最新地下水的物理性质及化学成分PPT课件

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• 测量 :通常以在105~110℃温度下将水 蒸干后所得的干涸残余物含量来表示水 的总矿化度。
M分类
低矿化水 (淡水
• 计算:也可以用离子、化合物总含量计 弱矿化水
算,但在计算时,HCO3-只能采用半数, (微咸水
• 这逸2是 出H因之C为量O水相3-蒸当→干于CH后OC一3O2部-3+-之分C量OHC2的↑O一+3-半分H:解2O,
• 1.氯离子(Cl-)
• 分布很广,含量变化大,数mg/L至数百mg/L。 • 源于岩盐矿床和其它含氯化物的沉积岩的溶解, • 其次来源于岩浆岩的一些含氯矿物如氯磷灰石
(化溶Ca滤5(P。O4)3Cl)、方钠石(NaAISiO4NaCl)等矿物的风
• 此外废水、污水的渗入, • 动物排泄物和动物尸体腐烂 • 一般在居民点、工业区及其附近,地下水中Cl-含量往往
2硫酸根离子(SO42- )
常 见
.3重碳酸根离子(HCO3-)

4钠离子(Na+)


5钾离子(K+)


6钙离子(Ca2+)
ห้องสมุดไป่ตู้
7镁离子(Mg2+)
(一)地下水中的主要离子成分
• Cl-、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+这七种,占绝对优势 • 其决定地下水化学成分的基本类型和特点。
• CO2来源复杂,1)大气,2)土壤的生物化学作用生成。3) 在火山或岩浆活动地带,碳酸盐遇热分解,生成:

→ CaCO3
CaO + CO2 ↑
• 水N2中为气主体,成说分明的是不以同大能气反降映水地渗下入水补成给因形。成如;水水中中气含体CH以4、O2H及2S 较多,说明储存于封闭的地质构造中。
6.钙离子(Ca2+)
Ca2+分布很广,绝对含量不高,是含盐量低的地下水中的 主要成分。
主要来源于碳酸盐类岩石(如石灰岩、白云岩)及含石膏 岩石的溶解,Ca2+在水中常与HCO3-及SO42-伴存。
7.镁离子(Mg2+)
• Mg2+分布广,但绝对含量不高。 • Mg2+主要来源于白云岩的溶解以及岩浆岩、
• (四)地下水中的有机质及细菌成分
• 有机质及细菌成分很广,浅层、深层地下水(尤其在油田水)中。

主要来源于生物遗体的分解,它多富集于土壤及沼泽水中,呈黄色、 褐色或灰黑色,并有特殊嗅味。
• 细菌可分为病源菌和非病源菌。病源菌一般来自污染,其中最常见 的是伤寒、霍乱、痢疾等,它们不易分离鉴定,因此,常以检查与 这些病源菌共生的大肠杆菌,来间接鉴定病源菌的存在及其数量。
• 地下水的硬度是由水中所含Ca2+、Mg2+量所构成。
➢ 总硬度:相当于水中所含Ca2+、Mg2+总量。 ➢ 暂时硬度:将水加热至沸腾,水中的部分Ca2+、Mg2+将与HCO3-作
用生成CaCO3、MgCO3沉淀,使水中Ca2+、Mg2+含量减少:
→ Ca2++2 HCO3- CaCO3↓+CO2↑+H2O
• CaCO3+H2O+CO2→Ca2++2HCO3-
• 这须C既称上解中HOC是有不为述,超O2 3,-一一向反而过平的称个定左应使平衡平为可数也就水衡C衡O游逆量不要中量2,离;反的向向的H而CC如应溶右右那O另O3-2果。解进进一一增。水当于行行部部加如中水水,,分分,果的中的即即C以COO游游有反当C2趋2,O离离一应遇2则达与其C定达到消到C之中OO2数到C耗新2平要a的含量平C于的衡有O含量的衡对3反。一物量超状碳H应凡部质C能过态酸O平是分时3使平-时盐衡存溶用,上衡,的。在解于就述C这溶因时O于新要反2时解此,水增发应时的,就中加生式,C水必的 的溶O2
变质岩中含镁矿物的风化:
• MgSiO3(顽火辉石)+ H2O + CO2 → MgCO3 + H2SiO3
MgCO3 + H2O + CO2 → Mg2+ +2HCO3-
• 镁盐的溶解度大于钙盐,Mg2+常少于Ca2+ • 因为镁在地壳中的含量较钙少,同时镁又
易为植物吸收,并参与许多硅酸生成的缘 故
4.钠离子(Na+)
• 分布很广,含量变化大,数mg/L至数十g/L,具有随地下水含 盐量增高而增加的特点。
• Na+主要来源于岩盐及含钠盐的海相沉积岩的溶解,其次来自 岩浆岩、变质岩中含钠矿物的溶解和氧化,如钠长石 (NaAlSi3O8)的风化:

2NaAlSi3O8+2H2O+CO2 → H2Al2Si2O8·H2O+Na2CO3+4SiO2
• 4CaO·Al 2O3·12H 2O+3CaSO4·nH2O→
• 非病原细菌,如脱硫细菌,硫磺细菌等,它们生存于一定的地球化 学环境中,通过生物化学作用,影响地下水化学成分的变化。
• 二、地下水的化学性质
包括水的酸碱性、矿化度、硬度、侵蚀性等。
1.地下水的酸碱性:取决于水中H+ 浓度。 pH
值 地下水分类
pH值
强酸性水
<5
弱酸性水
5~7
中性水 弱碱性水 强碱性水
Na2CO3+H2O → 2Na++HCO3-+OH-
Na+在水中主要与Cl-伴存,有时也与SO42-及CO32-伴存。
5.钾离子(K+)
K+ 的来源与Na+相同。钾盐的溶解度很大,但含量却不高, 常为Na+含量的4~10%,
这是因为K+易被植物吸收,易被粘土胶体吸附,同时还易 生成不溶于水的次生矿物(如水云母)的缘故。
=7 pH=7~9 >9
图2-1 水中CO2、HCO3—、CO32—与pH值的关系
从图中可以看出 pH值不同,水中碳酸量也不同。 随pH值增高,水中HCO3- 含量增大,CO2含量 减小。但当pH>8 时,随pH值增高水中 HCO3含量减小,而CO2 含量却增高。
2.地下水的总矿化度
地下水中离子、分子和各种化合物的总量 称为总矿化度。以g/L表示,它表示水中 含盐量的大小 。
(一)地下水中的主要离子成分 7
第 二 节
一、地下水的化学成 分
60多种
(二)地下水中的主要气体成分 (三)地下水中的胶体成分


(四)地下水中的有机质及细菌成分



学 成
1.地下水的酸碱性 ph

二、地下水的化学性质 2.地下水的总矿化度 M
3.地下水的硬度
4.地下水的侵蚀性
1氯离子(Cl-)
HCO3-不可能全部同Ca2+、Mg2+发生作用而形成沉淀。
地下水硬度的表示方法和分类
• 德国度表示法,
• Ca2+、Mg2+毫克数表示法
• Ca2+、Mg2+毫克当量百分数表示法。
• 概念:一个德国度相当于10mg/L的
CaO含量,或7.1mg/L的Ca2+含量, 硬度分类
或4.3mg/L的Mg2+含量。 • 关系:
此外,有机物的分解。 在居民点附近地下水中的SO42- 含量较高,常常与地下水的污染有 关。
3.重碳酸根离子(HCO3-)
• H水C的O主3-分要布成广分,。含量不高,一般<1g/L。HCO3-是低盐量地下 • 来源:碳酸盐类如石灰岩、白云岩或泥灰岩的溶解:

CaCO 3 + H2O + CO 2 →Ca2+ +2HCO3-
地下水的物理性质及化学成 分
第二章 地下水的物理性质及化学成分
第一节 第二节 第三节 第四节
地下水的物理性质 地下水的化学成分 地下水化学成分的形成和变化 地下水化学成分的研究方法
三、地下水的透明度
• 常见的地下水一般是透明的 • 透明度取决于:固体与胶体悬浮物的含量。 • 按透明度地下水分
(二)地下水中的主要气体成分
• 地下水中的主要气体成分有O2、N2、CO2、H2S及CH4等。 • O表2的、地N2下主水要中来,源O大2、气N及2含含叶量绿较素大细,菌越的往生深物处活,动其含.因量此越在小近。地 • H2S、CH4通常是在缺氧的条件下(如封闭的地质构造中),
当有机物存在时的生物化学还原作用的产物。H2S、CH4常见 于深层地下水中,在油田水中其含量往往较高。
→ Mg2++2HCO3- MgCO3↓+CO2↑+H2O
减少的这部分Ca2+、Mg2+的含量,称为暂时硬度。 ➢ 永久硬度:水中与SO42- 、Cl-等离子相对应的Ca2+、Mg2+的含量,
这部分含量在水加热至沸腾时也不发生沉淀。 ➢ 关系:
永久硬度=总硬度-暂时硬度 ➢ 碳碳酸酸盐盐硬硬度度:往水往中大与于暂HC时O硬3-相度对,应因的为C即a使2+、在M水g沸2+的腾含时量,。水水中的
六、地下水的比重
• 地下水的比重近于1:取决于水中所含盐分的多少。 当水中溶解了较多的盐分时,比重可达1.2~1.3。
• 地下水的导电性及放射性: • 导电性取决于含电解质的数量与性质(即各种离
子的含量与离子价),离子含量越多,离子价越 高,则水的导电性就越强。
• 放射性取决于其中放射性物质的含量,地下水不 同程度上或多或少地都具有放射性,但其含量一 般极微,循环于放射性矿床的地下水其放射性相 应增强。
这被消耗的CO2 称为侵蚀性CO2。地下水中有一定量的侵蚀 CO2 存在,水便具有侵蚀性。 水中侵蚀性CO2 含量一般用实 测方法确定也可从图2-2中查出近似值。
水中侵蚀性CO2与游离CO2含量关系
• 2便 组)产份硫生发酸硫生性酸化侵性学蚀侵作蚀用当。形SO它成42是结-含由 晶量于的大硫S的O酸4水2盐- 渗与,入碳在碳酸这酸盐种盐物新类质的物中化质的合中一物时些形, 成过程中,体积膨胀,从而对碳酸盐类物质产生破坏:
中等矿化水 (半咸水
高矿化水 (咸水

