1、养殖水环境化学复习资料养殖水环境化学复习资料养殖13级第1章 天然水的主要理化性质1、名词解释(1)海水常量成分恒定性原理:海水的总含盐量或盐度是可变的,但常量成分浓度之间的比值几乎保持恒定。“海水常量成分恒定性原理”又称为“主要成分恒比关系原理”、“海水组成的恒定性原理”、“Marcet原理”和“Dittmar定律”。(2)离子总量:离子总量是指天然水中各种离子的含量之和。单位: mg/L 、mmol/L或g/kg、mmol/kg。(3)矿化度:用蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量,标准温度:105110,反映淡水水体含盐量的多少。(4)天然水的依数性:指稀溶液蒸气压下降(p),沸点上升(t
2、 b),冰点下降(tf)值都与溶液中溶质的质量摩尔浓度(b)成正比,而与溶质的本性无关。(5)电导率:为在相距1m(或1cm),面积为1m2(或1cm2)的两平行电极之间充满电解质溶液时两电极间具有的电导 。测定的标准温度为25。(6)补偿深度:有机物的分解速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。(7)离子强度:是指电解质溶液中参与电化学反应的离子的有效浓度。离子活度(a)和浓度(c)之间存在定量的关系,其表达式为:a=cc。(8)离子活度:衡量溶液中存在离子所产生的电场强度的量度。溶液中离子的浓度越大,离子所带的电荷数越多,粒子与它的离子氛之间的作用越强,离子强度越大。(9) 水体自净:在自
3、然条件下,一方面由于生物代谢废物等异物的侵入、积累导致水体经常遭受污染;另一方面,水体的物理、化学及生物作用,又可将这些有害异物分解转化,降低以至消除其毒性,使受到污染的水体恢复正常机能,这一过程称为水体的“自净作用”。2、天然水中的常量元素。海水与淡水中都有的常量元素:阳离子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 阴离子:HCO-、SO42-、Cl-淡水中有CO32-,海水中有H4BO4-、Br、Sr。3、哪些参数能反映天然水的含盐量?相互间的关系?常用的有离子总量、矿化度、氯度还有盐度。其中矿化度是用来反映淡水水体含盐量多少的,氯度和盐度是反映海水含盐量多少的。对于海水离子总量、矿化度和盐度三
4、者之间的关系为:总含盐量离子总量盐度矿化度。4、海水盐度、氯度是怎样定义的?它们之间关系如何?答:(1)氯度的原始定义:将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后,海水中所含氯的总克数。用Cl符号表示。氯度的新定义:海水样品的氯度相当于沉淀海水样品中全部卤族元素所需纯标准银(原子量银)的质量与该海水样品质量之比的0.3285234倍,用10-3作单位。用Cl 符号表示。 (2)盐度的原始定义:当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代,碳酸盐全部变为氧化物,有机物完全氧化时,海水中所含全部固体物的质量与海水质量之比,称为盐度。以10-3或为单位,用符号S表示。与氯度的关系:S=0.030+1.805
5、0Cl 1966年提出的经验公式为:S=1.80655Cl 1978年实用盐度,电导盐度计出现,由电导率测盐度。5、阿列金分类法如何对天然水分类?为什么硫酸盐与氯化物类的钙组和镁组中没有型水?(1)根据含量最多的阴离子分为三类:碳酸盐类C、硫酸盐类S、氯化物类Cl。(2)根据含量最多的阳离子分为三组:钙组Ca、镁组Mg、钠组Na。(3)根据阴阳离子含量的比例关系分为四个型型:(弱矿化水)型:(河水、湖水、地下水)型:(海水、受海水影响地区的水和许多具高矿化度的地下水)型:(酸型沼泽水、硫化矿床水和火山水,不含HCO3-)在碳酸盐类水中不可能有型水,在硫酸盐与氯化物类的钙组和镁组中也不可能有型水
