水文地球化学-第五讲
第五章 水文地球化学的应用NEW
2004-03-17
15
微量金属污染
控制微量金属污染的主要机理
吸附
•微量金属均以阳离子形式存在，易被岩土中的吸附剂吸附 ，化学吸附，不可逆；
沉淀
•微量金属的硫化物、碳酸盐属难溶盐，在Eh很低时，可形 成硫化物沉淀；而pH>7-8时，易形成碳酸盐沉淀；
注意：脂肪酸与金属的络合，能促进其迁移。固体 废物中的有机物分解时可形成数量可观的脂肪酸
2004-03-17 16
微量金属污染——Cr
存在形态
两种氧化态
• • • • • •
2004-03-17
Cr3+:CrOH2+、Cr(OH)2+、Cr(OH)4-; Cr6+：CrO42-、HCrO4-、Cr2O72-; pH=5-9， Cr(OH)2+、Cr(OH)4-占优势； 在碱性中等氧化的潜水中六价络阴离子为主； 由于阳离子已被吸附，所以， Cr6+污染常见； 毒性： Cr6+=300 Cr3+
17
微量金属污染——Cr
铬污染修复
沉淀——还原条件， Cr6+还原为Cr3+，产生 Cr(OH)3
•还原剂：二价铁、有机质等；
吸附
•一定条件下， Cr6+阴离子可被吸附； •吸附剂：纳米铁、铁的氧化物、氢氧化物
2004-03-17
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微量金属污染——Cr
利用零价铁除铬（Ⅵ）
由于铁廉价易得，处理工艺简单，效率较高，且Fe0 的一些反应产物具有磁性，可用磁铁或电磁铁吸走 ，不造成二次污染，是含铬废水处理的值得推广的 新技术 80年代初由Gould最早提出并应用于电镀废水和重金 属离子废水的处理。 在酸性条件下，用铁（主要是二价铁Fe2+）将六价铬 还原为三价铬，然后将溶液的pH值调高至中性或偏 碱性，使三价铬以沉淀形式析出，水质得以修复和 净化。
水文地球化学教学辅导书(教案)精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版水文地球化学教学辅导书（教案）《水文地球化学》学习辅导第一章地下水的化学成分一、学习要点（一）内容：水的结构与特性，水的内部结构；地下水的化学成分；地下水的综合指标。
（二）基本要求：1．了解地下水分子的内部结构、水分子间的联结与排布以及水的特异性质；2．掌握水的几个化学组分；3．了解精地下水的综合指标；4．了解水质分析结果的可靠性检验方法方法；5．了解水化学成分的图形表示。
（三）重点：水的特异性质；水的无机组分、有机组分；地下水的综合指标。
（四）难点：水分子间的联结与排布二、复习题（一）名词解释1．氢键2．质量浓度3．BOD（二）问答题水的特异性质有哪些？三、复习题参考答案（一）名词解释1．氢键：指水分子中氢原子，在保持同本水分子中的氧原子最基本的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引。
2．质量浓度：每升水中所含溶质的毫克数或微克数（或每千克溶液中含溶质的毫克数或微克数）3．BOD：水中的微生物在降解水中有机物的过程中所消耗的氧的量，以mg/L表示。
（二）问答题答：（1）水具有独特的热理性质（2）水具有较大的表面张（3）水具有较小的粘滞度和较大的流动性（4）水具有使盐类离子产生水化作用的能力（5）水具有良好的溶解性能（6）水具有高介电效应第二章地下水成分的形成作用一、学习要点（一）内容：化学热力学基础；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原平衡；吸附解吸及离子交替吸附作用。
（二）基本要求：1．掌握热力学状态函数与平衡判据、各种形态物质化学势的表达式；了解平衡常数的计算。
2．了解地下水系统固体物质的组成；掌握溶解/沉淀作用。
3．掌握碳酸盐的溶解平衡；了解离子的影响；掌握方解石和白云石的非全等溶解。
4．了解氧化还原基本概念；掌握氧化还原强度；了解pE（E h）- pH图6．了解地下水系统的氧化还原条件及其影响因素。
7．掌握离子交替吸附作用的概念。
（三）重点：热力学状态函数与平衡判据；各种形态物质的化学势；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原强度；离子吸附交替作用概念。
水文地球化学电子教案
水文地球化学电子教案第一章：水文地球化学概述1.1 水文地球化学的定义1.2 水文地球化学的研究对象和内容1.3 水文地球化学的发展简史1.4 水文地球化学的重要性第二章：水文地球化学基本概念2.1 地球化学的基本概念2.2 水的性质和分类2.3 地下水的形成和运动2.4 水文地球化学循环第三章：水文地球化学元素与同位素3.1 元素的性质和分布3.2 常见元素的水文地球化学行为3.3 同位素的水文地球化学应用3.4 元素和同位素在水文地球化学研究中的应用第四章：水文地球化学分析方法4.1 水文地球化学样品的采集与处理4.2 水文地球化学分析技术4.3 数据处理与质量控制4.4 水文地球化学分析方法的进展与挑战第五章：水文地球化学应用实例5.1 地下水污染的水文地球化学研究5.2 