养殖水环境化学复习资料

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养殖13级

第一章天然水的主要理化性质

1、名词解释

（1）海水常量成分恒定性原理：海水的总含盐量或盐度是可变的，但常量成分浓度之间的比值几乎保持恒定。“海水常量成分恒定性原理”又称为“主要成分恒比关系原理”、“海水组成的恒定性原理”、“Marcet原理”和“Dittmar定律”。

（2）离子总量：离子总量是指天然水中各种离子的含量之和。单位：mg/L 、mmol/L或g/kg、mmol/kg。

（3）矿化度：用蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量，标准温度：105～110℃，反映淡水水体含盐量的多少。

（4）天然水的依数性：指稀溶液蒸气压下降（Δp），沸点上升（Δt b），冰点下降（Δt f）值都与溶液中溶质的质量摩尔浓度(b)成正比，而与溶质的本性无关。

（5）电导率：为在相距1m（或1cm)，面积为1m2(或1cm2)的两平行电极之间充满电解质溶液时两电极间具有的电导。测定的标准温度为25℃。

（6）补偿深度：有机物的分解速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。

（7）离子强度：是指电解质溶液中参与电化学反应的离子的有效浓度。离子活度（a）和浓度（c）之间存在定量的关系，其表达式为：a=γc·c。

（8）离子活度：衡量溶液中存在离子所产生的电场强度的量度。溶液中离子的浓度越大，离子所带的电荷数越多，粒子与它的离子氛之间的作用越强，离子强度越大。

（9）水体自净：在自然条件下，一方面由于生物代谢废物等异物的侵入、积累导致水体经常遭受污染；另一方面，水体的物理、化学及生物作用，又可将这些有害异物分解转化，降低以至消除其毒性，使受到污染的水体恢复正常机能，这一过程称为水体的“自净作用”。

2、天然水中的常量元素。

海水与淡水中都有的常量元素：阳离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+

阴离子：HCO-、SO42-、Cl-

淡水中有CO32-，海水中有H4BO4-、Br、Sr。

3、哪些参数能反映天然水的含盐量？相互间的关系？

§常用的有离子总量、矿化度、氯度还有盐度。其中矿化度是用来反映淡水水体含盐量多少的，氯度和盐度是反映海水含盐量多少的。对于海水离子总量、矿化度和盐度三者之间的关系为：总含盐量>离子总量>盐度>矿化度。

4、海水盐度、氯度是怎样定义的？它们之间关系如何？

答：（1）氯度的原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。用Cl‰符号表示。

氯度的新定义：海水样品的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的质量与该海水样品质量之比的0.3285234倍，用10-3作单位。用Cl 符号表示。

（2）盐度的原始定义：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代，碳酸盐全部变为氧化物，有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物的质量与海水质量之比，称为盐度。以10-3或‰为单位，用符号S‰表示。与氯度的关系：S‰=0.030+1.8050Cl ‰

1966年提出的经验公式为：S‰=1.80655Cl ‰

1978年实用盐度，电导盐度计出现，由电导率测盐度。

5、阿列金分类法如何对天然水分类？为什么硫酸盐与氯化物类的钙组和镁组中没有Ⅰ型水？

（1）根据含量最多的阴离子分为三类：碳酸盐类C 、硫酸盐类S 、氯化物类Cl 。

（2）根据含量最多的阳离子分为三组：钙组——Ca 、镁组——Mg 、钠组——Na 。

（3）根据阴阳离子含量的比例关系分为四个型 Ⅰ型：++--++2223321

2121Mg Ca CO HCO C C C C >（弱矿化水） Ⅱ型：---++--++++24233222332121g 21

2121SO CO HCO M Ca CO HCO C C C C C C C <<（河水、湖水、地下水）

Ⅲ型:)(2121g 21

21

or ,2423322++----+++++K Na Cl SO CO HCO M Ca C C C C C C C > < （海水、受海水影响地

区的水和许多具高矿化度的地下水）

Ⅳ型:023321=+--CO HCO C C （酸型沼泽水、硫化矿床水和火山水，不含HCO 3-）

在碳酸盐类水中不可能有Ⅳ型水，在硫酸盐与氯化物类的钙组和镁组中也不可能有Ⅰ型水，而硫酸盐与氯化物类的钠组一般没有Ⅳ型水。

（4）水质类型符号

L mmol Ca C /0.5,g/L

,0.4I I 表示碳酸类钙组第Ⅱ型水，总硬度为5.0mmol/L ，含盐量为0.4g/L 。 6、影响天然水渗透压的因素有哪些？渗透压和冰点有何关系？

（1）影响因素：①溶液中溶剂的体积；②物质的量浓度；③热力学温度；④质量摩尔浓度。

（2）渗透压与冰点的关系：渗透压的测定可由冰点降低法间接求得。

①Δp=K ·b ;②Δt f =K f ·b,由于式①和式②中浓度等同，故可以用冰点下降法测定溶液的渗透压摩尔浓度。

7、海水密度与那些因素有关？温度和盐度哪个对海水密度的影响更大？

（1）纯水的密度是温度和压力的函数，在4℃时密度最大。

（2）海水的密度是盐度、温度、压力的函数，但盐度变化1个单位引起密度的变化值比温度变化1℃引起的密度变化之大许多。海水的最大密度随盐度变化的曲线近似于一条直线。

（3）总的来说，不同温度密度不同，但具有不同温度和盐度的海水可能具有相同的密度。海水密度的测定温度为17.5℃。

8、海水冰点密度最大的温度与盐度有什么关系？盐度24.9的海水有什么特点？

（1）盐度小于24.95的咸水或淡水，最大密度时的温度在冰点之上，由密度最大时的温度开始，无论升温或降温，密度都逐渐变小；盐度大于24.95的海水，这与绝大多数物质随温度升高密度下降相一致，最大密度时的温度在冰点之下。

