第三章地下水中的无机化学成分ppt课件.ppt
Hydrogeochemistry 水文地球化学,东华理工大学水文地球化学课程组,第三章 地下水中的无机化学成分,Company Logo,本章内容,3.1 地下水中的大量组分 3.2 地下水中的微量组分 3.3 地下水中的气体组分3.4 天然水化学成分的综合指标3.5 地下水化学成分的数据处理,Company Logo,地下水中的无机化学成分分类 地下水中的无机化学成分，按其存在形式和数量可分为四组：（1）大量组分 决定水化学类型，一般含量大于100mg/L，主要是常规的离子形式，Cl-、SO42-、 HCO3-、 CO32-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。 另外H+、NH4+、NO2-、NO3-、H3SiO4、Fe3+、Fe2+等也列入大量组分。,概述,Company Logo,地下水中的无机化学成分分类 （2）微量组分 不决定水化学类型 ，常见的是Br、 I、 F、 B 、Mo 、Li 、Cu、 Pb 、Zn、P、 As、 Sr、 Ba 、Ni 、Co等数。 （3）放射性组分 U 、Th、 Ra、 Rn等 。 （4）气体组分 N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。,概述,Company Logo,一、氯离子（Cl-） 1、迁移性能 Cl-具有很强的迁移性能，其原因有三个方面： （1）不形成难溶化合物 （2）不被胶体所吸附 （3）不被生物所吸附 2、分布规律 地下水中的Cl-含量随地下水矿化度的增高而增高。在高矿化度水中，占阴离子首位，形成氯化物水。 3、来源 （1）有机来源 （2）无机来源 （3）大气降水来源,3.1 地下水中的大量组分,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,二、硫酸根（SO42-） 1、迁移性能 迁移性能较强，仅次于Cl- ，其迁移性能受下列四个因素控制： （1）水中SO42-易与Ca2+、Ba2+、Sr2+等离子形成难溶盐。 （2）热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2-、Al(OH)22+胶体可以吸附SO42-。 （3）易被生物吸收，硫是蛋白质的组成部分。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,二、硫酸根（SO42-） （4）脱硫酸作用：在缺氧、有脱硫酸菌存在的情况下， SO42-被还原成H2S等的过程。 2、分布规律 （1） SO42-含量随地下水矿化度增高而增加，但增加速度明显落后于Cl-。在中等矿化度水中，常成为含量最多的阴离子。 （2）在某些特殊情况下，地下水中含量可达到很高，例如硫化矿氧化带中的矿坑水，石膏层地下水。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,二、硫酸根（SO42-） 3、来源 （1）石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物 （2）硫化物及天然硫的氧化 （3）火山喷发物中硫的氧化 （4）大气降水中的SO42- （5）有机物的分解 （6）生活、工业、农业废水,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 1、碳酸平衡及其与pH值的关系 地下水中的碳酸以三种化合物形态存在： （1） 游离碳酸，它以溶解的CO2（aq）或H2CO3 (aq）形态存在，习惯上记为“H2CO3” ; （2）重碳酸根，即HCO3-; （3）碳酸根，即CO32-。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 这些组分之间的平衡关系式如下：,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 1、碳酸平衡及其与pH值的关系 溶于水中总无机碳：,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 1、碳酸平衡及其与pH值的关系 可以推出pH值与各碳酸组分之间的关系： 由这两个关系可求出CO2溶于水后各溶解类型占优势的pH值范围，在25 ，1atm条件下： pH6.4 ， 占优势； 6.4pH10.3 ， 占优势； pH10.3， 占优势。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 1、碳酸平衡及其与pH值的关系 可以推出pH值与各碳酸组分之间的关系：图3-1 三种碳酸随pH值的变化曲线,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 1、碳酸平衡及其与pH值的关 利用下面三个方程，可得到 、 和 所占总碳酸DIC的百分数：,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 1、碳酸平衡及其与pH值的关系 可以推出pH值与各碳酸组分之间的关系： 因此，只要测定水溶液中的DIC和pH值，便可以求出三种碳酸组分的百分数及含量。