地下水资源评价与管理5.3 环境水文地球化学问题5.4 水文地球化学在工程中的应用第六章：水文地球化学循环与地球化学过程6.1 水文地球化学循环的基本原理6.2 岩石圈-大气圈-水圈-生物圈之间的水文地球化学循环6.3 地球化学过程在水文地球化学研究中的应用6.4 典型水文地球化学循环案例分析第七章：水文地球化学野外调查与采样技术7.1 野外调查的基本方法7.2 地下水采样技术7.3 岩石和土壤样品的采集7.4 数据处理与质量保证第八章：水文地球化学实验室分析技术8.1 常用实验室分析方法概述8.2 岩石和矿物分析8.3 水质分析8.4 同位素分析技术第九章：水文地球化学模型与应用9.1 水文地球化学模型的类型与构建9.2 地下水流动模型9.3 污染物迁移与转化模型9.4 水文地球化学模型在环境管理中的应用第十章：水文地球化学在我国的应用案例研究10.1 我国水文地球化学研究概况10.2 典型地区水文地球化学特征分析10.3 地下水资源评价与保护案例10.4 环境水文地球化学问题研究与治理案例第十一章：水文地球化学与环境健康11.1 水文地球化学与水质关系11.2 地下水中有害元素的来源与迁移规律11.3 水文地球化学指标在环境健康评估中的应用11.4 环境健康案例分析第十二章：水文地球化学在农业领域的应用12.1 农业水文地球化学背景12.2 土壤-植物系统中元素迁移与富集12.3 农业水文地球化学调查与评价方法12.4 农业水文地球化学应用案例第十三章：水文地球化学在能源领域的应用13.1 能源水文地球化学概述13.2 地下水资源在能源开发中的作用13.3 能源开发活动对水文地球化学的影响13.4 能源水文地球化学案例分析第十四章：水文地球化学在灾害防治中的应用14.1 地质灾害的水文地球化学因素14.2 水质预测与灾害预警14.3 水文地球化学在地质灾害防治中的应用14.4 灾害防治案例分析第十五章：水文地球化学研究的前沿与挑战15.1 水文地球化学研究的新技术与发展趋势15.2 跨学科研究在水文地球化学中的应用15.3 水文地球化学在全球变化研究中的作用15.4 未来水文地球化学研究的挑战与机遇重点和难点解析本教案全面覆盖了水文地球化学的基本概念、研究方法、应用领域及前沿挑战。
水文地球化学基础知识【】
水文地球化学基础知识【】work Information Technology Company.2020YEAR《水文地球化学基础知识》——（绝对一个字一个字打出来的，正版资料！）名词解释目录第一章水化学基础第一节溶解平衡 (4)第二节碳酸平衡 (6)第三节地下水中络合物的计算 (7)第四节氧化还原反应 (8)第二章地下水的化学成分的组成第一节天然水的组成 (10)第二节天然水的化学特性 (10)第三节元素的水文地球化学特性 (11)第四节天然化学成分的综合指标（三种） (11)第五节地下水化学成分的数据处理 (11)第三章地下水化学成分的形成与特征第一节地下水基本成因类型的概念 (11)第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征 (12)第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征 (12)第四章水的地球化学循环第一节地下水圈的概念 (13)第二节地壳中水的地球化学循环 (14)第三节成矿过程中水的地球化学循环 (14)第五章水文地球化学的应用第六章补充部分 (16)第一章 <水化学基础>第一节溶解平衡质量作用定律：一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓度有关化学平衡与自由能体系：把所研究对象一个物体或一组相互作用的物体称为体系或系统，而体系（或系统）周围的其他物质称为环境。
状态及状态参数：热力学状态分为平衡状态和非平衡状态。
热力学平衡体系特性是由系列参数来表示当体系没有外界影响时，各状态参数若能保持长久不变，此体系称为热力学平衡状态。
焓：它是一种化学反应向环境提供的热量总值。
以符号“H”表示。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化，称为“标准生成焓”。
△H r=△H(生成物)-△H（反应物）△H r为正值，属吸热反应，△H r为负值，属放热反应自由能：在热力学中，自由能的含义是指一个反应在恒温恒压下所能做的最大有用功，以符号“G”表示。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的自由能变化，称为“标准生成自由能”，以“△Gf”表示△Gr=△G (生成物)- △G（反应物）△Gr为正值，反应在恒温恒压条件下不能自发进行，△Gr为负值，反应在恒温恒压条件下可以自发反应；△G=0，反应处于平衡状态。
水文地球化学教学大纲