（2）盐度24.9的海水冰点和最大密度时的温度相等。

9、天然水的电导率与那些因素有关？海水盐度为什么可以用测电导率的方法来测定？

（1）电导率与溶液所含离子种类和浓度、温度与压力有关。

（2）内陆水的离子组成变化很大，含盐量与电导率就没有一定的关系，不能用测电导率的方法来准确测定含盐量。对于一个特定地区，水质主要离子组成比例变化不大时，可以用水的电导率来反映含盐量的变化。海水的主要成分的比例恒定，电导率与盐度有很精确的关系，这就是用电导率来测盐度的基础。

10、什么是风力的涡动混合作用？什么是密度环流？与水的盐度有什么关系？

（1）风力的涡动混合作用：水面受到风力的吹拂后，表面水会顺着风向移动，使水在下风岸处产生

“堆积”现象，即造成下风岸处水位有所增高，此增高的水位就形成了使水向下运动的原动力，从而产生“风力环流”。

（2）密度环流：由密度引起的对流作用称为密度环流。

（3）海水的密度是盐度、温度、压力的函数，随着盐度的增加，水的最大密度的温度会下降，提高盐度可以抵消温度升高对密度的影响，使温度较高的海水保持在下层，海水升温时没有密度流，降温时有密度流，降温时密度流可以进行到密度最大时。当盐度大于24.9时，降至冰点无密度流，盐度小于24.9时，升温时有密度流。

11、水温四季分布的特点，什么是温跃层？温跃层与水产养殖有什么关系？

（1）水温四季分布的特点：

①冬季逆分层：表面结冰；水温随深度增加而缓慢升高。

②春季全同温：表层水温升高，密度流使上下水对流交换。

③夏季正分层：两层（高温表层和低温下层）中间夹有一温度随深度增加而迅速降低的水层（温跃层）。

④秋季全同温：气温低于水温，表层水温下降，密度增大，发生密度环流；加上风力的混合作用，温跃层消失。

（2）夏季或春季如遇连续多天的无风晴天，就会使表层水温有较大的升高，这就增加了上下水混合的阻力。风力不足够大，只能使水在上层进行涡动混合。造成上层有一水温垂直变化不大的较高温水层，下层也有一水温垂直变化不大的较低温水层，两层中间夹有一温度随深度增加而迅速降低的水层，即温跃层。

（3）温跃层形成的弊端：水体不易发生上下水层混合作用，氧气和营养盐不易发生上下传递，水体底部易长期出现缺氧现象。解决措施：打破温跃层，风力作用，人为机械作用。

12、我国北方越冬池冰封前后由于寒潮风力引起迅速极度降温后又升温现象，当寒潮袭击，持续吹刮-7～-8℃大风时，水温可能急速极度降低；当风力变小，表面全部被冰封住后，底层水水温又会逐渐回升，底层可到2～3℃。

13、对我国北方室外海水越冬池，如何才能在冰下底层保持比较高的温度（比如2℃、3℃）？为什么？

答：室外海水越冬池底层保温的关键是添加低盐度的海水或者淡水。盐度为35的海水冰点为-1.9℃，最大密度温度（-1.35 ℃）比冰点低。在秋末冬初降温过程中，如果池水盐度均匀，上下水温将同时下降（全同温），密度流可以一直持续到上下均-1.9℃，然后表层再结冰，不需要依靠风力的吹刮。这对安全越冬是很不利的。为了在底层保持较高的水温，应该使上下盐度有差异——依靠底层水较高的盐度来维持较高水温（用增加盐度的“增密”补偿升高温度的“降密”）。

第二章天然水的主要离子

1、硬度

（1）硬度：硬度是指水中二价及多价金属离子含量的总和。

（2）分类：

①按阳离子的分类：

a.钙硬度：水中与Ca2+所对应的硬度。

b.镁硬度：水中与Mg2+所对应的硬度。

②按阴离子的分类：

a.碳酸盐硬度：水中与HCO3－及CO32－所对应的硬度。这种硬度在水加热煮沸后，绝大部分可以因生成CaCO3↓而除去，故又称为暂时硬度。

b.非碳酸盐硬度：对应于硫酸盐和氯化物的硬度，即由钙镁的硫酸盐、氯化物形成的硬度。

它们用一般煮沸的方法不能从水中除去，所以又称为永久硬度。

（3）表示单位

①毫摩/升（mmol/L ）：以1升水中含有的形成硬度离子的物质的量之和来表示;

②毫克/升(mg/L ，CaCO3)：以1升水中所含有的与形成硬度离子的量所相当的CaCO3的质量表示;

③德国度（°HG ）：以1升水中含有相当于10mgCaO 的Ca 2+或Mg 2＋为1德国度（°HG ）。 )(/5.50804.2/13CaCO L mg H L mmol G ==o

