天然水及其分类

一、水源

水是地面上分布广的物质，几乎占据着地球表面的四分之三，构成了海洋、江河、湖泊以及积雪和冰川，此外，地层中还存在着大量的地下水，大气中也存在着相当数量的水蒸气。地面水主要来自雨水，地下水主要来自地面水，而雨水又来自地面水和地下水的蒸发。因此，水在自然界中是不断循环的。

水分子（H2O）是由两个氢原子和一个氧原子组成，可是大自然中很纯的水是没有的，因为水是一种溶解能力很强的溶剂，能溶解大气中、地表面和地下岩层里的许多物质，此外还有一些不溶于水的物质和水混合在一起。

水是工业部门*的物质，由于工业部门的不同，对水的质量的要求也不同，在火力发电厂中，由于对水的质量要求很高，因此对水需要净化处理。

电厂用水的水源主要有两种，一种是地表水，另一种是地下水。

地表水是指流动或静止在陆地表面的水，主要是指江河、湖泊和水库水。海水虽然属于地表水，但由于其特殊的水质 ，另作介绍。

天然水中的杂质

要有氧和二氧化碳天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按照其颗粒大小可分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类。

悬浮物：颗粒直径约在10-4毫米以上的微粒，这类物质在水中是不稳定的，很容易除去。水发生浑浊现象，都是由此类物质造成的。

胶体：颗粒直径约在10-6---10-4毫米之间的微粒，是许多分子和离子的集合体，有明显的表面活性，常常因吸附大量离子而带电，不易下沉。

溶解物质：颗粒直径约在10-6毫米以上的微粒，大都为离子和一些溶解气体。呈离子状态的杂质主要有阳离子（钠离子Na+、钾离子K+、钙离子Ca2+、镁离子Mg2+）,阴离子（氯离子CI -、硫酸根SO42-、碳酸氢根HCO3-）；溶解气体主。

 水质指标

二、水中的溶解物质

悬浮物的表示方法：悬浮物的量可以用重量方法来测定（将水中悬浮物过滤、烘干后称量），通常用透明度或浑浊度（浊度）来代替。

溶解盐类的表示方法：

1.含盐量：表示水中所含盐类的总和。

2.蒸发残渣：表示水中不挥发物质的量。

3.灼烧残渣：将蒸发残渣在800℃时灼烧而得。

4.电导率：表示水导电能力大小的指标。

5.硬度的表示方法：硬度是用来表示水中某些容易形成垢类以及洗涤时容易消耗肥皂得一类物质。对于天然水来说，主要指钙、镁离子。硬度按照水中存在得阴离子情况。划分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两类。

6.碱度和酸度：碱度表示水中含OH -、CO32-、HCO3-量以及其它一些弱酸盐类量得总和。碱度表示方法可分为甲基橙碱度和酚酞碱度两种。酸度表示水中能与强酸起中和作用的物质的量。

有机物的表示方法：通常用耗氧量来表示。

溶解物质是指颗粒直径小于10-6 mm的微粒，它们大都以离子或溶解气体状态存在于水中，现概述如下。

（1）离子态杂质。天然水中含有的离子种类甚多，但在一般的情况下，它们总是一些常见的离子。如按含量多少来分，可以将这些离子归纳为表1-2中的三类。其中*类杂质的含量为多，是工业水处理中需要净化的主要离子。

天然水中离子态杂质来自水源经地层时溶解的某些矿物质。列如石灰石（CaCO3）和石膏（CaSO4· 2H2O）的溶解。CaCO3在水中的溶解度虽然很小，但当水中含有游离态CO2时，CaCO3被转化为较易溶的Ca（HCO3）2而溶于水中。其反应为

               CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2

又如白云石（MgCO3·CaCO3）和菱镁矿（MgCO3），也会被含游离CO2的水溶解，其中MgCO3溶解反应可表示为

MgCO3+CO2+H2O=Mg（HCO3）2

由于上述反应，所以天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-。在含盐量不大的水中，Mg2+的浓度一般为Ca2+的25%~50%，水中Ca2+、Mg2+是形成水垢的主要成分

含钠的矿石在风化过程中易于分解，释放出Na+，所以地表水和地下水中普遍含有Na+。因为钠盐的溶解度很高，在自然界中一般不存在Na+的沉淀反应，所以在高含盐量水中，Na+是主要阳离子。天然水中K+的含量远低于Na+，这是因为含钾的矿物比含钠的矿物抗风化能力大，所以K+比Na+较难转移至天然水中。

由于在一般水中K+的含量不高，而且化学性质与Na+相似，因为在水质分析中，常以（K++Na+）之和表示它们的含量，并取加权平均值25作为两者的摩尔质量。

天然水中都含有Cl-，这是因为水流经地层时，溶解了其中的氯化物。所以Cl+几乎存在于所有的天然水中。天然水中常见的阳离子是Ca2+、Mg2+、K+、Na+；阴离子是HCO3-、SO42-、Cl-，某些地区的地下水中还含有较多的Fe2+和Mn2+。

（2）溶解气体。天然水中常见的溶解气体有氧（O2）和二氧化碳（CO2），有时还有硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）和氨（NH3）等。

天然水中O2的主要来源是大气中O2的溶解，因为空气中含有20.95%的氧，水与大气接触使水体具有自充氧的能力。另外，水中藻类的光合作用也产生一部分的氧，但这种光合作用并不是水体中氧的主要来源，因为在白天靠这种光合作用产生的氧，又在夜间的新陈代谢过程中消耗了。

地下水因不与大气相接触，氧的含量一般低与地表水，天然水的氧含量一般在0~14mg/L之间。

天然水中CO2的主要来源为水中或泥土中有机物的分解和氧化，也有因地层深处进行的地质过程而生成的，其含量在几毫克/升至几百毫克/升之间。地表水的CO2含量常不超过20~30mg/L，地下水的CO2含量较高，有时达到几百毫克/升。

天然水中CO2并非来自大气，而恰好相反，它会向大气中析出，以为大气中CO2的体积百分数只有0.03%~0.04%，与之相反的溶解度仅为0.5~1.0mg/L。

水中O2和CO2的存在是使金属发生腐蚀的主要原因。

（3）微生物。在天然水中还有许多微生物，其中属于植物界的有细菌类、藻类和真菌类；属于动物界的有鞭毛虫、病毒等原生动物。另外，还有属于高等植物的苔类和属于后生动物的轮虫、涤虫等。

     三、天然水的分类

通常，天然水有两种分类方法，一种是按主要的水质指标，另一种是水中盐类的组成。现分述如下：

1.按主要水质指标

天然水可以按其含盐量或硬度分类，因为这两种指标可以代表水受矿物质污染的程度。

天然水按其含盐量分类如表1-3。

表1-3       按含盐量分类

我国江河水大都属于低含盐量和中等含盐量水，地下水大部分是中等含盐量水。

天然水按其硬度分类如表1-4。

表1-4       按硬度分类

根据此种分类，我国天然水的水质是由东南沿海的极软水，向西北经软水和中等硬度水而递增至硬水。这里所谓软水是指天然水硬度较低，不是指经软化处理后所获得的软化水。

2.按水中盐类的组成分类

为了研究问题方便起见，人为地将水中阴、阳离子结合起来，写成化合物的形式，这称为水中离子的假想结合。这种表示方法的原理是，钙和镁的碳酸氢盐易转化成沉淀物，所以令它们首先假想结合，其次是钙、镁的硫酸盐，而阳离子Na+和K+以及阴离子Cl-都不易生成沉淀物。因此它们以离子的形式存在于水中。