養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)(2)

1、第二章第二章 天然水的主要離子天然水的主要離子Ca2+、Mg2+、Na+、K+ HCO3、CO32、SO42、Cl第一節(jié)第一節(jié) 水的硬度及水的硬度及鈣鎂鈣鎂離子離子一、硬度的基本知識(shí)硬度的概念硬度的概念鈣硬度、鎂硬度、鐵硬度、鋁硬度、碳酸鹽硬度、鈣硬度、鎂硬度、鐵硬度、鋁硬度、碳酸鹽硬度、非碳酸鹽硬度、暫時(shí)硬度、永久硬度、負(fù)硬度非碳酸鹽硬度、暫時(shí)硬度、永久硬度、負(fù)硬度 等硬度的單位有三種表示法mmol L1 mg（CaCO3）L1 德國(guó)度（德國(guó)度（HG ）天然水硬度的分類：（表2-1）幾幾 種種 硬硬 度度 單單 位位 的的 換換 算算 橫向比較水的硬度測(cè)定水的硬度測(cè)定 步驟如下：每次取水樣

2、50.00ml ，加鉻黑 T 少許，加氨性緩沖溶液 5ml ，搖勻，用 0.0200mol.l-1 EDTA標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn) ( 溶液由紫紅變?yōu)樗{(lán)色 ) ，記下讀數(shù)，平行測(cè)定3次，有關(guān)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理： 水 樣 地下水 自來(lái)水 純凈水 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 起始讀數(shù)(ml) 1.10 0.55 0.20 0.12 1.35 0.16 0.15 0.53 0.98 終了讀數(shù)（ 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、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 結(jié)論 最 硬水 硬水 軟水 地下水為最硬水，它會(huì)對(duì)我們?nèi)粘Ｉ?、工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，需軟化后再用。自來(lái)水為硬水；純凈水為軟水，也含鈣鎂離子，飲用純凈水并不是真正的純凈水。 二、魚池水硬度的變化Ca2+ + 2HCO3 CaCO3 + H2O + CO2 在光合作用和呼吸作用都強(qiáng)烈的魚池，硬度會(huì)有明顯的晝夜變化：白天硬度下降，下午和傍晚硬度較低；晚上硬度上升，早晨硬度最高。 海水養(yǎng)魚池中由于總硬度很高，這種變化的相對(duì)值很小，不易測(cè)定出來(lái)。一般要求養(yǎng)殖水體中的總硬度在

4、13mmolL1。 關(guān)于漁業(yè)用水總硬度的合適標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)統(tǒng)一的看法，我國(guó)目前頒發(fā)的漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此未作規(guī)定。原蘇聯(lián)有人提出池塘養(yǎng)魚水質(zhì)硬度，鯉科魚池以58 HG為好，淡水鮭科魚池以812 HG為好。無(wú)錫市河埒鄉(xiāng)的魚池總硬度為710 HG 。過去認(rèn)為硬度過高會(huì)使魚對(duì)食物的消化產(chǎn)生困難。實(shí)際上原蘇聯(lián)有些總硬度很高的魚池卻是著名的高產(chǎn)漁場(chǎng)，鯉魚在總硬度高達(dá)90 HG的水中各個(gè)階段發(fā)育都很好。大連水產(chǎn)學(xué)院的實(shí)習(xí)種魚場(chǎng)魚池的總硬度常為3040 HG ，鰱、鳙、草、鯉幾種魚都能正常生長(zhǎng)發(fā)育?？梢娪嘘P(guān)魚池水硬度的合適標(biāo)準(zhǔn)受到一些因素的影響，尚需進(jìn)一步研究。三、鈣、鎂離子鈣是多數(shù)淡水中含量最多的陽(yáng)離子。1、鈣、鎂