（4）硬度的计算

鱼池水中Ca(HCO 3)2200mg/L, Mg(HCO 3)2120mg/L 。计算水中的总硬度，并以三种单位表示之。

解：总硬度=C 1/2Ca2++C 1/2Mg2+=200×2/162+120×2/146=2.469+1.644

=4.113mmol/L=11.533 °HG

=205.856mgCaCO 3/L

（5）鱼池水硬度的变化原因：

223322CO O H CaCO HCO Ca ++?+-+（光合作用和呼吸作用）

①当光合作用速率超过呼吸作用速率时，CO 2不断被吸收利用，碱度、硬度下降，pH 上升； ②当呼吸作用速率超过光合作用速率时，碱度、硬度上升，pH 下降。

2、钙、镁离子在水产养殖中的意义。

（1）钙、镁是生物生命过程所必需的营养元素；

（2）钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性；

（3）钙、镁离子可增加水的缓冲性；

（4）钙、镁离子比例，对海水鱼、虾、贝的存活有重要影响。

3、碱度

（1）碱度：碱度是反映水结合质子的能力，也就是水与强酸中和能力的一个量。

（2）总碱度（AT ）：由碳酸氢根碱度、碳酸根碱度、硼酸盐碱度及氢氧根碱度等组成。

[][][][][][][][]---+----++≈-+++=4

42334423322BO H CO HCO H OH BO H CO HCO A T （3）表示单位

①毫摩尔/升（mmol/L ）：用1L 水能结合的质子的物质的量表示。

②毫克/升(mg/L)：用1L 水中能结合H ＋的物质所相当的CaCO3的质量（mg 作单位）来表示。1mmol/L ＝50.05mg/L （CaCO3）。

③德国度（°HG ）：以10mg/L 氧化钙（CaO ）为1德国度。1mmol/L ＝2.804度（°HG ）

（4）碱度测定

①总碱度：用甲基橙为指示剂；

②酚酞碱度：滴定以酚酞为指示剂。

（5）计算

已知水中HCO3含量为122.04mg/L ，C03含量为6.0mg/L ，则水的碱度为 110.11 mg/L 。

（5）碱度与养殖生产的关系

①降低重金属的毒性： 重金属一般是游离的离子态毒性较大，重金属离子能与水中的碳酸盐形成络离子。

②调节CO2的产耗关系、稳定水的pH 值。

③碱度过高对养殖生物有毒害作用：一些经济鱼类对高碱度的耐受能力的顺序为，青海湖裸鲤>瓦氏雅罗鱼>鲫>丁鱥>尼罗罗非鱼>鲤>草鱼>鳙、鲢。

（6）碱度的毒性相关因素：①碳酸盐碱度对鱼的毒性随着pH 的升高而增加；②水的盐度会使碱度的毒性增加。

4、简要说明天然水中K +含量一般小于Na +的原因。通常以什么方法求得K+与Na 在自然水域的含量？它们与鱼类的养殖关系如何？

（1）原因：①K +容易被土壤胶粒吸附移动性不如Na +；②K +被植物吸收利用。

（2）计算方法：采用主要阴离子总量与Ca 2+、Mg 2+总量之差计算；将Na ++K +含量换算为以mg/L 作单位时一般采用平均摩尔质量25g/mol 。

?

?????+-=+=+++=+++++-++-+---++++∑∑∑22-

24233222121l 212121

21

111Mg Ca n i i K Na n i

i

n j j C SO CO HCO Mg Ca K Na C C A n C C C A n C M n C C C C C C C C C i i j （3）与养殖的关系：①水中Na +、K +含量通常不会有限制作用。水中一价金属离子含量过多，对许多淡水动物有毒，K +的毒性大于Na +。增加二价金属离子的含量，可以降低一价金属离子的毒性；②有些井盐水中含钾量比较低，对养殖生物尤其是育苗不利。

5、氯离子在天然水中含量情况如何？为什么在低含盐量的水中可以用Cl -含量的异常升高来指示水体可能受到污染？对于盐碱地或沿海地区的水体是否也可以以此来判别水体的污染？

（1）含量：广泛分布，不同水体差别很大。

（2）氯离子具有保守性，含量不易变化。许多工业废水中含大量氯化物，特别是生活污水中Cl -含量较高。因此，当天然水中Cl -突然升高时，常可能是受到了生活污水或工业废水的污染。

（3）对于盐碱地或沿海地区的水体，其Cl -含量本来就相当高，常为主要离子中的最高者，这与土壤中盐分的渗出，地下水及潮汐的影响有关，这时不能用Cl -含量的增加来判别水体的污染。

6、什么叫硫酸盐还原作用？硫酸盐还原作用的条件是什么？

（1）硫酸盐还原作用：在缺氧环境中，各种硫酸盐还原菌可以把SO 42-作为受氢体而还原为硫化物。

（2）硫酸盐还原作用的条件：①缺乏溶氧，O2＞0.16mg/L 还原作用停止；②含有丰富的有机物；③有微生物参与；④硫酸根离子含量丰富。

7、为什么Fe 3+、Fe 2+、石灰水、黄泥水均可降低水中硫化物毒性？

§沉淀与吸附作用：Fe 2+、Fe 3+可限制水中H 2S 含量，降低硫化物的毒性；当水质恶化，有H 2S 产生时，泼洒含铁药剂可以起到解毒作用；SO 42-也可以被CaCO 3、黏土矿物等以CaSO 4吸附共沉淀。

8、硫元素在水体中如何循环转化？硫化氢在硫化物中占的比例与那些因素有关？为什么PH 值低，硫化物的毒性增强？

（1） 硫在水中存在的价态主要有＋6价及－2价，以SO 42－、HS －、H 2S 、含硫蛋白质等形式存在。在不同氧化还原条件下，硫的稳定形态不同。各种形态能互相转化，这种转化一般有微生物参与。

