地下水污染与防治

地下水污染与防治

作业一

1、安装一个渗透反应墙用于处理地下水中的污染羽。采集了2个地下水样品并送到环境实验室进行分析。结果如表1所示。

．样品1，采集于污染羽，密度为1.013kg/L 。 ．样品2，采集于PRB 中，密度为1.000kg/L 。

．使用数字滴定计进行碱度测量，样品1中的碱度为0mg/L （以CaCO 3表示），样品2中的碱度为3200 mg/L （以CaCO 3表示）。

a ．将得到的碱度转化为HCO 3—浓度。 样品一：

L mg /0HCO C --3=）（

样品二：

L mg /39042611003200

HCO C --3=⨯⨯=

）（

b ．用以下方式表达这2种样品的组成： ⅰ）摩尔浓度 ⅱ）摩尔质量浓度

ⅲ）ppm （ppm= mg/L ） ⅳ）meq/L

将你的结果总结成表并且在每一个单元显示一个计算结果。使用任意的电子表格。 （如表1所示）

计算结果如下：

c ．计算两个样本的电荷平衡误差。是否有证据证明该分析有明显的分析错误？（电荷平衡误差在10%以内则认为该分析是合理的）。 答： 由 100c a c

a

m m

E m m

-=

⨯+∑∑∑∑

式中：E 为相对误差（%）

m c 和m a 分别为阳离子及阴离子的meq/L

193.7187.53

100 3.4193.7187.53E -=

⨯=+

244.6064.0810017.9244.6064.08E -=⨯=-+

因电荷平衡误差在10%以内分析是合理的， 故由结果可得：

样品1 无明显分析错误 样品2 存在明显分析错误

d ．除去分析错误，指出两种可以导致电荷平衡误差大于10%的因素。 答：（1）我们在试验分析中有时测得的是溶液中各个元素的浓度，而不是离子的浓度，这将会导致电荷的平衡误差较大。

（2）在水化学分析中，我们一般只测定其中含有的常量元素，而水溶液是一种可能含有大量的微量元素的复杂电解溶液，若水中含有的微量元素种类很多，均将其忽略可能会导致电荷平衡误差较大。

2、表2列出了沿地下水流径方向上的三个采样点的地下水化学特征。 a ．用piper 图解法进行三相分析（表2）

答：如图1-1所示，A 、B 、C 三个采样点的水中的阳离子都以Ca 2+、 Mg 2+为主，Ca 2+

含量最高，两者之和超过了80%。三样点地下水中阴离子中Cl-的相对含量都很低，其它则大不相同，A 以HCO 3-含量相对最高，接近100%；B 以SO 42-含量相对较高，达80%以上；C 以HCO 3-含量相对较高，达70%。

b．用stiff解法进行三相分析（表2）。

答：如图1-2可得：A和C点属于Ca-HCO3水；而B点属于Ca-SO4水。

c ．piper 图解法或stiff 图解法在分析问题1中矿坑废水组成方面是否有用，为什么？

答：不适用，stiff 图解法经常用于油田气水化学成分的分析，三线图法经常用来判断某种水是否是另外两种水的简单混合，SO 42—含量很高，矿坑水的矿化度一般较高，其组成来源也相对比较复杂。

d ．计算三组数据的TDS （mg/L ）从结果可推测出地下水的流向。在piper 图解法中用箭头表示水流方向（只有在piper 图解法阳离子/阴离子结合部分有用）。如何将每个样品计算出的TDS 值与给定电导率值进行比较。 答： 3

11()2

n

i i TDS C C HCO -==-∑

计算可得：

地下水在流动过程中与岩石作用，TDS 会沿径流路径增大，据此，推测地下水流向为 A→C→B 。

电导率和TDS 在有限的浓度区段内，可采用线性公式表示， TDS （mg/l ）=K*电导（ms ），K=0.55-0.75。 当水中阴离子以HCO3-和Cl-占优势时，K 接近0.55，SO42-浓度较高时K 接近于0.75。

3、表3总结了采集自另一个污染羽的地下水样品的化学特征。在25°时,这个水样所测得的确切的电导率为5320微姆欧/公分。 a ．计算如下东西：

ⅰ）离子强度

ⅱ）用朗格利尔方程计算的离子强度 ⅲ）用Russel 方程计算的离子强度 解： ⅰ）由公式

2

12i i

I Z m =

∑

式中：I 为离子强度（mol/L ）； i Z 为i 离子的电荷数；

i m 为离子的浓度（mol/L ）

。

可得溶液的离子强度I=0.128 mol/L

ⅱ）朗格利尔方程为：I = 2.5 ×10-5(TDS) I = 2.5 ×10-5 ×4544.87=0.114 mol/L ⅲ）Russel 方程：I=1.6×10-5(λ)

式中：λ : 为溶液电导率

I =1.6×10-5×5320 =0.085 mol/L

b ．比较ⅰ、ⅱ、ⅲ所得到的结果。一两句话就足够了（所得到的值是否相似，如果不相似，差距有多大。）

答：ⅰ与ⅱ的计算结果相似，ⅰ与ⅲ的计算结果有差别，相差有0.028 c ．用戴维斯方程计算CaSO 4的IAP 。 解：(1)CaSO4的反应式：

2244CaSO Ca SO +-+

IAP=[Ca 2+][SO 42-]

(2)求上述两离子的活度系数 由戴维斯方程：

2log 0.3)i Az I γ=--

式中：r 为活度系数；

Z i 为i 离子的电荷数； I 为离子强度（mol/L ）;

A 为取决于水的介电常数、密度和温度的常数； 查表得：在25℃条件下 A=0.5085 由已计算得：I=0.113 代入上式可得：

224

2log log 0.508520.30.128)Ca SO γγ+-==-⨯⨯

得：

224

Ca SO γγ+

-==10-0.46=0.348

2307

0.007675(mol/L)401000

Ca m +=

=⨯

24

3200

0.03333(mol/L)961000

SO m -=

=⨯

22224

4

Ca Ca SO SO IAP m m γγ++--=

=0.348×0.007675×0.348×0.03333 =3.10×10-5

d ．该水样中硬石膏的饱和度是多少？

解：查表得硬石膏：

饱和度：K CaSO4 = 10-4.64

lg

sp

IAP SI K =

SI=0.16<1.

所以水与硬石膏处于未饱和状态。