水域环境复习资料.doc

一、天然水的基本特征 （一）水的结构 气态水是以单分子形式存在的它是由一个氧原子和两个氢原子组成，氢 氧原子间的键长均为 0.096nm(10-10m)，其键角为 105℃这与 SP3 杂化轨道理 论计算极为一致（104.5℃） ，这些结构使得水分子具有显著的电偶极矩氧原子与氢原子具有较强极性的共价键，同时本身具有两个孤电子对，水 分子之间可以通过氢键相互缔合在一起，使水具有许多特殊的物理性质冰是水的一种形态，其结构与形成条件有关普通冰具有(石英)的晶2SiO体结构除了普通冰外，已知在大于 2000 kg/cm2压力下有 5 种形式的冰是稳定 的，但是这些冰在自然界中并不存在 早在 1829 年就提出用水分子缔合程度的变化解释水的性质的理论，后来出 现了 X 光衍射试验结果证明的笼式结构理论现在，液体水结构的新理论还在 不断地发展，提出了许多模型在这些模型中，最可接受的模型认为液体水是 由氢键结合成的水分子簇和游离的水分子组成的混合物这种水分子簇既能生 成又能分解，它们的半衰期为 10-12到 10-1秒二）天然水的物质与背景值 天然水从本质上看，应该属于未受人类排污影响的各种天然水体中的水。

这种水目前的范围在日益减少，只有在河流的源头、荒凉地区的湖泊、深层地 下水、远离陆地的大洋等处，才可能代表或近似代表天然水质的天然水尽管 如此，我们仍可以从这样的天然水中发现一些有用的规律 水是自然界最好的溶剂，天然物质和人工生成的物质大多数可溶解在水中因此可以认为，自然界并不存在由组成的“纯水” 在任何天然水中，都OH2含有各类溶解物和悬浮物，并且随着地域的不同，各种水体中天然水含有的物 质种类不同，浓度各异，但它却代表着天然水的水质状况，故称其为天然水背 景值，或水环境背景值从水循环来看，天然水是在其循环过程中改变了其成分与性质的在太阳 辐射的热力作用下，由海洋水面蒸发的水蒸气，虽接近纯水，但它在空中再凝 结成雨滴时，则需要宁结核在大气中可作凝结核的物质有海盐微粒、土壤的盐分、火山喷出物和大气放电产生的和等因此，从雨水开始天然水NO2NO已含有各种化学成分，如、、、、、、、Cl2 4SO2 3CO 3HCO 3NO2Ca2Mg、、等雨水补给到各水体中，其化学成分会进一步增多 4NHIBr(以下小字体部分为扩大学生知识面，讲课时候适当提及)天然水按化学组成的分类方法很多，前苏联学者 AлëkИH 提出三级分类 法。

在美国应用的是经 Gorbert 等修正的 Piper 多三角形分类法这里只着重介 绍 AлëkИH 法和 Gorbem-Piper 的多三角形分类法AлëkИH 提出按天然水中主要阴离子和阳离子的类别以及离子间毫克当量比例的差异为原则进行水化学分类天然水按主要阴离子可以分成三类:重碳酸盐-碳酸盐水(HCO 十 CO)、硫酸盐水(SO)及氯化物水(Cl—)每一类水3 2 32 4再按主要阳离子又可分成 Ca 组、Na 组及 Mg 组每一组又根据离子间的毫克当量比例分成三型第 I 型特点是离子毫克当量比例的顺序为 HCO > 3Ca2++Mg2+，这种水含有大量的 Na+和 K+，它的矿化度不大第Ⅱ型水的特点是 HCO Na+，洋水和海水都属这一型水第Ⅳ型水的特点是酸性水， HCO 的当量为3零碳酸盐类水中无Ⅳ型水，它仅存在于硫酸盐和氯化物两类的钙组与镁组水 中通常用相应的阴离子的英文名称的第一个字母表示水的类型，在字母上标 用阳离子的元素符号表示该水属哪一组，在下标用罗马数字表示型例如(C表示此种水为重碳酸盐类钙组Ⅱ型水又如东湖春夏为 C型水，秋末冬初Ca Ca 为 C型水。