5、離子是生物生命過程中所必需的營(yíng)養(yǎng)元素；2、鈣離子可以降低水中重金屬離子和一價(jià)金屬離子的毒性；3、鈣、鎂離子可以增加水的緩沖性（后面章節(jié)）；4、水中鈣、鎂離子的比例，對(duì)海水魚、蝦、貝類的存活有重要影響。第二節(jié)第二節(jié) 水的堿度、碳酸氫根、碳酸根離子水的堿度、碳酸氫根、碳酸根離子一、堿度的組成及表示單位 堿度是指水中所含的能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的全部物質(zhì)，亦即能接受質(zhì)子H+的物質(zhì)的總量。水中能夠結(jié)合質(zhì)子的各種物質(zhì)共同形成堿度。組成水堿度的物質(zhì)有三類組成水堿度的物質(zhì)有三類：強(qiáng)堿，如NaOH、Ca(OH)2等，在溶液中全部電離生成OH；弱堿，如NH3、有機(jī)胺等；強(qiáng)堿弱酸鹽類，如各種碳酸鹽、重碳酸鹽、硼酸鹽

6、、硅酸鹽、磷酸鹽、硫化物、腐殖酸鹽等。 后兩種物質(zhì)在中和過程中不斷產(chǎn)生OH，直到全部中和完畢。天然淡水的總堿度（AT）基本上由HCO3、CO32和OH 三種離子的含量決定，相應(yīng)地稱為重碳酸鹽堿度、碳酸鹽堿度和氫氧化物堿度。 海水的堿度還應(yīng)包括硼酸鹽（H2BO3）堿度。海水中堿度一般較為穩(wěn)定，通常在22.5 mmolL1。因此，天然水的Alk值主要反映水體中主要陰離子HCO3和CO32含量的高低。H+ + OH- = H2O H+ CO32- =HCO3- （酚酞終點(diǎn)，此時(shí)溶液的pH約為8.3）H+ + HCO3- = H2CO3 （甲基橙終點(diǎn)，此時(shí)溶液的pH約為4.3）測(cè)定原理測(cè)定原理酸堿滴定

7、，雙指示劑法 取50ml水樣，加入酚酞指示劑，如果溶液呈紅色，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至無(wú)色（pH約為8.3），如果加入酚酞后已經(jīng)是無(wú)色，則繼續(xù)加入甲基橙指示劑，溶液呈橙黃色，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淺紫紅色（pH約為4.3）。測(cè)定方法測(cè)定方法 水的堿度（Alk）定義為：20，1L天然水中全部堿性物質(zhì)被中和時(shí)所需要的H+的物質(zhì)的量，單位為mmol L1。 堿度有3種表示單位，與硬度的單位形式完全相同，只是含義不同。mmol L1 mg L1 德國(guó)度（德國(guó)度（ HG ）二、天然水的堿度的生態(tài)學(xué)意義1、水生生物活動(dòng)對(duì)水體堿度的影響2、維持天然水體pH的相對(duì)穩(wěn)定，要求水體的Alk值不能小于0.4 mmolL1

8、。3、足夠量的堿度值可以促進(jìn)有機(jī)懸浮物及膠體物質(zhì)的絮凝，防止缺氧，預(yù)防魚病，中和底質(zhì)有機(jī)酸以促進(jìn)微生物的活動(dòng)。 4、水體中的HCO3和CO32可以與許多重金屬離子形成離子對(duì)或絡(luò)合物，這樣可降低重金屬對(duì)魚類的毒性。 水體Alk0.10.3 mmolL1其生產(chǎn)力低；水體Alk0.31.5 mmolL1其生產(chǎn)力一般；水體水體Alk達(dá)到達(dá)到1.53.5 mmolL1才有可能具有較高才有可能具有較高的生產(chǎn)力。的生產(chǎn)力。 一般要求Alk值要1 mmolL1；但是Alk值3.5 mmolL1時(shí)，對(duì)生產(chǎn)不利，而且隨著pH值的升高毒性增強(qiáng)。 有報(bào)道稱四大家魚養(yǎng)殖用水的危險(xiǎn)指標(biāo)是10 mmolL1。海水堿度較為穩(wěn)