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 2、分布规律 在低矿化度水中主导地位，在阴离子中占首位。在某些含 的水中，含量可达1000mg/L以上，强碱、强酸水中， 极少见。天然水中 含量一般很低，但在苏打水中可达到很高。 （1）影响 迁移的因素 的存在，制约着水中 和 含量，因为易产生 沉淀。 脱碳酸作用：,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 2、分布规律 （2）来源 大气中 的溶解； 各种碳酸盐类及胶结物的溶解和溶滤； 非碳酸盐的火成岩的生物风化作用（ 生物成因）；,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,三、HCO3-和CO32- 2、分布规律 （2）来源 深成 的加入： 从上述的 、 来源的讨论可知，其起源与 密不可分，往往一半来自 ，一半来自碳酸盐。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 1、地下水中SiO2的存在形式 （1）硅酸的形式 在地下水中的硅酸有以下几种：H4SiO4（正硅酸），H2SiO3（偏硅酸），H2Si2O5（二偏硅酸），H6Si2O7（焦硅酸），H2SiO3因其形式简单，常以它代表水中的硅酸。 （2）地下水中SiO2存在形式 在大多数的地下水中，SiO2以不离解的H4SiO4形式存在，但在强碱性条件下，水中会出现H3SiO4-。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2（2）地下水中SiO2的存在形式 表3-1 水中硅酸衍生物的比例与pH值的关系,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 （2）地下水中SiO2的存在形式 在强碱条件下，硅酸的盐是可溶的，但遇到酸（包括碳酸）时，很易析出正硅酸。 在强碱性条件下（pH9），H4SiO4往往会发生聚合，形成硅胶溶液。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 （2）地下水中SiO2的存在形式 SiO2在地下水中的存在形式归纳为： 在一般的地下水中，SiO2以H4SiO4（单体硅酸）或硅酸钠钾盐的分子分散状态存在，硅胶出现极少; 在碱性地下水中，SiO2部分以H4SiO4形式存在，部分以H3SiO4-形式存在，部分以硅胶形式存在;,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 2、地下水中SiO2的沉淀条件 （1）与含电解质的水溶液相遇，可使硅酸凝结成含水蛋白石而析出。如Ca2+的加入 ，会导致SiO2的沉淀; （2）酸碱条件的变化：一般碱性介质有利于SiO2的溶解、酸性介质不利于SiO2迁移，当碱性介质流经酸性环境时，则会沉淀SiO2。 例如：硅化木形成即可能与此有关。树木腐烂分解，产生有机酸，产生酸性环境，引起水中SiO2的沉淀。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 （3）水温的变化：温度增高，有利于SiO2在水中的溶解，反之则会导致SiO2的沉淀; （4）生物化学作用：硅是很多生命物质的食物，水中SiO2由于细菌参与的生物化学作用，在生物圈往往会大量沉淀下来。如硅藻的作用。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 3、地下水中SiO2的含量 地下水中SiO2的平均含量为17mg/L，不同类型地下水中，SiO2的含量大致如下： （1）微矿化硅酸、硅酸-重碳酸型潜水中的SiO2 SiO2含量一般为5-25mg/L。常占阴离子首位，形成硅酸型水，或硅酸-重碳酸型水。 （2）低矿化度潜水和浅层承压水中的SiO2 SiO2含量为10-40mg/L，水型为HCO3-型水。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 3、地下水中SiO2的含量 （3）弱矿化碱性硅质热水中的SiO2 SiO2含量一般大于40mg/L，以60-100mg/L者居多，硅酸在水中占矿化度的20-40%。庐山温泉，水温72，pH=8.5，SiO2=80mg/L。 （4）现代火山和岩浆活动区硅质热水中的SiO2 SiO2含量很高，常达几百mg/L ；西藏羊八井15区水温85的水中，SiO2 =247.6mg/L. （5）某些pH9以上的强碱性矿泉水中的SiO2 SiO2含量极高，常达几千mg/L 。