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1、第二章 天然水的主要离子,Ca2+、Mg2+、Na+、K+HCO3、CO32、SO42、Cl,第一节 水的硬度及钙镁离子一、硬度的基本知识硬度的概念钙硬度、镁硬度、铁硬度、铝硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度、暂时硬度、永久硬度、负硬度 等硬度的单位有三种表示法mmol L1 mg（CaCO3）L1 德国度（HG）天然水硬度的分类：（表2-1）,几 种 硬 度 单 位 的 换 算,横向比较,水的硬度测定,步骤如下：每次取水样-1 EDTA标准液滴定至终点(溶液由紫红变为蓝色)，记下读数，平行测定3次，有关数据记录及数据处理：,地下水为最硬水，它会对我们日常生活、工业生产产生较大影响，需软化后再用。
2、自来水为硬水；纯净水为软水，也含钙镁离子，饮用纯净水并不是真正的纯净水。,二、鱼池水硬度的变化Ca2+2HCO3 CaCO3+H2O+CO2 在光合作用和呼吸作用都强烈的鱼池，硬度会有明显的昼夜变化：白天硬度下降，下午和傍晚硬度较低；晚上硬度上升，早晨硬度最高。海水养鱼池中由于总硬度很高，这种变化的相对值很小，不易测定出来。一般要求养殖水体中的总硬度在13mmolL1。,关于渔业用水总硬度的合适标准尚无统一的看法，我国目前颁发的渔业水质标准对此未作规定。原苏联有人提出池塘养鱼水质硬度，鲤科鱼池以58 HG为好，淡水鲑科鱼池以812 HG为好。无锡市河埒乡的鱼池总硬度为710 HG。过去认为硬度
3、过高会使鱼对食物的消化产生困难。实际上原苏联有些总硬度很高的鱼池却是著名的高产渔场，鲤鱼在总硬度高达90 HG的水中各个阶段发育都很好。大连水产学院的实习种鱼场鱼池的总硬度常为3040 HG，鲢、鳙、草、鲤几种鱼都能正常生长发育。可见有关鱼池水硬度的合适标准受到一些因素的影响，尚需进一步研究。,三、钙、镁离子钙是多数淡水中含量最多的阳离子。1、钙、镁离子是生物生命过程中所必需的营养元素；2、钙离子可以降低水中重金属离子和一价金属离子的毒性；3、钙、镁离子可以增加水的缓冲性（后面章节）；4、水中钙、镁离子的比例，对海水鱼、虾、贝类的存活有重要影响。,第二节 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子一、碱度
4、的组成及表示单位 碱度是指水中所含的能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的物质的总量。水中能够结合质子的各种物质共同形成碱度。,组成水碱度的物质有三类：强碱，如NaOH、Ca(OH)2等，在溶液中全部电离生成OH；弱碱，如NH3、有机胺等；强碱弱酸盐类，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物、腐殖酸盐等。后两种物质在中和过程中不断产生OH，直到全部中和完毕。,天然淡水的总碱度（AT）基本上由HCO3、CO32和OH 三种离子的含量决定，相应地称为重碳酸盐碱度、碳酸盐碱度和氢氧化物碱度。海水的碱度还应包括硼酸盐（H2BO3）碱度。海水中碱度一般较为稳定，通常在22.
