水（化学式为H2O），是由氢、氧两种元素组成的无机物，无毒，可饮用。在常温常压下为无色无味的透明液体，被称为人类生命的源泉，是维持生命的重要物质，也叫氧化氢。水是地球上最常见的物质之一，地球表面约有71%被水覆盖。它是包括无机化合、人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。它在空气中含量虽少，但却是空气的重要组成部分。纯水导电性十分微弱，属于极弱的电解质。日常生活中的水由于溶解了其他电解质而有较多的阴阳离子，才有较为明显的导电性。2022年9月，中国科学家发现嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水。

中文名：水

外文名：Water

别名：氧化氢、氧烷、一氧化二氢

化学式：H₂O

分子量：18.0152

CAS登录号：7732-18-5

EINECS登录号：231-791-2

熔点：0℃

沸点：100℃(标准大气压)

密度：1g/cm³,10³kg/m³（t=4℃）

外观：常温下无色透明液体

应用：溶剂、维持生命、电子工业等

比热容：4.186kJ/(kg·℃)

临界温度：374.3℃

临界压力：22.05MPa

导电率：0.055μS/cm

由于水具有很大的生成热，因而水必然是一个很稳定的化合物。实际上，水在3000K的高温下，也只有11.1%的分解率，而且反应是可逆的。

显然，水在离解时要吸收大量的热。在1000K和202.65kPa时，2摩尔气态水分解成H2和O2需要吸收495.8kJ的热；在3000K时，则需要572.04kJ。

水是人体正常代谢所必需的物质 ，正常情况下身体每天要通过皮肤、内脏、肺以及肾脏排出1.5L左右的水，以保证毒素从体内排出。 儿童体内有80%的水，老人体内则有50％~60%，正常中年人体内则有70%的水。

水——生命的源泉

水在机体内有许多重要功能 ：

（1）水是细胞原生质的重要组分；

（2）水在体内起溶媒作用，溶解多种电解质；

（3）水在体内起运输作用，可以传递营养物质、代谢废物和内分泌物质（如激素）等；

（4）水有较高热导性和比热，可作为“载热体”在体内和皮肤表面间传递热量，有助于人体调节体温。

化学式D₂O，又称氧化氘。1931年H.C.尤莱在把4L液氢在-259℃下缓慢蒸发到剩余数毫升，光谱分析时发现了重氢“D”，称氘。氘（deuterium）的意思是2，表示原子量等于2的氢同位素。由重氢和氧组成的化合物称重水，分子量为20.028，比普通水分子量18.016高出约11%。纯重水在1933年就已制得。普通水中所含重水很少，约占普通水质量的0.02%，自然界没有富含重水的源泉。重水在外观上和普通水相似，但许多物理性质不同，其比较见下表。

重水分子间氢键力较大，分子间作用力也较大，所以它的熔点、沸点比水高。常温下重水的蒸汽压比水小，这是水精馏法富集重水的理论根据。在25℃时重水的粘度比水大2.3%，致使许多电解质在重水中的电导率比水中小。重水的介电常数低于水，盐类在重水中的溶解度一般小些，在25℃时1g水能溶解0.3592g氯化钠，但1g重水只能溶解0.3056g；在25℃时，碘在四氯化碳和水间的分配系数是85:1，而在四氯化碳和重水间的分配系数是103:1。重水表面张力、离子积（2×10^-15 ）数值都比水小，重水的反应速度比水的同样反应要慢些。重水有吸水的性质，和浓硫酸相像，必须将它保存在密封的容器内。

重水的主要用途是在核反应堆中做“减速剂”，减小中子速度，控制核裂变过程，也是冷却剂。重水和氘在研究化学和生理变化中是一种宝贵的示踪材料，例如，用稀重水灌溉树木，可以测知水在这些植物中每小时可运行十几米到几十米。测定饮过大量稀重水的人尿中的氘含量，知道水分子在人体中停留时间平均为14天。用氘代替普通氢，可以研究动植物消化和新陈代谢过程。浓的或纯重水不能维持动植物生命，重水对一般动植物的致死浓度为60%。

生产重水的方法很多，曾用过电解法、水精馏法等，现在利用H₂S/H₂O双温交换法，先把重水富集约15%后，再电解富集成99.8%，该法成本低廉。

定义及其分类

水总硬度指的是水中钙离子、镁离子的总量，是衡量自来水是否符合标准的依据，主要可以分为暂时硬度和永久硬度两大类。暂时硬度是指水中的钙镁离子以碳酸盐的形式存在，遇热就会形成碳酸盐沉淀，最终被除去；而永久硬度则是指水中钙镁离子主要以硫酸盐、硝酸盐等形式存在，性质稳定，不易除去。

