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2.3 物质属性。 1）基于水-生物作用定义的物质和性质。 营养物质指代了生物相和水相的交换部分，亲和力由强到弱，可划分成三类：亲生物元素的碳、氢、氧、氮、磷、钾等构成了生物体内的大量元素；弱亲生物元素如钙、镁、硫、氯、硅等构成了中量元素；非亲生物元素如铁、铜、锌、锰、硼、钼、硒等构成了微量元素。人类活动所产生的微污染物如持久性有机污染物(POPs)、药物和个人护理品(PPCPs)、内分泌干扰物(EDCs)、全氟化合物(PFCs)、溴代阻燃剂(BRPs)、多溴联苯醚(PBDEs)、饮用水消毒副产物、抗生素、农药、染料、纳米颗粒、微塑料、兴奋剂以及毒品等，微生物属于生物相中数量最大的种群(大肠杆菌、酸化菌、氨化菌、硝化菌、反硝化菌、厌氧氨氧化菌、硫还原菌、聚磷菌、病毒、基因等)，这2组物质也在水—生物作用维度上受到广泛讨论。 基于利于和不利于生物量的积累，通常采用营养化和毒性指标来指代。营养化的研究对象包括光合/呼吸作用的强度比、藻类生产潜力、富营养化潜力等要素；毒性指标包括一般毒性(急性毒性、亚慢性和慢性毒性、蓄积毒性、局部毒性)和特殊毒性(致癌毒性、致突变毒性、生殖、发育和遗传毒性)等。它们通过溶液性质建立相关作用。 2）基于水—沉积物作用定义的物质和性质。 强向心元素有较高的密度和较大的原子序数，大部分强向心元素容易失去最外层电子从而表现出金属性，这类元素有较高的电场密度而导致其有较高的电离能垒，表现出显著的憎水性，把这类元素称为重金属。从宏观上看，重金属元素的密度＞ 4.5 g/cm3，虽然部分元素(如Cd、Cu等)出现类营养物质的理化性质而表现出一定的生化性。另一部分元素(如Hg、Pb等)则容易挥发至大气中而表现出一定的亲气性，但大部分元素倾向于沉积。强离心元素包括碱金属、碱土金属、卤素和其他低原子序数的元素，具有较低的电场密度和较低的电离能垒，有着良好的极化性，一些离子如SO42-、NO3-在结构上同样拥有强离心元素的微观结构，这些受电离作用影响的物质被称之为盐分或盐溶液。 固体结合态的物质(如晶态)通过电离作用进入水体，电离过程中的水合作用在吸收或释放质子的过程中表现出酸碱性。电导率是衡量这种电子转移难易程度的量纲。物质的向心与离心运动影响水—沉积物之间的化学平衡，产生水解、结晶、沉淀、络合、成矿、沉积、氧化还原等现象，如络合和螯合作用降低了电荷密度从而改善了重金属离子的电离能力，同时增强了化合物的极化能力，造成沸点的上升，此过程表现为元素的向心和离心作用的相互抵消。这样，阴阳离子的结合因原子构型、电荷密度和极化能力的相互搭配，便形成了软硬酸碱理论。 3）基于水—气作用定义的物质和性质。 由于大气圈和水圈有气体分压的存在，在水圈上部氧化环境下存在CO2、O2、O3等气体，在下部还原环境下存在H2、H2S、NH3、CH4等气体，统称为溶解性气体。溶气与脱气的过程普遍存在于化工、能源与环境的工程技术应用中，水溶液性质影响离心元素及其化合物的平衡与归趋。溶解性气体主要由离心元素(C、N、O、S)构成，通常为有机物或营养物质，它们影响水系统中的微生物种群。部分溶解性气体(如O2)的逸度影响水体中元素在各相中的分配系数。水气界面作用还影响水体表面元素的分配和平衡，产生表面自由基，有助于实现水体自净作用。 2.4分散系 物质在溶液中的分散包括浓度范围和团聚物大小两个维度。根据从低到高的浓度范围首先分为稀溶液体系和浓溶液体系。在稀溶液体系下，物质以溶质—溶液的相互作用为主，主要服从亨利定律和能斯特定律分配，随着浓度的增大，亨利分配作用逐步减弱，溶质间的相互作用和系统的熵在不断增加；随着溶质逐步成为系统中的主要物质(浓溶液体系)，其他组分再度服从亨利分配作用，系统逐步走向单一，熵值不断下降。密度的概念是相对的，微污染物和水体中的无机盐在水中的浓度当量有显著区别。然后，根据团聚物的大小，系统可分为溶液、胶体、乳浊液、悬浊液四类和介稳体系，根据对光的阻碍程度区分分散体系并定义出浊度。 3.性质集合的初步定义 性质分类需要通过密度泛函、群论、能量密度、神经网络等来理解，加强相互作用与类别转换共性表达方面的分析，其评价包括浓度法、权重法、毒性法、模型法等。能量物质、营养物质等15类溶液性质的泛定义可能不适合于所有的对象，比如，对人类和动植物会有差别。基于科学的发展，性质种类可以进一步拓展，性质特征可以不断地被发现，据此丰富我们对水循环的原理发现与水污染控制的技术空间。可以认为，水工业的未来是没有边界的。
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