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水質(zhì)概述
作者： 來源： 日期：2014/6/1 14:55:40 人氣：63
水是地球上分布最廣的一種資源，水遍布海洋、河流、冰川、地下、大氣中，同時水也是萬物之源，我們生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、綠化、工藝生產(chǎn)都需要用水，同時隨著科學(xué)的發(fā)展水處理技術(shù)已經(jīng)成為一個獨立的科學(xué)分支，這章主要介紹水的特性及其應(yīng)用。
1.1 水資源的分布
地球上海洋和陸地上的液態(tài)水和固態(tài)水構(gòu)成了一個連續(xù)的圈層，覆蓋著3/4以上的地球表面，海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、積雪和土壤水和大氣水等水體中總量共約1.4x1019m3，如果將其平鋪在地球表面上,水層厚度可達到約3000 m深，其中海水、咸湖水、地下咸水占總水量的98%，冰川、積雪約占總水量的1.7%，可供開發(fā)利用的淡只占總水量的0.3%，約為4x1019m3，因而淡水是有限的寶貴資源。
1.2 水的特性
水的分子式為H2O，相對分子質(zhì)量為18.015，常溫下是無色、無味、無臭的透明液體，純水幾乎不導(dǎo)電。水有以下幾種特點：
1)水的狀態(tài) 水在常溫下有氣液固三態(tài)，水的融點為0℃，沸點100℃；
2)水的密度 水的密度是3.98℃時最大，為1g/m3,高于或低于此溫度時,其密度都小于1g/m3;
3)水的比熱容 幾乎在所有的液體和固體物質(zhì)中,水的比熱容是最大,同時有很大的蒸汽熱和溶解熱。
4)水的溶解能力 水有很大的介電常數(shù)，溶解能力極強，是一種很好的溶劑，溶于水中的物持可以進行許多化學(xué)反應(yīng)，而且能與許多金屬的氧化物、非金屬氧化物及活潑金屬產(chǎn)生化合作用。
5)水的電導(dǎo) 因為水是一種很弱的電解質(zhì)，能電離出少量的氫和氫氧根離子，所以即使理想的純水也有一定的導(dǎo)電能力，這種導(dǎo)電能力常用電導(dǎo)率來表示，25℃時純水的電阻率為18.3MΩ。
6)水的化學(xué)性質(zhì) 水能與金屬和非金屬作用放出氫，還能與許多金屬和非金屬的氧化物反應(yīng)生成堿或酸。
1.3 天然水體的物質(zhì)組成
天然水體在自然循環(huán)運動中，無時不與大氣、土壤、巖石、各種礦物質(zhì)、動植物等接觸。由于水是一種很強的溶劑，極易與各種物質(zhì)混雜，所以天然水體是含有許多溶解性和非溶解性的物質(zhì)、組成成分又非常復(fù)雜的一種綜合體。
1.3.1 水中雜質(zhì)的分類
從水的凈化和處理的需要，假定水中的物質(zhì)均呈球形，并按其直徑大小分成懸浮物、膠體和溶解物質(zhì)三大類：
1)懸浮物
顆粒最大的為懸浮物質(zhì)，粒徑約在10-4mm 以上，肉眼可見。這些微粒主要是由泥沙、粘土、原生動物、藻類、細菌以及有機物等組成；
2)膠體
其次為膠體物質(zhì)，粒徑在10-4~10-6 mm。膠體是許多離子和分子的集合物。天然水中的無機礦物質(zhì)膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物，有機膠體物質(zhì)主要是腐殖質(zhì)；
3)溶解物質(zhì)
顆粒最小的是離子和分子，稱為溶解物質(zhì)，粒徑[10-6mm，主要是溶解于水中的以低分子存在的溶解鹽類的各種離子和氣體。
1.3.2 天然水中的雜質(zhì)對水質(zhì)的影響
1)懸浮物質(zhì)：
泥沙、粘土：使水渾濁、產(chǎn)生粘泥
藻類及原生動物：使水有色度、有臭味、渾濁并產(chǎn)生粘泥
細菌：致病、產(chǎn)生粘泥、產(chǎn)生腐蝕
其它不溶物質(zhì)：產(chǎn)生沉積
2)膠體物質(zhì)
溶膠（如硅膠）：致使結(jié)垢
高分子化合物（如腐殖酸膠體等）：使水渾濁、產(chǎn)生吸附和沉積
3)溶解物質(zhì)：
HCO3-、CO32-、OH-：使水具有形成碳酸鹽垢的傾向，例如碳酸鈣、碳酸鎂。
SO42-：使水具有形成硫酸鹽垢的傾向,例如硫酸鈣、硫酸鋇。
Cl-：產(chǎn)生金屬腐蝕。
F-：過量可致病。
Ca2+、Mg2+：可能形成結(jié)垢。
Fe3+、Mn2+：產(chǎn)生氣味，腐蝕金屬，并可能形成氫氧化物沉淀。