测定意义

水硬度是评价水质的一个重要标准，对于饮用水以及工业用水有着很重要的影响。水硬度过高可能会形成水垢，影响产品质量。因此，为确定水质以及进行水的相关处理，要对水中钙镁离子进行测定，即水总硬度的测试。

水总硬度的监测分析是水质检测的重要工作之一，不仅影响到水的质量，还会影响到人们生产以及生活的安全。在科技快速发展的今天，更多的检测技术的应用，提高了水总质量检测的准确性，保障了水质的安全以及使用质量。

注意问题

（1）溶液pH值问题

测试中溶液的pH值在一定程度上会影响到金属钙镁离子与EDTA生成络合物的稳定性。pH过低，将会使络合物的稳定性降低；pH过高，则水中钙镁离子将不能与EDTA反应。因此，在进行水总硬度测试之前必须要确定使用溶液的pH值，以保证实验的顺利进行。

（2）滴定溶液的温度问题

水总硬度检测时滴定溶液的温度对检测结果有着很大的影响，温度过低就会造成反应速度过慢，滴定过量；溶液温度过高就会使测试溶液中有效物质变质，影响钙镁离子与EDTA的反应过程。最终影响到水总硬度的检测。

（3）缓冲溶液的问题

EDTA具有弱酸性，其反应过程受到溶液pH值的影响，因此，要将缓冲溶液加入到滴定溶液中，保持适合的pH值，保证测试的顺利进行。

（4）铬黑T的问题

铬黑T是一种常见的金属离子指示剂，用于滴定检测过程中与钙镁离子进行置换作用，有明显的颜色变化，可以准确的测出水的质量问题。铬黑T指示剂的配制可以分为两类，一类是固体指示剂，另一类则是液体指示剂。

（5）滴定时间及速度问题

水总硬度测试中，每次滴定必须要按照规定的零刻度开始，这样可以保证读数都在滴管的同一个位置上，减少读数的误差。在碱性溶液中，铬黑T会随着时间的流逝而被氧化，影响最后反应结果。因此，要保证其在五分钟之内完成反应，测出结果。但是，也要注意滴定的时候速度不要过快，否则可能导致溶液粘在滴定管壁上，影响读数的误差。

（6）溶液中二氧化碳的问题

溶液中可能含有碳酸氢根等物质，当其浓度过大时，就会使反应效果提前，影响测试结果。因此应该适当加入盐酸，将其中和反应掉，使溶液呈现中性。还要注意，不要将滴定溶液放置时间过长，其极易与空气中的二氧化碳反应，出现返红现象。

解决办法

水总硬度的检测受到环境因素的影响，如果在滴定过程中发现没有出现终点色，有可能是铁离子、铜离子以及锰离子等的干扰，它们与指示剂形成更加稳定的络合物，导致EDTA不能把金属离子置换出来，就会影响水总质量的测定。

（1）铁离子

在水总硬度测试中，铁的含量过高，就会干扰到测试的结果。相应的解决办法就是要在加入缓冲溶液之前加入三乙醇胺，加快滴定速度，将铁离子屏蔽。或者也可以利用沉淀过滤的方法来除去铁离子，减少测试的误差。

（2）铜离子

在水总质量的测试中，若是水样中存在铜离子，将会出现指示剂封闭的现象，导致测试结果不清晰。相应的解决方法之一就是在加入缓冲溶液之前加入氰化钾，使之与铜离子反应从而消除铜离子的干扰，但是要注意氰化钾的剧毒性，尽量减少使用；另一种方法就是加入硫化钠，也是使其与铜离子反应，形成硫化铜沉淀，将其过滤掉。

（3）铝离子

若是水样中存在铝离子，在其作用下，可能会吸附指示剂，导致终点色出现时间延长，影响水硬度的测试。而解决办法可以参考铁离子的解决办法，使水总硬度测试顺利进行。

（4）水样总碱度

水总硬度检测中，如果水样滴定终点变蓝，但是又很快的变回紫色，则证明水的碱性很大，主要是由于钙镁离子造成的，相应的解决办法就是可以在检测之前将盐酸酸化煮沸，可以去除一定的碱性，之后需要将氢氧化钠与之融合至中性，再继续检测将会发现滴定终点颜色变化会更明显。