《水文地球化学》教学大纲一、课程名称：水文地球化学Hydrogeochemistry二、课程编号：三、学分学时：2学分/32学时四、使用教材：沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷五、课程属性：专业内选修课选修六、教学对象：地质工程专业本科生七、开课单位：地球科学与工程学院地质科学与工程系八、先修课程：普通化学、普通地质学、岩石矿物学、构造地质学、水文地质学基础等。
九、教学目标：通过比较系统地介绍有关水文地球化学的基础理论，掌握水-岩相互作用在天然和人类活动条件下导致的地下水各溶解组分的迁移转化规律，熟悉应用水化学的分析理论与方法解决各种环境和工程问题。
十、课程要求：通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的平衡理论，学会水文地球化学的分析方法，基本要求是：1．掌握水化学平衡原理；2．掌握地下水溶解组分的迁移和转化规律；3．学会应用水文地球化学的基本原理和分析方法解决自然和人类活动条件下的各种地下水环境问题；十一、教学内容：本课程主要由以下内容组成：第一章水化学基础（12学时）⏹知识要点：溶解平衡、碳酸平衡、洛河计算、氧化还原作用、吸附平衡⏹重点难点：各种平衡的计算方法⏹教学方法：课堂教学第二章地下水化学成分的组成（4学时）⏹知识要点：天然水的化学特性、元素的水文地球化学特性、天然水化学成分的综合指标、地下水化学成分的数据处理⏹重点难点：各天然水体的常量和微量及痕量化学成分特性⏹教学方法：课堂教学第三章地下水化学成分的形成与特征（4学时）⏹知识要点：渗入成因地下水、沉积成因地下水和火山成因地下水的化学成分的形成与特征⏹重点难点：各种成因水的化学成分的形成机理与演化⏹教学方法：课堂教学第四章水的地球化学循环（4学时）⏹知识要点：地下水圈、地壳中水的地球化学循环、成矿过程中的地球化学循环⏹重点难点：地下水循环过程中元素的迁移转化⏹教学方法：课堂教学第五章水文地球化学的应用（8学时）⏹知识要点：地下水污染、地球化学环境与人体健康、矿泉水⏹重点难点：如何应用水文地球化学的基本原理分析和评价各种水环境问题⏹教学方法：课堂教学十二、实践环节：主要是习题：⏹络合计算⏹饱和指数计算⏹Eh-pH计算⏹吸附平衡计算⏹水化学成分的图示⏹应用分析十三、教学参考：1．参考教材⏹沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷2．参考文献⏹杨忠耀，环境水文地质，原子能出版社，1990年十四、考核方式：笔试、水环境问题分析报告十五、课程说明：本课程为研究型人才培养方向课程大纲编写人：刘建刚大纲编写时间：2012年3月30日。
水文地球化学精品课程
水文地球化学精品课程【水文地球化学精品课程】1. 引言水文地球化学是研究水文系统中水文过程、物质迁移和转化的学科。
它涵盖了水文学、地球化学、环境科学等多个学科的知识体系，并提供了深入理解水文过程和水资源管理的工具。
本文将介绍一门关于水文地球化学的精品课程，该课程旨在为学生提供全面、深入和综合的水文地球化学知识。
2. 课程内容2.1 基础知识掌握在课程初级阶段，学生将学习水文学和地球化学的基础知识，包括水文循环、地下水运动、水文过程的数学建模，以及基本的地球化学原理和物质迁移过程。
通过理论课和实验室实践，学生可以掌握水文地球化学的基本概念和工具。
2.2 水文地球化学过程研究随着课程的深入，学生将学习水文地球化学的各个过程，如水文循环中的降水、蒸发和径流过程，地下水运动和污染物迁移过程等。
通过深入研究这些过程的机理和影响因素，学生能够理解和预测水文地球化学过程的变化和演化规律。
2.3 水资源管理和环境保护本课程还将重点讲解水资源管理和环境保护方面的内容。
学生将学习如何有效利用和管理水资源，如地下水开采和水质保护措施等。
他们还将了解水文地球化学在环境保护中的应用，如水污染治理和生态修复等。
这些知识对于解决当前和未来的水资源问题至关重要。
3. 课程教学方法3.1 理论课讲授课程将通过理论课的讲授来传授水文地球化学的相关知识。
教师将从基础概念入手，逐步深入讲解各个过程和理论模型，并结合案例和实例进行说明。
这种由浅入深的教学方式有助于学生逐步建立知识体系，更好地理解水文地球化学的复杂性。
3.2 实验室实践为了巩固理论知识，并提供实践机会，课程还设置了实验室实践环节。
学生将亲自进行实验和数据分析，以探究水文地球化学过程和机制。
这些实验能够培养学生的实际动手能力和创新思维，使他们能够独立进行研究和解决问题。
3.3 案例分析和论文阅读为了拓宽学生的视野，课程还组织了案例分析和论文阅读的活动。
学生将学习水文地球化学领域的前沿研究，了解最新的研究进展和趋势。
水文地球化学
易混淆的几种地下水沉积物
硅华：由于压力降低或温度下降， SiO2的溶解度随之降低形成
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
硫华： 地下水中的H2S由于与大气环境接触而被氧化， 析出单质硫
水文地球化学基础
地下水在运移过程中，与介质发生多种多样的物理化学 反应，其中包括溶解/沉淀、碳酸平衡、吸附/解吸及氧 化还原等。依据地质、水文地质条件不同，这些作用往 往控制着一个地区地下水的化学成分。
与地下水化学组分形成有关的主要地球化学过 程