CO2：降低水的pH。
O2：腐蝕金屬。
1.4 常用的水質(zhì)指標(biāo)
1.4.1 毫克/升（ppm）
毫克/升是表示水中某種物質(zhì)含量多少的單位。水的單位體積常用升表示，而水中含有的物質(zhì)的量通常采用克來表示。由于一升水的體積通常為1000克，故1毫克/升的雜質(zhì)相當(dāng)于水中含有百萬分之一份雜質(zhì)，故單位ppm在表示水中雜質(zhì)時與此相當(dāng)。
1.4.2 含鹽量、電導(dǎo)率
水的含鹽量（也稱礦化度）是表示水中所含鹽類的數(shù)量。由于溶解鹽類在水中一般以離子的形式存在，也可以表示為水中各種陽離和陰離子的量的和，其單位是mg/L。由于溶解鹽類在水中多以陰離子和陽離子形態(tài)存在。當(dāng)水中插入一對通電電極時，在電場作用下，帶電離子會產(chǎn)生定向移動，使水具有導(dǎo)電的性質(zhì)，導(dǎo)電性能的強弱就用電導(dǎo)率來表示，其單位是μs/cm。水的含鹽量越大，一般說來，電導(dǎo)率也越大，但由于不同的離子導(dǎo)電性能和質(zhì)量均不同，故含鹽量與電導(dǎo)率并無嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。
1.4.3 水的渾濁度
水中存在的懸浮及膠體狀態(tài)的微粒使水產(chǎn)生渾濁，其渾濁的程度稱為渾濁度。生活飲用水的渾濁度規(guī)定不可超過5度。
1.4.4 水的硬度
水中的鈣離子與鎂離子同一些陰離子結(jié)合在一些，在水加熱或濃縮時可能形成水垢。水中的鈣與鎂的含量和就是水的硬度。用mmol/L表示。通常也表示成等分子數(shù)量的CaCO3的質(zhì)量濃度，單位為mg/L CaCO3。
1.4.5 水的堿度
水的堿度是指水中能夠接受[H+]與強酸進行中和反應(yīng)的物質(zhì)含量。在天然水中，堿度主要由HCO3-的鹽類組成。單位為mmol/L。通常也表示成等分子數(shù)量的CaCO3的質(zhì)量濃度，單位為mg/L CaCO3。
1.4.6 水的pH值
水的pH值是表示水中氫離子濃度的負對數(shù)值，表示為 pH= - Lg [H+]
氫離子的濃度是水的酸堿性的標(biāo)志，當(dāng)H+的濃度為10-7mol/L時，水呈中性。H+越多，水的酸性越強，反之水的堿性越強。對應(yīng)pH表示即為當(dāng)pH為7時，水呈中性。當(dāng)pH為0-7時，水呈酸性，為7-14時，水呈堿性。
1.1 水資源的分布
地球上海洋和陸地上的液態(tài)水和固態(tài)水構(gòu)成了一個連續(xù)的圈層，覆蓋著3/4以上的地球表面，海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、積雪和土壤水和大氣水等水體中總量共約1.4x1019m3，如果將其平鋪在地球表面上,水層厚度可達到約3000 m深，其中海水、咸湖水、地下咸水占總水量的98%，冰川、積雪約占總水量的1.7%，可供開發(fā)利用的淡只占總水量的0.3%，約為4x1019m3，因而淡水是有限的寶貴資源。
1.2 水的特性
水的分子式為H2O，相對分子質(zhì)量為18.015，常溫下是無色、無味、無臭的透明液體，純水幾乎不導(dǎo)電。水有以下幾種特點：
1)水的狀態(tài) 水在常溫下有氣液固三態(tài)，水的融點為0℃，沸點100℃；
2)水的密度 水的密度是3.98℃時最大，為1g/m3,高于或低于此溫度時,其密度都小于1g/m3;
3)水的比熱容 幾乎在所有的液體和固體物質(zhì)中,水的比熱容是最大,同時有很大的蒸汽熱和溶解熱。
4)水的溶解能力 水有很大的介電常數(shù)，溶解能力極強，是一種很好的溶劑，溶于水中的物持可以進行許多化學(xué)反應(yīng)，而且能與許多金屬的氧化物、非金屬氧化物及活潑金屬產(chǎn)生化合作用。
5)水的電導(dǎo) 因為水是一種很弱的電解質(zhì)，能電離出少量的氫和氫氧根離子，所以即使理想的純水也有一定的導(dǎo)電能力，這種導(dǎo)電能力常用電導(dǎo)率來表示，25℃時純水的電阻率為18.3MΩ。
6)水的化學(xué)性質(zhì) 水能與金屬和非金屬作用放出氫，還能與許多金屬和非金屬的氧化物反應(yīng)生成堿或酸。
1.3 天然水體的物質(zhì)組成
天然水體在自然循環(huán)運動中，無時不與大氣、土壤、巖石、各種礦物質(zhì)、動植物等接觸。由于水是一種很強的溶劑，極易與各種物質(zhì)混雜，所以天然水體是含有許多溶解性和非溶解性的物質(zhì)、組成成分又非常復(fù)雜的一種綜合體。
