2第二章-水的特性与水体污染-第一节-水的特性-

第二章水的特性与水体污染第一节水的特性一、水的物理特性二、水的化学特性三、水的生物学特性四、水质判别指标一、水的物理特性（一）水的热学和溶解性质密度：3.98℃时最大，水体在冻结时从水面开始，防止连底冻结，造成季节性温度分层热容：高于除氨外的一切固体和液体，影响气候要素的差异透光性：对可见光有相当好的穿透力，影响水生植物光合作用溶解性质：有机、无机化合物皆能溶，对生命过程和地质化学过程都非常重要分子式:H2O键角:104°31′键长:0.9568Å具有极性，在自然界，水不完全是单水分子H2O，而多以水分子聚合体形式存在。具有奇异的物理、化学和生物特性，并影响地球物质循环和生物繁衍。水分子结构水的物理化学特性1、水的组成和结构水由一个氧原子、二个氢原子组成，H2O相对分子质量为18（氢：11.1%；氧：88.9%）氢的同位素：2H、3H（忽略为数甚少的3H）氧的同位素：17O、18O1H、2H与16O、17O、18O相结合，可得9种水分子相对分子质量由18到22，即1H1H16O、1H2H16O、2H2H16O1H1H17O、1H2H17O、2H2H17O1H1H18O、1H2H18O、2H2H18O水分子结构用x射线研究得出：偶极分子(靠O一端带负电荷、靠H一端带正电荷)偶极距u：定量表征分子的极性偶极长l：偶极分子的正电荷重心和负电荷重心的距离（m）u=l•ee——单位电荷：0.16022×10–18库仑水分子的偶极长为0.386×10–10米(即0.386A)其偶极距为0.386×10–10×0.16022×10–18=6.18×10–28库•米偶极性大小决定着分子对其它物质的分子的引力，水分子的偶极距比其他物质的分子都要大些，所以水分子的极性大，它可将溶解在水溶液中的离子包围住，形成水化离子，具有溶解许多物质的性能HHO104.6º键+–2、水的缔合现象由简单水分子结合而成的较复杂的水分子(H2O)x，但不引起化学性质的改变，称分子的缔合xH2O(H2O)x常见的是二分子(H2O)2和三分子(H2O)3在0º附近：水主要以三分子(H2O)3状态存在在4º附近：水主要以二分子(H2O)2状态存在在水蒸汽中，全部以单分子水状态存在由于二分子水的结构比单分子、三分子都紧密，因此水在4º时的密度最大。HO—H······O—HHHO—HH—OH：：不同温度下缔合水分子含量冰水＜00C00C40C380C980CH2O419202936(H2O)24158595051(H2O)35923212113（二）天然水物理性质评价天然水物理性质的常用分析项目项目略号或定义用途色度淡褐色、灰色、黑色评价有无污水混入嗅、味MDTOC确定不良气味是否影响用水浊度NTU评价水的透彻度总固体物TS评价水对生活工农业用水的适用性可沉降固体mg/L用于设计沉降池温度℃用于设计生物法水处理设施电导率(25℃)估算水中总溶解固体总量或检查水分析报告1.水色水色是水体对光的选择吸收和散射作用的结果，自然界水体的水色，是由水体的光学性质以及水中悬浮物质、浮游生物的颜色所决定的。在水质分析中，溶于水中物质的颜色叫“真色”。2.嗅、味腐败的有机物质和水生微生物或细菌的厌氧分解所产生的H2S、NH3等气体，发出难闻的臭气，气味一般只能用鼻子感觉来描述；清洁的天然水是无味的，当水中溶有较多致味物质时，水会有各种味道。3.浑浊度水的浑浊度是一种光学效应，指水中悬浮物和胶体物对光线穿透的阻碍程度，表示水层对光线散射和吸收的能力。浑浊度与水流紊流搅动强度直接相关，枯水季节浊度较小，洪水季节浊度变大。通常用“硅单位”来表示浊度。4.水温水温影响化学反应速度和水体自净能力。气体在水中的溶解度随水温上升而下降，矿物质在水中的溶解度多数随水温上升而升高。水温影响水在工农业生产中的使用。5.固体物质水中固体物质是除气体以外的主要污染物质，对水体质量影响极大。固体物质按其颗粒大小可分成：悬浮物质、胶体物质、溶解物质（离子和分子）。溶解性固体、胶体和悬浮状固体之和叫做总固体物。6.电导率水的导电能力与其中含有的离子种类和浓度有关，水的导电能力的强弱程度就称为电导率，以µs/cm计。水溶液的电导率计算公式：EC=∑Cifi（25℃时）二、水的化学特性1.天然水化学成分的形成过程大气圈：盐分、火山喷出物、大气污染物和NO和NO2等地表：酸性雨水淋滤土壤的易溶盐类，增加有机物质和改变水中的气体成分水中化学成分的进一步改变，决定于水在地球上进行复杂循环中所遵循的途径2.水的化学成分3.水的pH值水是极弱电解质，水能电离成H+和OH-，水离解反应：纯水中：故纯水的pH=7。