溶解与沉淀过程 氧化还原过程 离子交换过程 蒸发浓缩过程 混合过程 生物化学过程（微生物参与）
“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。
水溶液中pH = 8.34时，是一个有意义的临界点，在该点 HCO3-达最高值，占97.99446%，记为pH0；
当pH = pH0时，H2CO3含量甚微，仅占总碳酸的1%；CO32含量甚微，也仅占总碳酸的1%，常规的分析方法不能检出； 所以， pH0是检查分析结果可靠性的一个标志。如水样的
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；
第5章 水文地球化学的应用2
15 水文与水资源教研室 周亚红
影响氮转化的因素
自然环境因素
温度（ ） 温度（T）
• 硝化作用最佳温度范围（30-35℃） 硝化作用最佳温度范围（ ℃ • 反硝化作用最佳温度范围（35-65℃） 反硝化作用最佳温度范围（ ℃
氧化还原电位（ ） 氧化还原电位（Eh）
• 硝化作用发生（Eh > 250-300 mV） 硝化作用发生（ ） • 反硝化作用发生（Eh < 250-300 mV） 反硝化作用发生（ ）
3 水文与水资源教研室 周亚红
地下水污染物
含义
在人类活动影响下进入地下水系统的溶解物或悬浮物 人类活动影响下进入地下水系统的溶解物或悬浮物 上述物质使地下水水质向恶化方向发展 上述物质使地下水水质向恶化方向发展 无论上述物质的浓度是否达到使水质超过使用标准的程度， 无论上述物质的浓度是否达到使水质超过使用标准的程度， 都应视为污染物 分类 化学污染物 生物污染物 放射性污染物
9 水文与水资源教研室 周亚红
地下水氮污染
地下环境中的氮 离子——NH4+、NO3-、NO2离子 溶解气体——N2、N2O 溶解气体 有机化合物——有机氮 有机氮 有机化合物 地下水中氮的来源 天然来源 • 研究证明天然土壤中的有机氮是地下水的 3-N主要 研究证明天然土壤中的有机氮是地下水的NO 主要 天然土壤中的有机氮是地下水的 来源 • 沉积地层中也会含有地质成因的氮 人为来源 • 人为来源主要有化肥、农家肥、城市生活污水及生活 人为来源主要有化肥、农家肥、 垃圾
NO3 -N
13 水文与水资源教研室 周亚红
地下水系统氮循环机理
3、反硝化过程 、
通过微生物使NO3-N还原为气态氮（N2、N2O） 还原为气态氮（ 、 通过微生物使 还原为气态氮 ） 的过程 参加的微生物通常是异养细菌为主， 参加的微生物通常是异养细菌为主，故反硝化 过程一般需有机碳作为能源
水文地球化学精品课程
水文地球化学精品课程
摘要：
1.水文地球化学精品课程概述
2.课程的主要内容
3.课程的目标与意义
4.课程的适用对象
5.课程的师资力量
6.课程的评价与反馈
正文：
水文地球化学精品课程是一门研究地球水文过程和地球化学过程相互作用的课程，它结合了水文学和地球化学两大领域的知识，旨在培养学生对地球水文地球化学过程的理解和应用能力。
课程的主要内容包括地球水文过程、地球化学过程、水文地球化学过程的研究方法等。
学生通过学习，可以了解地球水文地球化学过程的基本原理，掌握水文地球化学过程的研究方法，提高对地球水文地球化学过程的理解和应用能力。
课程的目标是培养学生对地球水文地球化学过程的理解和应用能力，提高学生的综合素质和科研能力。
课程的意义在于，通过对地球水文地球化学过程的研究，可以更好地理解和解决水资源问题、环境问题等，为我国的水文地球化学研究做出贡献。
课程的适用对象主要是水文地球化学及相关专业的本科生和研究生，同时
也适用于对地球水文地球化学过程感兴趣的广大学者和研究人员。
课程的师资力量雄厚，拥有一支由知名专家和教授组成的教师队伍，他们具有丰富的教学经验和科研经验，能够为学生提供优质的教学服务。
课程的评价与反馈主要通过学生的学习成绩和学生的评价来实现。
学生的学习成绩主要通过课堂表现、作业、实验和考试等形式来评定，学生的评价主要通过课程结束后的问卷调查来收集。
水文地球化学ppt
02
ONE
河流水文地球化学
1河流水文地球化学
河流水文地球化学是研究河流水体的综合性水文地球化学研究。它研究的对象 是河流，研究的内容包括水体的物理性质、化学性质、生物性质等，以及水文 地球化学过程的发生机制。
2河流水文地球化学的研究方法
01
（1）水体物理性质研 究：包括河流的流量、 温度、溶解氧、溶解氮、 溶解磷、pH值、浊度、
河流水文地球化学的研究结果可以应用于水资源保护、水环境改善、河流治理、水质监测等 方面。
1、水资源保护：通过河流水文地球化学的研究，可以明晰河流的水质变化规律，提出河流 水质的安全标准，以保护河流水质。
2、水环境改善：通过河流水文地球化学的研究，可以掌握河流水体的水质特征，提出合理 的水环境改善方案，以改善河流水环境。
一、概述
演讲人 2023-01-16
目录
01
Hale Waihona Puke 概述02河流水文地球化学的应用
03
河流水文地球化学
04
总结
水文地球化学ppt
01
ONE
概述
1什么是水文地球化学?
