對水的化學(xué)特性的了解

水的特性讓它成為理想介質(zhì)，特別是用于換熱。但是水的“萬能溶劑”特點，也會產(chǎn)生很多問題，如結(jié)垢和腐蝕，水中的營養(yǎng)成分也會滋生微生物問題，因而，對水的化學(xué)特性的了解，對于找到解決這些問題的辦法至關(guān)重要。

水的純凈度

嚴(yán)格來說，沒有任何化學(xué)物質(zhì)是100%純度的，無論是來自于自然還是人工合成。水中的雜質(zhì)含量通常用mg/L來表示。例如，河水一般含有150mg/L左右的總?cè)芙夤腆w，相當(dāng)于不純凈度為0.015%。水中的雜質(zhì)含量也常常用ppm（即百萬分之一）來表示。

在水中，任何不是水分子（H2O）的物質(zhì)都被定義為雜質(zhì)或污染物。水處理的重要任務(wù)就是分析這些雜質(zhì)和污染物，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)和可接受的水質(zhì)范圍。水中的溶解物質(zhì)粗略地分類為無機(jī)鹽和有機(jī)物，其中絕大部分為無機(jī)鹽。

水中的電解質(zhì)

水中的溶解礦物質(zhì)，其分解為陽離子和陰離子游離于水中。通常來說，水中礦物質(zhì)的溶解度隨著溫度的升高而增大，像NaCl和K2SO4等都遵循這個規(guī)律。但是，一個不能忽視的例外是CaCO3和CaSO4（硬石膏），它們在水中的溶解度隨著溫度升高而降低（反向溶解度）。如下圖：

此外，水中的溶解礦物質(zhì)使水具有導(dǎo)電性，并降低了水的冰點。

水中的膠體物質(zhì)

在水中，有一類物質(zhì)不溶于水，而是以極小的顆粒形式（略大于離子和分子）均勻分散于水中，我們稱之為膠體。

膠體能以顆粒形式分散于水中是因為其極大的表面電荷質(zhì)量比。幾乎任何物質(zhì)都帶有表面電荷，而膠體因為顆粒極小，所以比表面積顯得很大，因而其表面電荷的互相排斥力，使其能穩(wěn)定地分散于水中。

水中的溶解氣體

跟礦物質(zhì)一樣，氣體也溶解于水。根據(jù)亨利定律，在一定溫度下，氣體的溶解度跟壓力成正比。跟礦物質(zhì)一樣，每一種氣體在水中的溶解度也是有限的?？諝獯笾率怯?0%的氧氣和80%的氮氣組成，在一個大氣壓（101.35kPa）和日常溫度下，氧氣在水中的濃度大約為10mg/L，氮氣約為15mg/L。不同于大多數(shù)礦物質(zhì)在水中溶解度隨溫度升高而升高的特點，氣體在水中的溶解度隨溫度升高而降低。

有一些氣體與水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。比如，二氧化碳跟水反應(yīng)生成碳酸，碳酸又進(jìn)一步電離出氫離子和碳酸氫根離子，如下反應(yīng)式（1），其他氣體，包括二氧化硫、硫化氫溶解于水中都會電離出氫離子，形成弱酸。

CO?+H?O<===>H?CO?<===>(H+)+(HCO?-) （1）

相反的另一面，氨氣則會在水中電離，形成弱堿，如下反應(yīng)式（2）

NH?+H?O<===>NH4OH<===>(NH4+)+(OH-) （2）

兩個反應(yīng)式都是可逆的平衡方程式，也就是如果加入更多的氣體，反應(yīng)向右進(jìn)行，如果加入酸，反應(yīng)式（1）將向左進(jìn)行，加入堿，反應(yīng)式（2）將向左進(jìn)行。

水中的有機(jī)物

有機(jī)物是一個廣泛的分類，包括天然的和合成的（通常由碳、氫和氧組成的分子）。所有生命物質(zhì)都是由有機(jī)物構(gòu)成的，大部分的合成化學(xué)物質(zhì)也是有機(jī)物。有些有機(jī)物極易溶解于水（如糖、酒精），有些則極難溶解于水（如塑料）。

水中的有機(jī)物，大部分都屬于有害的污染物。有機(jī)物會在水系統(tǒng)中沉積，作為營養(yǎng)物質(zhì)滋生微生物也會造成沉積。某些有機(jī)物，即使在水中的濃度小于1mg/L，都會造成嚴(yán)重的問題。得益于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在我們可以分析水中濃度在ug/L水平的有機(jī)物（也即是1ug的物質(zhì)在1升的水中），相當(dāng)于在軌道衛(wèi)星上找到在地球赤道上的一個瓶蓋。

水中有種類繁多的有機(jī)物，有來自于自然界的和人類活動的。想要測定水中的特定有機(jī)物，需要使用特定的分析方法，如多氯聯(lián)苯（PCB）和有機(jī)鹵化物（AOX）分析。生化需氧量（BOD）和總有機(jī)碳（TOC）測試常常用來分析水中的有機(jī)物含量，是反映水中有機(jī)污染物含量的一個綜合指標(biāo)。