9、定，一般在22.5 mmolL1范圍內(nèi)。 達(dá)里諾爾達(dá)里諾爾湖是內(nèi)蒙古自治區(qū)第二大淡水湖，面積238km2，最大深度為13m，平均水深78m，容積是16億m3，湖面海拔1226m。成因類型為堰塞湖（因構(gòu)造下陷形成構(gòu)造湖的基礎(chǔ)上，又受到玄武巖流堰塞而形成的湖泊） 該湖泊是一個(gè)高原內(nèi)陸封閉式半咸水湖，湖水無(wú)外瀉，全靠耗來(lái)河、貢格爾河、亮子河、沙里河及涌泉的淡水注入補(bǔ)給。鹽分以碳酸鹽為主，pH值在9.49.6之間，是蘇打型半堿水質(zhì)（半咸水湖）。由于連年干旱等原因，蒸發(fā)量大于補(bǔ)給量，湖面有所收縮，達(dá)里諾爾湖水含鹽5，還含有一定的堿分，水分滑膩，水質(zhì)獨(dú)特，外來(lái)魚種難以存活，湖內(nèi)只產(chǎn)兩種魚，即鯽魚、華子魚（

10、瓦氏雅羅魚），都是耐堿性魚類。年產(chǎn)鮮魚60萬(wàn)kg。第三節(jié)第三節(jié) 硫酸根離子、氯離子、鈉離子、鉀離子硫酸根離子、氯離子、鈉離子、鉀離子一、硫酸根離子與硫的循環(huán)自自 然然 界界 中中 的的 硫硫 循循 環(huán)環(huán)硫硫 循循 環(huán)環(huán)（一）養(yǎng)殖水體內(nèi)SO42的主要來(lái)源有：1、土壤巖石中含硫礦物的溶解作用；2、隨水源補(bǔ)給；3、人工施肥 如（NH4）2SO4、廢水污染和含硫動(dòng)植物殘?bào)w的分解。淡水中：Cl SO42 HCO3咸水中：Cl SO42 HCO3（二）硫在水體中的轉(zhuǎn)化硫在水中的價(jià)態(tài)有：+6價(jià)（SO42）、-2價(jià)（HS、H2S、S2、含硫蛋白質(zhì)等）、+4價(jià)（SO32）、+2價(jià)（S2O32）、0價(jià)（單質(zhì)S）

11、在不同的氧化還原條件下，硫的形態(tài)是不同的，并且隨著條件的變化而相互轉(zhuǎn)化，這些轉(zhuǎn)化大多需要微生物的參與。1、氧化作用（需要特殊的微生物）2、還原作用（注意還原作用所需要的條件）3、同化作用（藻類、植物和微生物的生長(zhǎng)）4、蛋白質(zhì)的分解作用（有機(jī)S的無(wú)機(jī)化過程）5、沉淀與吸附作用（主要是Fe的沉淀作用）（三）硫化氫的毒性及含硫養(yǎng)殖水體的管理 S是藻類必須的一種營(yíng)養(yǎng)元素。細(xì)胞分裂時(shí)尤其需要硫。它們可以通過吸收利用SO42來(lái)滿足自己對(duì)硫的全部需要，而SO42是天然水中主要陰離子之一，數(shù)量較多，作為一種營(yíng)養(yǎng)元素，養(yǎng)殖水體一般都不缺乏S。 相反，SO42還原生成的H2S，對(duì)水生生物有強(qiáng)烈的毒性。 硫化物包括

12、了HS、H2S、S2，在總硫化物一定時(shí)，pH下降， H2S含量增加，硫化物的毒性也隨之增強(qiáng)。 H2S對(duì)魚類和其他水生生物具有強(qiáng)烈的毒性。其毒害作用是與血紅素中的鐵Fe化合，使血紅素量減少，對(duì)皮膚也有刺激作用。 因此，有些國(guó)家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定漁業(yè)用水不得含硫化物（我國(guó)規(guī)定）。 為了防止H2S的生成及毒害作用，養(yǎng)殖水體可采用一些措施：1、促進(jìn)水體垂直流轉(zhuǎn)混合，避免底泥、底層水發(fā)展為厭氣狀態(tài)；2、盡可能保持底質(zhì)、底層水呈中性、微堿性（pH8左右），為此，可以適當(dāng)施用石灰肥料（常用的底質(zhì)改良劑）；3、施用鐵劑，這樣即使有H2S產(chǎn)生，也可使之轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的FeS固定在底泥中，不使其有害；4、避免SO42大