水文地球化学是研究地球上的水资源，包括河流、湖泊、海 洋、地下水和其他水体的水文和地球化学组成的学科。它研 究的对象是地球上的水体，研究的内容包括水体的物理性质、 化学性质、生物性质等，以及水文地球化学过程的发生机制。
3、河流治理：通过河流水文地球化学的研究，可以为河流的治理提供理论依据，提出合理 的河流治理方案，最大限度地提高河流的水质水量，并保护河流的生态系统。
4、水质监测：通过河流水文地球化学的研究，可以掌握河流水体的水质变化规律，为河流 水质的监测提供依据，以更有效地监测河流水质。
环境水文地球化学
酸度，与pH值一致。
环境水文地球化学
第二部分 水化学资料的获取 与整理方法
Acquisition and Processing of Hydrochemical Data
❖ 天然水的化学成分是指
➢ 离子、络阴离子、复杂络合物 ➢ 无机分子(O2、CO2、H2、CH4、H4SiO4) ➢ 有机分子(HCl-C=C-Cl2,Cl2-C=C-Cl2) ➢ 微生物（细菌、病毒、寄生虫）（存活时间、吸附、酸性土壤） ➢ 胶体(10-9-10-7m)
天然水组成的分类
环境水文地球化学天然水组成可按溶质颗粒大小、化合物类型、 相对浓度及相态等分类
一、水分析结果质量评估
环境水文地球化学Quality Assessment of Water Analysis Data
1、水溶液均呈中性 阳离子的毫克当量总数（∑c）与阴离子的毫克当量总数
（∑a）应是相当的
实际上存在各种误差，故当∑c+∑a > 5 meq/L时，要求：
环境水文部分 天然水化学成分的组成
环境水文地球化学
❖ 天然水的分类 ❖ 大气降水与地表水的化学特征 ❖ 地下水的化学特征 ❖ 天然水化学成分的综合指标 ❖ 地下水化学成分的数据处理
天然水的组成
环境水文地球化学
❖ 天然水是组成复杂的溶液
➢ 存在于地壳中的87种稳定的化学元素中，在天然水中就发现了70 种以上
➢总含盐量在100-200 mg/L之间，一般不超过500 mg/L； ➢基本化学组成与河水流经地区的岩土类型直接相关，如石
5水文地球化学分类
100
Cl
80
Na＋K SO4
Na＋K SO4
60
60
Mg
40
HCO3 Ca
40
HCO3 Mg
20
20
Ca
0 1 2
0
Na2SO4型水
系列1 系列2
1
2
系列3
NaHCO3型水
系列1 系列2 系列3
中国地质大学（北京） 中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
rCl- ﹥ rNa+
100
100
Na＋K
80
中国地质大学（北京） 中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
1.2 苏林分类
根据水中主要阴、阳离子（ 根据水中主要阴、阳离子（Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、 Mg2+、Ca2+）彼此化学亲和力的强弱顺序而组成盐类的 原则，划分出四种类型的水。 原则，划分出四种类型的水。 首先按照rCl 毫克当量数）的关系进行划分: 首先按照 -和rNa+ （毫克当量数）的关系进行划分 (1) rCl-﹤rNa+（毫克当量数）时 毫克当量数） (2) rCl-﹥rNa+（毫克当量数）时 毫克当量数） 然后根据阴、阳离子毫克当量比例系数进一步划分。 然后根据阴、阳离子毫克当量比例系数进一步划分。
中国地质大学（北京） 中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
rCl-﹤rNa+
100
Cl
80
Na+除与Cl除与 结合形成NaCl 结合形成 外，还与SO4还与 结合形成Na 结合形成 2SO4 Na+除与 -和 除与Cl SO4-结合形成 NaCl和Na2SO4 和 还与HCO3外，还与 结合形成 NaHCO3
水文地球化学-形成地下水化学成分的地球化学作用
❖ 式 0．中0Δ0G803，14为k反J／应m的o标l；淮T为自绝由对能温变度化；，Kk为J／平m衡o常l；数R。为气体常数，等于
❖ 在标准状态下，T ＝ 293.15K (T＝25℃ + 273.15)， 将R和T值代入上式， 并转换为以10为底的对数，则
❖ lgK＝ -0.175ΔG0 (ΔG0，以kJ/mol计) ❖ 只准状要态从下文的献Δ中G能0，查就到可反算应得中K所值有。组分的ΔGf值，即可算得标
若器壁不是刚性的，除了体系内部的压力必须处处均匀 外，还必须使体系的压力与外界(环境)的压力保持 相等
水文地球化学基础
中国地质大学（武汉）环境学院 罗朝晖
焓
焓或热含是一个状态函数，它是一种化学反应向环境提供的热 量总值，以符号H表示，ΔH指一种反应的焓变化。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化， 称为标准生成焓， 以ΔHf表示。