Na Piper 图解法是利用代表阳离子与阴离子的两个三角形和一个菱形表示天然水 化学类型，经 Gorbert 修改后，多三角形图解法是对左、右两个三角形分别连 接每边的中点，使每个三角形等分为 4 个小三角形，除中间的三角形为无优势 离子区外，其他三角形则代表不同水型的区域这样根据毫克当量百分数点所 在的区域，就能很容易地命名水的化学类型1 号水样为 Na-Cl 型水如果阴 离子点或阳离子点落在中间小区，表示在该水样中没有超过 50%的优势阴离子 或优势阳离子，其命名根据阴、阳离子点的位置及两个相对占优势的阴离子与 阳离子，利用四离子命名法三）水库 水库是人类为了调节径流、改善河流航行条件、利用水力和供水等目的而 兴建的人工湖泊水库的环境条件与天然湖泊有许多相似之处，但仍保留某些 河流特征，因此，水库是个半河、半湖的人工水体 水库的特点是水位不稳定，浑浊度大，以致生产力往往低于天然湖泊水 库兴建后，淹没区的植被沉入水底，腐败分解；由于土壤的浸渍作用、岩石的 溶蚀作用，库水矿化度、溶解气体和营养物质等与原来河水有很大的变化，其 趋势是逐渐接近湖水水质状况，但库水交换频率高于湖水如果交换频率高， 其水质状况接近河水；反之，则接近湖水。

此外，水库的热量、溶解氧和营养 物收支与水库排水方式密切相关如果输水孔设在水坝底部，则排出的水温度 低、营养物丰富、溶解氧较少，而营养物缺乏和溶解氧充足的水留在库中，这 不仅使水库失去必需的营养物，导致生产力降低，而且对下游地区产生多方面 的不利影响如果水库设表孔排水，则其结果与设底孔排水相反，而与天然湖 泊相同重金属类污染物随着工农业生产的发展，汞、镉、铜、铅等重金属的用途越来越广，需要 量日益曾加但与此同时，这些重金属对海洋造成的污染也随之日益严重，全 世界有名的“公害病”-水俣病和骨痛病就是分别由汞污染和镉污染引起的 通常将比重大于五的金属称为重金属砷是非金属，但是它的毒性及某些 性质类似于重金属，所以将砷对水域的污染列入重金属污染其中 重金属的主要污染为工业污水、矿山污泥和废水以及被污染的大气工业 污水和矿山废水多通过河流间接或直接排入海洋；进入大气中的重金属，除一 小部分被搬运到外海和远洋外，大部分沉降在工业集中的沿海区域，因此，近 岸海区，特别是工矿企业集中的海湾和河口区域，污染最为严重 各种重金属对生物的影响取决于该元素的化学性质和生物的种类一般说 来，各种海洋生物对重金属都具有较大富集能力，某些生物体内重金属的含量 和周围海水相比，可以提高几倍、几十倍，甚至十几倍。

由于生物的浓缩(特别 是生物使某些重金属化学性质的转变)和食物链的传递，鱼、贝类体内重金属的 含量大为增加因此，人类食用海产品以后可能有较多的重金属进入体内并造 成危害据统计，到目前为止因食用含有汞和镉的海产品而患水俣病和骨痛者， 已达数万人 （1）汞的来源水中汞污染物的来源可追溯到含汞矿物的开采、冶炼、各种汞化合物的 生产和应用领域，因此在冶金、化工、化学制药、仪表制造、电气、术材加工、 造纸、油漆颜料、纺织、鞣革、炸药等工业的含汞生产废水都可能是环境水体 中汞的污染源值得注意的是氯碱工业中由水银电极电解工段中排出的水中含 有较高浓度的汞 据估计，目前每年进入世界海洋中的汞有一万多吨，其中约五千吨是来自 煤炭和石油的燃烧，约二百吨来自汞岩石的自然风化它们进入海洋的主要途 径主要是工业含汞废水的注入、汞制剂农药的流失和含汞废气的沉降 ①工业含汞废水的注入全世界生产的汞，有百分之九十用于工业据报道，工业生产中至少 有八十项工艺需要用汞作原材科或催化剂在国外，最主要的用汞工业有制氯 和制碱，纸浆和造纸塑料、电力、制药、油漆、金属精练以及核废物处理等 工业生产中损耗的汞，绝大部分随废水流出，由河流携带或直接由下水道 排放入海。

