其中氮、磷等元素引起的富营养化问题是湖泊的主要污染问题。问题。低营养度的水体适宜于水体流动和水生生物游动，中等营低营养度的水体适宜于水体流动和水生生物游动，中等营养度的水体最适宜藻类和鱼类等水生生物正常生活，高营养度的水体最适宜藻类和鱼类等水生生物正常生活，高营养度的水体反而造成藻类大
45、量萌生，水中溶解氧浓度大为养度的水体反而造成藻类大量萌生，水中溶解氧浓度大为降低，进一步引起水道阻塞、鱼类生存空间缩小、有害有降低，进一步引起水道阻塞、鱼类生存空间缩小、有害有毒的还原性气体毒的还原性气体H H2 2S S的产生等一系列不良后果的产生等一系列不良后果。第57页/共90页地下水 地下水中污染物质主要来源于人们的生产或日常生活：地下水中污染物质主要来源于人们的生产或日常生活：（1 1）耗氧污染物。当某些生活污水、工业废水或固体废物的沥取）耗氧污染物。当某些生活污水、工业废水或固体废物的沥取液流过土壤表层时，其中一些耗氧物质被土壤过滤或者发生生物液流过土壤表层时，其中一些耗氧物质被土
46、壤过滤或者发生生物氧化而被除去，但其残留部分仍可能进入地下水；氧化而被除去，但其残留部分仍可能进入地下水；（2 2）病原体，如细菌、病毒、原生物动等。在一些选址不当的浅）病原体，如细菌、病毒、原生物动等。在一些选址不当的浅井井中仍有可能检出这些病菌；井井中仍有可能检出这些病菌；（3 3）植物营养物质。当降水流经富含肥料的土壤时，土壤中所含）植物营养物质。当降水流经富含肥料的土壤时，土壤中所含的氮、磷化合物可能被淋溶而穿透土层，归入地下水；的氮、磷化合物可能被淋溶而穿透土层，归入地下水；（4 4）有机化学物品。在低浓度下就呈现较大毒性的杀虫剂、农药）有机化学物品。在低浓度下就呈现较大毒性的杀虫剂
47、、农药随农田灌溉水渗滤而进入地下水；随农田灌溉水渗滤而进入地下水；（5 5）放射性物质。放射性废弃物，其处置方法之一就是深井投弃。）放射性物质。放射性废弃物，其处置方法之一就是深井投弃。投弃的放射性废物可能会渗入地下水，尤其是半衰期长的放射性投弃的放射性废物可能会渗入地下水，尤其是半衰期长的放射性核素对于地下水的危害性更大。核素对于地下水的危害性更大。第58页/共90页总的说来，地下水不如地面水那样容易受到污总的说来，地下水不如地面水那样容易受到污染，但因为地下水基本上属于封闭水系（深层染，但因为地下水基本上属于封闭水系（深层地下水的滞留时间可达几千年），在地层之下地下水的滞留时间可达几千年）
48、，在地层之下不易挥发、不被稀释和不易发生降解，因此水不易挥发、不被稀释和不易发生降解，因此水系一旦受到污染，就很难通过自然过程或人工系一旦受到污染，就很难通过自然过程或人工手段予以消除。手段予以消除。除污染问题外，过量开采地下水将会引起海水除污染问题外，过量开采地下水将会引起海水倒灌和地面沉降等问题。倒灌和地面沉降等问题。第59页/共90页 照照 片片 上上 的的 人人 是是 美美 国国 地地 质质 调调 查查 所所（Geological Geological SurveySurvey）的的约约瑟瑟夫夫 波波兰兰（Joseph Joseph F.F.PolandPoland），他他身身旁旁的的
49、柱柱子子上上，有有三三个个标标明明数数字字的的牌牌子子，由由上上而而下下分分别别写写着：着：19251925、19551955、1977.1977.第60页/共90页 日日日日本本本本新新新新泻泻泻泻市市市市地地地地面面面面沉沉沉沉降降降降使使使使建建建建筑筑筑筑物物物物基基基基础础础础相相相相对对对对上上上上升使基础与地面脱离，目前作为停车库升使基础与地面脱离，目前作为停车库升使基础与地面脱离，目前作为停车库升使基础与地面脱离，目前作为停车库 第61页/共90页 1977 1977 年年年年,美国缅因州美国缅因州美国缅因州美国缅因州Gray Gray 镇在饮用水井中发现镇在饮用水井中发现镇在
50、饮用水井中发现镇在饮用水井中发现8 8 种以上人工合成有机物种以上人工合成有机物种以上人工合成有机物种以上人工合成有机物,从而导致从而导致从而导致从而导致16 16 眼水井关闭眼水井关闭眼水井关闭眼水井关闭 1986 1986 年年年年,美国饮用水井中至少检出美国饮用水井中至少检出美国饮用水井中至少检出美国饮用水井中至少检出33 33 种有机化合种有机化合种有机化合种有机化合物物物物 美国地调局美国地调局美国地调局美国地调局(USGS)(USGS)对全美农村地区对全美农村地区对全美农村地区对全美农村地区1926 1926 眼生活饮眼生活饮眼生活饮眼生活饮用水井在用水井在用水井在用水井在1986