水文地球化學基礎知識點整理

1.標準狀態:指溫度爲298K(25℃)、壓力爲一巴(100000Pa)的狀態。(熱力學常用詞)

水文地球化學基礎知識點整理

2.“反應的標準焓變化”用△Hr表示。“標準生成焓”用△Hf表示。

△Hr爲正值,屬吸熱反應。△Hr爲負值,屬放熱反應。

△Hr=∑△Hf(生成物)-∑△Hf(反應物)

3.“標準自由能”以△Gf表示。“反應的標準自由能變化”以△Gr表示。

△Gr=∑△Gf(生成物)-△Gf(反應物)

△G值爲負值,反應在恆溫恆壓下可自發地進行;△G值爲正值,反應在恆溫恆壓下不能自發的進行,但逆反應可自發進行,△G=0,反應處於平衡狀態。

4.迪拜-休克爾方程:lgr??AZ2I

I1?Ba(r爲活度係數,Z爲離子電荷數,I爲離子強度(mol/L),A、B爲取決於水的介

電常數、密度和溫度的常數;a是與離子水化半徑有關的常數。) 當I<0.1時,方程具有很好的精確性。

離子強度I的計算公式:I?1Z?22imi(Zi爲i離子的電荷數;mi爲i離子的濃度(mol/L);淡地下水的I值一般都

小於0.1mol/L,多用迪拜休克爾方程計算活度係數。

5.戴維斯方程:lgr??AZ2I

I1?Ba+bI(a值與迪拜休克爾方程中a值不同。b爲校正參數,規定次要離子的b值爲零,

該方程的應用範圍是I<0.5mol/L.) 。 蓋式用於TDS高的鹹地下水。

6.全等溶解:礦物與水接觸產生溶解反應時,其產物都是溶解祖分,這即是全等溶解。

7.非全等溶解:礦物與水接觸產生溶解反應時,其反應產物除溶解組分外,還有新生成的一種或多種礦物或非晶質固體組分,這即是非全等溶解。

8.溶度積(Ksp):當難容電解質溶於水而成飽和溶液時,溶液中同時存在溶解離子和未溶解離的固體。Ksp值越大,代表越易溶解。

9.溶解度:在給定溫度和壓力下,達溶解平衡時,溶液中溶解物質的總量(mg/L)。用溶度積粗略計算溶解度總體偏小。

10.同離子效應:一種礦物溶解與水溶液中。若水溶液中有與礦物溶解相同的離子,則這種礦物的溶解度就會降低。

11.飽和指數:確定水域礦物出於何種狀態的參數,以“SI”表示。aA+bB=cC+dD. 按質量作用定律,當上述反應大平

?C?c?D?d

衡時:?A?a?B?b ?K.上式左邊爲活度積,以“AP”表示;如所有組分均爲離子,即是活度係數積,用“IPA”表示。

SI=IAP/K. (AP(或IAP)=K,AP/K=1,IAP/K=1,達溶解平衡;如AP/K,IAP/K>1,反應向左進行,過;AP/K,IAP/K<1,反應向右進行,未。) SI=lgIAP

K(SI<0未飽和,si=0平衡,si>0過飽和。)。

SI<1,或si爲負值,水與caco3處非飽和狀態,反應向右,caco3繼續溶解;si>1,或SI爲正值,水與CaCO3處於過飽和狀態,反應向左,產生碳酸鈣沉澱。

12.水溫25℃時,pH=7,水爲中性。中性pH值隨溫度升高,pH值減小。

13.碳酸三種化和形態:遊離碳酸(H2CO3),重碳酸(CO3),碳酸(CO3).

14.閉系統:與大氣無CO2交換,水與碳酸鹽間的溶解反應所消耗的CO2得不到補充,碳酸鹽的溶解受到CO2的控制。 特徵:CO2?HCO3濃度低,而pH值較高;最後達到溶解平衡的Pco2值小於原始Pco2,一般在10?2巴左右。

15.開系統:與大氣有CO2交換,水與碳酸鹽間溶解反應所消耗CO2可得到補充,碳酸鹽溶解不受CO2控制。 特徵:CO2?HCO3濃度高,而pH值較低;水中Pco2一般保持定值,其範圍一般在10?2—10?3巴之間。