（5）有机物、悬浮物及胶状物质

水总硬度检测过程中如果发现水样中有机物、悬浮物质过多，就会影响其终点颜色变化的观察，影响到最终测试的结果。相应的解决办法就是将着色物用乙醚去除掉，或者是用硝酸等进行溶解，在去除多余的酸性，中和之后再进行水总硬度的检测。

水体自净

水体的自净机制有物理净化、化学净化和生物净化三种。水体自净的三种机制往往同时发生，并相互交织在一起，哪一方面起主导作用取决于污染物性质和水体的水文学和生物学特征。水体污染恶化过程和水体自净过程是同时产生和存在的，但在某一水体的部分区域或一定的时间内，这两种过程总有一种过程是相对主要的，它决定着水体污染的总特征。所以，当污染物排入清洁水体之后，水体一般会呈现出三个不同水质区：水质恶化区、水质恢复区和水质清洁区。

防范办法

为加强水资源保护，防止对水资源的破坏、浪费和严重污染，应加强水资源的保护工作，及时采取有效措施全面保护水资源。

（1）完善法律法规，强化管理，严格执法

贯彻执行《水法》《水污染防治法》《环境保护法》等法律法规，同时完善相应的法律法规，建立健全的水环境保护法律体系。对污水的排放标准进行严格控制，尤其要加强对工业污水排放的监督和管理，对违法排放的工业企业要从重处罚。对集中排污口的各类污染源，加强跟踪监测，发现问题及时解决。加强对地表水和地下水的水质监测和水源的保护工作。以流域为单元，以河流为主线，以城镇为节点，建立流域水资源保护监督管理体系，强化流域管理的监督职能和协调能力，加强各相关部门之间的交流与合作。

（2）从源头控制污染

摆脱先污染后治理的发展模式，从控制污染物的排放量来遏止污染的进一步扩大。对企业要采取有力措施，改善经营管理，积极引进先进的生产工艺，提高物料利用率，减少污染物的排放。通过修订产业政策，调整产业结构，用行政、经济手段推行节约用水和清洁生产。

（3）大力提高水资源的利用率和重复利用率

我国的水资源利用率不足50%，重复利用率仅为20%左右，低效的水资源利用加剧了水资源的供需矛盾和严重浪费局面。只有施行较高的水资源价格，高额的水污染排污费，才能有效地促使企业采取措施，改直流冷却为循环冷却，改漫灌为喷灌或滴灌，采用先进的节水技术和生产工艺，研究污水的治理和重复利用，降低生产成本，进而实现企业经济效益和社会环境效益的统一。

（4）提高水污染排污费的收缴额度

当前，我国的排污收费标准定位太低，远远少于水资源的补偿费用，因此，全面提高排污收费指标，向等量甚至高于水资源的恢复治理费靠拢，采取“严进严出”的措施，或许能对乱排现象起到一定的抑制作用。

（5）研究解决污水的资源化利用

污水资源化利用是解决用水紧张的一个有效途径，并可以产生较高的经济效益，实现较好的环境效益。例如：合理利用采煤过程中抽取的地下水，以全国煤炭产量12亿吨计算，大约可抽排50亿m³ 的受污染的矿井地下水，若全部净化成饮用水，则能产生巨大的社会和经济效益。另外，中水回用、工业冷却用水的循环利用等都是充分合理地利用水资源的有效措施。

海水淡化又称海水脱盐，是从海水中获取淡水的技术和过程。从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分，都可以达到淡化的目的。根据脱盐过程分类，海水淡化方法主要有热法、膜法和化学方法三大类。热法海水淡化技术主要有多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）、压汽蒸馏（VC）和冷冻法。膜法海水淡化技术包含了反渗透（RO）和电渗析（ED），化学方法则由水合物法和离子交换法构成。在众多海水淡化方法中，水合物法所产淡水水质较差，离子交换法制水成本较高，因此化学方法应用受到限制，而冷冻法海水淡化由于冰晶的洗涤和分离较困难，造成装置复杂，运行可靠性不高，因而一直难以被大规模应用。目前，投入商业运行的海水淡化方法主要有多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）、压汽蒸馏（VC）、反渗透（RO）和电渗析（ED），世界上采用较多的海水淡化技术方法是多级闪蒸（MSF）、低温多效蒸馏（LT-MED）和反渗透（RO）。

多级闪蒸

（1）多级闪蒸的原理

所谓闪蒸，是指一定温度的海水在压力突然降低的条件下，部分海水急骤蒸发的现象。多级闪蒸过程的原理是：将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该闪蒸室的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速的部分气化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。多级闪蒸就是以此原理为基础，使热盐水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，同时盐水也逐级增浓，直到其温度接近（但高于）天然海水温度。