例如美国加州体斯塔山矿泉水，pH=11.6，SiO2=3970mg/L.,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,四、硅酸地下水中的SiO2 4、硅酸水与硅质水 （1）在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水叫硅酸水。 （2）SiO2含量大于50mg/L的水，叫硅质水。 （3）硅酸泉： HSiO3-含量大于50mg/L，可作饮料与浴疗。 （4） HSiO3-含量大于30mg/L，可称为天然饮料矿泉水， HSiO3-在25-30mg/L，水温为20以上或水同位素年龄大于1年亦可称天然饮料矿泉水。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,五、氮的化合物 1、地下水中的氮及存在形式 地下水中溶解的氮主要有NO3-、NO2-、NH4+及水中的气态氮（N2O和N2）和有机氮。其中，NO3-是常量组分，其它是微量组分。 （1）NO3-含量，从0-900mg/L，例如美国得克萨斯州的鲁尼尔斯的NO3- ，平均含量56mg/L，最高930mg/L。 （2）NH4+在某些情况下可能达到较高的浓度，例如油田水中的NH4+一般大于100mg/L; （3） NO2-一般小于0.1mg/L，有机氮小于1mg/L.,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,五、氮的化合物 2、来源 主要是人为来源，但有些地方为天然来源。人为来源很多，主要是化学肥料、农家肥、生活污水及生活垃圾。地下水污染主要是NO3-污染。 3、地下水中N的相互转化 （1）有机N的矿化作用（铵化作用） 有机N转化为无机形式的NH4+作用，这个作用是在异养型细菌作用下完成的，此过程在好氧和厌氧条件下都可发生。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,五、氮的化合物 （2）硝化作用 在自养型亚硝化菌和硝化菌的作用下，NH4+被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的作用。反应两步： pH降低 （3）去硝化作用 在缺氧条件下，异养型去氮（去硝化）菌把NO3-、NO2- （还原）分解为气态氮（ N2O和N2 ）的过程。 pH升高,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,五、氮的化合物 3、地下水中N的相互转化 （4）固N作用（同化作用） NO3-、NO2-、NH4+、N2O和N2通过微生物和植物吸收同化，转化为有机N的作用。 （5）铵吸附作用 NH4+随水向下运动过程中，可能被包气带岩土吸附在其表面，它属于阳离子吸附（交换），是可逆的，这种作用並不产生N的转化。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,4、污染标志 NH4+ 、 NO2-说明地下水近期受污染，而NO3-说明地下水很早以前受到污染或距离污染源较远。 六、K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 这些离子是地下水中最常见的阳离子，请自学 七、氢离子 1、H+与pH值关系 pH-logH+，标准状态下， 当 中性 若pH7，即 ，则为酸性，反之则为碱性。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,七、氢离子 2、中性pH值与温度关系 pH中性点，随温度的增高而降低。 pH中7.47 0 pH中7.00 25 水温15 ，pH7，水为中性吗？ pH中6.63 50 pH中6.51 60 3、影响水中H+浓度（pH值）大小的因素 （1）水中不同形式碳酸的含量 （2）酸性土壤枯枝落叶层和沼泽中的腐殖酸，是天然水H+中的重要来源。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,七、氢离子 （3）盐类水解： （4）硫化矿床氧化 （5）微生物作用 硝化作用： 去硝化作用： （6）酸性气体 CO2、HCl、SO2等气体溶入水中,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,七、氢离子 4、地下水分组与pH值关系 地下水pH值：0.4511.5，大部分为68.5。 水组pH值成因 强酸性水 3 与H2SO4有关，硫化矿床氧化带 酸性水 35 除可能与自由H2SO4有关外， 弱酸性水 5 6.5 还可能与有机酸和H2CO3有关 中性水 6.57.5 弱碱性水 7.58.5 与含 有关 碱性水 8.59.5与苏打 或 有关 强碱性水 9.5 一般在热水中才遇到,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,八、铁和铝 1、在地下水中的含量 Fe2+：一般水中，含量小于几十mg/L，在pH4的酸性水中可达几十至几百mg/L。 