（2）因素：①氧气的含量；②硫酸盐还原菌及有机物含量；③Fe3+、Fe2+、石灰水、黄泥水等含量；④H2S不被吸收，只有某些特殊细菌可以利用H2S进行光合作用，将H2S转变成S或SO42－。

（3）在硫化物的三种形态中，以H2S毒性最大。水中硫化氢或硫化物，都是指HS-、H2S、S2-种形态的总和，但是常以H2S的形式表示，因此，PH值低，硫化物的毒性增强。

第三章溶解气体

1、名词解释

（1）溶解氧：是指以分子状态溶存于水中的氧气单质。通常简记作DO。

（2）气体溶解的双膜理论：在气、液界面两侧，分别存在相对稳定的气膜和液膜，这两层膜内总是保持着层流状态，无论如何扰动气体或液体,都不能将这两层膜消除，而只能改变膜的厚度。

（3）水生生物呼吸耗氧：水中鱼、贝类、浮游生物、细菌等，在生命活动过程中进行呼吸作用耗氧。

（4）水呼吸：水中微型生物耗氧，主要包括：浮游动物、浮游植物、细菌呼吸耗氧以及有机物在细菌参与下的分解耗氧。

（5）氧盈：将溶氧超过饱和度100%以上的值称为氧盈。氧盈所在的水层即称为氧盈层。（6）氧债：是好气性微生物、有机物的中间产物和无机还原物在缺氧条件下，其理论耗氧值受到抑制的那部分耗氧量。氧债的偿还包括生物氧化和化学氧化两个过程。

2、氧气的来源与消耗

（1）来源：①大气中氧的溶解；②植物光合作用；③水补给混合增氧。

（2）消耗：①逸出；②水生生物呼吸耗氧；③底质耗氧作用。

3、溶解度

（1）溶解度：在一定条件下，某气体在水中的溶解达到平衡以后，一定量的水中溶解气体的量，称为该气体在所指定条件下的溶解度。

（2）表示单位：

①易溶气体——100g水溶解的量（质量或标准状态下的体积）

②难溶气体——1L水中溶解的量（质量或标准状态下的体积）mg/L ;ml/L

（3）影响气体在水中的溶解度的因素

①气体本身的性质

②温度：氧气在水中的溶解度随着水温的升高而降低

③含盐量：当温度、压力一定时，水的含盐量增加，氧的溶解度越低。

④气体分压力

§享利定律——当在一定气体压力范围内，气体的溶解度与其分压成正比。

C = K H ×P （对同一种气体在同一温度下）

（3）“气体在水中的溶解度是指在该温度和压力下，某气体在水中所能溶解的最大量。”的说法是否正确，为什么？不正确，在一定条件下，某气体在水中的溶解达到平衡以后，一定量的水中溶解气体的量，称为该气体在所指定条件下的溶解度。

4、影响气体溶解速率的因素：

（1）水中溶解气体的不饱和程度C。

（2）气-液界面的大小，即水体的比表面积，A/V。

（3）扰动状况

（4）气体的溶解度

5、溶解气体在水中的饱和度

（1）饱和度——溶解气体的现存含量占所处条件下饱和含量的百分比。

（2）溶解氧的饱和含量( Cs ) ：当O2溶入水中的速度与水中逸出的O2 的速度相等，即溶解达到平衡时水中溶解O2的浓度。

（3）表观耗氧量( AOU ):饱和含量与实际含氧量之差。

6、溶氧分布

（1）垂直分布：①贫营养型湖泊，溶氧主要来自空气的溶解作用，含量主要与溶解度有关。夏季湖中形成了温跃层，上层水温高，氧气的溶解度低，含量也相应较低。下层水温低，氧气的溶解度高，含量也相应较高；②富营养型湖泊，营养盐丰富，有机质较多，水中生物量较大，水的透明度低，上层水光合作用产氧使溶氧丰富，下层得不到光照，光合作用产氧很少，水中原有溶氧很快被消耗，处于低氧水平。

（2）水平分布：在不同的风向（风力）作用下，在下风处的池水中浮游生物和有机物往往比上风处多。故白天下风处溶氧比上风处大。夜间溶氧的水平分布与白天相反，上风处溶氧含量大于下风处。

（3）白天：D.O<4.5mg/L开始出现。

表层：溶氧高，过饱和，最高在次表层。

中层：D.O急剧下降，出现“溶氧跃层”。

下层：D.O低。底层为氧债层。

原因：①光照、水温影响；②生物量的分布；③水的热阻力。

（4）晚上：溶氧浓度不断下降，垂直分布趋于均一。

7、溶氧对水质化学成分的影响

（1）上层水

ζ过程：①空气的交换；②光合作用；③呼吸作用；④有机物氧化；⑤CO2被消耗，pH升高，碳酸钙沉积；⑥氨化作用和硝化作用。

ζ结果：①溶氧一般丰富；②氨氮被消耗；③碱度、硬度降低；④CO2减少，pH升高；⑤活性磷减少；⑥H2S不可能积累，Fe3+增加。

（2）下层水

ζ过程：①氨化作用；②呼吸作用；③有机物氧化或者发酵；④碳酸钙溶解；⑤若缺氧：反硝化、反硫化。

ζ结果：①溶氧降低，甚至无氧；②氨氮积累；③碱度、硬度升高；④CO2积累pH降低；

⑤活性磷增加；⑥H2S可能积累Fe2+增加。

8、溶氧动态对水质的主要影响小结

（1）表水层（好气生物区）：①溶氧增多，电位升高-→Fe(Ⅱ)→Fe(Ⅲ),Mn(Ⅱ)→Mn(Ⅳ), NH3→NO2-→NO3-；②CO2减少-→pH升高，OH-，CO32-浓度变大，析出CaCO3↓，Fe(OH)3↓；③有效N、P、Si、Fe等减少-→光呼吸增强，光合成效率下降，限制浮游植物继续增殖。

