水化学知识读书笔记-陈满祥水文水资源论文续集

有关水化学知识读书笔记

一、天然水的化学成分

1.天然水中最主要的成分：Cl⁺，SO₄⁺+，HCO₃⁺，CO₃⁺+；Na⁺,K⁺,Ca⁺⁺,Mg⁺⁺,H⁺O₂，CO₂,H₂S.

2.形成条件：

①决定于与水接触的物质和溶解度，同时决定于作用进行的条件。

②有化学作用，化学物理作用，生物化学作用，纯物理作用等。

③在间接作用因素中，气候起着最主要的作用。

3.溶解气体：①O₂富集条件：空气，光合作用；减少条件：逸出，呼吸。天然水中O₂的含量：变动于0～14mg/L。

②CO₂；

a.99%以溶解分子形式存在

b.当H⁺浓度很小时（pH＞8.5），CO₂含量非常之小，可以忽略不计

c.CO₂减少的因素：逸出，溶解碳酸盐，光合作用。

d.天然水中CO₂含量由几十分之一至几百mg/L，低含量在海水中，高含量在地下水中。

e、河湖中CO₂含量小于20～30mg/L

4、氢离子浓度

①若[H⁺]=10^-7克离子/升PH=－Lg[H⁺]=7为中性反应

PH＞7为碱性PH＜7为酸性。[H⁺]为氢离子浓度

②[H⁺]决定CO₂与HCO₃′及CO₃″之对比

与CO₃″成正比，PH小；与HCO₃′成反比，PH大.

③天然水PH值6.5—8.5

④Mg⁺⁺与HCO₃′的近似关系

HCO₃′（毫克当量/升）Mg‥

1　（61mg/L）　0.2

2 　　　　　　 0.6

3 　　　　　　 1.05

4 　　　　　　 1.60

5 　　　　　　 2.25

6 　　　　　　 3.00

5.天然水中的主要离子

①氯离子：氯离子与其他离子比较起来应当放在第一位，变化很大，沼泽水最小，海水最多，最高含量可达170g/L。

一般水中[Cl′]与[Na⁺]应该大体相等，高矿化水中[Cl′]＞[Na⁺]

②硫酸根离子：

低矿化水中SO₄″＞Cl′

高矿化水中Cl′＞SO₄″

干旱地区SO₄″可高达数千mg/L

天然水中由于Ca⁺⁺的存在，而受到限制，一般最高达1.4g/L

一般情况[SO₄″]＜[Ca⁺⁺]

