哪些情况水体中化学成分分析

‘壹’ 地下水化学成分的分析内容与表示方法

(一)地下水化学成分的分析内容

地下水化学成分的分析是水文地质研究的基础。工作目的与要求不同，分析项目与精度也不同。在一般水文地质调查中，分析方法主要有简分析和全分析，有时为了配合专门任务，则要进行专项分析。

简分析用于了解区域地下水化学成分的基本情况，可在野外利用专门的水质分析箱就地进行。简分析项目少，精度要求低，简便快速，成本不高，技术上容易掌握。分析项目除物理性质(温度、颜色、透明度、嗅味、味道等)外，还应定量分析Cl^－，SO^2－₄，HCO^－₃，Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，总硬度，pH值等。

通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。定性分析的项目则不固定，较常见的有:NO^－₃，NO^－₂，NH⁺₃，Fe²⁺，Fe³⁺，H₂S及耗氧量等。分析这些项目是为了初步了解水质是否适合于饮用。

全分析项目较多，要求精度高。通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行全分析，以便全面了解地下水的化学成分，并对简分析结果进行验核。全分析并非分析水中的全部成分，一般定量分析HCO^－₃，SO^2－₄，Cl^－，CO^2－₃，NO^－₂，NO^－₃，Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，K⁺，NH⁺₃，Fe²⁺，Fe³⁺，H₂S，CO₂，耗氧量，pH值及干涸残余物等。

在进行地下水的化学分析的同时，必须对有关的地表水体取样分析，也要考虑大气降水的化学成分，因为它们和地下水有水力联系，直接或间接地影响地下水的化学成分。

地下水化学分析的结果，可以不同方法表示。

(二)地下水化学成分的表示方法

1.离子表示方法

由于地下水中的成分主要以离子状态存在，所以水分析的结果应以离子的形式表示，才能代表其存在的真实情况。离子含量有四种表示方法，即:每升的毫克数;每升的毫克当量数;毫克当量百分数;每升的毫摩尔数(毫摩尔浓度)。

(1)离子毫克数

离子毫克数是以离子在水中的实际质量(每升水中所含毫克)来表示水化学成分的一种方法。这种表示方法并未反映水溶液中各种离子之间的化合关系。

(2)离子毫克当量数

元素互相化合时，皆以当量为准。以离子在水中的当量数来表示化学成分，可以反映各种离子之间数量关系和水化学性质。

某离子的毫克当量数按下式计算:

普通水文地质学

普通水文地质学

水中阴、阳离子的当量总数理论上应该相等，否则就有错误，或者还有某些离子没有测出。据此原理，可以检查分析结果的正确性。

全分析时允许误差不超过2%;简分析时不超过5%。误差计算如下:

普通水文地质学

式中:Σa为1L水中阴离子毫克当量总数;ΣK为1L水中阳离子毫克当量总数;e为分析误差的百分数。

(3)离子毫克当量百分数

为了将矿化度不同的水进行比较和确定水的化学类型，通常将阴阳离子当量总数各作为100%来计算。离子毫克当量百分数可按下式计算:

普通水文地质学

上述三种表示方法各有优缺点，所以在实际工作中通常三种方法同时使用(表5－14)，以便互相补充。

表5－14 化学成分三种表示方法换算对比表

(4)摩尔表示法

摩尔是表示物质质量的单位，数值上等于该原子(离子)的原子量，如Ca²⁺为40，Cl^－为35.5。

离子的摩尔浓度以每升水中含该离子的摩尔数表示。

普通水文地质学

因毫克当量浓度和毫摩尔浓度不同，用毫摩尔百分数和用毫克当量百分数表示法得出的结果可能不同，所以得出的水化学类型也不同。毫克当量虽为非法定单位，但目前习惯上还是采用毫克当量百分数表示法来确定地下水的化学类型和进行水化学分类。

2.库尔洛夫式表示法

库尔洛夫式是用分数的形式来表示水化学成分的，分子表示阴离子，分母表示阳离子，单位为毫克当量百分数，排列次序从左到右为含量减少方向。含量小于10%毫克当量的离子不列入式内。矿化度(M)、气体成分及特殊组分，列在分式的左边，单位为g/L，右边列上水温(t℃)、pH值等。表示式中各种含量一律标于该成分符号的右下角，将右下角的原子数移至右上角，例如:

普通水文地质学

库尔洛夫式法表示简单，既能反映地下水的化学成分特征，又能据此直接确定出地下水化学类型。水化学类型定名时，只考虑毫克当量大于25%的阴、阳离子成分。上例地下水类型可定为HCO₃－Ca型水。

现有河北某区水化学分析结果如下(mg/L):

离子成分:［K⁺］:27.40，［Na⁺］:12.46，［Ca²⁺］:66.56，［Mg²⁺］:16.14，［NH⁺₄］:0.28，［Cl^－］:35.20，［SO^2－₄］:68.67，［HCO^－₃］:160.49，［NO^－₃］:61.66。

微量组分:［F^－］:0.11，［Sr］:0.37，［H₂SiO₃］:17.78，［CO₂］:1.33。

其他要素:M=386.51，pH=7.8，t=20℃，Q=15.78L/s

下面给出库尔洛夫式表示的计算过程。

(1)计算各离子毫克当量数

普通水文地质学

(2)计算各离子毫克当量百分数

阴离子的毫克当量总数为:

普通水文地质学

阳离子的毫克当量总数为:

普通水文地质学

(3)误差的计算

普通水文地质学

(4)计算各离子的毫克当量百分数

普通水文地质学

(5)书写库尔洛夫式

普通水文地质学

这种水的化学类型为HCO₃－Ca型水。

‘贰’ 水体中化学物质有哪些

相信你说的不是纯粹的纯水，就拿一般水源的水来说吧，含的化学物有：
（1）无机污染物质：污染水体的无机污染物质有酸、碱和一些无机盐类。酸碱污染使水体的pH值发生变化，妨碍水体自净作用，还会腐蚀船舶和水下建筑物，影响渔业。
（2）无机有毒物质：污染水体的无机有毒物质主要是重金属等有潜在长期影响的物质，主要有汞、镉、铅、砷等元素。
（3）有机有毒物质：污染水体的有机有毒物质主要是各种有机农药、多环芳烃、芳香烃等。它们大多是人工合成的物质，化学性质很稳定，很难被生物所分解。
（4）需氧污染物质：生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚、醇等有机物质可在微生物的作用下进行分解。在分解过程中需要大量氧气，故称之为需氧污染物质。
（5）植物营养物质：主要是生活与工业污水中的含氮、磷等植物营养物质，以及农田排水中残余的氮和磷。
（6）油类污染物质：主要指石油对水体的污染，尤其海洋采油和油轮事故污染最甚。

‘叁’ 水化学类型的划分

关于地下水的化学分类，不同的作者提出了不同的方法，其中大多数都在一定程度上利用了主要阴离子与主要阳离子间的对比关系。

1.舒卡列夫分类法

舒卡列夫分类根据地下水中6种主要离子（Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、

、

、Cl^—、K⁺合并于Na⁺）及矿化度划分。具体步骤如下：

第一步，根据水质分析结果，将6种主要离子中毫克当量百分数大于25%的阴离子和阳离子进行组合，可组合出49型水，并将每型用一个阿拉伯数字作为代号（表1—4）。

第二步，按矿化度的大小划分为4组。

A组 M≤1.5g/L；

B组 1.5＜M≤10g/L；

C组 10＜M≤40g/L；

D组 M＞40g/L。

第三步，将地下水化学类型用阿拉伯数字（1～49）与字母（A、B、C或D）组合在一起表示。

例如，1—A型，表示矿化度不大于1.5g/L的HCO₃—Ca型水，沉积岩地区典型的溶滤水；49—D型，表示矿化度大于40g/L的Cl—Na型水，该型水可能是与海水及海相沉积有关的地下水，或是大陆盐化潜水。

这种分类法的优点是简明易懂，可以利用此表系统整理水分析资料。其缺点是：以毫克当量大于25%作为划分类型的依据不充分，此外，划分出的49种水型是由组合方法得到，实际上有些水型在自然界中很少见到，也难以解释它的形成过程。

表1—4 舒卡列夫分类表

2.布罗德斯基分类法

布罗德斯基分类法与舒卡列夫分类法相似，都是考虑六种主要离子成分及矿化度，两者间所不同的是将阴、阳离子各取一对进行组合，便得出36种地下水类型，矿化度按图1—7进行分类。

图1—7 布罗德斯基分类法示意图

1—＜0.5g/L；2—0.5～1g/L；3—1～5g/L；4—5～30g/L；5—＞30g/L；6—沉积岩中循环水矿化作用的一般方向；7—火成岩中循环水矿化作用的一般方向

布罗德斯基分类法的优点：即可用来分析地下水形成的规律和循环条件。例如在典型的山前倾斜平原的地下水，其化学成分的形成和作用方向具有一定的规律；在径流带内，地下水运动比较强烈，岩石中的可溶性盐类大部分被溶解，剩下的只是钙、镁的碳酸盐，所以在这一带的地下水为淡水（矿化度小于1g/L），到了溢出带，地下水的矿化度逐渐增高，当地下水流至垂直交替带时，不仅运动缓慢，而且消耗于蒸发，故地下水矿化度极高。这种矿化度由低逐渐增高的作用，布罗德斯基称它为总矿化作用。

布罗德斯基分类法的缺点：当两种离子的含量差别不大时，这种主次划分就失去了意义，甚至可能将本来属于同一类的水划分为不同类型。此外，这种分类是不管成对离子含量多少，都要阴阳离子各取一对，如果水中仅有一种离子含量占优势，而另一种离子含量甚微时，分类中仍要表示出来，这样会导致在分析水化学成分形成规律时不能确定主导因素，可能会得出某些不正确的结论。

3.阿廖金分类法

阿廖金分类法是由俄国学者O.A.Aleken提出的，按水体中阴阳离子的优势成分和阴阳离子间的比例关系确定水质化学类型的一种方法。该方法的具体操作步骤如下：

第一步，列出各计算分区中具有代表性水样的

、

、Cl^—等3个阴离子和Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺等3个阳离子的浓度含量（均以毫克当量表示）。

第二步，根据各水样中含量最多的阴离子将这些水样分为三类：重碳酸类（以C表示）、硫酸类（以S表示）、氯化类（以Cl表示），它们的矿化度依次增加，水质变差。

第三步，在每类中再根据水样中含量最多的阳离子进一步分为钙质（Ca）、镁质（Mg）、钠质（Na，钾与钠合并）三组。

第四步，按各水样中阴阳离子含量的比例关系分为四种类型：

Ⅰ型

，在S类与Cl类的Ca及Mg组中均无此型；

Ⅱ型

，多数浅层地下水属于此型；

Ⅱ型

，或Cl^—＞Na⁺，此型为高矿化水；

Ⅳ型

。此型为酸性水，C类各组及S和Cl类的Na组中无此型。

阿廖金分类图解如图1—8所示。

图1—8 阿廖金分类图解

第Ⅰ型水的特点是

。该型水由火成岩地区溶滤作用形成，含有相当数量的钠和钾，它也可以由水中的钙同岩石中钠之间的交换作用形成。该型水是碱性的软水，矿化度低（在内陆湖中或某些油田水中，可以出现高矿化度）。