④浮游生物量增加→水温升高，透明度下降。

（2）水层、底质（兼性、厌气生物区）：①溶氧减少，电位下降-→Fe(Ⅲ)→Fe(Ⅱ),Mn(Ⅳ)→Mn(Ⅱ), SO42-→S，NO3-脱氮，析出FeS↓；②CO2，低级有机物增多-→pH下降，H+，HCO3-浓度变大，CaCO3↓，Fe(OH)3↓等溶解，NH4+，PO43-等解吸，碱度、硬度变大。③有机物分解-→植物营养盐再生积累，同时积累NH3、H2S、有机酸、胺类、CH4等有害物质，抑制生物生长。

9、有人说：“因为海水含盐量高，所以海水中溶氧含量比淡水的低”。你认为这种说法对不对？

§不对，因为海水含盐量高，所以海水中溶氧度比淡水的低。

10、无风闷热的晚上比有风凉爽的晚上鱼池容易发生缺氧，其原因是什么？

§水面与空气接触，空气中的氧气将溶于水中，溶解的速率与水中溶解的不饱和程度成正比，海鱼水面扰动状况及单位体积表面积有关，也与风力、水深有关。氧气在水中的不饱和程度大，水面风力大和水较浅时，空气溶解起到作用就大。如果没有风力或人为的搅动，空气溶解增氧速率是很慢的，远不能满足池塘对氧气的消耗。所以无风闷热的晚上比有风凉爽的晚上鱼池容易发生缺氧。溶氧状况和提高下午浮游植物光合作用的产氧效率。

11、生产上经常在晴天中午前后开动增氧机，其目的是为了促进空气中氧气的溶解吗？为什么？

§不对，是为了促进对流。中午前后开动增氧机来改善池塘氧气状况，这并不是从增加氧气溶解速率来考虑的。中午池水一般溶解氧量高，常过饱和，这时开增氧机可改善底层水的

12、有机物在缺氧条件下被微生物分解时，依次将水中的那些物质作电子的接受体？还原产物是什么？

（1）电子的接受体：NO 3-、Fe 3+、 SO 42-、MnO 2

（2）还原产物：NH 4+、Fe 2+、S 2-、Mn 2+

13、泛池

（1）定义：集约化养殖由于放养密度大、投饵和施肥量较多，加之浮游生物的突然大量死亡，可分解耗氧导致水体的严重缺氧，鱼类浮头，甚至窒息死亡的现象。

（2）泛池的原因①温跃层消失；②浮游植物大量死亡；③水质过肥；④气象条件不佳，如连绵阴雨或大雾，光照条件差，浮游植物光合作用弱。

第四章 天然水的PH 值和酸碱平衡

1、天然水中有哪些常见的酸碱物质？

§天然水中常见的酸碱物质有：CO 2·H 2O 、CO 32-、HCO 3-、NH 4+、NH 3、H 2PO 4-、PO 43-、H 2SiO 3-、H 3BO 3、H 4BO 4-等。

2、天然水的PH 一般是多少？为什么池塘、湖泊的PH 一般有明显的日变化？

（1）大多数天然水为中性到弱碱性，pH 为6.0～9.0。淡水pH 多在6.5～8.5，海水pH 一般在8.0～8.4。

（2）早晨天刚亮时pH 较低，中午、下午pH 较高。水中生物的光合作用和呼吸作用可引起水pH 的变化。由于水中光合作用与呼吸作用强度在时间上与空间上有显著差异，因此pH 也有明显的日变化和垂直分层现象，并且与O 2、CO 2、HCO 3-、CO 32-以及水温等有明显的相关性。动植物生物量大的水体，表层水pH 有明显的日变化。

3、天然水的缓冲性是如何形成的？

（1）碳酸的一级与二级电离平衡

（2）CaCO 3的溶解和沉淀平衡

（3）离子交换缓冲系统

4、碳酸平衡的分布系数如何计算？公式如何推导？

（1）一般把溶解态CO 2与未电离的H 2CO 3合称为游离二氧化碳，也仍然简称为碳酸，在方程式中记为H 2CO 3*。

（2）水中二氧化碳合并表示为：

--+?H HCO CO H 3*32 [][]*3

23

'1CO H a HCO K H a +-

=

+--+?H CO HCO 233 [][]-

-

+

=323'2HCO a CO K H a

（3）水体中可能存在的碳酸组分：CO 2、CO 32-、HCO 3-、H 2CO 3 、( H 2CO 3*)

][CO +][HCO +]CO [H =C -23-332T *，体系中CO 32-、HCO 3-、( H 2CO 3*)在C T,CO2中所占比例，

称为分布系数，分别以f 0、f 1、f 2表示

[][][]'2

'1'12'2'1,232'2'1'12'1,31

'2'1'122,*320

222a a H a H a a CO T a a H a H H a CO T a a H a H H CO T K K a K a K K C CO f K K a K a a K C HCO f K K a K a a C CO H f ++==++==++==++++++++-