（2）多级闪蒸工艺

多级闪蒸系统主要设备有盐水加热器、多级闪蒸装置热回收段、排热段、水前处理装置、排不凝气装置真空系统、盐水循环泵和进出水泵等。其工艺流程为：进料海水→排热段闪蒸器→预处理（混凝、消毒、杀藻、软化、除垢）→循环盐水泵→热回收段闪蒸器各级。从排热段闪蒸器出来的一部分海水作为排热水排回大海，一部分海水通过预处理器后与从各级闪蒸器出来的浓盐水在循环盐水泵驱动下在系统内循环。

（3）多级闪蒸工艺的优缺点

多级闪蒸技术利用热能和电能，适合于可以利用热源的场合，通常与火力发电厂联合建设与运行。该技术具有工艺成熟，海水结垢倾向小、设备简单可靠、易于大型化、操作弹性大、运行安全性高以及可利用低位热能和废热等优点。目前，多级闪蒸的总装机容量在海水淡化领域仍属第一。

主要缺点为设备材料费用较高，最高工作温度可达到110℃，对材料要求高，腐蚀等问题较严重，除垢工作量大，调试工作量大，各级水位的调整比较麻烦，有泄漏会使成品水受到污染，如水质不满足要求则需要强迫停机处理等。

低温多效蒸馏

（1）低温多效蒸馏的原理

所谓低温是指海水在第一效的最高蒸发温度（盐水顶温）不高于70℃，这是因为当蒸发温度低于70℃时，蒸发表面海水中盐类结晶的速率将大大降低，从而可避免或减缓设备结垢的产生。

多效蒸馏是指：在第一效，海水经过蒸发器上部的喷嘴在管束外表面喷淋。盐水从每一排管子向更低一排落下在每根管上形成降膜。加热蒸汽通过管内时，温度略微高一点的蒸汽在管内凝结，而盐水在管外蒸发生成二次蒸汽。前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并凝结成为淡水，依此类推，蒸发和凝结重复进行。在LT-MED过程中，蒸发器按系列式布置，确保热水蒸发侧的压力可成功地维持在低值。在一个蒸发器中凝结蒸汽成倍增加，是多效蒸发过程的标志。

（2）低温多效蒸馏的工艺

首先，进料海水在冷凝器中被预热和脱气之后被分成两股物流：一股物流作为冷却水排回大海；另外一股物流变成蒸馏过程的进料液，加入阻垢剂后的料液被引入到蒸发器温度最低的一组中。喷淋系统把料液分布到各蒸发器的顶排管上，在自上而下流动的过程中，部分海水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而汽化。剩余料液用泵打入到蒸发器效的下一组中，该组的操作温度要比上一组高。在新的组中又重复了蒸发和喷淋过程。剩余的料液接着往前打，在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开。

其次，生蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内部。在管内冷凝的同时，在管外产生了基本等量的蒸发。二次蒸汽穿过捕沫装置后，进入下一效传热管内，第二效的操作温度和压力要略低于第一效。这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效重复，最后一效的蒸汽在冷凝器内被海水冷却液冷凝。第一效的冷凝液被收集起来，该蒸馏水的一部分又返回到蒸汽发生器中，超过输入的生蒸汽量的部分流入到一系列特殊容器的首个容器中，每一个容器都连接到下一低温效的冷凝侧。这样使一部分蒸馏水产生闪蒸并使剩余的产品水冷却下来，同时，把热量传回蒸发器。

最后，产品水呈阶梯状流动并逐级闪蒸冷却，放出的热量提高了系统的总效率。被冷却的蒸馏水最后用产品水泵抽出并输入储罐，生产出的产品水是平均含盐量小于5mg/L的纯水。浓缩海水像蒸馏水一样，从第一效呈阶梯状流入一系列的浓盐水闪蒸罐中，闪蒸冷却以回收其热量。经过冷却之后，浓盐水排回大海。不凝性气体从冷凝管中抽出，并从一效流到另一效。这些不凝性气体最后在冷凝器富集，并用蒸汽喷射器或机械式真空泵抽出。

（3）低温多效蒸馏工艺的优缺点

低温多效蒸馏海水淡化系统由于具有操作温度低，避免或减缓了设备的腐蚀和结垢；预处理简单；系统操作弹性大；动力消耗小；热效率高；系统操作安全、可靠；可利用电厂低品位的余热而极大的降低了造水成本等优点，因此，已经成为未来第二代海水淡化厂的主流技术。但主要缺点是盐水蒸发温度不能超过70℃，要进一步提高热效率受到制约，同时蒸汽的比容较大，要求设备的体积也较大，即设备的投入要增加。