第Ⅱ型水的特点是

，硬度大于碱度。从成因上讲，该型水与各种沉积岩有关，主要是混合水。大多属低矿化度和中矿化度的河水。湖水和地下水属于这一类型（有

硬度）。

第Ⅲ型水的特点是

或者为Cl^—＞Na⁺。从成因上讲，该型水也是混合水，由于离子交换使水的成分剧烈变化。成因是天然水中的Na⁺被土壤底泥或含水层中的Ca²⁺或Mg²⁺交换。大洋水、海水、海湾水、残留水和许多高矿化度的地下水属于此种类型（有氯化物硬度）。

第Ⅳ型水的特点是

含量为0，即该型水为酸性水。在重碳酸类水中不包括此型，只有硫酸盐与氯化物类水中的Ca²⁺组与Mg²⁺组中才有这一型水。天然水中一般无此类型（pH＜4.0）。

上述类型的差异是水体所处自然地理环境造成的，一般来讲，它们有一定的地理分布规律。

第五步，按照阿廖金的分类，水的类别是用主要阴离子的化学符号（即C、S、Cl）表示，组别用主要阳离子的化学符号（即Ca、Mg、Na）表示，而型别用脚码表示。表达式以“类”为基号，以组为上脚号，以型为下脚号，如C类Ca组Ⅱ型可表示为

，又如Cl类Mg组Ⅳ型表示为

。此外，有时还可标上矿化度（精确度至0.1g/L），表达式为

。此分类法是兼顾了主要离子及离子间对比的划分原则，在一定程度上反映水质特点变化的规律性。如矿化度的变化，矿化度逐渐增大的方向是：[C]＜[S]＜[Cl]，Ca＜Mg＜Na，Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ。

阿廖金分类法具有许多优点，它适用于绝大部分天然水，简明易于记忆，而且能将多数离子之间的对比恰当的结合，可以用来判断水的成因、化学性质及其质量。

复习思考题

1.地下水的化学组分有哪些？

2.论述地下水的形成作用有哪些？

3.掌握地下水水质的三类综合评价指标。

4.掌握地下水化学类型的分类方法。

‘肆’ 水体的化学物质污染有哪些

水体的化学物质污染包括有机化合物和无机化合物的污染，如水中溶解氧减少，溶解盐类增加，水的硬度变大，酸碱度发生变化或水中含有某种有毒化学物质等；

概述
造成水体水质、水中生物群落以及水体底泥质量恶化的各种有害物质（或能量）都可叫做水体污染物。水体污染物从化学角度四大类： 1 、无机无毒物：酸、碱、一般无机盐、氮、磷等植物营养物质； 2 、无机有毒物：重金属、砷、氰化物、氟化物等； 3 、有机无毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白质等； 4 、有机有毒物：苯酚、多环芳烃、PCB 、有机氯农药等。
需氧污染物
水体污染
地表水的溶解氧含量，一般不低于4毫克/升。水体中所含的碳氢化合物、脂肪、蛋白质等有机化合物中水中微生物等作用下，最终分解为二氧化碳、水等简单的无机物，同时消耗大量的氧；而水体中的亚硫酸盐、硫化物、亚铁盐和氨类等还原性物质，在发生化学氧化时，也要消耗水中的溶解氧。这些物质就统称为需氧污染。水中溶解氧的下降，势必影响鱼类及其他水生生物的正常生活，水质恶化。 重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显着和生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。重金属污染的特点是：(1)除被悬浮物带走的外，会因吸附沉淀 作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长期的次生污染源；(2)水中各种无机配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和有机配位体(腐蚀质等)会与其生成络合物或螯合物，导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来；(3)重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随pH和氧化还原条件而转化。
一般有机物
工业废水
a油类 油类已成为水体，特别是海洋污染的主要物质。石油进入水体，除了〖挥发一部分外，在水面形成油膜(低分子烃类可溶于水)，由于风浪 作用，又可生成乳化油(其油滴平均直径约0.5～25微米)。油能粘住鱼卵和鱼，降低孵化率并使鱼畸形、死亡。 b 酚类 属于可被天然分解的有机物。其分解速度取决于其结构(单元酚分解较二元酚、三元酚易)、初始浓度、微生物条件、温度、曝气条件等因素，酚类生物分解最适宜的水温是15～25℃。 c 氰化物 天然水体对氰化物有较强的自净作用。我国各地有氰电镀废水含氰经常为30～35毫克/升；某些焦化厂粗苯和纯苯分离水含氰1～96毫克/升；化肥厂煤气洗气水含氰180毫克/升。
酸碱及一般无机盐类
酸主要来自矿坑废水、工厂酸洗水、硫酸厂、粘胶纤维、酸法造纸等，酸雨也是某些地区水体酸化的主要来源。碱主要来自造纸、化纤、炼油等工业。酸碱污染不仅可腐蚀船舶和水上构筑物，改变水生生物的生活条件，还可大大增加水的硬度(生成无机盐类)，影响水的用途，增加工业用水处理费用等。
植物营养物
植物营养物主要指氮、磷化合物。主要业源是化肥、农业废弃物、生活污水和造纸制革、印染、食品、洗毛等工业废水。植物营养物污染主要表现为水体富营养化。水体营养化程度与磷、氮含量关，磷的作用大于氮。一般业说，总磷和无机氮分别超过20毫克/米3，300毫克/米3，就可以认为水体处于富营养化。

