2.3 物質屬性。

1）基于水-生物作用定義的物質和性質。

       營養物質指代了生物相和水相的交換部分，親和力由強到弱，可劃分成三類：親生物元素的碳、氫、氧、氮、磷、鉀等構成了生物體內的大量元素；弱親生物元素如鈣、鎂、硫、氯、硅等構成了中量元素；非親生物元素如鐵、銅、鋅、錳、硼、鉬、硒等構成了微量元素。人類活動所產生的微污染物如持久性有機污染物(POPs)、藥物和個人護理品(PPCPs)、內分泌干擾物(EDCs)、全氟化合物(PFCs)、溴代阻燃劑(BRPs)、多溴聯苯醚(PBDEs)、飲用水消毒副產物、抗生素、農藥、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，通常采用營養化和毒性指標來指代。營養化的研究對象包括光合/呼吸作用的強度比、藻類生產潛力、富營養化潛力等要素；毒性指標包括一般毒性(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、發育和遺傳毒性)等。它們通過溶液性質建立相關作用。

2）基于水—沉積物作用定義的物質和性質。

       強向心元素有較高的密度和較大的原子序數，大部分強向心元素容易失去最外層電子從而表現出金屬性，這類元素有較高的電場密度而導致其有較高的電離能壘，表現出顯著的憎水性，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)出現類營養物質的理化性質而表現出一定的生化性。另一部分元素(如Hg、Pb等)則容易揮發至大氣中而表現出一定的親氣性，但大部分元素傾向于沉積。強離心元素包括堿金屬、堿土金屬、鹵素和其他低原子序數的元素，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-在結構上同樣擁有強離心元素的微觀結構，這些受電離作用影響的物質被稱之為鹽分或鹽溶液。

       固體結合態的物質(如晶態)通過電離作用進入水體，電離過程中的水合作用在吸收或釋放質子的過程中表現出酸堿性。電導率是衡量這種電子轉移難易程度的量綱。物質的向心與離心運動影響水—沉積物之間的化學平衡，產生水解、結晶、沉淀、絡合、成礦、沉積、氧化還原等現象，如絡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，同時增強了化合物的極化能力，造成沸點的上升，此過程表現為元素的向心和離心作用的相互抵消。這樣，陰陽離子的結合因原子構型、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—氣作用定義的物質和性質。

       由于大氣圈和水圈有氣體分壓的存在，在水圈上部氧化環境下存在CO2、O2、O3等氣體，在下部還原環境下存在H2、H2S、NH3、CH4等氣體，統稱為溶解性氣體。溶氣與脫氣的過程普遍存在于化工、能源與環境的工程技術應用中，水溶液性質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)構成，通常為有機物或營養物質，它們影響水系統中的微生物種群。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。水氣界面作用還影響水體表面元素的分配和平衡，產生表面自由基，有助于實現水體自凈作用。

2.4分散系

        物質在溶液中的分散包括濃度范圍和團聚物大小兩個維度。根據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，物質以溶質—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，溶質間的相互作用和系統的熵在不斷增加；隨著溶質逐步成為系統中的主要物質(濃溶液體系)，其他組分再度服從亨利分配作用，系統逐步走向單一，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鹽在水中的濃度當量有顯著區別。然后，根據團聚物的大小，系統可分為溶液、膠體、乳濁液、懸濁液四類和介穩體系，根據對光的阻礙程度區分分散體系并定義出濁度。

3.性質集合的初步定義

       性質分類需要通過密度泛函、群論、能量密度、神經網絡等來理解，加強相互作用與類別轉換共性表達方面的分析，其評價包括濃度法、權重法、毒性法、模型法等。能量物質、營養物質等15類溶液性質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。基于科學的發展，性質種類可以進一步拓展，性質特征可以不斷地被發現，據此豐富我們對水循環的原理發現與水污染控制的技術空間。可以認為，水工業的未來是沒有邊界的。