6、,而硫酸盐与氯化物类的钠组一般没有型水。(4)水质类型符号表示碳酸类钙组第型水,总硬度为5.0mmol/L,含盐量为0.4g/L。6、影响天然水渗透压的因素有哪些?渗透压和冰点有何关系?(1)影响因素:溶液中溶剂的体积;物质的量浓度;热力学温度;质量摩尔浓度。(2)渗透压与冰点的关系:渗透压的测定可由冰点降低法间接求得。p=Kb ;tf =Kfb,由于式和式中浓度等同,故可以用冰点下降法测定溶液的渗透压摩尔浓度。7、海水密度与那些因素有关?温度和盐度哪个对海水密度的影响更大?(1)纯水的密度是温度和压力的函数,在4时密度最大。(2)海水的密度是盐度、温度、压力的函数,但盐度变化1个单位引起密度
7、的变化值比温度变化1引起的密度变化之大许多。海水的最大密度随盐度变化的曲线近似于一条直线。(3)总的来说,不同温度密度不同,但具有不同温度和盐度的海水可能具有相同的密度。海水密度的测定温度为17.5。8、海水冰点密度最大的温度与盐度有什么关系?盐度24.9的海水有什么特点?(1)盐度小于24.95的咸水或淡水,最大密度时的温度在冰点之上,由密度最大时的温度开始,无论升温或降温,密度都逐渐变小;盐度大于24.95的海水,这与绝大多数物质随温度升高密度下降相一致,最大密度时的温度在冰点之下。(2)盐度24.9的海水冰点和最大密度时的温度相等。9、天然水的电导率与那些因素有关?海水盐度为什么可以用测
8、电导率的方法来测定?(1)电导率与溶液所含离子种类和浓度、温度与压力有关。(2)内陆水的离子组成变化很大,含盐量与电导率就没有一定的关系,不能用测电导率的方法来准确测定含盐量。对于一个特定地区,水质主要离子组成比例变化不大时,可以用水的电导率来反映含盐量的变化。海水的主要成分的比例恒定,电导率与盐度有很精确的关系,这就是用电导率来测盐度的基础。10、什么是风力的涡动混合作用?什么是密度环流?与水的盐度有什么关系?(1)风力的涡动混合作用:水面受到风力的吹拂后,表面水会顺着风向移动,使水在下风岸处产生“堆积”现象,即造成下风岸处水位有所增高,此增高的水位就形成了使水向下运动的原动力,从而产生“风
9、力环流”。(2)密度环流:由密度引起的对流作用称为密度环流。(3)海水的密度是盐度、温度、压力的函数,随着盐度的增加,水的最大密度的温度会下降,提高盐度可以抵消温度升高对密度的影响,使温度较高的海水保持在下层,海水升温时没有密度流,降温时有密度流,降温时密度流可以进行到密度最大时。当盐度大于24.9时,降至冰点无密度流,盐度小于24.9时,升温时有密度流。11、水温四季分布的特点,什么是温跃层?温跃层与水产养殖有什么关系?(1)水温四季分布的特点:冬季逆分层:表面结冰;水温随深度增加而缓慢升高。 春季全同温:表层水温升高,密度流使上下水对流交换。 夏季正分层:两层(高温表层和低温下层)中间夹有
10、一温度随深度增加而迅速降低的水层(温跃层)。秋季全同温:气温低于水温,表层水温下降,密度增大,发生密度环流;加上风力的混合作用,温跃层消失。(2)夏季或春季如遇连续多天的无风晴天,就会使表层水温有较大的升高,这就增加了上下水混合的阻力。风力不足够大,只能使水在上层进行涡动混合。造成上层有一水温垂直变化不大的较高温水层,下层也有一水温垂直变化不大的较低温水层,两层中间夹有一温度随深度增加而迅速降低的水层,即温跃层。(3)温跃层形成的弊端:水体不易发生上下水层混合作用,氧气和营养盐不易发生上下传递,水体底部易长期出现缺氧现象。解决措施:打破温跃层,风力作用,人为机械作用。12、我国北方越冬池冰封前