Fe3+：以胶体存在，一般含量很小。 Al3+ ：在地下水中含量一般小于1mg/L，但在pH4的酸性水中可达几十mg/L。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,八、铁和铝 2、Fe、Al的迁移性能 (1) Fe是变价元素（Fe2+，Fe3+） Fe2+在酸性环境中迁移能力强。 Fe3+迁移性能很弱，当地下水中含足够氧时，Fe3+可以呈胶体状态迁移，此时迁移性能增强。 Fe(OH)3胶体： 正胶体 负胶体,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,八、铁和铝 2、Fe、Al的迁移性能 Fe(OH)3在地表十分稳定，易形成红褐色蜂窝状的“铁帽”。 Fe2+和Fe3+很容易水解，产生Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀; 在一定的条件下， Fe2+和Fe3+可相互转化。,Company Logo,3.1 地下水中的大量组分,八、铁和铝 2、Fe、Al的迁移性能 (2) Al（非变价元素） 迁移性能很差，其氢氧化物产生水解沉淀的pH水=3.1。在强酸性水中（pH4.0），以Al3+形式存在。在碱性水中，形成AlO2-和AlO33-。 思考题1、地下水温度为5，pH=7。请问水是酸性还是碱性？,Company Logo,3.2 地下水中的微量组分,溴（Br） 、碘（I） 、氟（F）三个微量组分的分布特征 、影响迁移的因素 及其与人体健康的关系。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,概述 地下水中主要的气体组分有：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、碳氢化合物及少量的惰性气体。一、氧（O2） 1、氧的溶解度 溶解于水中的氧称为“溶解氧”，氧在水中溶解度较大，其溶解量与水的矿化度、埋藏条件、温度、大气压力、空气氧的分压力有关。 矿化度升高，溶解量降低；埋藏深度增加，溶解量减少；温度升高，溶解量降低；大气压升高，溶解量增加。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,2、含量分布特征 （1）地下水中溶解的O2含量，一般在0-15mg/l； （2）地下水中的O2随深度增加而减少； （3）缺氧环境各地深度不一，主要取决于地下水与大气的隔离度。 3、氧的来源 （1）主要来源于大气，O2占大气21%，所以地下水中O2浓度主要取决于地下水与大气的隔离程度； （2）水生植物光合作用释放氧，光合作用把CO2转变为O2： （3）放射性作用使水或水中有机物质分解而释出氧。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,一、氧（O2） 4、氧的水文地球化学作用 （1）O2决定地下水的氧化还原状态，从而影响水中元素的迁移。如在含氧多的地下水中，Fe形成高价化合物而从水中沉淀；反之，地下水中含O2少，形成低价态化合物而易于在水中迁移。 （2）对金属材料具有侵蚀作用。如自来水管的锈蚀。 （3）影响水生动植物的生存。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,二、氮（N2） 1、来源 （1）主要来自大气，N2占大气的78%。 （2）在封闭缺氧的地质构造，由于去硝化作用将NO3-和NO2-转为N2。 2、分布特征 （1）由于N2的化学性质不及氧活泼，它的分布随深度的减少，不及O2明显。 （2）起源于大气降水的地下水，若地下水中Ar/N2比值为0.0118，则表明水中N起源于大气，若Ar/N20.0118，则表明水中含生物起源或变质起源的N。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,三、硫化氢（H2S） 1、地下水中H2S的存在形式 天然水中，H2S能以溶解气体及硫氢酸的离解形式存在：表3-2水中H2S衍生物的比例与pH值的关系,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,三、硫化氢（H2S） 2、分布特征 （1）一般地下水中含量很少，多在1mg/L以下。 （2）在油田地下水及现代火山活动区地下水中，H2S含量较高，可达几百mg/L几十g/L，H2S的存在说明地下水处于还原环境。 3、来源 （1）有机物来源：含硫蛋白质的分解，经常出现在生物残骸腐烂的地方。 （2）无机来源：缺氧条件下，脱硫酸作用使硫酸盐还原分解而产生H2S；火山喷发气体的析出。 