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1、LOGOHydrogeochemistry 水文地球化學(xué)水文地球化學(xué)東華理工大學(xué)水文地球化學(xué)課程組東華理工大學(xué)水文地球化學(xué)課程組第三章第三章 地下水中的無機(jī)化學(xué)成分地下水中的無機(jī)化學(xué)成分本章內(nèi)容本章內(nèi)容3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 3.2 3.2 地下水中的微量組分地下水中的微量組分 3.3 3.3 地下水中的氣體組分地下水中的氣體組分3.4 3.4 天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)3.5 3.5 地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理 Company Logov地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類 地地下下水水中中的的無無機(jī)機(jī)

2、化化學(xué)學(xué)成成分分，按按其其存存在在形形式式和和數(shù)量可分為四組：數(shù)量可分為四組：（1 1）大量組分）大量組分 決決定定水水化化學(xué)學(xué)類類型型，一一般般含含量量大大于于100mg/L，主主要要是是常常規(guī)規(guī)的的離離子子形形式式，Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。等。另另外外H+、NH4+、NO2-、NO3-、H3SiO4、Fe3+、Fe2+等也列入大量組分。等也列入大量組分。概述概述Company Logov地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類 （2 2）微量組分）微量組分 不不決決定定水

3、水化化學(xué)學(xué)類類型型，常常見見的的是是Br、I、F、B、Mo、Li、Cu、Pb、Zn、P、As、Sr、Ba、Ni、Co等數(shù)。等數(shù)。（3）放射性組分）放射性組分 U、Th、Ra、Rn等等。（4）氣體組分）氣體組分 N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。等。概述概述Company Logo一、氯離子（一、氯離子（一、氯離子（一、氯離子（ClClClCl-）1、遷移性能、遷移性能 Cl-具有很強(qiáng)的遷移性能，其原因有三個(gè)方面：具有很強(qiáng)的遷移性能，其原因有三個(gè)方面：（1）不形成難溶化合物）不形成難溶化合物 （2）不被膠體所吸附）不被膠體所吸附 （3）不被生物所吸附）不被生物所吸附 2、分布規(guī)律、分布

4、規(guī)律 地地下下水水中中的的Cl-含含量量隨隨地地下下水水礦礦化化度度的的增增高高而而增增高高。在高礦化度水中，占陰離子首位，形成氯化物水。在高礦化度水中，占陰離子首位，形成氯化物水。3、來源、來源 （1）有機(jī)來源）有機(jī)來源（2）無機(jī)來源）無機(jī)來源（3）大氣降水來源）大氣降水來源 3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 二、硫酸根（二、硫酸根（二、硫酸根（二、硫酸根（SOSOSOSO4 4 4 42-2-2-2-）1、遷移性能、遷移性能 遷移性能較強(qiáng)，僅次于遷移性能較強(qiáng)，僅次于Cl-，其，其遷移性能受下列四

5、個(gè)因遷移性能受下列四個(gè)因素控制：素控制：（1）水中）水中SO42-易與易與Ca2+、Ba2+、Sr2+等離子形成難溶等離子形成難溶鹽。鹽。（2）熱帶潮濕地區(qū)土壤中的）熱帶潮濕地區(qū)土壤中的Fe(OH)2-、Al(OH)22+膠膠體可以吸附體可以吸附SO42-。（3）易被生物吸收，硫是蛋白質(zhì)的組成部分。）易被生物吸收，硫是蛋白質(zhì)的組成部分。Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 二、硫酸根（二、硫酸根（二、硫酸根（二、硫酸根（SOSOSOSO4 4 4 42-2-2-2-）（4）脫硫酸作用：在缺氧、有脫硫酸菌存在的情況下，）脫硫酸作用：在缺氧、有脫硫酸菌存在的