11、后由于寒潮风力引起迅速极度降温后又升温现象,当寒潮袭击,持续吹刮-7-8大风时,水温可能急速极度降低;当风力变小,表面全部被冰封住后,底层水水温又会逐渐回升,底层可到23。13、对我国北方室外海水越冬池,如何才能在冰下底层保持比较高的温度(比如2、3)?为什么?答:室外海水越冬池底层保温的关键是添加低盐度的海水或者淡水。盐度为35的海水冰点为-1.9,最大密度温度(-1.35 )比冰点低。在秋末冬初降温过程中,如果池水盐度均匀,上下水温将同时下降(全同温),密度流可以一直持续到上下均-1.9,然后表层再结冰,不需要依靠风力的吹刮。这对安全越冬是很不利的。为了在底层保持较高的水温,应该使上下盐度
12、有差异依靠底层水较高的盐度来维持较高水温(用增加盐度的“增密”补偿升高温度的“降密”)。第2章 天然水的主要离子1、硬度(1)硬度:硬度是指水中二价及多价金属离子含量的总和。(2)分类:按阳离子的分类: a.钙硬度:水中与Ca2+所对应的硬度。 b.镁硬度:水中与Mg2+所对应的硬度。按阴离子的分类: a.碳酸盐硬度:水中与HCO3及CO32所对应的硬度。这种硬度在水加热煮沸后,绝大部分可以因生成CaCO3而除去,故又称为暂时硬度。 b.非碳酸盐硬度:对应于硫酸盐和氯化物的硬度,即由钙镁的硫酸盐、氯化物形成的硬度。它们用一般煮沸的方法不能从水中除去,所以又称为永久硬度。(3)表示单位毫摩/升(
13、mmol/L):以1升水中含有的形成硬度离子的物质的量之和来表示;毫克/升(mg/L,CaCO3):以1升水中所含有的与形成硬度离子的量所相当的CaCO3的质量表示;德国度(HG):以1升水中含有相当于10mgCaO的Ca2+或Mg2为1德国度(HG)。(4)硬度的计算 鱼池水中Ca(HCO3)2200mg/L, Mg(HCO3)2120mg/L。计算水中的总硬度,并以三种单位表示之。解:总硬度=C1/2Ca2+C1/2Mg2+=2002/162+1202/146=2.469+1.644 =4.113mmol/L=11.533 HG =205.856mgCaCO3/L(5)鱼池水硬度的变化原因
14、:(光合作用和呼吸作用)当光合作用速率超过呼吸作用速率时,CO2不断被吸收利用,碱度、硬度下降,pH上升;当呼吸作用速率超过光合作用速率时,碱度、硬度上升,pH下降。2、钙、镁离子在水产养殖中的意义。(1)钙、镁是生物生命过程所必需的营养元素;(2)钙离子可降低重金属离子和一价金属离子的毒性;(3)钙、镁离子可增加水的缓冲性;(4)钙、镁离子比例,对海水鱼、虾、贝的存活有重要影响。3、碱度(1)碱度:碱度是反映水结合质子的能力,也就是水与强酸中和能力的一个量。(2)总碱度(AT):由碳酸氢根碱度、碳酸根碱度、硼酸盐碱度及氢氧根碱度等组成。(3)表示单位毫摩尔/升(mmol/L):用1L水能结合
15、的质子的物质的量表示。毫克/升(mg/L):用1L水中能结合H的物质所相当的CaCO3的质量(mg作单位)来表示。1mmol/L50.05mg/L(CaCO3)。德国度(HG):以10mg/L氧化钙(CaO)为1德国度。1mmol/L2.804度(HG)(4)碱度测定总碱度:用甲基橙为指示剂;酚酞碱度:滴定以酚酞为指示剂。(5)计算已知水中HCO3含量为122.04mg/L,C03含量为6.0mg/L,则水的碱度为 110.11 mg/L。(5)碱度与养殖生产的关系降低重金属的毒性: 重金属一般是游离的离子态毒性较大,重金属离子能与水中的碳酸盐形成络离子。调节CO2的产耗关系、稳定水的pH值。
