水文地球化学电子教案2.ppt

第一节 地下水中的溶解－沉淀作用 二、影响溶解与沉淀作用的主要因素 1、溶解度 溶解度对于地下水化学成分的影响往往与水交替条件有关 对矿物溶解顺序的影响：在水交替积极的地区，地下水首先淋滤氯化物，然后淋滤硫酸盐矿物，最后淋滤难溶的碳酸盐矿物和铝硅酸盐矿物； 对矿物在水中饱和程度的影响：一般而言，溶解度愈大的矿物，在地下水中愈难达到溶解平衡，但在水交替滞缓的条件下，组成这些易溶矿物的离子可以在地下水中不断积累。 2、pH值 pH值是决定天然水中许多元素溶解性的重要因素 Na、Ca、NO3和Cl等少数几种离子可存在于各种pH条件下的天然水中； 多数金属元素在酸性条件下以阳离子形式存在，而当pH值增高时，即以氢氧化物或偏碱性的盐类形式从水中沉淀出来(如Fe3+)； 一些金属元素（如Cu、Zn等）发生沉淀的pH略高一些（Cu为5.3, Zn为7） 3、温度和压力 温度和压力对某些矿物，如石英、玉髓、非晶质SiO2的溶解度有显著影响。 在结晶岩地区的热泉口，由于温度和压力降低，SiO2的溶解度也降低，形成硅华； 碳酸盐矿物的溶解度取决于CO2分压，pH值，温度等，一般而言， CO2分压越高、温度越低，气体在水中的溶解度越大，如CO2分压降低则发生脱碳酸作用，形成钙华。 4、混合作用 定义：两种或几种性质和化学成分不同的水相混合，形成具有新的性质和化学成分的水，这一过程称为混合作用，例如： 海水入侵 混合抽水 几种常见的混合作用 混合溶蚀现象： 当两种均含有侵蚀性CO2的水相混合，会导致水的溶蚀能力增强（原本对方解石饱和的两种地下水在混合后将变得对方解石不饱和，见p.24） 含有对抗盐的地下水（如NaHCO3型水与CaCl2型水，Na2SO4型水与CaCl2型水）相混合时，沉淀析出固相物质： CaCl2+2NaHCO3→2NaCl+CaCO3↓+H2O↑+CO2↑ 不同温度水的混合，有时可导致沉淀 5、气候 气候要素包括降雨量、蒸发量和气温，上述要素对地下水、特别是浅层地下水的化学组分具有明显的影响 潮湿气候带 中等温潮湿气候区：雨量充足，水交替积极，生物成因CO2含量较高，地下水中的pH值较低，这种地区浅部多形成淡水。 寒冷的潮湿气候区：有机物质降解速度较低，土壤多属于富含腐殖质的酸性还原环境，地表水和潜水中含有大量的腐殖酸，Fe2+、Mn2+含量常较高，使水呈茶褐色。 干旱-半干旱气候区的平原地带 蒸发比较强烈，地下水溶液逐渐浓缩，矿化度不断增高。 以溶解度较大的盐类（NaCl、Na2SO4）为主。 土壤中生物成因CO2含量较低，故HCO3-含量较低。 第二节 碳酸平衡Equilibrium in Carbonate System  1、水中碳酸化合物存在形式与pH值的关系 地下水中碳酸化合物的来源： 多种成因的二氧化碳气体的溶解 岩石土壤中碳酸盐和重碳酸盐矿物的溶解 人工水质处理过程加入或产生的碳酸化合物 三种存在形态： 游离碳酸H2CO3或游离 CO2(aq) 重碳酸根离子 碳酸根离子 分子态的两种碳酸在平衡时，CO2形态占最主要地位，故可以把水中的溶解性气体含量作为游离碳酸总量 碳酸平衡 亨利定律Henrys law 一定温度下，气体在液体中的饱和浓度与液面上该气体的平衡分压成正比。 它是英国的W.亨利于1803年在实验基础上发现的经验规律。实验表明，只有当气体在液体中的溶解度不很高时该定律才是正确的，此时的气体实际上是稀溶液中的挥发性溶质，气体压力则是溶质的蒸气压。所以亨利定律还可表述为：在一定温度下，稀薄溶液中溶质的蒸气分压与溶液浓度成正比。 只有溶质在气相中和液相中的分子状态相同时，亨利定律才能适用。 在总压力不大时，若多种气体同时溶于同一个液体中，亨利定律可分别适用于其中的任一种气体；一般来说，溶液越稀,亨利定律愈准确。 由以上3式可计算出不同pH值时，三类碳酸化合物在总碳酸中所占的相对比例 2、水中碳酸化合物含量的基本计算方法 “碱度”的概念：指水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质的量。 水中产生碱度的物质主要有碳酸盐碱度、碳酸氢盐碱度以及由氢氧化物存在和强碱弱酸盐水解而产生的氢氧化物碱度。所以，碱度是表示水中CO32-、HC3-、OH-及其他一些弱酸盐类的总和。但在天然水中，碱度主要是由HCO3-的盐类所组成。 在pH = 5～9，[碱]总 1毫克当量/升时（这一条件适用于大多数地下水）， 这一项可忽略不计，则: 公式的应用 p.19表1.8中已列出 的值，只要知道地下水样的[碱]总和pH，即可由pH值查出 ，进而求得碳酸化合物总量C和三种碳酸化合物的含量。 例： 某