1.3.1 水中雜質(zhì)的分類
從水的凈化和處理的需要，假定水中的物質(zhì)均呈球形，并按其直徑大小分成懸浮物、膠體和溶解物質(zhì)三大類：
1)懸浮物
顆粒最大的為懸浮物質(zhì)，粒徑約在10-4mm 以上，肉眼可見。這些微粒主要是由泥沙、粘土、原生動物、藻類、細菌以及有機物等組成；
2)膠體
其次為膠體物質(zhì)，粒徑在10-4~10-6 mm。膠體是許多離子和分子的集合物。天然水中的無機礦物質(zhì)膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物，有機膠體物質(zhì)主要是腐殖質(zhì)；
3)溶解物質(zhì)
顆粒最小的是離子和分子，稱為溶解物質(zhì)，粒徑[10-6mm，主要是溶解于水中的以低分子存在的溶解鹽類的各種離子和氣體。
1.3.2 天然水中的雜質(zhì)對水質(zhì)的影響
1)懸浮物質(zhì)：
泥沙、粘土：使水渾濁、產(chǎn)生粘泥
藻類及原生動物：使水有色度、有臭味、渾濁并產(chǎn)生粘泥
細菌：致病、產(chǎn)生粘泥、產(chǎn)生腐蝕
其它不溶物質(zhì)：產(chǎn)生沉積
2)膠體物質(zhì)
溶膠（如硅膠）：致使結(jié)垢
高分子化合物（如腐殖酸膠體等）：使水渾濁、產(chǎn)生吸附和沉積
3)溶解物質(zhì)：
HCO3-、CO32-、OH-：使水具有形成碳酸鹽垢的傾向，例如碳酸鈣、碳酸鎂。
SO42-：使水具有形成硫酸鹽垢的傾向,例如硫酸鈣、硫酸鋇。
Cl-：產(chǎn)生金屬腐蝕。
F-：過量可致病。
Ca2+、Mg2+：可能形成結(jié)垢。
Fe3+、Mn2+：產(chǎn)生氣味，腐蝕金屬，并可能形成氫氧化物沉淀。
CO2：降低水的pH。
O2：腐蝕金屬。
1.4 常用的水質(zhì)指標(biāo)
1.4.1 毫克/升（ppm）
毫克/升是表示水中某種物質(zhì)含量多少的單位。水的單位體積常用升表示，而水中含有的物質(zhì)的量通常采用克來表示。由于一升水的體積通常為1000克，故1毫克/升的雜質(zhì)相當(dāng)于水中含有百萬分之一份雜質(zhì)，故單位ppm在表示水中雜質(zhì)時與此相當(dāng)。
1.4.2 含鹽量、電導(dǎo)率
水的含鹽量（也稱礦化度）是表示水中所含鹽類的數(shù)量。由于溶解鹽類在水中一般以離子的形式存在，也可以表示為水中各種陽離和陰離子的量的和，其單位是mg/L。由于溶解鹽類在水中多以陰離子和陽離子形態(tài)存在。當(dāng)水中插入一對通電電極時，在電場作用下，帶電離子會產(chǎn)生定向移動，使水具有導(dǎo)電的性質(zhì)，導(dǎo)電性能的強弱就用電導(dǎo)率來表示，其單位是μs/cm。水的含鹽量越大，一般說來，電導(dǎo)率也越大，但由于不同的離子導(dǎo)電性能和質(zhì)量均不同，故含鹽量與電導(dǎo)率并無嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。
1.4.3 水的渾濁度
水中存在的懸浮及膠體狀態(tài)的微粒使水產(chǎn)生渾濁，其渾濁的程度稱為渾濁度。生活飲用水的渾濁度規(guī)定不可超過5度。
1.4.4 水的硬度
水中的鈣離子與鎂離子同一些陰離子結(jié)合在一些，在水加熱或濃縮時可能形成水垢。水中的鈣與鎂的含量和就是水的硬度。用mmol/L表示。通常也表示成等分子數(shù)量的CaCO3的質(zhì)量濃度，單位為mg/L CaCO3。
1.4.5 水的堿度
水的堿度是指水中能夠接受[H+]與強酸進行中和反應(yīng)的物質(zhì)含量。在天然水中，堿度主要由HCO3-的鹽類組成。單位為mmol/L。通常也表示成等分子數(shù)量的CaCO3的質(zhì)量濃度，單位為mg/L CaCO3。
1.4.6 水的pH值
水的pH值是表示水中氫離子濃度的負對數(shù)值，表示為 pH= - Lg [H+]
氫離子的濃度是水的酸堿性的標(biāo)志，當(dāng)H+的濃度為10-7mol/L時，水呈中性。H+越多，水的酸性越強，反之水的堿性越強。對應(yīng)pH表示即為當(dāng)pH為7時，水呈中性。當(dāng)pH為0-7時，水呈酸性，為7-14時，水呈堿性。
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