‘伍’ 　地下水水化学系统分析

一、水化学系统划分

地下水是含有气体成分、离子成分、微量元素、有机质和微生物的一个复杂的溶液。受含水层系统、地下水循环特征的控制，以及地形地貌、水文气象、土壤植被等水文地球化学环境的影响，在不断变化着。同时，地下水是各种化学物质的载体，所以在地下水的补给、径流、排泄（或储存）过程中，各种元素亦随着载体而溶滤、迁移，其地下水化学场与地下水动力场相关密切。

地下水含水层系统是在长期地质作用下逐渐形成的。其中的基岩裂隙水含水层亚系统、古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水含水层亚系统、第四系松散岩类孔隙水含水层亚系统，都赋存着质量不同的地下水。地下水系统是各种化学物质强大的搬运者，对元素的迁移、聚集、离散起了巨大的作用。特别是潜水含水层，它是浅层地下水水化学系统中最活跃的一种因素。

根据含水层系统对地下水化学特征的形成与控制作用，我们把三江平原地下水划分成3个水化学系统，即第四系松散岩类孔隙水水化学系统、古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水水化学系统和前第四系基岩裂隙水水化学系统。然后每个系统内再根据迁移交替作用的不同，水化学是否活泼来划分1～3个亚系统。最后每个亚系统根据原生水化学类型和人为污染状况，进一步细划为子系统（表5-5）。

表5-5 三江平原地下水水化学系统分区

这些亚系统之间具有直接或间接联系与影响，同时又各自具有自己的水化学特征。一个水化学系统接受一定的水和物质成分的输入，然后在系统内发生一些水化学变化，最后将其变为某种水化学的输出。最主要是系统内部含水层（体）系统是控制地下水水化学成分的输入、输出、传导与功能特征。同时本区人为活动影响剧烈，局部地区改变了天然水化学的传输功能。

二、水化学系统特征

（一）第四系松散岩类孔隙水水化学系统

本系统是相对独立的，与残丘及山地为隔水或弱透水边界。在垂向上，系统的底部边界为古近-新近系泥岩隔水层或弱透水层。系统输入主要有：①降水入渗；②丰水期江河水的侧向补给；③人工灌溉及渠道入渗。系统的输出主要有：①枯水期向江河岸边的透水边界排泄；②包气带水的蒸发；③人工开采地下水。

人类活动对系统影响主要有：一是城区及水稻种植区大量开采地下水，局部改变了系统的边界，同时水动力系统发生变化，影响水化学系统也发生变化。二是大面积农业灌溉水的入渗，也影响地下水的数量和质量。三是工业、农业和生活污染源星罗棋布，这些污染源通过各种渠道向地下水中输送有毒有害元素和物质，使地下水水化学系统遭受污染。

系统的内部特点是：岩性以细砂、砂砾石为主，上覆薄层粉质粘土，中夹淤泥层，下伏细砂、砂砾石。介质中化学成分主要为二氧化硅和三氧化铝，其次为三氧化二铁、氧化铁和氧化锰、氧化钙、氧化钠、氧化钾等；微量元素以钛为最丰，平均达450×10^-6；最少为镉，平均为0.06×10^-6。地下水最古老年龄为2×10⁴ a左右。含水层厚度大，水量丰富，渗透系数多为50～100m/d，但由于水力坡度小，地下水径流缓慢，所以整个系统相对化学作用不强烈。

系统水化学多为重碳酸型水。浅层地下水受人为活动影响剧烈，地表水入渗、污水灌溉、大气降水均可携带污染物进入本系统中，多数地段遭受不同程度的污染。比如在城区工业污染、居民点附近有三氮污染等。

在这个系统内，由浅部（埋深小于10m）、中部（10～50m）到深部（大于50m），地下水的流速向下逐渐减小。因而水力交替迁移的能力减弱，而扩散水流模式则逐渐变得更加明显。地下水环境也由氧化环境过渡到还原环境；水化学也由活泼区渐变到惰性区。特别由于淤泥层的存在，使所有化学组分受到吸附和解吸作用。受人为活动因素影响少，水质较好，多为重碳酸钙型水。但在淤泥层附近，形成高腐殖水和高铁水，特别是在地下水强烈开采地段，形成氧化区，富集大量铁锰离子。由于上层污染水的垂向补给，使系统内水化学也发生了演化。实际上，在地下水系统中，每种选定的水化学参数都有活泼区，可能活泼区和惰性区，即在活泼水化学区存在惰性水化学小区。这是由于地层中各向异性，离子本身特点，输入系统控制等决定的。比如三氮在系统上部都是活泼区，但无污染源地段它又是惰性区；二价铁在活泼区处于缺氧区；在包气带，可以存在一个氯化物活泼区，其蒸发作用改变氯化物含量。这个包气带系统的其余部分可以形成一个惰性区。

（二）古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水水化学系统

该类型的地下水埋藏较深，迁移交替作用较弱，因此水化学属不活泼区。同时由于地下水径流迟缓，导致一些离子含量较高，形成高铁水、高氟水、高硬度水。水化学类型为HCO₃-Ca，pH值为7～7.5，地下水TDS为0.5g/L左右。人为活动影响因素少，地下水基本没有污染。

（三）前第四系基岩裂隙水水化学系统

本系统由基岩风化裂水水质亚系统和构造裂隙水水质亚系统组成，含水介质为花岗岩、火山岩、砂岩，地下水溶滤这些岩石形成重碳酸钙水。

（1）风化裂隙水水化学亚系统

在亚系统上部，地表以下0～10m区间，岩石风化裂隙发育，连通性较好，大气降水入渗后经短途径流，最后以泉的形式排泄沟谷中。因此亚系统上部交替迁移作用较强，水化学处于活泼区，多数离子均不超标，且人为污染仅限于一些居民点。在亚系统的下部，岩石风化裂隙逐渐减弱，交替迁移作用缓慢，水化学呈惰性区，铁锰含量也增高。