5、5 mmolL1。因此，天然水的Alk值主要反映水体中主要阴离子HCO3和CO32含量的高低。,H+OH-=H2O H+CO32-=HCO3-（酚酞终点，此时溶液的pH约为8.3）H+HCO3-=H2CO3（甲基橙终点，此时溶液的pH约为4.3）,测定原理,酸碱滴定，双指示剂法,取50ml水样，加入酚酞指示剂，如果溶液呈红色，用盐酸标准溶液滴定至无色（pH约为8.3），如果加入酚酞后已经是无色，则继续加入甲基橙指示剂，溶液呈橙黄色，用盐酸标准溶液滴定至浅紫红色（pH约为4.3）。,测定方法,水的碱度（Alk）定义为：20，1L天然水中全部碱性物质被中和时所需要的H+的物质的量，单位为mmol
6、L1。碱度有3种表示单位，与硬度的单位形式完全相同，只是含义不同。mmol L1 mg L1 德国度（HG）,二、天然水的碱度的生态学意义1、水生生物活动对水体碱度的影响,2、维持天然水体pH的相对稳定，要求水体的Alk值不能小于0.4 mmolL1。3、足够量的碱度值可以促进有机悬浮物及胶体物质的絮凝，防止缺氧，预防鱼病，中和底质有机酸以促进微生物的活动。4、水体中的HCO3和CO32可以与许多重金属离子形成离子对或络合物，这样可降低重金属对鱼类的毒性。,水体Alk0.10.3 mmolL1其生产力低；水体Alk0.31.5 mmolL1其生产力一般；水体Alk达到1.53.5 mmolL1
7、才有可能具有较高的生产力。一般要求Alk值要1 mmolL1；但是Alk值3.5 mmolL1时，对生产不利，而且随着pH值的升高毒性增强。有报道称四大家鱼养殖用水的危险指标是10 mmolL1。海水碱度较为稳定，一般在22.5 mmolL1范围内。,达里诺尔湖是内蒙古自治区第二大淡水湖，面积238km2，最大深度为13m，平均水深78m，容积是16亿m3，湖面海拔1226m。成因类型为堰塞湖（因构造下陷形成构造湖的基础上，又受到玄武岩流堰塞而形成的湖泊）该湖泊是一个高原内陆封闭式半咸水湖，湖水无外泻，全靠耗来河、贡格尔河、亮子河、沙里河及涌泉的淡水注入补给。盐分以碳酸盐为主，pH值在9.49
8、.6之间，是苏打型半碱水质（半咸水湖）。由于连年干旱等原因，蒸发量大于补给量，湖面有所收缩，达里诺尔湖水含盐5，还含有一定的碱分，水分滑腻，水质独特，外来鱼种难以存活，湖内只产两种鱼，即鲫鱼、华子鱼（瓦氏雅罗鱼），都是耐碱性鱼类。年产鲜鱼60万kg。,第三节 硫酸根离子、氯离子、钠离子、钾离子一、硫酸根离子与硫的循环,自 然 界 中 的 硫 循 环,硫 循 环,（一）养殖水体内SO42的主要来源有：1、土壤岩石中含硫矿物的溶解作用；2、随水源补给；3、人工施肥 如（NH4）2SO4、废水污染和含硫动植物残体的分解。淡水中：Cl SO42 HCO3咸水中：Cl SO42 HCO3,（二）硫在水体
9、中的转化硫在水中的价态有：+6价（SO42）、-2价（HS、H2S、S2、含硫蛋白质等）、+4价（SO32）、+2价（S2O32）、0价（单质S）在不同的氧化还原条件下，硫的形态是不同的，并且随着条件的变化而相互转化，这些转化大多需要微生物的参与。,1、氧化作用（需要特殊的微生物）2、还原作用（注意还原作用所需要的条件）3、同化作用（藻类、植物和微生物的生长）4、蛋白质的分解作用（有机S的无机化过程）5、沉淀与吸附作用（主要是Fe的沉淀作用）,（三）硫化氢的毒性及含硫养殖水体的管理 S是藻类必须的一种营养元素。细胞分裂时尤其需要硫。它们可以通过吸收利用SO42来满足自己对硫的全部需要，而SO4