16.氧化還原電位(Eh):參加氧化還原反應的組分其活度一半都不是1mol,該反應達平衡時的電位。(V)

17.氧化數:在單質或化合物中,假設把每個化學鍵中的電子指定給所連接的兩原子中電負性較大的'一個原子,這樣所得的某元素一個原子的電荷數就是該元素的氧化數。氧化態=氧化數=價態。

18.吸附作用:pH低時(到一定程度),正的表面電荷吸附陰離子;pH高時,完全負的表面電荷吸陽離子;pH爲中間值時,表面電荷爲零,即電荷零點,pH值是電荷零點pH值,記爲pHz。價態越大,吸附越大。

pHpHz表面電荷爲負,吸陽離子。 ???2?

19.鋁在水中的存在形式受pH控制,在強酸性地下水中(pH<4.0),水中鋁的主要形式爲Al3?;在鹼性地下水中,可

?形成AlO?、AlO3。 32

20.總溶解固體:水中溶解組分的總量,它包括溶於水中的離子、分子及絡合物,但不包括懸浮物和溶解氣體。 TDS(礦化度)=陰離子+陽離子-1/2的碳酸氫根離子

21.硬度:以水中鈣鎂鍶鋇離子等非鹼土金屬以外的金屬離子的總和來度量。

總硬度(鈣離子meq/L+鎂離子meq/L)*50=mg/L(CaCO3),.

含鹽量=陰離子+陽離子

暫時硬度/碳酸鹽硬度(碳酸氫根離子meq/L+碳酸根離子meq/L)*50=mg/L

總>暫,總—暫=永久/非碳酸鹽硬度;暫>總,暫—總=負;

22.化學需氧量(COD):化學化劑氧化水中有機物和還原無機物所消耗的需氧量,以mg/L表示。

23.生化需氧量(BOD):微生物降解水中有機物過程中所消耗的氧量,以mg/L表示,一般小於COD。

24.鹼度:表徵水中和酸能力的指標。

25.酸度:表徵水中和強鹼能力的指標。

強酸:HCl,HNO3,H2SO4; 弱酸:CO2,H2CO3,HCO3,各種有機酸;強酸弱鹼鹽:FecCl3,Al(SO4)3.

26.水分析數據可靠性的審查,分析結果中一些計算值的檢查:

(1)總溶解固體是計算值,檢測是否減去0..5倍的碳酸氫根離子,是最常見錯誤。

(2)Na + K 值:(鈉離子+鉀離子)meq×25=(鈉離子+鉀離子)mg/L,鈉23,鉀29,一般*25.

計算法:陰離子meq-(鈣離子+鎂離子)meq=(鈉離子+鉀離子)meq

(3)硬度:計算值,檢測法:(鈣離子+鎂離子)*50=總硬度mg/L(CaCO2)

(4)TDS實測值與TDS計算值之差:

TDS<100mg/L,相對誤差應<±10%;TDS=100-1000mg/L,相對誤差應<±7%;tds>1000mg/L,相對誤差應<±5%;

(5)當pH<8.34,不應有碳酸根離子;當ph>8.4,不應有H2CO3。

27.自然界中三種可溶鹽:

氯化物(Cl) ①>硫酸鹽巖(SO4)②>碳酸鹽巖(HCO3)③;①>②>③礦化度大小順序;①←②←③沉澱順序,③起。 最先是氯化物自岩石中溶出,形成氯化物水,多出現在含鹽層及鹽漬化了的少數地區;

其次是岩石中的硫酸鹽及殘餘氯化物被溶出,形成硫酸鹽。

28.沉積成因水的形成:與沉積物同時沉積的水。從鬆散的顆粒(泥和沙)到成巖一般三階段:壓實、脫水、固結。

29.地下水成礦作用:地下水溶液中的成礦組分,在適宜的地球化學環境中,在有利的地質部位富集、沉積形成礦牀的過程。

30.地下水的存在形式:固態水(多年雪線以上及凍土層)、毛細水(包氣帶)、重力水(井、河水)、氣態水(包氣帶)結合水(靜電引力)、結構水。

31.地下水:埋藏於地表以下岩石空隙中的水。

32.地下水的污染:凡是人類活動導致進入地下水並使水質惡化的溶解物或懸浮物。

33.地下水污染物(性質):