③碱金属离子

Na⁺最多K⁺很少Na⁺在阳离子中占第一位，它是表征高矿化水的，反之，含量较少。

K⁺一般为Na⁺的4%～10%。

④钙镁离子

Ca‥和Mg⁺⁺在天然水中仅次于Na⁺

低矿化水中以Ca⁺⁺为主，高矿水中以Mg⁺⁺为主。

天然水中Ca⁺⁺很少超过1g/L,在高矿化水中Mg⁺⁺可达数g/L

当矿化度小于500mg/L，Ca⁺⁺:Mg⁺⁺→4:1～2:1

当矿化度为1000mg/LCa⁺⁺:Mg⁺⁺→2:1～1:1

再大时，Mg⁺⁺＞＞Ca⁺⁺

⑤重碳酸根及碳酸根离子

HCO₃′,CO₃″是弱矿化水中的主要离子，当溶液呈碱性时，

H₂CO₃＜HCO₃′;反之则H₂CO₃＞HCO₃′

H₂CO₃——包含CO₂及CO₃″二成分

HCO₃′含量与H⁺成反比，当PH值小于4时，HCO₃′非常小，甚至可以略而不计。

以Ca⁺⁺为主的天然水中，HCO₃′不多，一般小于250mg/L

Ca⁺⁺与HCO₃′含量成正比。

以Ca⁺⁺为主的水中，CO₃″不会超过几mg/L，PH小于8.3时，CO₃″含量可以忽略不计。

H₂CO₃,CO₃″,HCO₃′与PH关系。

在天然水中，HCO₃′可高达180mg/L～240mg/L

⑥硫氰酸化合物

水中有几mg/L，即可有味。

6.生物生成物质

①氮的化合物

NH₄′NO₂′NO₃′

其含量NH₄′一般为百分之几mg/L

NO₂′百分之几——千分之几mg/L

NO₃′含量十分之几～百分之几mg/L

②磷的化合物

HPO₄″，H₂PO₄′，PO₄′′′

含量在十分之几——百分之几mg/L

③铁的化合物：Fe⁺⁺,Fe⁺⁺⁺

Fe⁺⁺⁺含量十分之几—百分之几mg/L

Fe⁺⁺一般小于1mg/L

④硅的化合物：H₂SiO₂,HsiO₂′,前者在一般水中含量较后者为多。一般含量十分之几——10mg/L,在弱矿化水中硅占比重较大，不容忽视。

.天然水中的有机物，用干涸残余物与灼热损失法求之。

二、矿化度

指水样加热180℃，蒸烘干后称得之可溶性固体的重量，用S‰表示（g/L），即含盐度。通常用实测离子总量代之。

海水含盐度一般34.5‰，

含氯度——1000g水中所含氯离子的总克数，用Cl′‰表示。一般海水含氯度19.1‰

三、水的分类法

1.按矿化度分类

淡水＜1000mg/L　　盐化水1—25g/L

海水25—50g/L　　　盐水＞50g/L

2.舒卡列夫分类法；按6种离子的组合来分类，

6种离子为：Na⁺,Ca⁺⁺,Mg⁺⁺;Cl′,SO₄″,HCO₃′

共分49类

3.O﹒A﹒阿列金分类法：

按阴离子分三类：HO₃′+CO₃″，SO₄″，Cl′(www.xing528.com)

按阳离子分三组：Ca⁺⁺,Mg⁺⁺,Na⁺

按毫克当量对比分三型：第一型：HCO₃′＞Ca⁺⁺+Mg⁺⁺,多为低矿化水。

第二型：HCO₃′＜Ca⁺⁺+Mg⁺⁺＜HCO₃′+SO₄″,属低中矿化水.

第三型:HCO₃′+SO₄″＜Ca⁺⁺+Mg⁺⁺或CI′＞Na⁺,强矿化水,地下水属之。

第四型:HCO₃′=O为酸性水，在碳酸类水中无此型水。

四、水化学成分在自然界的动态。

1、大气降水

正常平均状况：Cl′；5.46mg/L,SO₄″:9.17,HCO₃′:18.2,

NO₃′:1.70Na.⁺5.12,Ca⁺⁺:4.82,Mg⁺⁺:1.74,NH4′:0.21

计46.4mg/L

偏湿偏冷地区：Cl′:3.62,SO₄″:4.66,HCO₃′:12.45.Na⁺:2.30,

Ca⁺⁺:3.21,Mg⁺⁺:1.33计27.57mg/L

雪水含量较雨水为小。

2.河水矿化度

①由离子总量划分为四级；

弱矿化水　　＜200mg/L

中等矿化水　200～500mg/L

强矿化水　　500～1000mg/L

高矿化水　　＞1000mg/L

雪水补给河流矿化度小

②矿化度年变化；主要由地下水补给的枯水期矿化度高；洪不期河水矿化度小。

③各种离子之间的关系（比例）

低矿化度时，各离子与离子总量呈直线关系如图，大于500mg/L以上时呈曲线关系。高矿化水中Ca‥含量次于Na.

