2.3 物質(zhì)屬性。

1）基于水-生物作用定義的物質(zhì)和性質(zhì)。

       營養(yǎng)物質(zhì)指代了生物相和水相的交換部分，親和力由強(qiáng)到弱，可劃分成三類：親生物元素的碳、氫、氧、氮、磷、鉀等構(gòu)成了生物體內(nèi)的大量元素；弱親生物元素如鈣、鎂、硫、氯、硅等構(gòu)成了中量元素；非親生物元素如鐵、銅、鋅、錳、硼、鉬、硒等構(gòu)成了微量元素。人類活動所產(chǎn)生的微污染物如持久性有機(jī)污染物(POPs)、藥物和個人護(hù)理品(PPCPs)、內(nèi)分泌干擾物(EDCs)、全氟化合物(PFCs)、溴代阻燃劑(BRPs)、多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)、飲用水消毒副產(chǎn)物、抗生素、農(nóng)藥、染料、納米顆粒、微塑料、興奮劑以及毒品等，微生物屬于生物相中數(shù)量最大的種群(大腸桿菌、酸化菌、氨化菌、硝化菌、反硝化菌、厭氧氨氧化菌、硫還原菌、聚磷菌、病毒、基因等)，這2組物質(zhì)也在水—生物作用維度上受到廣泛討論。

       基于利于和不利于生物量的積累，通常采用營養(yǎng)化和毒性指標(biāo)來指代。營養(yǎng)化的研究對象包括光合/呼吸作用的強(qiáng)度比、藻類生產(chǎn)潛力、富營養(yǎng)化潛力等要素；毒性指標(biāo)包括一般毒性(急性毒性、亞慢性和慢性毒性、蓄積毒性、局部毒性)和特殊毒性(致癌毒性、致突變毒性、生殖、發(fā)育和遺傳毒性)等。它們通過溶液性質(zhì)建立相關(guān)作用。

2）基于水—沉積物作用定義的物質(zhì)和性質(zhì)。

       強(qiáng)向心元素有較高的密度和較大的原子序數(shù)，大部分強(qiáng)向心元素容易失去最外層電子從而表現(xiàn)出金屬性，這類元素有較高的電場密度而導(dǎo)致其有較高的電離能壘，表現(xiàn)出顯著的憎水性，把這類元素稱為重金屬。從宏觀上看，重金屬元素的密度＞ 4.5 g/cm3，雖然部分元素(如Cd、Cu等)出現(xiàn)類營養(yǎng)物質(zhì)的理化性質(zhì)而表現(xiàn)出一定的生化性。另一部分元素(如Hg、Pb等)則容易揮發(fā)至大氣中而表現(xiàn)出一定的親氣性，但大部分元素傾向于沉積。強(qiáng)離心元素包括堿金屬、堿土金屬、鹵素和其他低原子序數(shù)的元素，具有較低的電場密度和較低的電離能壘，有著良好的極化性，一些離子如SO42-、NO3-在結(jié)構(gòu)上同樣擁有強(qiáng)離心元素的微觀結(jié)構(gòu)，這些受電離作用影響的物質(zhì)被稱之為鹽分或鹽溶液。

       固體結(jié)合態(tài)的物質(zhì)(如晶態(tài))通過電離作用進(jìn)入水體，電離過程中的水合作用在吸收或釋放質(zhì)子的過程中表現(xiàn)出酸堿性。電導(dǎo)率是衡量這種電子轉(zhuǎn)移難易程度的量綱。物質(zhì)的向心與離心運(yùn)動影響水—沉積物之間的化學(xué)平衡，產(chǎn)生水解、結(jié)晶、沉淀、絡(luò)合、成礦、沉積、氧化還原等現(xiàn)象，如絡(luò)合和螯合作用降低了電荷密度從而改善了重金屬離子的電離能力，同時增強(qiáng)了化合物的極化能力，造成沸點(diǎn)的上升，此過程表現(xiàn)為元素的向心和離心作用的相互抵消。這樣，陰陽離子的結(jié)合因原子構(gòu)型、電荷密度和極化能力的相互搭配，便形成了軟硬酸堿理論。

3）基于水—?dú)庾饔枚x的物質(zhì)和性質(zhì)。

       由于大氣圈和水圈有氣體分壓的存在，在水圈上部氧化環(huán)境下存在CO2、O2、O3等氣體，在下部還原環(huán)境下存在H2、H2S、NH3、CH4等氣體，統(tǒng)稱為溶解性氣體。溶氣與脫氣的過程普遍存在于化工、能源與環(huán)境的工程技術(shù)應(yīng)用中，水溶液性質(zhì)影響離心元素及其化合物的平衡與歸趨。溶解性氣體主要由離心元素(C、N、O、S)構(gòu)成，通常為有機(jī)物或營養(yǎng)物質(zhì)，它們影響水系統(tǒng)中的微生物種群。部分溶解性氣體(如O2)的逸度影響水體中元素在各相中的分配系數(shù)。水氣界面作用還影響水體表面元素的分配和平衡，產(chǎn)生表面自由基，有助于實現(xiàn)水體自凈作用。

2.4分散系

        物質(zhì)在溶液中的分散包括濃度范圍和團(tuán)聚物大小兩個維度。根據(jù)從低到高的濃度范圍首先分為稀溶液體系和濃溶液體系。在稀溶液體系下，物質(zhì)以溶質(zhì)—溶液的相互作用為主，主要服從亨利定律和能斯特定律分配，隨著濃度的增大，亨利分配作用逐步減弱，溶質(zhì)間的相互作用和系統(tǒng)的熵在不斷增加；隨著溶質(zhì)逐步成為系統(tǒng)中的主要物質(zhì)(濃溶液體系)，其他組分再度服從亨利分配作用，系統(tǒng)逐步走向單一，熵值不斷下降。密度的概念是相對的，微污染物和水體中的無機(jī)鹽在水中的濃度當(dāng)量有顯著區(qū)別。然后，根據(jù)團(tuán)聚物的大小，系統(tǒng)可分為溶液、膠體、乳濁液、懸濁液四類和介穩(wěn)體系，根據(jù)對光的阻礙程度區(qū)分分散體系并定義出濁度。

3.性質(zhì)集合的初步定義

       性質(zhì)分類需要通過密度泛函、群論、能量密度、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等來理解，加強(qiáng)相互作用與類別轉(zhuǎn)換共性表達(dá)方面的分析，其評價包括濃度法、權(quán)重法、毒性法、模型法等。能量物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)等15類溶液性質(zhì)的泛定義可能不適合于所有的對象，比如，對人類和動植物會有差別?；诳茖W(xué)的發(fā)展，性質(zhì)種類可以進(jìn)一步拓展，性質(zhì)特征可以不斷地被發(fā)現(xiàn)，據(jù)此豐富我們對水循環(huán)的原理發(fā)現(xiàn)與水污染控制的技術(shù)空間?？梢哉J(rèn)為，水工業(yè)的未來是沒有邊界的。