化學污染物:a無機物:NO3最普遍,濃度最高,面積最大,其次是Cl?,硬度(Ca2?+Mg2?),SO4及TDS。

B有機物:一般是PPb級(10?9,10億分之一),或是PPt級(10?12),或是三致物(致癌,致畸形,致突變)。 生物污染物:細菌,病毒,寄生蟲。

放射性污染物:主要以Ra-226,Sr-90,Pu-239,Cs-137爲主。

34.地下水污染源:

原因:a人爲:生活污水,工業污水,地表雨水徑流(主要城市),固體廢棄物,生活垃圾,工業垃圾污泥,農業污染。 b天然:它們天然存在,只是人爲活動的影響下才進入地下水的環境的。過量抽地下水,採礦活動。

35地下水污染特點:A隱蔽性。B難以逆轉性。

36污染方式:直接和間接。

37.污染途徑:間歇入滲型,連續入滲型,越流型。

38有機氮礦化過程:有機氮礦化過程(異養型)

銨化過程?2?NH4?硝化過程(自養型)NO2,NO3??反硝化過程(異養型)N

,N2O2固氮過程同化過程有機氮.

34.硝化過程:它使NH -N通過自養型微生物氧化爲NO3-N的過程,該過程作用越強,水污染越嚴重,用無機碳源,

CO2。

35.反硝化過程:它使NO3-N通過微生物還原爲氧化態氮(N2,N2O)的過程,該過程作用越強,水污染越輕,用有機

碳(來自地表),還原環境。吸附作用爲反硝化提供充分的時間。

36.生物降解:有機污染物在細菌作用下,從大分解到小分子,從有毒(有害)轉變爲無毒(無害),最後變爲CO2,H2O,CH4, 等的過程。

37.鹽污染:地下水受硬度、氯離子、硫酸根離子、總可解固體等常規組分的污染。

38.鹽污染特點:空間,從城區中心向外延伸,濃度逐漸降低;污染對象:淺層潛水或潛水-承壓水含水層,深難污。

39.鹽污染原因:城市固體垃圾的淋濾,包氣帶中的Na-Ca交換,水鹽均衡的破壞。

40.硬度(水,鈣離子+鎂離子)與心血管疾病成負相關;硬度越低越易得心血管疾病,硬度越高越易得腸胃炎。

41.鈉:長期吃鹹(含鈉量高)的易得高血壓,細胞外液中主要陽離子,佔65%;24%在骨骼裏,人體鈉來自食物。

42.碘:長期缺碘易得大脖子病,首批生命元素之一;大部分在甲狀腺裏,碘合成重要元素,缺和高碘可引發病。

43.鈣:是人體和動物重要的必需元素。主要以磷酸鹽形式存在,集中骨骼和牙齒中。主在牛奶中,肉魚蛋少,果蔬微。

44.鎂99%在細胞和骨骼中。主要來自堅果、海產品、豆科植物和蔬菜,肉類中等,糖、脂肪中低;很有生命力的元素。

45.硒(Se):有毒,是人體不可缺的微量元素,可預防克山病,克山病缺硒是重要因素。以硒酸鹽和鹽廣泛存在人體的肝、腎、血、脾、心、肺、肌肉中。硒無致癌性,與愛死亡率成負相關,有抗癌性。

46.鋅(Zn):人體必需重要微量元素。主要在肌肉、骨骼、皮膚,指甲、發、皮膚可代表鋅的營養狀況。海產品最高,新果蔬最低;動物組織中的鋅可物利用性高,穀物、牛奶中的可生物利用性低。鋅不僅有生理功能,且具有營養作用,胰島素不可少元素,影響80多種酶的活性。

47.鉻(Cr):人體必需元素之一,粗食品中大於精食品中鉻,補助胰島素髮揮作用,促進糖元的合成,刺激葡萄糖氧化。 鉻也是自身有毒元素。

48.氟(F):對牙齒很重要,必需元素,我國飲用水標準規定,氟的濃度爲1毫克每升最優濃度,小了可能 ,高了可能出現斑釉齒。

54砷(As):有毒,,砒霜。主要分佈食道,腎,敢,肺,皮膚。

55.鎘(Cd):是老年人骨質疏鬆,年輕人沒有,是人體不需的有毒元素。主要在肝腎。在人體累加。