4、与人体健康关系 H2S2mg/L以上的地下水，称为H2S矿水，H2S矿水可治疗多种外伤及皮肤病。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,四、二氧化碳（CO2） 1、基本概念 （1）游离CO2 ：溶解于水中的CO2统称为游离CO2. （2）平衡CO2 ： 与HCO3-相平衡的CO2 ，称为平衡CO2 。 （3）侵蚀性CO2 ：当水中“游离CO2 ”，大于“平衡CO2 ”时，多余部分的CO2对碳酸和金属构件等具有侵蚀性，这部分CO2 ，即为“侵蚀性CO2 ”。 2、来源 （1）空气中的CO2 ； （2）土壤中生物化学作用的CO2 ，浅部地下水中CO2的主要来源 ；,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,四、二氧化碳（CO2） 2、来源 （3）深部地壳中发生的各种变质作用产生的CO2 ； （4）幔源碳逸出的CO2 ； （5）岩浆分异作用产生的CO2 。 3、分布特征 （1）一般地下水中游离CO2为15-40mg/L，很少超过 150mg/L。 （2）矿泉水中CO2含量很高，几百mg/L至几十 g/L。 如：江西寻乌温泉CO2 =1193mg/L。 （3）现代火山活动区，地下水中CO2 =500-10000mg/L。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,四、二氧化碳（CO2） 4、碳酸水的利用 （1）天然饮料矿泉水：水中CO2大于250mg/L。 （2）碳酸泉：水中CO2大于750mg/L。 （3）碳酸饮料具有良好的医疗作用，增进食欲，改善消化功能等。 （4）医疗：治疗高血压、冠心病及外伤溃疡、妇科病。,Company Logo,3.3 地下水中的气体组分,五、甲烷（CH4） CH4是最简单的有机物，它可由有机质的各种生物化学作用产生。一般地下水中含量不高，只有在封闭的还原环境的地下水中达到较高含量。 石油及卤水中CH4含量很高：四川某卤水开采区，井下4500m以下的地下卤水中，10%为CH4气体。当地下水中有硫酸盐时，甲烷能促使还原而产生H2S气体，甲烷是强还原环境标志之一。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,水样分析中，除了测定单个组分的含量外，得还要测定一些综合指标，或者根据单项的水分析结果求得某些综合指示的计算值。 一、第一组指标 主要体现水的质量：包括总溶解固体、含盐量（度）、硬度等。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,1、总溶解固体（TDS，Total dissolved solid） （1）定义：指水中各溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解气体。 （2)测定方法与单位：通常以105-110下，水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示，其单位为mg/L或g/L，记为“TDS” 。 （3)计算方法： 溶解组分（溶解气体除外）总和减去1/2的HCO-3，因为水样蒸干过程中，约有一半（0.49）的HCO-3变成气体跑掉： 2HCO-3 = CO2-3 + H2O + CO2,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,一、第一组指标 （4） TDS的实测值与计算值的差别： 除HCO-3外，硝酸、硼酸、有机酸等也可能损失一部分，同时，可能结晶水（石膏CaSO4H2O）和部分吸附水留在干涸残余物里。因此，TDS的实测值与计算值存在微小差别。 （5）矿化度与TDS关系：矿化度的术语，其含义与TDS相同，这是从前苏联引入的，在国际文献中一般只用TDS，而没有使用矿化度术语，目前我国也开始使用“TDS“代替矿化度。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,一、第一组指标 2、含盐量与含盐度 （1)含盐量：指水中各溶解组分的总量，其单位以mg/L或g/L表示，这个指标是计算值，它与TDS的差别在于无需减去1/2 HCO-3。 （2)含盐度：在海洋研究中，常用含盐度代替含盐量。指海水中所有溶解组分的重量占水重量的千分数，以表示。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,一、第一组指标 3、硬度 （1） 定义：硬度是以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等碱土金属离子的总和来量度，但是除Ca2+、Mg2+外，其它金属离子在水中含量都很微少。因此，硬度一般以水中的Ca2+和Mg2+来量度。 （2） 计算方法：Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位是mg/L 。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,一、第一组指标 3、硬度 （3）水中硬度不同的表示方法：在世界各国，水中硬度有不同的表示方法： 1德国度 = 17.8mg/L(CaCO3) 1法国度 = 10 mg/L(CaCO3) 1英国度 = 14.3 mg/L(CaCO3) 过去我国一直沿用德国度表示水的硬度，目前已改用mg/L（CaCO3）作为硬度。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,一、第一组指标 3、硬度 （4）碳酸盐硬度和非碳酸盐度 ：硬度也称总硬度，它是碳酸盐硬度和非碳酸盐度的总和。 碳酸盐硬度（暂时硬度）：指Ca2+和Mg2+与CO32-和HCO3结合的硬度，以CO32-和HCO-3毫克当量数总和乘以50得到，如所得数值大于总硬度，其差值为负硬度 。 水煮沸时，与CO32-和HCO-3结合的那部分Ca2+和Mg2+，由于产生MgCO3和CaCO3沉淀而被除去，所以也叫暂时硬度。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,一、第一组指标 3、硬度 非碳酸盐硬度（永久硬度）：总硬度与碳酸盐硬度的差值（正值）为非碳酸盐硬度。 非碳酸盐是指与Cl-、SO2-4和NO-3结合的Ca2+和Mg2+，水煮沸后不能除去，所以也叫永久硬度。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,二、第二组指标 主要表征水体环境状态：包括化学需氧量、生化需氧量、总有机碳及氧化还原电位。 1、化学需氧量（COD， Chemical Oxygen Demand ） （1）定义：用化学氧化剂氧化水中能被氧化的有机污染物时所需的氧量。COD越高，表示有机污染物质越多，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,二、第二组指标 1、化学需氧量（COD， Chemical Oxygen Demand ） （2）测定方法与单位：目前常用KMnO4、KCr2O7和KIO3三种氧化剂测定水中COD的，以mg/L表示。 由于这三种氧化剂能力不同，所以其测定结果不同。为了区分分析结果，使用COD值时，应注明分析方法。 KMnO4法标注为： CODMn而KCr2O7法标注为：CODcr。显然CODMnCODcr。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,二、第二组指标 2、生物化学需氧量（BOD，Biochemical Oxygen Demand） （1）定义： 指用微生物降解水中需氧有机污染物所消耗的氧量 。BOD越高，表示水中需氧有机污染物质越多，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。 （2）测定方法与单位：由于微生物降解有机污染物的速度和程度与温度和时间有关。 为了使测定结果有可比性，通常采用25条件下，培养5天所测得的BOD，记为BOD5，以mg/L表示。由于BOD5不是降解水中全部有机污染物的耗氧量，所以BOD5通常小于COD。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,二、第二组指标 3、总有机碳（TOC，Total Organic Carbon） （1)定义：指水中各种形式有机碳的总量，是评价水体有机污染物的一个综合指标 。 （2)测定方法与单位：可以通过测定高温燃烧所产生的CO2测定TOC，也可以使用仪器迅速测定TOC，以mg/L表示。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,二、第二组指标 4、氧化还原电位（Eh） 表征水环境氧化还原状态的指标，一般以符号“Eh”代表，其单位为V或mV。 Eh值为正值，说明水环境处于比较氧化状态；Eh值为负值，说明水环境处于比较还原的状态。 水环境体系的Eh值，取决于系统内部氧化还原对的性质，氧化态和还原态组分的浓度、参加反应的电子数、温度及酸碱度 。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 主要表征水环境的酸碱平衡特征：包括碱度和酸度。 1、碱度 （1）定义：是表征水中和酸能力的指标，碱度主要取决于水中HCO-3和CO32-的含量，当然水中的硼酸、磷酸、硅酸及OH-也具有中和酸的能力，它们也决定碱度的大小，但含量甚微。因此，一般地下水的碱度决定于水中HCO-3和CO32-含量。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 （2）测定方法与单位： 它可直接测定，也可通过计算求得，计算方法是HCO-3和CO32-毫克当量数的总和乘以50，以CaCO3表示，其单位是mg/L，也称碳酸盐碱度。