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。