13、量進(jìn)入水體。二、氯離子 Cl在天然水中分布廣泛，幾乎所有的水中都存在Cl ，但含量差別很大。 氯在巖石中的含量遠(yuǎn)較天然水中其它主要成分為低。16km厚的地殼中的氯有3/4存在于海水中。 與其它主要離子相比，Cl的地球化學(xué)行為地球化學(xué)行為最為簡(jiǎn)單，也是水體中最保守的成分是水體中最保守的成分。水中的主要來(lái)源有：1、沉積巖中含食鹽礦床的溶解及火成巖的風(fēng)化作用； 2、人類活動(dòng)； 3、海風(fēng)、降雨以及泉水補(bǔ)給或污染。 一切光合藻類的生長(zhǎng)繁殖都需要Cl ，但需要量很少。 Cl無(wú)毒，漁業(yè)用水對(duì)Cl含量無(wú)多大要求，允許在較大幅度范圍內(nèi)變動(dòng)。 正因?yàn)镃l是水體中最保守的成分，通過測(cè)定Cl含量可以推測(cè)水體污染來(lái)源和

14、補(bǔ)給特點(diǎn)，判斷水團(tuán)流動(dòng)情況。但是在鹽堿地或沿海地區(qū)的水體中Cl升高卻不能用來(lái)判斷是否受到生活污水的污染。二、鈉離子和鉀離子 Na+、K+是天然水中普遍存在的主要陽(yáng)離子。與Cl是高含鹽量水中最多的陰離子十分相似， Na+是高含鹽量水中最多的陽(yáng)離子。例如，大洋水中含鈉量約為10，占全部陽(yáng)離子的81%。 在地殼的平均含量中， Na+和K+含量差別不大，二者的化學(xué)性質(zhì)也相似。但在天然水中K+遠(yuǎn)比Na+少。其主要原因有二，一是K+比Na+更易被土壤膠體吸附，二是K+為植物的基本營(yíng)養(yǎng)元素，會(huì)被植物吸收與固定。 在在Na+和和K+中，動(dòng)物需要較多的中，動(dòng)物需要較多的Na+ ，植物需，植物需要較多的要較多的K

15、+ 。 鈉鈉是動(dòng)物肌肉保持正常感應(yīng)性所必需的。某些藍(lán)藻特別需要鈉，其適宜的鈉濃度低限約為4 mg/L。有些藍(lán)藻在40 mg/L鈉時(shí)增長(zhǎng)最快。 鉀鉀與植物原生質(zhì)的活動(dòng)有關(guān)，在其分生組織和幼嫩器官中含鉀較多。巨藻(Nereocystis)含鉀量占濕重3%。缺鉀時(shí)無(wú)論高等或低等植物都不能發(fā)育。 在天然水中Na+和K+的數(shù)量都不至于低到起限制作用。對(duì)淡水動(dòng)物來(lái)說，K+的毒性比Na+強(qiáng)。進(jìn)入動(dòng)物體的K+含量過多，會(huì)使動(dòng)物肌肉和神經(jīng)活動(dòng)失常，甚至引起死亡。 在水質(zhì)的常規(guī)分析中，因測(cè)定手續(xù)較麻煩和儀器的昂貴，一般不作Na+和K+的分析測(cè)定。它們的含量是采用陰、陽(yáng)離子含量的減差法求得。第四節(jié)第四節(jié) 海水主要離

16、子組成的恒定性海水主要離子組成的恒定性一、覆蓋地球表面積71%的海洋是地球上最龐大的生態(tài)系統(tǒng)。海洋的水量為1.32109km3，占地球水資源總量的97.2%。海洋水質(zhì)與陸地水水質(zhì)有顯著的不同。 海水中常量成分除了以前說的8大類之外，還有Sr2+、Br、H3BO3以及H2BO3（有時(shí)也包括F），這些成分占海水溶解鹽類的99.8%99.9%。中國(guó)海及相鄰海域海水中的主要鹽類 鹽度 35二、Marcet原理、Dittmar定律、主要成分恒比關(guān)系原理、海水組成的恒定性原理該原理簡(jiǎn)述為：海水的總含鹽量或鹽度是可變的，但常量成分海水的總含鹽量或鹽度是可變的，但常量成分濃度間的比值幾乎保持恒定。濃度間的比值幾乎保持恒定。 海水主要成分的恒比關(guān)系是其突出的基本特征。根據(jù)該原理，海水的總含鹽量可以由測(cè)定某一主要成分而間接求出。海水的物理化學(xué)性質(zhì)與海水某一