反渗透

（1）反渗透的原理

反渗透法是以压力差为推动力的淡化过程，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到半透膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的。溶质和溶剂在膜中的扩散服从菲克（Fick）定理。物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水的扩散系数小得越多，高压下水在膜内的移动速度就越快，因此透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。

（2）反渗透工艺

反渗透海水淡化系统由预处理、高压泵、膜组件、后处理构成。预处理通常去除悬浮固体、调节pH、添加阻垢剂以控制碳酸钙和硫酸钙结垢等；高压泵用于对进料海水加压；膜组件的核心是半透膜，它截留溶解的盐类，几乎只允许水通过；后处理主要是进行稳定处理，包括pH调节和脱气处理等。

（3）反渗透工艺的优缺点

反渗透工艺具有设备投资少、占地面积小、能量消耗低、建设周期短等诸多优点，但其反渗透淡化也具有产水纯度略低、预处理要求严格以及温度降低产水量下降的不足。

技术比较

多级闪蒸装置单机容量最高，投资也最大，低温多效蒸馏与反渗透法的造水成本相差不多，反渗透电耗较高，操作性较复杂其出水水质较差。但反渗透应用于市政供水具有较大优势，几乎所有用于市政供水的海水淡化系统均采用了该法。对于要求提供锅炉补给水和工艺纯水，具有低品位蒸汽或余热可利用的电力、石化等企业，低温多效蒸馏可实现能源的高效利用，联产后降低了淡化成本，具有一定的竞争优势。

当我们把水的温度和压力升高到临界点（温度 374.3℃，压力 22.05MPa）以上，水就会处于一种既不同于气态也不同于液态和固态的流体状态——超临界状态，此状态下的水就称为超临界水（SCW）。

密度

超临界水具有可压缩性，温度或压力的微小变化就会引起超临界水的密度大大减小，在临界点时，水的密度仅为0.326g/cm³ ，典型的超临界水氧化是在密度接近0.1g/cm³ 时进行的。

溶解度

超临界水（SCW）的溶解能力主要取决于其的密度，密度增加，溶解能力增强；密度减小，溶解能力减弱，甚至丧失对溶质的溶解能力。因此，有可能借助系统压力和温度的调节，在较宽的范围内变动SCW的溶解能力，使其利于溶质的相转移。下表列出了超临界水与普通水的溶解度对比。

介电常数

介电常数随密度的增加而增大，随压力的升高而增大，随温度的升高而减小。介电常数的变化引起超临界水溶解能力的变化，有利于溶解一些低挥发性物质，相应溶质的溶解度可提高5～10个数量级，所以超临界水的介电常数与常温、常压下极性有机物的介电常数相当。因为水的介电常数在高温下很低，水很难屏蔽掉离子间的静电势能，因此溶解的离子以离子对的形式出现，在这种条件下，水表现得更像一种非极性溶剂。

黏度和热导率

一般情况下，气体的黏度随温度的升高而增大，液体的黏度随温度的升高而减小。超临界水的黏度约为2.98×10^-3 Pa·s，这使得超临界水成为高流动性物质。液体热导率随温度的升高略有减小，常温、常压下水的热导率为0.598W/(m·K)，临界点时热导率约为0.418W/(m·K)，变化不是很大。

扩散系数

根据Stockes方程，水在密度较高的情况下，扩散系数与黏度存在反比关系。高温、高压下水的扩散系数与水的黏度、密度有关。对高密度水，扩散系数随压力的增加而增加，随温度的增加而减小；对低密度水，扩散系数随压力的增加而减小，随温度的增加而增加，并且在超临界区内，水的扩散系数出现最小值。超临界水分子的扩散系数比普通水高10～100倍，使它的运动速度和分离过程的传质速率大幅度提高，因而有较好的流动性、渗透性和传递性能，利于传质和热交换。

离子积对数

水的离子积对数与密度和温度有关，但密度对其影响更大。离子积对数与密度和温度的关系，密度越高，水的离子积对数越大。标准条件下水的离子积对数是10^-14 。在超临界点附近，由于温度升高使水的密度迅速下降，导致离子积对数减小；而在远离临界点时，温度对密度的影响较小，温度升高，离子积对数增大，因此，在温度为1000℃、密度1g/cm³ 时，水将是高度导电的电解质溶液。&NBSp;