（计算法与碳酸盐硬度一致） 。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 2、酸度 （1）定义：是表征水中和强碱能力的指标。 （2）组成水中酸度的物质： 强酸：HCl、HNO3和H2SO4等。 弱酸：CO2、H2CO3、H2S及各种有机酸等。 强酸弱碱盐：FeCl3、Al2(SO4)3等。 水中这些物质对强碱的总中和能力称为总酸度。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 3、总酸度与pH值的区别和联系 pH值仅表示呈离子状态的H+数量，而总酸度则表示中和过程中可以与强碱反应的全部H+数量，包括原已电离的和将会电离的两部分。 已电离的H+数量称为离子酸度，它与pH值是一致的。酸度以CaCO3表示mg/L。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 3、总酸度与pH值的区别和联系 强酸在水中全部电离，故其酸度即离子酸度： HCl + H2O = H3O+ + Cl- 0 离子酸度 总酸度 弱酸在水中只有部分电离，强酸弱碱盐在水中发生部分水解，它们大部分在电离和水解前仍是分子状态。 只有在后来的电离和水解过程中才陆续放出H+。由此所释放的H+浓度称为分子酸度或潜在酸度。,Company Logo,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 3、总酸度与pH值的区别和联系 由弱酸和强酸弱碱盐所形成的酸度包括两部分组成：离子酸度潜在酸度。 FeCl3 + 3H2O3H+ + 3Cl- + Fe（OH）3 潜在酸度离子酸度 H2CO3+2H2O2H3O+CO32- 潜在酸度离子酸度 总酸度,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 1、阴阳离子平衡的检查（电中性检查） 水溶液的一个基本平衡条件是电中性条件，即溶液中的正离子电荷总数等于负离子电荷总数，其数学表达式： ZcMc =ZaMa 式中，Mc和Ma分别为阳离子和阴离子的摩尔浓度， Zc和Za分别为阳离子和阴离子的电荷数，此式称为电中性方程。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 1、阴阳离子平衡的检查（电中性检查） 水溶液的电中性方程在实际应用中是以其常量组分的电中性形式表示： (Na+) + (K+) + 2(Ca2+) + 2(Mg2+)= (Cl-) + (HCO3-) + 2(CO32-) + 2(SO42-） 式中，数字为离子的电荷数，括弧内为离子的摩尔浓度。除常量组分外，还有微量分，上式只是近似方程 。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 应用电中性方程检查水分析结果误差： E = 100% 式中，E-电荷平衡误差。 若K和Na为实际测值，E5%，测分析结果可靠；反之，则不可靠。若K和Na为计算值，E=0%,测分析结果可靠，反之，则不可靠。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 2、分析结果中一些计算值的检查 总溶解固体（TDS)：如果TDS是计算值，应检查其数值是否减去1/2HCO3-，这是最常见的错误，因为许多分析人员往往不知道这样做。 Na+ + K+值：在简分析中，Na+ + K+值是计算值，其计算方法是（Na+ + K+）毫克当量数总和25=(阴离子) 毫克当量数总和(Ca2+Mg2+)毫克当量数总和25 。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 2、分析结果中一些计算值的检查 总硬度：总硬度也是计算值，其数值应按下列方法检查，（Ca2+Mg2+）毫克当量数总和50 =总硬度（CaCO3）mg/L。 TDS实测值与TDS计算值之差：如果分析结果中有实测TDS值，应求得TDS的计算值。以检查TDS实测值的可靠性。根据经验，两者的差值应符合下述要求： 若TDS1000mg/L，相对误差5%,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 3. 碳酸平衡检查 根据前面所述的碳酸平衡理论，当pH8.34时，水分析结果中不应出现H2CO3 。 如果上述分析结果中不符合上述情况，说明pH或CO32和H2CO3的测定有问题。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 4其它检查方法 在一般的地下水中，Na总是大于K，如果出现反常的情况，分析结果值得怀疑。 地下水中Na或NaK一般都不会出现零值，如果出现此情况，可以认为是分析的错误。