（2）构造裂隙水水化学亚系统

构造裂隙水，赋存于前第四系基岩的构造裂隙中，各项化学指标均适中，TDS多小于0.35g/L，水化学类型为HCO₃-Ca或HCO₃-Ca-Mg型。该水化学系统交替作用较强，参与水文循环积极，且循环深，距离远，最终排泄到风化裂隙水中或第四系松散岩类孔隙含水层中。

‘陆’ 水体中主要的有害人体健康的化学物质有哪些

铁
水中铁的污染来源主要是选矿、冶炼、炼铁、机械加工、工业电镀、酸洗废水等.
铁是人体的必需微量元素之一.其化合物属低毒或微毒.二价铁具有一定的全身毒性作用,三价铁盐毒性较小,对粘膜具有轻度刺激性和腐蚀性.水环境中铁类化合物的浓度为1mg/l时,有明显金属味；浓度为0.5mg/l时,色度可大于30度.饮用水中铁超过0.3mg/l时,会对衣服、器皿着色及产生沉淀和异味.国标要求生活饮用水铁的含量应小于0.3 mg/l.
锰
地下水中由于缺氧,锰以可溶态的二价锰形式存在,而在地表水中还有可溶性三价锰的络合物和四价锰的悬浮物存在.
锰的主要污染源是黑色金属矿山、冶金、化工排放的废水.
锰是人体正常代谢必需的微量元素,一般人每天约从食物中摄入3－9mg锰.但过量的锰进入机体后可引起中毒.锰中毒表现主要为神经衰弱综合症和植物神经功能障碍,继续发展可出现明显的锥体外系损害为主的神经体征.水中有微量锰时,呈黄褐色.锰的氧化物能积沉在水管壁上,遇水压波动时可造成“黑水现象”.当水中锰超过0.15mg/l时,能使衣服和白色瓷器设备着色.国标要求生活饮用水锰的含量应小于0.1 mg/l.
铜
铜以单质或各种矿物形式存在.除了采矿,热交换以及其他工业用途都可以把铜排污入水环境.铜的高浓度溶液广泛地用于除草剂以控制海藻类的繁殖；在农业上也常用其作杀菌剂.
水中含铜0.5mg/l时,具有明显的金属味；超过1.0mg/l时,可使衣服及白瓷器染成绿色.铜是人体必需的微量元素,对于造血、细胞生长、某些酶的活性及内分泌腺功能均有重要作用.当进入人体内的铜化合物超过一定限度时,就要引起疾病.铜在体内主要贮留在肝、脑、肾等组织.铜代谢障碍所引起的疾病称为肝豆状核变性病,是一种遗传性疾病.铜急性中毒时,表现剧烈呕吐、腹泻,有时伴有腹绞痛、便血、剧烈头痛、出冷汗和脉弱,严重中毒可因休克、肝肾损害而致死.国标要求生活饮用水铜的含量应小于1.0 mg/l.
锌
锌的主要污染源是电镀、冶金、颜料及化工等部门排放的废水.
饮用水中含锌50mg/l时,会引起恶心和昏厥.水中含锌10mg/l时呈现浑浊,含锌5mg/l时有金属涩味.锌是人体内必需的微量元素.缺锌时,能使骨骼生长迟缓,肝脾肿大,性腺功能减退.过量的锌可对胃肠道产生强烈刺激.吸收后主要贮留在肝和胰.过量的锌盐经口进入人体可发生急性中毒.国标要求生活饮用水锌的含量应小于1.0 mg/l.
挥发酚（以苯酚计）
根据酚类能否与水蒸气一起蒸出,分为挥发酚与不挥发酚.挥发酚多指沸点在230 以下的酚类,通常属一元酚.
酚类主要来自炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐和化工等废水.
酚属高毒类,为细胞原桨毒物,低浓度能使蛋白质变性,高浓度能使蛋白质沉淀,对各种细胞有直接损害,对皮肤和粘膜有强烈腐蚀作用.长期饮用被酚污染的水,可引起头昏、出疹、搔痒、贫血、恶心、呕吐及各种神经系统症状.酚类化合物对人及哺乳动物有促癌作用.国标要求生活饮用水挥发酚类的含量应小于0.002 mg/l.
硫酸盐
硫酸盐在自然界中分布广泛.地表水和地下水中硫酸盐主要来源于岩石土壤中矿物组分的风化和溶淋,金属硫化物氧化也会使硫酸盐含增大.
水质中硫酸盐超过750mg/l时,饮用后可致轻度腹泻.国标要求生活饮用水硫酸盐的含量应小于250 mg/l.
氯化物
氯化物是水和废水中一种常见的无机阴离子.几乎所有的天然水中都有氯离子存在.同时,在生活污水和工业废水中,均含有相当数量的氯离子.海水入侵地下水,会使氯化物含量明显增高.
氯离子是保持人体细胞内外体液量、渗透压以及水和电解质平衡不可缺少的要素.氯化物含量过高时,可干扰人体电解质平衡,使人体细胞外渗透压增加,导致细胞失水,代谢过程出现故障.国标要求生活饮用水氯化物的含量应小于250 mg/l.
溶解性总固体
水中溶解性固体的主要成分是钙、镁、钠的重碳酸盐、氯化物和硫酸盐.当其浓度高于1200mg/l时,可产生苦咸味.国标要求生活饮用水溶解性总固体的含量应小于1000 mg/l.