16、 碱度过高对养殖生物有毒害作用:一些经济鱼类对高碱度的耐受能力的顺序为,青海湖裸鲤瓦氏雅罗鱼鲫丁鱥尼罗罗非鱼鲤草鱼鳙、鲢。(6)碱度的毒性相关因素:碳酸盐碱度对鱼的毒性随着pH的升高而增加;水的盐度会使碱度的毒性增加。4、简要说明天然水中K+含量一般小于Na+的原因。通常以什么方法求得K+与Na在自然水域的含量?它们与鱼类的养殖关系如何?(1)原因:K+容易被土壤胶粒吸附移动性不如Na+;K+被植物吸收利用。(2)计算方法:采用主要阴离子总量与Ca2+、Mg2+总量之差计算;将Na+K+含量换算为以mg/L作单位时一般采用平均摩尔质量25g/mol。(3)与养殖的关系:水中Na+、K+含量通常
17、不会有限制作用。水中一价金属离子含量过多,对许多淡水动物有毒,K+的毒性大于Na+。增加二价金属离子的含量,可以降低一价金属离子的毒性;有些井盐水中含钾量比较低,对养殖生物尤其是育苗不利。5、氯离子在天然水中含量情况如何?为什么在低含盐量的水中可以用Cl-含量的异常升高来指示水体可能受到污染?对于盐碱地或沿海地区的水体是否也可以以此来判别水体的污染?(1)含量:广泛分布,不同水体差别很大。(2)氯离子具有保守性,含量不易变化。许多工业废水中含大量氯化物,特别是生活污水中Cl-含量较高。因此,当天然水中Cl-突然升高时,常可能是受到了生活污水或工业废水的污染。(3)对于盐碱地或沿海地区的水体,其
18、Cl-含量本来就相当高,常为主要离子中的最高者,这与土壤中盐分的渗出,地下水及潮汐的影响有关,这时不能用Cl-含量的增加来判别水体的污染。6、什么叫硫酸盐还原作用?硫酸盐还原作用的条件是什么?(1)硫酸盐还原作用:在缺氧环境中,各种硫酸盐还原菌可以把SO42-作为受氢体而还原为硫化物。(2)硫酸盐还原作用的条件:缺乏溶氧,O20.16mg/L还原作用停止;含有丰富的有机物;有微生物参与;硫酸根离子含量丰富。7、为什么Fe3+、Fe2+、石灰水、黄泥水均可降低水中硫化物毒性?沉淀与吸附作用:Fe2+、Fe3+可限制水中H2S含量,降低硫化物的毒性;当水质恶化,有H2S产生时,泼洒含铁药剂可以起到
19、解毒作用;SO42-也可以被CaCO3、黏土矿物等以CaSO4吸附共沉淀。8、硫元素在水体中如何循环转化?硫化氢在硫化物中占的比例与那些因素有关?为什么PH值低,硫化物的毒性增强?(1) 硫在水中存在的价态主要有6价及2价,以SO42、HS、H2S、含硫蛋白质等形式存在。在不同氧化还原条件下,硫的稳定形态不同。各种形态能互相转化,这种转化一般有微生物参与。(2) 因素:氧气的含量;硫酸盐还原菌及有机物含量;Fe3+、Fe2+、石灰水、黄泥水等含量;H2S不被吸收,只有某些特殊细菌可以利用H2S进行光合作用,将H2S转变成S或SO42。(3) 在硫化物的三种形态中,以H2S毒性最大。水中硫化氢或
20、硫化物,都是指HS-、H2S、S2-种形态的总和,但是常以H2S的形式表示,因此,PH值低,硫化物的毒性增强。第3章 溶解气体1、名词解释(1)溶解氧:是指以分子状态溶存于水中的氧气单质。通常简记作DO。 (2)气体溶解的双膜理论:在气、液界面两侧,分别存在相对稳定的气膜和液膜,这两层膜内总是保持着层流状态,无论如何扰动气体或液体,都不能将这两层膜消除,而只能改变膜的厚度。(3)水生生物呼吸耗氧:水中鱼、贝类、浮游生物、细菌等,在生命活动过程中进行呼吸作用耗氧。(4)水呼吸:水中微型生物耗氧,主要包括:浮游动物、浮游植物、细菌呼吸耗氧以及有机物在细菌参与下的分解耗氧。 (5)氧盈:将溶氧超过饱
21、和度100%以上的值称为氧盈。氧盈所在的水层即称为氧盈层。(6)氧债:是好气性微生物、有机物的中间产物和无机还原物在缺氧条件下,其理论耗氧值受到抑制的那部分耗氧量。氧债的偿还包括生物氧化和化学氧化两个过程。2、氧气的来源与消耗(1)来源:大气中氧的溶解;植物光合作用;水补给混合增氧。(2)消耗:逸出;水生生物呼吸耗氧;底质耗氧作用。 3、溶解度(1)溶解度:在一定条件下,某气体在水中的溶解达到平衡以后,一定量的水中溶解气体的量,称为该气体在所指定条件下的溶解度。(2)表示单位:易溶气体100g水溶解的量(质量或标准状态下的体积)难溶气体1L水中溶解的量(质量或标准状态下的体积)mg/L ;ml