地分下子水之是间一）种相真互实作溶用液，，它a 包不=括是rm相理互想碰溶撞液及；静水电中引各力种作离用子（，或作
式中用的的m结为果实是测，浓化度学（反m应o相l/对L）减；缓r，为一活部度分系离数子，在其反单应位中是不实起测 浓 中度，作计就的a和必用算倒m须，了数的对。就（单水因会L位/产中此m相生组，o同一分如l），定的果，均程实仍a为为度然测m活的用浓o度偏水度l/，差中加L。无。各以r量为组校为纲了分正无。保的，量但证实校纲是计测正的，算浓后系在的度的数实精进浓。际确行度应程化称用度学为，
热力学理论运用于化学时，称为化学热力学。化学热力学的主要内容是用热力学第一定律计算化 学过程中的热效应，同第二定律并结合第三定律解决反应能否发生和有关化学平衡及相平衡的计 算和描述，这些对分析预测地下水环境中的化学反应十分有用。
水文地球化学精品课程
水文地球化学精品课程1. 引言水文地球化学是一个综合性的学科领域，研究水体中各种物质的来源、转化过程以及对环境和生态系统的影响。
通过深入了解水文地球化学，我们可以更好地理解和解决与水资源相关的问题，促进可持续发展。
2. 水文地球化学基础知识2.1 水的特性•水分子结构与性质•水的溶解性和极性•水的相变和密度2.2 地球化学基本概念•元素和同位素•化学反应和平衡•地球化学循环2.3 溶液化学基础•酸碱理论与pH值•电离平衡与溶液中离子浓度计算3. 水文地球化学研究方法3.1 取样与分析技术•取样技术及其注意事项•常用分析方法介绍3.2 实验设计与数据处理•实验设计原则与方法选择•数据收集、整理与处理4. 水文地球化学过程与环境影响4.1 溶解质的来源与转化•大气降水中的溶解物质•地表水和地下水中的溶解物质来源•溶解物质的迁移与转化过程4.2 水体污染与治理•水体污染的类型与来源•污染物的迁移与转化过程•水体治理技术与方法5. 地球化学循环与生态系统影响5.1 元素循环过程•碳循环、氮循环、磷循环等基本概念及关键过程介绍5.2 地球化学循环对生态系统的影响•土壤养分供应与生态系统结构•元素限制对生态系统功能的影响6. 应用案例分析6.1 地下水资源评价与管理案例分析•地下水资源调查方法及评价指标体系介绍•地下水管理策略研究案例分享6.2 河流污染控制案例研究•河流污染特点及监测方法•河流污染控制技术与策略案例分享7. 结语水文地球化学是一个重要的学科领域，对于水资源管理和环境保护具有重要意义。
通过本课程的学习，希望能够提高同学们对水文地球化学的认识和理解，培养同学们的研究能力和解决实际问题的能力，为可持续发展做出贡献。
以上是关于水文地球化学精品课程的内容大纲，希望本课程能够帮助同学们深入了解水文地球化学的基础知识、研究方法和应用案例，从而提升对水资源管理和环境保护相关问题的认识和解决能力。
《水文地球化学基础》课件
结尾
1 总结和展望
总结本课程的核心观点，并展望水文地球化学研究的未来发展方向。
2 参考文献
列出本课程涉及的主要参考文献，供学生们进一步学习和探索。
第三章 - 水文地球化学研究方法
1 野外观测和实验室分析
介绍野外观测方法和实验室分析技术，以获取水体化学信息。
2 样品收集和处理技术
探讨水样的收集与处理策略，确保数据的准确性和可靠性。
第四章 - 水文地球化学的应用
1 水质评估和污染控制
介绍水质评估方法和污染控制措施，维护健康的水环境。
2 地下水资源管理
了解元素和化学反应的基本原理，掌握溶 解度和离子平衡等关键概念。
3 熟练掌握水文地球化学研究方法
4 应用水文地球化学研究于实际问题
学习野外观测和实验室分析技术，了解样 品收集和处理技术的应用。
了解水质评估和污染控制、地下水资源管 理等水文地球化学的应用领域。
第一章 - 水文地球化学基础概述
1 地球化学和水文学的关系
探讨地球化学和水文学的基本概念，以及它们之间如何相互关联。
2 水文地球化学的重要性
说明水文地球化学在环境保护、水资源管理等方面的重要作用。
第二章 - 地球化学基础知识
1 元素和化学反应
2 溶解度和离子平衡
介绍元素在地球环境中的分布和重要性， 以及水体中发生的化学反应。
解释溶解度和离子平衡对水体化学特性的 影响。
《水文地球化学基础》 PPT课件
这是《水文地球化学基础》课程的PPT课件，旨在介绍水文地球化学的基本 概念、关键知识和应用。掌握这些知识，有助于理解地球上水体的化学成分、 反应过程以及其对环境的影响。
水文地球化学
水文地球化学研究现状、基本模型与进展摘要：1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。
当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。
其研究方法也日臻完善。