10、2是天然水中主要阴离子之一，数量较多，作为一种营养元素，养殖水体一般都不缺乏S。相反，SO42还原生成的H2S，对水生生物有强烈的毒性。,硫化物包括了HS、H2S、S2，在总硫化物一定时，pH下降，H2S含量增加，硫化物的毒性也随之增强。H2S对鱼类和其他水生生物具有强烈的毒性。其毒害作用是与血红素中的铁Fe化合，使血红素量减少，对皮肤也有刺激作用。因此，有些国家渔业水质标准规定渔业用水不得含硫化物（我国规定）。,为了防止H2S的生成及毒害作用，养殖水体可采用一些措施：1、促进水体垂直流转混合，避免底泥、底层水发展为厌气状态；2、尽可能保持底质、底层水呈中性、微碱性（pH8左右），为此，可以适
11、当施用石灰肥料（常用的底质改良剂）；3、施用铁剂，这样即使有H2S产生，也可使之转化为无毒的FeS固定在底泥中，不使其有害；4、避免SO42大量进入水体。,二、氯离子 Cl在天然水中分布广泛，几乎所有的水中都存在Cl，但含量差别很大。氯在岩石中的含量远较天然水中其它主要成分为低。16km厚的地壳中的氯有3/4存在于海水中。与其它主要离子相比，Cl的地球化学行为最为简单，也是水体中最保守的成分。水中的主要来源有：1、沉积岩中含食盐矿床的溶解及火成岩的风化作用；2、人类活动；3、海风、降雨以及泉水补给或污染。,一切光合藻类的生长繁殖都需要Cl，但需要量很少。Cl无毒，渔业用水对Cl含量无多大要求，
12、允许在较大幅度范围内变动。正因为Cl是水体中最保守的成分，通过测定Cl含量可以推测水体污染来源和补给特点，判断水团流动情况。但是在盐碱地或沿海地区的水体中Cl升高却不能用来判断是否受到生活污水的污染。,二、钠离子和钾离子 Na+、K+是天然水中普遍存在的主要阳离子。与Cl是高含盐量水中最多的阴离子十分相似，Na+是高含盐量水中最多的阳离子。例如，大洋水中含钠量约为10，占全部阳离子的81%。在地壳的平均含量中，Na+和K+含量差别不大，二者的化学性质也相似。但在天然水中K+远比Na+少。其主要原因有二，一是K+比Na+更易被土壤胶体吸附，二是K+为植物的基本营养元素，会被植物吸收与固定。,在N
13、a+和K+中，动物需要较多的Na+，植物需要较多的K+。钠是动物肌肉保持正常感应性所必需的。某些蓝藻特别需要钠，其适宜的钠浓度低限约为4 mg/L。有些蓝藻在40 mg/L钠时增长最快。钾与植物原生质的活动有关，在其分生组织和幼嫩器官中含钾较多。巨藻(Nereocystis)含钾量占湿重3%。缺钾时无论高等或低等植物都不能发育。,在天然水中Na+和K+的数量都不至于低到起限制作用。对淡水动物来说，K+的毒性比Na+强。进入动物体的K+含量过多，会使动物肌肉和神经活动失常，甚至引起死亡。在水质的常规分析中，因测定手续较麻烦和仪器的昂贵，一般不作Na+和K+的分析测定。它们的含量是采用阴、阳离子含
14、量的减差法求得。,第四节 海水主要离子组成的恒定性一、覆蓋地球表面积71%的海洋是地球上最庞大的生态系统。海洋的水量为1.32109km3，占地球水资源总量的97.2%。海洋水质与陆地水水质有显著的不同。海水中常量成分除了以前说的8大类之外，还有Sr2+、Br、H3BO3以及H2BO3（有时也包括F），这些成分占海水溶解盐类的99.8%99.9%。,中国海及相邻海域,海水中的主要盐类 盐度 35,二、Marcet原理、Dittmar定律、主要成分恒比关系原理、海水组成的恒定性原理该原理简述为：海水的总含盐量或盐度是可变的，但常量成分浓度间的比值几乎保持恒定。海水主要成分的恒比关系是其突出的基本特征。根据该原理，海水的总含盐量可以由测定某一主要成分而间接求出。海水的物理化学性质与海水某一主要成分间也存在着定量关系，例如海水化学中涉及到许多经验公式，都是通过海水的氯度而确定的。,生活在海洋环境中的生物，为了维持体液与海水间的渗透平衡，往往需要适当的盐度值的海水环境。生活于大洋深海的生物，对于盐度的变化往往特别敏感，盐度值在3436之间波动，可以适应生存，若盐度变化超过此范围就可能引起死亡。这些对盐度变化较敏感的生物称为“狭盐性生物”。生活于沿岸和河口附近的某些生物，它们对盐度变化的忍耐力较大，还有许多溯河鱼类。这些对盐度变化适应性强的生物称为“广盐性生物”。,本章结束,