22、/L(3)影响气体在水中的溶解度的因素气体本身的性质 温度:氧气在水中的溶解度随着水温的升高而降低含盐量:当温度、压力一定时,水的含盐量增加,氧的溶解度越低。 气体分压力享利定律当在一定气体压力范围内,气体的溶解度与其分压成正比。 C = KH P (对同一种气体在同一温度下) (3)“气体在水中的溶解度是指在该温度和压力下,某气体在水中所能溶解的最大量。”的说法是否正确,为什么?不正确,在一定条件下,某气体在水中的溶解达到平衡以后,一定量的水中溶解气体的量,称为该气体在所指定条件下的溶解度。4、影响气体溶解速率的因素:(1)水中溶解气体的不饱和程度C。(2)气-液界面的大小,即水体的比表面积
23、,A/V。(3)扰动状况(4)气体的溶解度5、溶解气体在水中的饱和度(1)饱和度溶解气体的现存含量占所处条件下饱和含量的百分比。(2)溶解氧的饱和含量 ( Cs ) :当O2 溶入水中的速度与水中逸出的O2 的速度相等,即溶解达到平衡时水中溶解 O2 的浓度。(3)表观耗氧量 ( AOU ):饱和含量与实际含氧量之差。6、溶氧分布(1)垂直分布:贫营养型湖泊,溶氧主要来自空气的溶解作用,含量主要与溶解度有关。夏季湖中形成了温跃层,上层水温高,氧气的溶解度低,含量也相应较低。下层水温低,氧气的溶解度高,含量也相应较高;富营养型湖泊,营养盐丰富,有机质较多,水中生物量较大,水的透明度低,上层水光合
24、作用产氧使溶氧丰富,下层得不到光照,光合作用产氧很少,水中原有溶氧很快被消耗,处于低氧水平。(2)水平分布:在不同的风向(风力)作用下,在下风处的池水中浮游生物和有机物往往比上风处多。故白天下风处溶氧比上风处大。夜间溶氧的水平分布与白天相反,上风处溶氧含量大于下风处。(3)白天:D.O4.5mg/L开始出现。 表层:溶氧高,过饱和,最高在次表层。 中层:D.O急剧下降,出现“溶氧跃层”。 下层 :D.O低。底层为氧债层。 原因:光照、水温影响;生物量的分布;水的热阻力。(4)晚上:溶氧浓度不断下降,垂直分布趋于均一。7、溶氧对水质化学成分的影响(1)上层水过程:空气的交换;光合作用 ;呼吸作用
25、;有机物氧化;CO2被消耗,pH升高,碳酸钙沉积;氨化作用和硝化作用。结果:溶氧一般丰富;氨氮被消耗;碱度、硬度降低;CO2减少,pH升高;活性磷减少;H2S不可能积累,Fe3+增加。(2)下层水过程:氨化作用;呼吸作用;有机物氧化或者发酵;碳酸钙溶解;若缺氧 :反硝化、反硫化。结果:溶氧降低,甚至无氧;氨氮积累;碱度、硬度升高;CO2积累 pH降低;活性磷增加;H2S可能积累 Fe2+增加。8、溶氧动态对水质的主要影响小结(1)表水层(好气生物区):溶氧增多,电位升高-Fe()Fe(),Mn()Mn(), NH3NO2-NO3-;CO2减少-pH升高,OH-,CO32-浓度变大,析出CaCO
26、3,Fe(OH)3;有效N、P、Si、Fe等减少-光呼吸增强,光合成效率下降,限制浮游植物继续增殖。浮游生物量增加水温升高,透明度下降。(2)水层、底质(兼性、厌气生物区):溶氧减少,电位下降-Fe()Fe(),Mn()Mn(), SO42- S,NO3-脱氮,析出FeS; CO2,低级有机物增多- pH下降,H+,HCO3-浓度变大,CaCO3,Fe(OH)3等溶解,NH4+,PO43-等解吸,碱度、硬度变大。有机物分解-植物营养盐再生积累,同时积累NH3、H2S、有机酸、胺类、CH4等有害物质,抑制生物生长。9、有人说:“因为海水含盐量高,所以海水中溶氧含量比淡水的低”。你认为这种说法对不