随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。
早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。
水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。
20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。
1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。
1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。
特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。
1 应用水文地球化学学科的研究现状1. 1 油田水研究水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。
第5章 水文地球化学调查方法综述
第二篇应用水文地球化学工作方法篇应用水文地球化学的工作方法可分三类：理论方法，实践方法和实验方法。
理论方法是将化学、物理和数学等基本理论与所研究的对象相结合，将基础科学运用到应用水文地球化学项目中。
它主要包括：利用元素的物理化学性质，运用元素的物性参数来研究和说明元素的水文地球化学性质；运用水化学作用原理（质量作用定律、电化学原理、热力学和反应动力学等）和物性参数来定性地研究水文地球化学作用的方向和计算水文地球化学作用的参比参数，并分析和研究水文地球化学作用的边界条件和影响因素；运用水文地球化学计算方法和地球化学模式程序来对水文地球化学作用的综合性参数进行计算，并对所研究元素的存在形式，对水文地球化学作用的方向、程度和结果进行预测，对水文地球化学作用的机理和及其影响因素进行研究，理论研究的结果一方面使工作成果的认识水平上有一个应有的提高，同时也是进一步工作的科学依据。
实践方法主要是要通过对自然的观察和调查研究来获得对其的认识、某些规律和经验。
实践方法的另一个重要方法是了解前人所作过的有关工作，学习他们对所研究的水文地球化学工作对象的认识并掌握其经验。
因此实践方法也可称作为经验方法。
观察自然的主要手段是水文地球化学调查，调查的内容应包括水化学，气象、景观条件、地质和水文地质特征，人类活动（地质工程）等。
这是因为应用水文地球化学对象常是水—岩—人体系，它们之间不仅存在相互作用，而且还存在有内在联系，地质和水文地质现象往往是十分有用的地球化学形迹。
另一方面，水文地球化学调查的目的就是为了解决地质学、水文地质学、环境学和地质工程中的问题。
虽然本篇主要讨论的是水化学方面，但是我们必须明确，在应用水文地球化学工作中还必须重视了解工作区的地质、水文地质特征和有关人为活动的情况。
实验方法是野外观察的延深，是取得水文地球化学参数和数据的主要手段；也是研究水文地球化学作用的机理、影响因素、边界条件、作用方向和程度等的重要手段。
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吸附与解吸作用 吸附 与解吸作用
• 基本概念
– – – – – – – 吸附：水中组分通过表面作用附着固体表面 吸附 水中 分通过表面作用附着固体表面 吸附剂：吸附气体和液体中物质的固体物质 吸附质：被吸附的气体和液体中的物质 吸附态：吸附质在表面吸附以后的状态 吸附中心：发生吸附的吸附剂表面的局部位置 表面吸附络合物：吸附中心+吸附态 吸附平衡：v吸附 = v解吸
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影响因素 1、吸附剂的种类与数量 吸附剂的种类与数量
2:1 粘土矿物、铁、铝和锰的氧化物、氢 氧化物、有机物。
2、沉积物颗粒大小，比表面积 3、pH H值
阴离子吸附
– 岩土颗粒表面多带负电荷，但pH值小于pHz值时，颗粒表面带 正电荷吸附阴离子 – PO42-易于被高岭土吸附 – 硅质胶体易吸附PO42-、AsO43-，不吸附SO42-、Cl-和NO3– 随土壤铁的氧化物及氢氧化物的增加，F-、SO42-、Cl-吸附增加 – F- ＞PO42-＞HPO4-＞HCO3-＞H2BO3-＞SO42-＞Cl-＞NO3-
第 部分：水化学基础 第一部分：水化学基础 —吸附解吸
研究意义
吸附，是液体与固体接触时，在接触界面处发生物质交换的现象
地下水赋存于地质介质中 水-岩作用无时无处不在发生 地下水赋存于地质介质中，水 地下水中含悬浮颗粒、胶体，可溶组分与其在接触界面也会发生吸附 在包气带中，水、矿物颗粒、气体相互作用，在其接触界面发生吸附
固体表面电荷
固体表面电荷产生的原因 2 表面络合，可变电荷 2. 表面络合 可变电荷
