养殖水环境化学(2)

1、第二章第二章 天然水的主要离子天然水的主要离子Ca2+、Mg2+、Na+、K+ HCO3、CO32、SO42、Cl第一节第一节 水的硬度及水的硬度及钙镁钙镁离子离子一、硬度的基本知识硬度的概念硬度的概念钙硬度、镁硬度、铁硬度、铝硬度、碳酸盐硬度、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（德国度（HG ）天然水硬度的分类：（表2-1）硬度单位硬度单位mmol L1德国度（德国度（HG ）mg（CaCO3）L1mmol L112.80450.0

2、5德国度（德国度（HG ）0.3566117.85mg（CaCO3）L10.019980.056021几几 种种 硬硬 度度 单单 位位 的的 换换 算算 横向比较水的硬度测定水的硬度测定 步骤如下：每次取水样 50.00ml ，加铬黑 T 少许，加氨性缓冲溶液 5ml ，摇匀，用 0.0200mol.l-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： 水 样 地下水 自来水 纯净水 实验次数 1 2 3 1 2 3 1 2 3 起始读数(ml) 1.10 0.55 0.20 0.12 1.35 0.16 0.15 0.53 0.9

3、8 终了读数（ ml） 15.30 15.55 16.40 11.2 12.25 10.90 3.15 3.66 4.23 用 量（ml） 14.20 15.00 16.20 11.10 10.94 10.72 3.00 3.13 3.25 EDTA 用量 平均值(ml) 15.00 10.92 3.12 硬度 33.6 24.5 7.0 结论 最 硬水 硬水 软水 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。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

4、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

5、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。第二节第二节 水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子水的碱度、碳酸氢根、碳酸根离子一、碱度的组成及表示单位 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

6、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 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

7、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 L1。 碱度有3种表示单位，与硬度的单位形式完全

8、相同，只是含义不同。mmol L1 mg L1 德国度（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生物学过程生物学过程 反反 应应 类类 型型对碱度的影响对碱度的影响碳同化碳同化 2HCO3 CO2+ CO32 有机碳+ CO32 +O2AT不变 NO3 同化同化 NO3有机氮+OH AT增大NH4+ 同化同化 NH4+有机氮+H+ AT减小氨化作用氨化作用 有机氮+O2NH4+ + OH AT增大硝化作用硝化作用NH4+NO3+2H+ AT减小脱氮作用脱氮作用NO3N2+OH AT增大呼吸作用呼吸作用有机碳 CO2 HCO3 + H+ AT不变2、维持天然

9、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；水体水体Alk达到达到1.53.5 mmolL1才有可能具有较高才有可能具有较高的生产力。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

10、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9.49.6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

11、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。第三节第三节 硫酸根离子、氯离子、钠离子、钾离子硫酸根离子、氯离子、钠离子、钾离子一、硫酸根离子与硫的循环自自 然然 界界 中中 的的 硫硫 循循 环环硫硫 循循 环环（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）硫在水体中的转化硫在水中的价态有：+6价（SO42）、-2价（HS、H2S、S2、含硫蛋白

12、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SO42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

13、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

14、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的地球化学行为地球化学行为最为简单，也是水体中最保守的成分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，允许在较大幅度范围内变动。 正因

15、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。 在在Na+和和K+中，动物需要

16、较多的中，动物需要较多的Na+ ，植物需，植物需要较多的要较多的K+ 。 钠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

17、们的含量是采用阴、阳离子含量的减差法求得。第四节第四节 海水主要离子组成的恒定性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。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