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水知識概述

水是地球上分布較廣的一種資源,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、工農業生產、綠化、工藝生產都需要用水,同時隨著科學的發展水處理技術已經成為一個獨立的科學分支,這章主要介紹水的特性及其應用。

1.1 水資源的分布
地球上海洋和陸地上的液態水和固態水構成了一個連續的圈層,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,純水幾乎不導電。水有以下幾種特點:

1)    水的狀態 水在常溫下有氣液固三態,水的融點為0℃,沸點100℃;

2)    水的密度 水的密度是3.98℃時較大,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中,水的比熱容是較大,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,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反應,而且能與許多金屬的氧化物、非金屬氧化物及活潑金屬產生化合作用。

5)    水的電導 因為水是一種很弱的電解質,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電能力,這種導電能力常用電導率來表示,25℃時純水的電阻率為18.3MΩ。

6)    水的化學性質 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生成堿或酸。

1.3 天然水體的物質組成
天然水體在自然循環運動中,無時不與大氣、土壤、巖石、各種礦物質、動植物等接觸。由于水是一種很強的溶劑,極易與各種物質混雜,所以天然水體是含有許多溶解性和非溶解性的物質、組成成分又非常復雜的一種綜合體。

1.3.1 水中雜質的分類
從水的凈化和處理的需要,假定水中的物質均呈球形,并按其直徑大小分成懸浮物、膠體和溶解物質三大類:

1)    懸浮物

顆粒較大的為懸浮物質,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,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膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物,有機膠體物質主要是腐殖質;

3)    溶解物質

顆粒較小的是離子和分子,稱為溶解物質,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  天然水中的雜質對水質的影響
1)    懸浮物質:

泥沙、粘土:使水渾濁、產生粘泥

藻類及原生動物:使水有色度、有臭味、渾濁并產生粘泥

細菌:致病、產生粘泥、產生腐蝕

其它不溶物質:產生沉積

2)    膠體物質

溶膠(如硅膠):致使結垢

高分子化合物(如腐殖酸膠體等):使水渾濁、產生吸附和沉積

3)    溶解物質:

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-:產生金屬腐蝕。

F-:過量可致病。

Ca2+、Mg2+:可能形成結垢。

Fe3+、Mn2+:產生氣味,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 常用的水質指標
1.4.1 毫克/升(ppm)
毫克/升是表示水中某種物質含量多少的單位。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/升的雜質相當于水中含有百萬分之一份雜質,故單位ppm在表示水中雜質時與此相當。

1.4.2 含鹽量、電導率
水的含鹽量(也稱礦化度)是表示水中所含鹽類的數量。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存在。當水中插入一對通電電極時,在電場作用下,帶電離子會產生定向移動,使水具有導電的性質,導電性能的強弱就用電導率來表示,其單位是μs/cm。水的含鹽量越大,一般說來,電導率也越大,但由于不同的離子導電性能和質量均不同,故含鹽量與電導率并無嚴格的對應關系。

1.4.3 水的渾濁度
水中存在的懸浮及膠體狀態的微粒使水產生渾濁,其渾濁的程度稱為渾濁度。生活飲用水的渾濁度規定不可超過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量的CaCO3的質量濃度,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的物質含量。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量的CaCO3的質量濃度,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值,表示為
           pH= - Lg [H+]

氫離子的濃度是水的酸堿性的標志,當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pH表示即為當pH為7時,水呈中性。當pH為0-7時,水呈酸性,為7-14時,水呈堿性。






 
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