地下水的矿化度与化学成分有密切关系, 低矿化水常以HCO3- 为主要成分,高
卤水
矿化水常以 Cl- 为主要成分。此外,矿
化度常随含水层埋藏深度的增加而增大。
M值
<1g/L 1~3 g/L 3~10 g/L 10~50 g/L >50 g/L
• 3.地下水的硬度

CaMg(CO3)2 +2H2O +2CO 2 →Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3-
• 阴离子中,由于氯化物的溶解度大,CI-含量随地下水中含盐量的增 加 水为而,地增所 下大以 水; 含HC而 盐O3-碳 量的酸 多含盐 寡量的 的一溶 标般解 志不度 。高很以。低C基l,-于为只这主有个要当原成水因分中,的存常地在常下C将O水2C时l,-才、其较H含C易O盐3溶-作量于 较高,为咸水;以HCO3-为主要成分的地下水,其含盐量较低,为淡水。
极软水
• 1毫克当量的硬度=2.8德国度
软水
微硬水
硬水
极硬水
毫克当量/L
< 1.5 1.5~3.0 3.0~6.0 6.0~9.0 >9.0
• 4.地下水的侵蚀性
• 指水对碳酸盐类物质(如石灰岩、混凝土)的侵蚀能力。 • 分为碳酸性侵蚀(分解性侵蚀)、硫酸性侵蚀(结晶性侵蚀)及镁化性侵蚀。 • 1)碳酸性侵蚀 主要取决于水中侵蚀性CO2的存在及其含量的多少。 • 水中含有游离CO2,当与碳酸盐类物质接触时,发生化学反应:
“气味”的强弱与温度有关,
鉴别气味时,一般将水加热至 40℃,这时气味最为显著。低温 时气味不易嗅别
五、地下水的味(味道)
水中含有化学成分
NaCl Na2SO4 MgCl2、MgSO4 铁较多 CO2
味道 咸味 涩味 苦味 铁锈味 水味清凉可口
• 水中含盐分(各种物质,矿化度) • 过低时水淡而无味, • 过多时水不适口。
• 在水文地球化学环境的研究过程中,地下水中溶解氧的研究 有很大意义,含溶解氧多的地下水说明其处于氧化环境,含
H2S多的水说明其处于缺氧的还原环境。
(三)地下水中的胶体成分
• 地下水中胶体成分虽然很多,但由于许多胶体不稳定, 易土故生、一成叶般次腊胶生石体矿沉在物淀地而)下沉,水淀有中( 的 含如 胶 量体 很Al溶 低(解 。OH度 地)很 下3胶小 水体( 中易如 的生胶S成iO体水2成)矾, 分主要来源于有关矿床的风化分解。
类型
透明的水 微浊的水 混浊的水 极混浊的水
悬浮物及胶体
无 有少量 有较多,半透明状 有大量,似乳状
3mm黑线可见深度
60cm水深 >30cm水深 <30cm水深 水深很小也看不见
四、地下水的嗅(气味)
一般地下水是无嗅的
含气体 或有机质
H2S 含低铁Fe2+
有机质 腐植质
具特殊的气味
腐蛋味 铁腥味 鱼腥臭味 沼泽味
相应增高。
2.硫酸根离子(SO42- )
SO42-分布较广,含量较多,几mg/L至数十mg/L
来源:
SO42-源于石膏及其它含硫酸盐的沉积物的溶解, 其次源于天然硫及含硫矿物(如黄铁矿等)的氧化:
2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+4H++2SO422S+3O2+2H2O→4H++2SO42-
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