-

式中+H a ——表示氢离子活度； '1a K 、'2a K ——碳酸电离的一级、二级混合常数。

（3）各特征点的概念

①a 点——相当于纯碳酸体系 参考水平：H 2CO 3* 及H 2O

[H +]=[HCO 3-]+2[CO 32-]+[OH -]

不同C T ，CO2体系的特征点a 值不同，在4.0～5.0范围内。

②o 点——相当于纯碳酸氢钠体系 参考水平：HCO3-，H2O

[H +]= [CO 32-]+[OH -]- [H 2CO 3*]

对于淡水，pH o =8.38，对于S=34.3的海水，pH o =7.06

③f 点——相当于纯碳酸钠体系 参考水平：CO 32-，H 2O

[H +]= [OH -] - 2[H 2CO 3*]-[HCO 3-]

④b 点——f 0=f 1时的状态，即

++=H a H a K a '12 +=H

a a K '1 '1a K pH = pH>

b 时，HCO 3- 最多；pH

⑤c 点——f 1= f 2时的状态，即

'2'1'1a a H a K K a K =+ '2a H K a =+ '2a K pH =

pH>c 时,CO 32- 最多 ；pH

（3）logC-pH 图的绘制——以NH 4+为例

ζ非离子氨含量与pH 的关系式

T a

H H a T a H a T NH NH C K a K C K C K C C ''''/33+=+==+++γα 5、开放体系二氧化碳平衡的特点是什么？碳酸总量与PH 有什么样的关系？

（1）封闭体系的特点是体系在变化时，与外界没有物质交换，各形态的二氧化碳的分量发生变化，但C T,CO2不变。开放体系的特点是与空气有CO 2的溶解、逸出，C T,CO2发生变化。

如果达到平衡状态，就可以认为气相CO

2

分压不变。

（2）碳酸总量C T,CO2是是pH 的单值函数，pH 一定，C T,CO2的值也一定。

6、PH 调整的基本方程如何推导？

（1）pH 主要由水中的碳酸平衡系统决定，对水的总碱度A T 采用关系式： [][

][][][][]+-+----++=-++=H OH C f C f H OH CO HCO A CO T CO T T 22,2,123322 [][]2

1,22f f H OH A C T CO T +-+=+-，式中A T 一般都比后两项大很多，在一般情况下可以略去后两项，采用简化式： T T a a H a a a H a H T CO T fA A K K a K K K a K a f f A C =+++=+=+++'2'1'1'2'1'1221,222

式中f 是pH 的函数，可预先将f 值计算列成表，查表计算。

7、计算题

（1）有一养鱼池，面积为1.00 hm 2，水深平均为1.5m 。池水pH ＝9.5，A T ＝2.00mmol/L ，现拟用浓度为12mol/L 的浓盐酸将池水pH 中和到9.0，问需用多少升的浓盐酸？（f=a)ζ 解：水量V ＝1.00×104m 2×1.5m=1.5×104m 3 ，

C T = α A T

A T ’= C T/ α’= A T α / α’ =2 mmol/L ×0.886/0.959= 1.85 mmol/L

ΔA T = A T - A T ’ = ( 2.00 – 1.85 ) mmol/L = 0.15 mmol/L

V HCl =ΔA T ×V / C HCl = 0.15mmol/m3×1.5×104m 3 / 12 mol/L = 188 L

需要浓盐酸188 L 。

（2）有碱度AT ＝3.6mmol/L ，pH 为6.6的地下淡水，今需加入NaOH 使其pH=7.5，问1m3水需用NaOH 固体多少克？假定加入NaOH 后没有沉淀生成。

解：pH = 6.6, α=1.564 ； pH=7.5 α’= 1.069

C T =α·A T =3.6×1.564=5.63(mmol/L)

3.526.507

.163.5','2

≈===a C A CO T T )/(7.16.33.5' L mmol A A A T T T =-=-=?

即需加NaOH 1.7mol/m 3，相当于固体NaOH 68g/m 3。

（3）水A ：pH= 7.28 ，A T = 6.34 mmol/L ；水B ：pH=9.60，A T ＝0.38 mmol/L ， 若以对等体积混合，求混合后的pH 值。

解：C T 及A T 都可按照加权平均。

混合后

C T=（C TA＋C TB）／2= 0.5×（7.04＋0.294）＝3.67mmol/L，

[碱］=（[碱］A十[碱］B）／2＝0.5×（6.34＋0.38）=3.36 mmol/L。

可求得α= C T／[碱］=3.67/3.36=1.09，

在表中反查出pH值为7.40。

（4）某河流水的pH＝8.3, 其C T为3×10-3 mol/L，现有含1×10-2mol/L H2SO4的废水要排入到河中。假如要控制该水体pH不得降到6.7以下，问每升河水中最多可以排入多少这种废水，相应的稀释比为多少？（25℃, K1＝10 - 6. 35）

解：pH = 8.3时，二氧化碳系统组分的主要形式为HCO3—，C T≈[HCO3-] = 3×10-3 mol/L pH = 6.7时，HCO3－与H2CO3*共存,

C T= [HCO3-] + [H2CO3* ]

H2CO3*＝H+ + HCO3－——K1K1 = [H+] [HCO3-]/[H2CO3* ]

∴[HCO3-]/[H2CO3* ] = K1/[H+] = 10-6.35/10-6.7 = 2.2387

即pH = 6.7时，[HCO3-] = 2.2387[H2CO3* ]