估计，全世界每年通过这一途径入海的汞约占工业用汞总量的一半②汞制剂农药的流失 目前，全世界每年约有一千吨汞用在农业上，主要是配制各种汞制剂农药， 如灭菌剂和杀虫剂等 在施药过程中，一部分汞因挥发逸入大气并随风漂移然后有一部分随雨 水或降尘注入海洋散落在植物或地面上的汞最后也将有一部分挥发或由于雨 水的冲刷而被携带入地表径流 ③含汞废气的沉降 煤和石油等矿物燃料，均含有数量的汞在燃烧过程中，所含的汞即随烟尘 逸入大气其中大部分随大气漂移并最终沉降入海 据估计，全世界每年由于烧煤而进入海洋中的汞有三千吨如果再加上石 油的燃烧，总量将达五千吨此外，含汞的矿渣和矿桨，也将一部分汞带入海 洋总之，全世界每年因人类活动而进入海洋中的汞达一万吨左右，比目前世 界汞的年产量还多 汞在海洋中的分布很不均匀由河流或工厂排入海洋中的汞几乎全部集中 在沿岸海区由大气搬运的虽能到达外海和远洋，但沿岸海区的沉降量比外海 和远洋要高得多 在天然陆地水体中的汞浓度约为 0.03ug/L～2.8ug/L海水中汞的含量一般 都比较低，为 0.03～0.27 微克/升，但不同的海区差异很大据报道，英国索斯 安普敦地区的海水中，汞的含量为 0.014～0.021 微克/升；北海的赫尔果兰则为 0.03 微克/升；太平洋水中的汞含量较高，为 0.1～0.27 微克/升；而日本水俣湾 海水中汞的含量则高达 l.6～3.6 微克/升。

在垂直分布上，一般表层海水比深层海水含汞量要低表层海水中汞的平 均含量为 0.0l3～ 0.0l5 微克/升，而深层海水则可达 0.3 微充/升有人测得，太 平洋表层海水中汞含量为 0.l5 微克/升，而在三千米深处则为 0.27 微克/升 底质中汞含量较高l970 年测得美国加利福尼亚沿岸表层底质所含汞量为 0.02～1.0 毫克/升；河口表层底质为 0.l9～0.64 毫克/公斤，而在表层下十厘米的 缺氧层，含汞量高达 2.2～5.7 毫克/公斤日本水俣湾底质中汞的最高含量竟达 2010 毫克/公斤 一般认为，表层海水汞的含量超过 0.2 微克/升，底质中汞含量大于 0.3 毫克 /公斤(干重)，则可视流海域遭到了汞的污染 （2）汞的性质汞的化学性质、地球化学性质与镉比较相近，但与镉比却有较大差异 汞的特异性表现在：①氧化还原电位较高，易呈金属状态②汞及其化合物具有较大挥发性各种无机汞化合物挥发性强弱次序为：Hg> > >22ClHg2HgCl>③单质汞是金属元素中唯一在常温下呈液态的金属(m.p. -38.9℃)，HgSHgO具有很大流动性和溶解多种金属而形成汞齐的能力(如钠、钾、金、银、锌、镉、锡、铅等都易与汞生成汞齐)。

④能以一价形态存在⑤与相应的锌化22ClHg物相比，汞化合物具有较强共价性，且由于上述较强挥发性和流动性等因素， 使它们在自然环境或生物体间有较大的迁移和分配能力在 25℃温度下，元素汞在纯水中的溶解度为 60ug/L，在缺氧水体为 25ug/L水溶性的汞盐有氯化汞、硫酸汞、硝酸汞和氯酸汞等有机汞化合物中，乙基汞和不溶于水，乙酸苯基汞 PhHgAc 微溶于水，乙酸汞2HgEtEtHgCl具有最大溶解度(0.97mol/L)2HgAc易在水体中形成络合物，配位数一般为 2 和 4在一般天然水体2Hg中，可能与形成相当稳定的络合物汞还能与各种有机配位体形成稳2HgCl定的络合物例如与含硫配位体的半胱氨酸形成极强的共价络合物；与其他氨 基酸及含一 OH 或一 COOH 基的配位体也都能形成相当稳定的络合物汞离子 和甲基汞离子形成各种有机络合物比较稳定此外，汞还能与微生物生长介质强烈结合，这表明能进入细菌细胞并生成各种有机络合物2Hg就化学形态而言，汞的各种形态化合物在包括水体在内的各环境要素中的迁移转化如所示进入天然水体汞的主要形态有、和0Hg2Hg(乙酸苯汞，商品名赛力散，作为杀菌剂撒入水中)，经过一)(356COOCHHgHC段时间后，相当部分的汞被富集于底泥和水生生物体内。

一般汞在悬浮颗粒物和水体间的分配系数为 1.34×105~1.88×105，的生物浓集因子约为2Hg5000，而甲基汞为 4000~85000不论是淡水或是海水，一旦含汞污染物排入水。