3.生物生成物动态

①NO₃′含量0.1～0.5mg/L(未污染河流)

污染的河水，城市污水，含量5mg/L～10mg/L

②NO₂一般含量少得多，0.01mg/L,污染河中增高到0.05mg/L,再高就很少见了。

③NH4′　＜0.1mg/L,最高至1mg/L(污染水)

④P　　　＜0.05～0.1mg/L

⑤Fe一般＜1.0～10.0mg/L

⑥Si2～6mg/L

4.有机物质动态

耗氧量2mg/L～30mg/L，2是极低的，30是极高的。

溶解气体O₂:5～10mg/L夏低冬高

CO₂20mg/L～30mg/L冬高夏低

5.溶质径流

①离子径流：苏联河流的离子径流：计算公式

P=A.m.C　　 M—径流模数　C矿化度

　　　　　　A—换算系数　P离子径流（t/km²）

向大西洋流域平均21t/km²，向北冰洋流域13.4t/km²

向太平洋流域12.1t/km²，里海25t/km²，咸海53.4t/km².

②河水的平均化学成分在某流域，既定时期内具有一定的恒定性。

③结冰的矿化度，河冰的矿化度一般为河水的1/5，所以苦水河流地区，冬季打河冰，可以解决饮水困难问题。

五、研究水化学成分在实际中的应用

1.饮用水的标准

矿化度：300mg/L～400mg/L　　最好的饮用水

　　　　500mg/L～1000mg/L　 良好的饮用水

　　　　1000mg/L～2000mg/L　尚可饮用

　　　　2000mg/L～2500mg/L　极限

2.硬度：用Ca⁺⁺、Mg⁺⁺的和表示

H=Ca⁺⁺+Mg⁺⁺(硬度)，1mg当量=2.8德国度。

极软水＜1.5mg当量，软水1.5～3.0mg当量

中硬水3～6mg当量，硬水6～9mg当量

极硬水＞9mg当量

3.工业用水——主要为锅炉用水、冷却水及其他

暂硬度为HCO₃′的毫克当量数

一般锅炉用水要求硬度＜2～6mg当量

4.灌溉用水

①正常允许含量＜1g/L

②极限允许1.5～3.0g/L(排水良好)

③HCO₃′＞Ca⁺⁺+Mg⁺⁺,为有害水，具弱碱性，使土壤结碱。

④灌溉系数（或碱性系数）

按以下三类公式计算：

第一类Ka=

第二类Ka=

第三类Ka=

评定标准：Ka＞18　水质良好

Ka:6～18　　　　　水质适宜

Ka:5.9～1.2　　　 水质不宜

Ka:＜1.2　　　　　水质坏

5.天然水中的生物作用

①鱼类能生存的最高含盐度60‰

②含O₂量　一般6～12mg/L

　　　　　　＜3mg/L　不适宜

　　　　　　＜1mg/L　死亡

6.耗氧量

生物耗氧量（BOD），代表可为微生物分解之有机物含量。化学耗氧量（COD），代表水中有机物含量，反映水体耗氧量物质的综合指标。

一、二级标准均＜5mg/L

河水溶解氧的含量是反映水体污染状态的一个重要指标，溶解氧的浓度变化过程反映了河流自净过程。如果水中有机物含量太多，溶解氧消耗太快，大气氧来不及供应，则消耗殆尽，河流出现无氧状态，有机物分解就从有氧分解转为无氧分解，水质就恶化，甚至黑臭。

河道曝气工程是治理河流黑臭非常有效的办法。

7.水的富营养化

自然水体由贫营养到富营养（主要指氮、磷含量的多少）是一个很长的过程。人类活动造成富营养，使水体过分肥沃，致使藻类过量繁殖，水面会出现大量的藻类植物，形成“水华”，海面上为“赤潮”。

藻类死亡，在腐败、被分解过程中要消耗大量的溶解氧，使水体恶臭。

营养元素氮、磷中起主要作用的是磷，只有限制水体中的磷含量，才能防止水体的富营养化。

富营养化是一种严重的水环境污染，洗涤剂是磷的主要来源。