pH值大于7时，溶液呈碱性；pH值小于7时，溶液呈酸性。OHHOH2LmolOHH/10][][7（22℃时）天然水体的pH值主要取决于其中溶解的CO2和HCO3-，根据碳酸的一级电离：溶解的CO2可近似用[H2CO3*]表示，则当水中溶有CO2时应显酸性：4.水的硬度在淡水中，硬度是指钙离子和镁离子的定量量度，通常用碳酸钙当量浓度来表示。硬度可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种，在加热情况下，碳酸盐很易分解成CaCO3和CO2，使硬度降低，故碳酸盐硬度又称暂时硬度；非碳酸盐硬度是碱土金属的强酸盐，在加热中不能沉淀，故又称永久硬度。5.水中溶解的气体水中溶解的气体有N2、O2、CO2、H2S、NH3和CH4。浓度与气体在水中的溶解度、气体在液体上部大气中的分压、水温、水的纯度等有关。水中溶解的CO2主要来自有机物分解或水生生物呼吸作用以及大气的CO2溶入。地表水中CO2浓度一般不超过20～30mg/L，地下水则在15～40mg/L之间。水中溶解的CO2与水中碳酸盐构成平衡体系，超过平衡量的部分称作侵蚀性二氧化碳，对水工建筑物很强的侵蚀作用。6.水中的微量元素微量元素是指在水中含量小于10mg/L的元素，比较重要的有氟、溴、碘、铜、锌、铅、钴、镍、钛、金、砷、硼、汞、镉和放射性元素铀、镭、氡等。一般天然水中氟的含量很低。在河流、湖泊中，氟含量通常不到十分之几毫克每升；在地下水中，氟含量则为1mg/L左右；在某些矿泉水中可能有更高的含量。当水中氟的含量超过1mg/L时，长期饮用会产生斑齿症，但如果饮用水中氟的含量过低，则又会引起龋齿病。汞在河水中含量为1.0µg/L，海水中含量为0.3µg/L，温泉水中含量为0.1～0.5µg/L，温泉沉淀物中含量为2.0µg/L，雨水中含量为0.2µg/L，工业城市雨水中的含量为0.5～4.8µg/L。7.水中的有机物水中的有机物主要是由碳、氢、氧所组成，同时含有少量的氮、磷、硫、钾、钙等其它元素，它们大部分呈胶体状态，部分呈真溶液状态，部分呈悬浮状态，其来源有：（1）来自水体之外的有机物：土壤腐殖质；生活污水、牲畜栏污水、农田退水中的有机物（2）来自水体中的有机物：水生生物死亡形成的有机化合物三、水的生物学特性（一）水生物分类1.微生物微生物是指水中的病毒、细菌、真菌（霉菌和酵母菌）和放线菌及体型微小的藻类和原生动物。细菌：繁殖快、数量多、具有强烈的生物化学反应能力，引起水体污染或水体自净，可作为水质优劣的指示生物。2.浮游生物浮游生物包括浮游植物和浮游动物两类：（1）藻类（浮游植物）当藻类在水库、湖泊、海湾中大量繁殖时，会使水带有臭味，有些种类还会产生颜色（水华、赤潮）;藻类光合作用放出的氧气可以氧化分解水中的有机污染物，净化污水。（2）浮游动物浮游动物是指悬浮在水中的水生动物，在生态系统研究中占重要地位的一般有原生动物，轮虫，枝角类和桡足类等。原生动物：单细胞动物，个体很小，营好氧或兼性异养，重要成员有变形虫，草履虫等。轮虫：简单的多细胞动物，头部有纤毛，个体甚小，能大量吞食细菌和有机物质，本身又是鱼类的主要食料。枝角类：以藻类和原生动物为食料，生长繁殖极快。桡足类：数量繁多，以浮游植物、有机碎屑或者比其更小的浮游生物为食饵，是生态系中能量传递的关键之一。3.水底生物水底生物是生活在水底部的各种动、植物的统称，是个庞大的生态类群，按其生存的场所和生活方式不同，可分成固着生物、附着生物、底栖生物和水底活动生物4类：固着生物：水草的叶面可以吸附尘埃，净化水体，吸收氮、磷等养料，防止水体的富营养化。附着生物：包括多种藻类和小型动物。底栖动物：包括蠕虫、水蚯蚓、水生昆虫、摇蚊幼虫等，在水污染生物监测和评价中作为指示生物。水底活动生物：包括虾、蟹、某些水昆虫和习惯于水底生活的鱼类。（二）生态系统生态系统是指生物和它所在周围环境所组成的具有一定结构和功能，并有一定自我调节能力和相对稳定的综合系统。四、水质判别指标浑浊度：由泥砂、胶体物、有机物、微生物等造成，是衡量水质污染程度的重要指标。漂浮物：石油污染，毒性，破坏生物的正常生活环境，造成生物机能障碍等。溶解性总固体：主要包括碳酸盐、重碳酸盐、氯化物和磷酸盐，钙和钾的硝酸盐，改变水的物理和化学性质。合成洗涤剂：主要来自生活污水和工业废水，能使水起泡沫和具有异味。汞：包括各种溶解质的有机汞和无机汞，汞可在体内蓄积，长期摄入可引起慢性中毒。大肠菌群：大肠菌群含量可表明水体被粪便污染的程度，并且间接地表明肠道病菌存在的可能，以及对人体健康具有潜在危险性。fin…