27、对?不对,因为海水含盐量高,所以海水中溶氧度比淡水的低。10、无风闷热的晚上比有风凉爽的晚上鱼池容易发生缺氧,其原因是什么?水面与空气接触,空气中的氧气将溶于水中,溶解的速率与水中溶解的不饱和程度成正比,海鱼水面扰动状况及单位体积表面积有关,也与风力、水深有关。氧气在水中的不饱和程度大,水面风力大和水较浅时,空气溶解起到作用就大。如果没有风力或人为的搅动,空气溶解增氧速率是很慢的,远不能满足池塘对氧气的消耗。所以无风闷热的晚上比有风凉爽的晚上鱼池容易发生缺氧。溶氧状况和提高下午浮游植物光合作用的产氧效率。11、生产上经常在晴天中午前后开动增氧机,其目的是为了促进空气中氧气的溶解吗?为什么?不对
28、,是为了促进对流。中午前后开动增氧机来改善池塘氧气状况,这并不是从增加氧气溶解速率来考虑的。中午池水一般溶解氧量高,常过饱和,这时开增氧机可改善底层水的12、有机物在缺氧条件下被微生物分解时,依次将水中的那些物质作电子的接受体?还原产物是什么?(1)电子的接受体:NO3-、Fe3+、 SO42-、MnO2(2)还原产物:NH4+、Fe2+、S2-、Mn2+13、泛池(1)定义:集约化养殖由于放养密度大、投饵和施肥量较多,加之浮游生物的突然大量死亡,可分解耗氧导致水体的严重缺氧,鱼类浮头,甚至窒息死亡的现象。(2)泛池的原因温跃层消失;浮游植物大量死亡;水质过肥;气象条件不佳,如连绵阴雨或大雾,
29、光照条件差,浮游植物光合作用弱。第4章 天然水的PH值和酸碱平衡1、天然水中有哪些常见的酸碱物质?天然水中常见的酸碱物质有:CO2H2O、CO32-、HCO3-、NH4+、NH3、H2PO4-、PO43-、H2SiO3-、H3BO3、H4BO4-等。2、天然水的PH一般是多少?为什么池塘、湖泊的PH一般有明显的日变化?(1)大多数天然水为中性到弱碱性,pH为6.09.0。淡水pH多在6.58.5,海水pH一般在8.08.4。(2)早晨天刚亮时pH较低,中午、下午pH较高。水中生物的光合作用和呼吸作用可引起水pH的变化。由于水中光合作用与呼吸作用强度在时间上与空间上有显著差异,因此pH也有明显的
30、日变化和垂直分层现象,并且与O2、CO2、HCO3-、CO32-以及水温等有明显的相关性。动植物生物量大的水体,表层水pH有明显的日变化。3、天然水的缓冲性是如何形成的?(1)碳酸的一级与二级电离平衡(2)CaCO3的溶解和沉淀平衡(3)离子交换缓冲系统4、碳酸平衡的分布系数如何计算?公式如何推导?(1)一般把溶解态CO2与未电离的H2CO3合称为游离二氧化碳,也仍然简称为碳酸,在方程式中记为H2CO3*。(2)水中二氧化碳合并表示为: (3)水体中可能存在的碳酸组分:CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3 、( H2CO3*),体系中CO32-、HCO3-、( H2CO3*)在CT,CO2中所占比例,称为分布系数,分别以f0、f1、f2表示式中表示氢离子活度;、碳酸电离的一级、二级混合常数。(3)各特征点的概念a点相当于纯碳酸体系 参考水平:H2CO3* 及H2OH+=HCO3-+2CO32-+OH-不同CT,CO2体系的特征点a值不同,在4.05.0范围内。o点相当于纯碳酸氢钠体系 参考水平:HCO3-,H2OH+= CO32-+OH- H2CO3*对于淡水,pHo=8.38,对于S=34.3的海水,pHo=7.06f点相当于纯碳酸钠体系 参考水平:CO32-,H2OH+= OH- - 2H2CO3*-
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