矿物表面的官能团与水中离子发生化学反应，使表面带电 质子化作用（低pH值）
≡S‐OH+H+= ≡S‐OH2+
脱质子化作用（高pH值） 值
≡S‐OH+OH‐= ≡S‐O2‐+H2O
零点电荷pH值， 值 pHz
可变电荷为零时所对应的pH值
吸附作用 不仅对地下水化学成分的形成有重要控制作用 吸附作用，不仅对地下水化学成分的形成有重要控制作用， 在地下水污染修复中也是一种重要的手段
固体表面电荷
固体表面电荷产生的原因 1 晶格取代作用，永久电荷 1. 晶格取代作用 永久电荷
矿物结构中的阳离子，被其他带有较少正电荷的阳离子所置换 粘土矿物 一般为铝硅酸盐，结构通常为硅四面体或铝八面体 这种结构中的硅和铝均可被与其直径大小相近的离子所代替 四面体中，Si4+←Al3+ 、Fe3+，使矿物表面带负电荷 八面体中，Al3+ ←Mg2+、Zn2+，使矿物表面带负电荷
当介质pH > pHz时，表面电荷带负电，吸附阳离子 当介质p pH < p pHz时，表面电荷带 时，表面电荷带正电，吸附阴离子 电，吸附阴离子
永久电荷相对于可变电荷，更占优
氢氧化物、高岭石等粘土矿物、一些有机质能够在 其表面形成可变电荷。 其表面形成可变电荷
有机质表面的负电荷
Sorption
CCa=C CMg =10-3mol/L
含粘土矿物 CEC=100meq /100g N=0.33 2 65 / 3 2.65g/cm CaX=MgX
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交换系数 或 选择系数
阳离子交换反应（Am+交换Bn+）
AX的摩尔分数
BX的摩尔分数 KA-B并不是一个常数，随溶液的组成、pH、以及固体表面成分的变化而变化，故 称为交换系数或选择系数
比较不同离子的交换能力 KM-Na>KN-Na, M强于N KM-Na=KN-Na, M等于N KM-Na>KN-Na, M弱于N
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吸附类型
物理吸附
范德华力产生的吸附，阳离子吸附·阴离子吸附，可逆
离子交换吸附
发生在有固定电荷的固体表面 伴随一定量的一种离子的吸附，必有等量的另一种同号离子解吸 阳离子交换吸附研究较多
化学吸附
表面络合作用产生的吸附，不可逆 注意：实际研究中物理与化学吸附很难区分
吸附量（ 吸附量 （ S）
• 在一定的条件下，吸附达到平衡后，单位质量吸附剂 所吸附的吸附质的量
Mass transfer (or, partitioning) process between the contaminants dissolved in groundwater (solution phase) and the contaminants sorbed on porous media (solid phase), including •Absorption Ab ti (i (incorporation ti into i t the th interior i t i of f a solid); lid) •Adsorption (attraction to a surface); and •Ion exchange
• 阳离子交换容量（CEC）|阴离子交换容量（AEC） • 阳离子交换容量（Cation Exchange Capacity， CEC ）
– 每100克干土（岩）所含的全部交换性阳离子的毫克当量， meq/100g – 测定
• • • • 以pH=7.0的醋酸铵溶液与固体样品混合 使其全部吸附格位被NH4+所饱和 然后用其它溶液（NaCl溶液）使被吸附的NH4+ 全部交换下来 达交换平衡后，测定溶液中Na+的减量
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阳离子交换吸附
• 阳离子交换吸附
– 特定的固相物质，阳离子吸附亲合力是不同的 特定的固相物质 阳离子吸附亲合力是不同的
• 对于同价离子，一般随离子半径的增加而增加，随水化程度 的增加而降低 • 对不同价态离子，高价离子 > 低价离子 • H+＞Rb+＞Ba B 2+＞Sr S 2+＞Ca C 2+＞Mg M 2+＞NH4+＞K+＞Na N +＞Li+ • 阳离子交换服从质量作用定律，故上述排序并不是绝对的
x S m
• 可通过测定吸附质平衡浓度求得
• S：吸附量 • x：吸附的吸附质的量 • m：吸附剂质量 吸附剂质量 • S：吸附量 • C0：吸附质初始浓度 • Ceq q：吸附质平衡浓度 • V：溶液体积 • m：吸附剂质量
S
V C0 Ceq m
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离子交换容量(EC) 离子交换容量 (EC)