氟化物
氟化物广泛存在于自然水体中.有色冶金、钢铁和铝加工、焦炭、玻璃、陶瓷、电子、电镀、化肥、农药厂的废水及含氟矿物的废水中常常都存在氟化物.
氟化物是人体必需的微量元素之一,缺氟易患龋齿,饮水含氟的适宜浓度为0.5～1.0mg/l.当长期饮用含氟量高于1.0～1.5mg/l的水时,易患斑齿病,如水中含氟量高于4 mg/l时,则可导致氟骨病.
氟可与骨组织的羟磷灰石的羟基交换,并通过抑制骨磷酸酶或与体液中的钙离子结合成难溶性氟化钙,从而导致钙、磷代谢紊乱,引起低血钙症、氟斑牙及氟骨症等.国标要求生活饮用水氟化物的含量应小于1.0 mg/l.
氰化物
氰化物的主要污染源是电镀、有机、化工、选矿、炼焦、造气、化肥等工业排放废水.氰化物可能以HCN、CN 和络合氰离子的形式存在于水中.
氰化物使水呈苦杏仁气味,氰化物剧毒.
氰化物的毒性作用是由于氰基离子与细胞色素氧化酶中的铁结合成铁氰络合物,阻止氧化酶的氧化还原作用,防碍组织内呼吸的正常进行.氰化物引起急性中毒时,表现出剧烈头疼,神智模糊甚至昏迷,全身抽搐,大小便失禁,感觉和反射消失,瞳孔散大,呼吸深慢,血压上升或下降,心率缓慢等,常因呼吸停止而死亡.慢性中毒时,可引起神经衰弱、头疼、头晕、耳鸣、失眠、全身无力,心率缓慢和血压降低等.国标要求生活饮用水氰化物的含量应小于0.05 mg/l.
砷
砷是一种既有金属性质又有非金属性质的元素.它的化合物在自然界广泛存在；可以是有机的.大部分是砷盐和砷硫化铁.在天然水中普通的砷化合物是砷酸盐（五价砷）,亚砷盐（三价砷）,甲烷胂酸及二甲胂酸.
砷的污染主要来源于采矿、冶金、化工、化学制药、农药生产、纺织、玻璃、制革等部门的工业废水.同时,砷及其化合物还是用于农林业上除草剂的成分之一.
砷是人体的非必需元素,元素砷的毒性极低,而砷的化合物均有剧毒,三价砷化合物比其他砷化合物毒性更强,人所共知的毒药“砒霜”即是三氧化二砷（三价砷）.砷可以在人体内积累,是致癌物质,人们还怀疑它有致突变作用.
砷化物的毒性作用,主要是亚砷酸离子与人体细胞酶蛋白的巯基结合,使细胞酶失去活性,引起代谢障碍,促使细胞死亡.砷化物对神经细胞的危害最大,它还能通过血液循环,直接损害毛细血管,使其扩张松弛,渗透性增加.
当人体摄入的砷量超过排出量时,砷就会在肝、肾、脾、肺、肌肉、骨骼等部位积蓄起来,尤以指甲和毛发储留最多.毒性强的砷化合物在肝、肾内结合迅速并且牢固,比毒性弱、结合差的砷化物排出慢.
砷化物慢性中毒症状与急性中毒症状相似,只是发展缓慢,表现为食欲不振、腹痛、腹泻和消耗不良、肝肿大、疼痛,有黄疸,个别严重者可发生肝硬化.国标要求生活饮用水砷化物的含量应小于0.05 mg/l.
硒
水中硒以无机的六价、四价、负二价及某些有机硒的形式存在.含硒废水主要来源于炼油、精炼铜、制造硫酸及特种玻璃等行业.
硒是动物体内一种必需的微量元素,但在某种条件下,又具有一定的毒性.硒的毒理作用,一般认为除了二甲基硒的作用外,与硒影响酶系统有关.二甲基硒可引起呼吸系统刺激和炎症.硒可使毛细血管扩张及渗透性增加,引起肺和胃肠道充血、水肿.硒对细胞呼吸酶系统有催化作用,干扰中间代谢能引起中毒,使人脱发、脱指甲、四指发麻甚至偏瘫等.国标要求生活饮用水硒的含量应小于0.01 mg/l.
汞
汞及其化合物属于剧毒物质,可在体内积蓄.进入人体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞,由食物链进入人体,引起全身中毒.天然水中含汞极少.仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、军工等工业废水中可能存在汞.
汞及其化合物可通过呼吸道、消化道或皮肤被人体吸收.发生在日本的“水俣病”就是甲基汞慢性中毒引起的.甲基汞有较高的化学稳定性,各种加工、烹调方法都不能把它除掉.甲基汞极易被肠道粘膜吸收（80％以上）.当摄入量超过排出量时,就会在体内积蓄.甲基汞在脑组织中的蓄积程度虽然不如其他器官,但一旦进入脑组织后,衰减非常缓慢,并对大脑皮质和小脑皮质有特异的选择性损害.症状表现为视野缩小,听力下降,手、脚、嘴唇麻痹发抖,步态不稳,口齿不清,严重者出现神经紊乱,运动失调,进而疯狂痉挛致死.甲基汞还能通过胎盘进入胎儿循环,损害胎儿.国标要求生活饮用水汞的含量应小于0.001 mg/l.
镉
镉不是人体必需的微量元素.在自然界,镉通常以硫酸盐形式出现,并常与锌矿石和铅矿石伴生.在矿区和冶炼厂附近,积累在土壤中的镉可导致临近水域局部地区镉有很高的浓度.镉的主要污染源有电镀、采矿、冶炼、染料、电池和化学工业等排放的废水.
镉是剧毒性物质,且有协同作用,可使进入体内的其他毒物的毒性增大.镉进入人体后,可以在人的肝、肾、胰腺和甲状腺内积累.由于肾小管中毒变性及钙质吸收能力下降,可引起骨、消化道、血管的病变,表现有神经痛,肾炎、骨质松软、骨折、高血压、贫血、内分泌失调等症状.镉还有致癌、致畸、致突变作用.饮水中镉不得超过0.01mg/l.
日本的“痛痛病”是因为体内镉积累过多,引起肾功能失调,骨质中钙被镉取代,使骨骼弱化,极易自然骨折,疼痛难忍而得名.这种病潜伏期长,短则10年,长则30年,发病后很难治疗.国标要求生活饮用水镉的含量应小于0.01 mg/l.
铬（六价）
铬的化合物常见的价态有三价和六价.受水中pH值、有机物、氧化还原物质、温度及硬度等条件影响,三价铬和六价铬的化合物可以互相转化.
铬是人体所必需的微量元素之一.铬的毒性与其存在价态有关,通常认为六价铬的毒性比三价铬高100倍,六价格更易为人体吸收而且在体内积蓄.铬的工业来源主要是含铬矿石的加工、金属表面处理、皮革揉制、印染等行业.
六价铬化合物对人体有害,在高浓度时具有明显的局部刺激作用和腐蚀作用,并能经胃肠道、呼吸道和皮肤吸收；在低浓度时是常见的致敏物质.进入体内的铬主要分布在肝、肾、脾和骨骼内.铬在体内具有一定的积蓄作用和致癌作用.国标要求生活饮用水六价铬的含量应小于0.05 mg/l.
铅
天然水中含铅量很少.选矿厂、涂料厂、冶炼厂、蓄电池厂、矿井的废水中常含有程度不等的铅.汽车排出的废气中含有的四乙基铅,可由雨水淋洗造成水质污染.
儿童、婴儿、胎儿和孕妇对铅较成人敏感.铅是有毒金属.铅可引起溶血,也可使大脑皮质的兴奋和抑制的正常功能紊乱,引起一系列的神经系统症状.铅及其化合物主要从呼吸道、消化道进入机体,主要沉积于骨骼系统,少量存留于肝、脾、肾、脑、肌肉等器官和血液内.国标要求生活饮用水铅的含量应小于0.05 mg/l.
硝酸盐（以氮计）
制革废水、酸洗废水、某些生化处理设施的出水和农田排水可含大量的硝酸盐.
水中硝酸盐是在有氧环境下,各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化合物,亦是含氮有机物经无机化作用最终阶段的分解产物.亚硝酸盐可经氧化生成硝酸盐,硝酸盐在无氧环境中,亦可受微生物的作用而还原为亚硝酸盐.
硝酸盐在人胃中还原为亚硝酸盐后,还可以与仲胺作用形成亚硝胺,现在普遍认为这是一种强致癌物质.国标要求饮用水的硝酸盐氮不得超过20mg/l.