6、情況下，SO42-被還原成被還原成H2S等的過程。等的過程。2、分布規(guī)律、分布規(guī)律 （1）SO42-含量隨地下水礦化度增高而增加，但增加含量隨地下水礦化度增高而增加，但增加速度明顯落后于速度明顯落后于Cl-。在中等礦化度水中，常成為含量最。在中等礦化度水中，常成為含量最多的陰離子。多的陰離子。（2）在某些特殊情況下，地下水中含量可達(dá)到很高，）在某些特殊情況下，地下水中含量可達(dá)到很高，例如硫化礦氧化帶中的礦坑水，石膏層地下水。例如硫化礦氧化帶中的礦坑水，石膏層地下水。Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 二、硫酸根（二、硫酸根（二、硫酸根（二、硫酸根（SO

7、SOSOSO4 4 4 42-2-2-2-）3、來源、來源 （1）石膏、硬石膏及含硫酸鹽的沉積物）石膏、硬石膏及含硫酸鹽的沉積物 （2）硫化物及天然硫的氧化）硫化物及天然硫的氧化 （3）火山噴發(fā)物中硫的氧化）火山噴發(fā)物中硫的氧化 （4）大氣降水中的）大氣降水中的SO42-（5）有機(jī)物的分解）有機(jī)物的分解 （6）生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水）生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-1、碳酸平衡及其與、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系值的關(guān)系 地下

8、水中的碳酸以三種化合物形態(tài)存在：地下水中的碳酸以三種化合物形態(tài)存在：（1）游離碳酸，它以溶解的游離碳酸，它以溶解的CO2（aq）或）或H2CO3(aq）形態(tài)存在，習(xí)慣上記為形態(tài)存在，習(xí)慣上記為“H2CO3”;（2）重碳酸根，即）重碳酸根，即HCO3-;（3）碳酸根，即）碳酸根，即CO32-。Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-這些組分之間的平衡關(guān)系式如下：這些組分之間的平衡關(guān)系式如下：Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地

9、下水中的大量組分 三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-1、碳酸平衡及其與、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系值的關(guān)系 溶于水中總無機(jī)碳：溶于水中總無機(jī)碳：Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-1、碳酸平衡及其與、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系值的關(guān)系 可以推出可以推出pH值與各碳酸組分之間的關(guān)系：值與各碳酸組分之間的關(guān)系：由由這這兩兩個(gè)個(gè)關(guān)關(guān)系系可可求求出出CO2溶溶于于水水后后各各溶

10、溶解解類類型型占占優(yōu)優(yōu)勢(shì)勢(shì)的的pH值范圍，在值范圍，在25，1atm條件下：條件下：pH6.4，占優(yōu)勢(shì)；占優(yōu)勢(shì)；6.4pH10.3，占優(yōu)勢(shì)；占優(yōu)勢(shì)；pH10.3，占優(yōu)勢(shì)。占優(yōu)勢(shì)。Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-1、碳酸平衡及其與、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系值的關(guān)系 可以推出可以推出pH值與各碳酸組分之間的關(guān)系：值與各碳酸組分之間的關(guān)系：圖圖3-1 三種碳酸隨三種碳酸隨pH值的變化曲線值的變化曲線 CO32-H2CO3HCO36.48.3410

11、.3pHCompany Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-1、碳酸平衡及其與、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)值的關(guān) 利用下面三個(gè)方程，可得到利用下面三個(gè)方程，可得到 、和和 所占總碳酸所占總碳酸DIC的百分?jǐn)?shù)：的百分?jǐn)?shù)：Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-1、碳酸平衡及其與、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系值的關(guān)系 可以推

12、出可以推出pH值與各碳酸組分之間的關(guān)系：值與各碳酸組分之間的關(guān)系：因因此此，只只要要測(cè)測(cè)定定水水溶溶液液中中的的DIC和和pH值值，便便可可以以求求出三種碳酸組分的百分?jǐn)?shù)及含量。出三種碳酸組分的百分?jǐn)?shù)及含量。Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-2、分布規(guī)律、分布規(guī)律 在在低低礦礦化化度度水水中中主主導(dǎo)導(dǎo)地地位位，在在陰陰離離子子中中占占首首位位。在在某某些些含含 的的水水中中，含含量量可可達(dá)達(dá)1000mg/L以以上上，強(qiáng)強(qiáng)堿堿、強(qiáng)強(qiáng)酸酸水水中中