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,一、水分析数据可靠性检查 作业1 1、A和B两个水样实测值如下： 求Na+K+、TDS、总硬度、暂时硬度。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,作业1 2、请判别下列分析结果的可靠性，并说明原因。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,二、 比例系数分析方法的应用 在水的化学成分中，各种组分之间的含量比例系数常被用来研究某些水文地球化学问题，因为不同成因或不同条件下形成的地下水，某些比例系数在数值上有比较明显的差异。因此，可以利用这类比例系数判断地下水的成因。 1判断地下水成因的比例系数 2判断地下水化学成分来源的系数 3. 利用比例系数进行水化学类型划分,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法 多年来，人们提出了许多水化学分析结果的图示法。该法有助于对分析结果进行比较，并发现其异同点，更好地显示各种水的化学特性，同时更直观地在文学或口头报告中说明问题。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法 1、离子浓度图示法 （1） 圆形图示法 把圆形分为两半，一半表示阳离子，一半表示阴离子，其浓度单位为meq/L，其离子所占的扇形的大小，按该离子毫克当量占阴或阳离子毫克当量总数的比例而定。圆形的大小按阴阳离子毫克当量总数大小而定。 这种图示法可以表示一个水点的水化学资料，也可以在水化学平面图或剖面图上表示。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法1、离子浓度图示法图3.2 园形图示法,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法1、离子浓度图示法 （2）柱形图示法 柱形一分两半，一半为阴离子，一半为阳离子，以meq/L或meq%表示。 柱子的高度与阴离子或阳离子meq的总数成比例。各例子排列顺序如图3.3所示。 通常表示6种离子，如超过6种，可把性质相近的放在一起如Na + K，Cl + NO3等。这种图示可表示一组数据，其优点是简明清晰。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法1、离子浓度图示法 （2）柱形图示法 图3.3 柱形图示法,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法1、离子浓度图示法 （3）多边图示法 图中有一垂直轴，此轴的左右两侧分别表示阳离子和阴离子，其浓度为meq/L。 与垂直轴垂直的有四条平行线，顶线有meq/L的比例刻度。图中一般表示6种组分，如要表示更多组分，可增加平行线。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法1、离子浓度图示法 （3）多边图示法图3.4 多边图示法,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法2、三线图示法 PiPer三线图由两个等边三角形和一个等边平行四边形组成。浓度单位为meq%，左边三角形表示阳离子meq%, 右边三角形表示阴离子meq%。 任一水样阴阳离子的相对含量分别在两个三角形中以标号的圆圈表示，引线在等边平行四边形中得出的交点上以圆圈综合表示此水样的阴阳离子含量，按一定比例尺画的圆圈大小表示矿化度。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法 2、三线图示法 三线图最大的优点是能把大量的水分析资料点绘在图上，依据其分布情况，可以解释许多水文地球化学问题。三线图也是最常用的一种图示法。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,三、地下水化学成分的图示法2、三线图示法图3.5 PiPer三线图,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,四、水质资料的数据处理 目前水质资料的数据处理基本上有两种： （1）数理统计法； （2）水质模型法。 水质资料的数据处理是很有用的，通过水质资料的数据处理，能够更清楚地认识地下水化学成分的特征及演化规律等问题。,Company Logo,3.5 地下水化学成分的数据处理,作业2 1、下表为两个水样的分析数据，请用三线图示法点绘在图上。,Company Logo,本章内容,3.1 地下水中的大量组分 3.2 地下水中的微量组分 3.3 地下水中的气体组分3.4 天然水化学成分的综合指标3.5 地下水化学成分的数据处理,