‘柒’ 天然水体中的主要物质和化学组成

是水分子 化学组成的有氧气 和少量矿物质

‘捌’ 天然水的化学组成可以概括的分为哪五类

一、天然水的组成 在自然界中，完全纯净的水是不存在的。天然水在循环过程中不断地与环境中的各种物质相接触，并且或多或少地溶解它们，所以天然水实际上是一种溶液，而且是成分极其复杂的溶液。通过分析，发现天然水中含有的物质几乎包括元素周期表中所有的化学元素。现仅将天然水中的溶质成分概略地分成以下几类。 （一）主要离子组成 K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+、 HCO3-、 NO3-、 Cl-和 SO42- 为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子总量的 95%-99% 。水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特征性指标，如表 4-1 所示。 摘自汤鸿霄， 1979 （二）溶解性气体 水中溶解的主要气体有： N2、 O2、 CO2、 H2S ；微量气体有： CH4、 H2、 He 等。 （三）微量元素 I、 Br、 Fe、 Cu、 Ni、 Ti、 Pb、 Zn、Mn 等。 （四）生源物质 NH4+ 、 NO2- 、 NO3- 、 HPO42- 、 PO43- 。 （五）胶体 SiO2· nH2O 、 Fe(OH)2· nH2O 、 Al2O3· nH2O 以及腐殖质等。 （六）悬浮物质 铝硅酸盐颗粒、砂粒、粘土、细菌、藻类及原生动物等。 受到人类活动影响的水体，其水中所含的物质种类、数量、结构均与天然水质有所不同。以天然水中所含的物质作为背景值，可以判断人类活动对水体的影响程度，以便及时采取措施，提高水体水质，使之朝着有益于人类的方向发展。 二、天然水的性质 （一）碳酸平衡 CO2在水中形成酸，可与岩石中的碱性物质发生反应 ， 并可通过沉淀反应变为沉积物而从水中除去。在水和生物体之间的生物化学交换中， CO2占有独特的地位，溶解的碳酸盐化合态与岩石圈、大气圈进行均相、多相的酸碱反应和交换反应，对于调节天然水的 pH 和组成起着重要作用。 在水体中存在着 CO2、 H2CO3、 HCO3- 和 CO32- 等四种化合态，常把 CO2和 H2CO3合并为 H2CO3 * 。因此，水中 H2CO3* -HCO3- -CO32- 体系可用下面的反应表示： （二）天然水中的碱度和酸度 碱度（ Alka-linity ）是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子 H+的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类：①强碱，如 NaOH 、 Ca(OH)2等，在溶液中全部电离生成 OH-离子；②弱碱，如 NH3、 C6H5等，在水中部分发生反应生成 OH-离子；③强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，它们水解时生成 OH-或者直接接受质子 H+。弱碱及强碱弱酸盐在中和过程中不断继续产生 OH-离子，直到全部中和完毕。 和碱相反，酸度（ Acidity ）是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出 H+或经过水解能产生 H + 的物质的总量。组成水中酸度的物质也可归纳为三类：①强酸，如 HCl、 H2SO4、 HNO3等；②弱酸，如 CO2、 H2CO3、 H2S、蛋白质以及各种有机酸类；③强酸弱碱盐，如 FeCl3、 Al2(SO4)3等。 （三）天然水体的缓冲能力 天然水体的 pH 值一般在 6-9 之间，而且对某一水体，其 pH 几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。一般认为，各种碳酸化合物是控制水体 pH 值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的 pH 值也有着重要的作用。但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。