加入的是强酸，C T前后不变，即

加酸后C T= [HCO3-] + [H2CO3* ] = 3×10-3 mol/L

∴pH = 6.7时[H2CO3* ] =9.263×10-4 mol/L

[HCO3-] = 2.0737×10-3 mol/L

HCO3－+ H+→H2CO3*

pH = 8.3 3×10-3 10-8.3 ≈0 mol/L

pH = 6.7 2. 0737×10-3 10-6.7 9.263×10-4 mol/L

H2CO3*的增加量9.263×10-4mol/L 即为最多可加入的H+ 的量, 即最多可接纳的[H+]= 9.263×10-4mol/L，可接纳的废水体积为

V = 9.263×10-4/2×10-2= 0.046L

稀释比为1/0.046 = 21.7

8、硫化氢电离平衡的分布系数与pH有什么关系？

§在天然水的一般pH范围内硫化氢的第二级电离几乎没有发生。硫化物在水中的存在形态主要是H2S与HS-，pH7.2时H2S与HS-含量相等。一般天然水中几乎不存在S2-形态，要在pH12以上，S2-才占有明显的份额。而H2S在pH8.0时以占有明显比例了。

9、硫化物的毒性受哪些因素影响？

§水中硫化物的毒性随水的pH、水温和溶氧含量而变。水温升高或溶氧降低，毒性增大。

10、生石灰清塘的原理；海淡水的不同之处。

（1）水池塘养鱼工艺中常采用生石灰清塘（杀菌消毒、杀死野杂鱼）。这是用提高水pH 值的办法来达到杀死野杂鱼和消毒的目的很好的行之有效的办法。

（2）对于海水池塘，由于大量Mg2+的存在，使海水的pH值很难提高，需要消耗大量的生石灰。因此，生石灰清塘对海水池塘不太适用。这也是海水缓冲性大的一种表现。

第五章天然水中的生物营养元素

1、水生植物吸收营养元素速度方程——米氏方程中半饱和常数Km有何意义？

（1）米氏常数Km的意义:Km值可作为藻类细胞正常生长所需维持水中有效形式营养盐的临界浓度，也可用于比较不同浮游植物吸收营养盐能力的大小。在光强、水温及其它条件适宜而营养盐含量较低时，Km值越小的浮游植物越容易发展成为优势种；Km值越大的浮游植物会因缺乏营养盐使生长受到限制。

2、天然水中氮的存在形态。

（1）有机氮：氨基酸、蛋白质、核酸和腐殖酸等物质中所含的氮。

（2）无机氮

①溶解氮（N2）:只有被水中的固氮菌和固氮蓝藻通过固氮作用才能转化为可被植物利用的NH4+（或NO3-）。

②有效氮：铵态氮（NH4+—N ）浮游植物最先利用；其次是硝态氮（NO3-—N ）；最后才是亚硝态氮（NO2-—N ），因此上述三种形式的氮通常称有效氮，或称为三态氮。在天然水域中，三态氮中以硝态氮为主，总铵态氮次之，亚硝态氮含量最低。亚硝态氮是不稳定的中间产物，对鱼类和其它水生动物有较大的毒性。

§亚硝态氮（NO2-—N ）

a.毒性机理：NO2-—N的毒性主要是影响氧的运输、以及损坏器官组织。

b.致死作用：NO2-—N对鱼类的致死作用因水的化学性质和鱼类品种不同而差异很大。

§硝态氮NO3-—N：对鱼类来说毒性最小，但高浓度的硝酸盐也影响水的pH，渗透作用和氧的运输。

§氨（铵）态氮（TNH4—N ）：在水中以铵态氮（NH4+）和氨（NH3?H2O）两种形式存在，总和称为总铵。

离子铵（NH4+）---无毒分子氨（NH3）---毒

3、天然水中氮循环的转化作用

（1）氨化作用：有机氮在微生物的作用下可转变为铵（氨）态氮。这一过程在有氧、无氧条件下都可进行。

（2）同化作用：植物吸收无机态的铵态氮或硝酸态氮后转变为氨基酸、蛋白质等有机氮的过程。

（3）硝化作用、亚硝化作用：在溶氧丰富的条件下，水中铵态氮可以在亚硝化细菌作用下转变为亚硝态氮。亚硝态氮可在硝化细菌的作用下转变为硝酸态氮。结果氨（NH4+, NH3）被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。

（4）反硝化（脱氮）作用：在缺氧条件硝态氮在反硝化细菌的作用下转变为亚硝态氮，进一步转变为氮气和氧化亚氮。硝酸盐或亚硝酸盐被还原为N2或N2O 等气体。

4、天然水中无机态氮与养殖生物的关系如何？

§天然水体中机态氮与养殖生物的关系：①铵态氮（NH4+—N ）、硝态氮（NO3-—N ）、亚硝态氮（NO2-—N ）是藻类能直接吸收利用的氮的形态，在适宜的浓度范围内，增加其含量，可提高浮游生物的生物量，提高天然饵料基础，促进养殖生产；②当水体无机氮含量过高时，易导致水体富营养化，对养殖生物产生有害的影响。

5、水体中非离子氨的计算

（1）)('433

101100100%+++-+=+=H a p pH pK NH NH NH C C C UIA γ

（2）K ’a 取决于水体的温度和盐度。25℃在不同离子强度下海水及淡水中的pK ’a 值可查表得到。其他温度时的pK ’a 值可由下列公式得到：p K ’a ,t= p K ’a,25 +0.0324（25-t ） +

H γ为活度系数可以查表得到，取负对数即得。 6、鱼池水温为15℃，pH = 7.80，总氨氮为1.50μmol/L，求该鱼池中分子态氨氮UIA 为多少μmol/L？分子态氨氮在总氨氮中所占的比例UIA%为多少？已知15℃时反应NH 4+ + H 2O = NH 3 + H 3O + 的pKa ′＝9.574，水中氢离子的活度系数可近似为1.0。