13、，極極少少見見。天天然然水水中中 含含量量一一般般很低，但在蘇打水中可達(dá)到很高。很低，但在蘇打水中可達(dá)到很高。（1）影響）影響 遷移的因素遷移的因素 的存在，制約著水中的存在，制約著水中 和和 含量，因?yàn)楹?，因?yàn)橐桩a(chǎn)生易產(chǎn)生 沉淀。沉淀。脫碳酸作用：脫碳酸作用：Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-2、分布規(guī)律、分布規(guī)律 （2）來源）來源 大氣中大氣中 的溶解；的溶解；各種碳酸鹽類及膠結(jié)物的溶解和溶濾；各種碳酸鹽類及膠結(jié)物的溶解和溶濾；非碳酸鹽

14、的火成巖的生物風(fēng)化作用（非碳酸鹽的火成巖的生物風(fēng)化作用（生物成因）生物成因）；Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 三、三、三、三、HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-和和和和COCOCOCO3 3 3 32-2-2-2-2、分布規(guī)律、分布規(guī)律 （2）來源）來源 深成深成 的加入：的加入：從上述的從上述的 、來源的討論可知，其起源與來源的討論可知，其起源與 密不可分，往往一半來自密不可分，往往一半來自 ，一半來自碳酸鹽。，一半來自碳酸鹽。Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 四、硅酸四、硅酸四、硅酸四、硅酸地下

15、水中的地下水中的地下水中的地下水中的SiOSiOSiOSiO2 2 2 2 1、地下水中、地下水中SiO2的存在形式的存在形式 （1）硅酸的形式）硅酸的形式 在地下水中的硅酸有以下幾種：在地下水中的硅酸有以下幾種：H4SiO4（正硅酸），（正硅酸），H2SiO3（偏硅酸），（偏硅酸），H2Si2O5（二偏硅酸），（二偏硅酸），H6Si2O7（焦（焦硅酸），硅酸），H2SiO3因其形式簡(jiǎn)單，常以它代表因其形式簡(jiǎn)單，常以它代表水中的硅酸水中的硅酸。（2）地下水中）地下水中SiO2存在形式存在形式 在大多數(shù)的地下水中，在大多數(shù)的地下水中，SiO2以不離解的以不離解的H4SiO4形式存形式存在，但在強(qiáng)

16、堿性條件下，水中會(huì)出現(xiàn)在，但在強(qiáng)堿性條件下，水中會(huì)出現(xiàn)H3SiO4-。Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 四、硅酸四、硅酸四、硅酸四、硅酸地下水中的地下水中的地下水中的地下水中的SiOSiOSiOSiO2 2 2 2（2）地下水中）地下水中SiO2的存在形式的存在形式 表表3-1 水中硅酸衍生物的比例與水中硅酸衍生物的比例與pH值的關(guān)系值的關(guān)系衍生物的存衍生物的存在形式在形式pH78910H4SiO4mol99.998.687.741.5H3SiO4-Company Logo3.1 3.1 地下水中的大量組分地下水中的大量組分 四、硅酸四、硅酸四、硅酸四、硅酸地下水中的地下水中的地下水中的地下水中的SiOSiOSiOSiO2 2 2 2 （2）地下水中）地下水中SiO2的存在形式的存在形式 在強(qiáng)堿條件下，硅酸的鹽是可溶的，但遇到酸（包在強(qiáng)堿條件下，硅酸的鹽是可溶的，但遇到酸（包括碳酸）時(shí)，很易析出正硅酸。括碳酸）時(shí)，很易析出正硅酸。在強(qiáng)堿性條件下（在強(qiáng)堿性條件下（pH9），），H4SiO4往往會(huì)發(fā)生聚合，往往會(huì)發(fā)生聚合，形成硅膠溶液。形成硅膠溶