‘玖’ 油田水化学成分分类讨论

前已述及，已有的油田水化学成分分类的共同特点：一是以水中常量组分(六个阴、阳离子)作为分类的基础，而对油田水中丰富的有机组分未加以考虑；二是根据阴、阳离子以及它们之间的相互关系(单个离子或多离子之间的数量关系、各种比值或假定盐分等)来命名的。因此，各种分类在本质上没有太大的差别，或者说基本上是一样的。我们都知道，常量组分的形成主要决定于水文地球化学环境，而与油气没有直接的因果关系。前述种种分类，与其说是油田水化学分类，还不如说是天然水系中地下水化学成分分类，因为分类的针对性和目的性都比较差，难易说明水与油气共生过程、水化学成分的形成、演变规律及其同非油田水的区别。油田水分类的理论依据不足，有待进一步改进。

作者认为，以水中无机盐类或常量组分为主体的油田水分类，已完成了历史使命，可以暂告一段落。在高、新科学技术飞跃发展的今天，现代分析仪器设备的更新和涌现，能比较全面地检测出油田水中的标型组分——同油气成分有成因联系的有机组分，以此为基础，作为油田水分类的依据或命名水的类型，已成为可能。探讨新的油田水分类方案是油气勘探生产的需要，也是科学研究发展的必然过程(事件)。

我国在几十年的油气勘查实践中，积累了丰富的水文地质资料，为研究区域水文地质特征创造了条件，油田水化学成分的分析技术，尤其是油田水中有机组分的检测技术有了很大的提高，在这个基础上，结合我国石油地质特征，改进和更新油田水化学成分分类，是油田水文地质工作者必须研究与解决的课题。油田水分类，应该提倡创新，走百花齐放、百家争鸣的道路。

油田水是天然水系中一种特殊的类型水，其化学成分同其他地下水一样，常量组分是主要的组成部分之一，它可以反映水化学成分在盆地内的变化规律，说明水化学成分的形成作用与围岩的相互关系，是判断油气聚集水文地球化学环境的主要方面，在分类中是必须要考虑的因素，而且要全面考虑和应用六个主要离子；单一应用某个离子，对化学成分复杂多变的油田水来讲是不全面的，也不会收到良好的地质效果。利用常量组分进行分类，B.A.苏林分类法有独到之处，其研究思路和分类的某些方面是可以借鉴的。至于哪些离子参与水分类和命名，可根据各个离子在不同含油气盆地水化学成分中所起作用的大小(或贡献值)来确定，而不是人为的设定一个含量界限。常量离子与矿化度结合，并运用数量统计的方法，探索分类的依据和离子含量的界限是比较好的途径。

近年来，国内、外都重视了油田水中有机组分的分析测试和研究，我国许多学者利用有机组分区分油田水和非油田水，并收到一定的地质效果，被视为油田水中的“指纹标志”。但是否可以作为油田水化学分类的独立参数应用呢？作者认为在现阶段还尚时过早，其原因一是对油田水中有机组分的分析测试方法有待统一和标准化(包括水样的前期处理)；二是水中有机组分的成因和来源、赋存条件等研究比较薄弱，虽然它们与油气藏有关，甚至来自原油灰分，但有些组分明显的受到地下水化学性质的控制和影响；三是有机组分的优化和筛选的余地太小，除分析方法不一致外，有的组分还处于定性阶段，尚难做到不同含油气盆地的量化对比与应用。作者认为，目前有机组分中可以作为油田水分数参数者，以可溶气态烃为最佳，其次是苯—酚及其同系物。可溶气态能比较灵敏的表征油气藏的存在，分析方法已纳入油气地球化学勘查规程，实践证明，溶于水中的甲烷及其同系物是指示油气藏存在最敏感的组分，油田水中含量普遍较高，与非油田水有明显的区别。这是因为：

1)甲烷及其同系物是石油与天然气的主要成分之一，也是油田水的标志性组分。

2)可溶气态烃是有机物质向石油与天然气转化过程中或油气运移时被水捕获的，在水中有较高的溶解度。

3)油田水中不仅甲烷的含量高，而且还含有较高的乙烷、丙烷、丁烷，非油田水一般只含有少量甲烷，大部分缺失重烃或重烃组分不全。根据这一点，能很容易的从天然水系中鉴别出油田水。

4)现在的气相色谱技术，能准确的定量测试出甲烷及其同系物的含量。

5)分析测试结果受采样条件等影响较小，重观性较好。

有机组分(可溶气态烃)是油田水化学成分分类的核心部分，它是反映与油气藏关系的标型组分，是区分油田水与非油田水的主要参数、评价区域含油气远景的直接指标。

总之，水中常量组分(包括矿化度和离子组成)与有机组分结合采用多级分类方法，是建立油田水化学成分分类的良好途径。