解：C NH3 = a NH3 C T = K a ＇/(a H+/γH+ + K a ＇) C T

=(9.574÷(（10-7.80÷1.0）+9.574))×1.5= 0.0248μmol/L

UIA% ＝ 0.0248/1.50×100% = 1.65%

7、天然水中磷的存在形态

（1）天然水中的磷包括溶解态磷和颗粒态磷，溶解态磷有包括溶解态无机磷和溶解态有机磷；颗粒态磷也可以分为颗粒态无机磷和颗粒态有机磷。

（2）活性磷化合物：凡能与酸性钼酸盐反应的，包括磷酸盐，部分溶解状态的有机磷，吸附在悬浮物表面的磷酸盐以及一部分在酸性中可以溶解的颗粒态无机磷等，统称为活性磷化合物。活性磷化物主要以可溶性磷酸盐的形态存在，所以通常称为活性磷（酸盐），并以PO 4-P 表示。

以上各种形态的磷化合物中，能被水生植物直接吸收利用的部分称为有效磷。

（3）参与天然水中磷循环的因素：①生物有机残体的分解矿化；②水生生物的分泌与排泄；③水生植物的吸收利用；④若干非生物学过程：降水、地表径流、污水排放等。

8、富铁水的危害及铁的去除

（1）富铁水特点：地下水的铁含量通常较高，pH 较低、缺氧、Fe 2+含量高。

（2）含铁量高的地下水大量注入鱼池，池水发生的变化：①Fe 2+被氧化成Fe(OH)3，减少水中的溶解氧，水变混浊，pH 值降低；②生成的Fe(OH)3絮凝时会将水中的藻类及悬浮物一并混凝、下沉，使水又逐渐变清。过几天浮游植物又会繁生，水色又渐渐变深，pH 回升；③水中生成的大量Fe(OH)3微粒会堵塞鱼鳃。

（3）我国北方越冬鱼池的水要求含Fe<1mg/L

（4）铁的去除方法：曝气、絮凝、过滤或静置

第六章 水环境中的氧化还原反应

1、天然水环境中常见氧化态与还原态的物质各有哪些？

（1）氧化态的物质：O 2、SO 42-、NO 3-、PO 43-，以及Fe 3+、Mn 4+、Cu 2+、Zn 2+等金属离子；

（2）还原态的无机物：Cl -、Br -、F -、N 2、NH 3、NO 2-、H 2S 、CH 4等。

2、pe 表示什么含义？

ζpe 的概念与+-=H a pH lg 相对应：+

-=H a pe lg ，是氧化还原你体系处于平衡状态下，体系的电子活度，采用电子活度的负对数pe 衡量溶液接受或迁移电子的相对倾向。

水中氧化还原特点：（1）过程进行缓慢（2）微生物可以加速反应过程（3）同一水质系的不同部位的氧化状态不同上层和下层；表面和内部

3、水体的氧化还原点位（ORP）表征介质氧化还原或还原性的相对程度。

4、标准电位E0: 在25℃，有关离子浓度为1mol/L时的电位，称标准电位。

5、水体Eh值与单氧化-还原体系E的关系

①多个单氧化-还原体系存在，复合体系Eh值介于单体系E之间并且接近于存在量较高的单体系电位E。

②若有一个单体系的存在量较其它单体系的量高得多，那么，这时复合体系的电位E几乎等于该单体系的电位，并称之为“决定电位体系”。

③水体正常情况下，水体中的氧体系是“决定电位体系”，Eh较高；缺氧环境中，SO42-/SO32-是“决定电位体系”，Eh较低。

6、如何求算水环境中O2/H2O电对的氧化还原半反应的氧化还原电位？天然水Eh的理论计算值约为多少毫伏？实际测定值又约为多少？为什么？

§标准氢电极的电位为零，根据某体系的电位与标准电位之差（代数值）而得。Eh 的理论值约为700mV,实际测定值约为400mV。

第七章水中的有机物

1、名词解释

（1）耗氧有机物：指水体中能被溶解氧所氧化的各种有机物。

（2）有毒有机污染物：指本身具有生物毒性的各种有机化合物。

2、反应有机物含量的水质参数。

（1）生化需氧量（BOD）：在规定条件下，水中有机物和无机物在生物氧化作用下所消耗的溶解氧。

ζ五日生化需氧量（BOD5）在20度条件下，水中有机物在微生物作用下氧化分解，5d内所消耗的溶解氧。称为五日生化需氧量。

（2）化学需氧量(COD ) ：在规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用氧化剂的量。

ζ常用的氧化剂有重铬酸钾和高锰酸钾。

①重铬酸钾酸性完全、复杂

②高锰酸钾酸性不完全、简单

碱性海水条件只能用碱性

（3）总需氧量(TOD)：水体中有机物完全氧化所需的氧量。

（4）总有机碳(TOC)：是以碳的含量表示水中有机物总量的综合指标。

3、有机物的矿化作用（生物氧化）

（1）去氢氧化：有机物在细菌作用下的氧化绝大部分都是去氢氧化，把有机物中的氢脱去而放出适当的能量。

（2）有氧氧化：以游离的氧分子作为受氢体。

（3）无氧氧化：在缺氧的条件下，以氧以外的化合物作为受氢体。

4、生物富集

f

（1）生物富集系数

BC