水化学成分组成讲课教案.ppt

水化学成分组成 据Morey等人(1962)资料，SiO2溶解度，在25℃时为6.0mg/L，在84℃时为26mg/LFournier和Rowe(1962)获得方石英的溶解度，在25℃时，27mg/L和84 ℃时为94mg/LMorey等人获得无定形硅的溶解度为25℃时115mg/L 硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4从上可知，不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解，水中溶解的SiO2几乎全部以正硅酸H4SiO4形式存在它在水中解离方程为：2、Si在水中的存在形态与控制因素 在天然水中(pH=6～9)占优势的是H4SiO4在碱性条件下(pH增高到9.0～9.5时)，由于单链节和多链节硅酸盐的形成，SiO2的溶解度有所增加几乎所有天然水环境下，H2SiO42-是次要的 天然水中可溶性SiO2含量一般不超过100mg/L通常为10～30mg/L，平均值为17mg/L(二)铝 1、水中铝的来源与水化学作用 铝在地壳中所占重量百分数为8.23％，仅次于氧和硅，占第三位 铝硅酸盐的不全等溶解的主要产物是高岭石。

高岭石在酸性条件下可溶出AI3+： 高岭石强烈风化可形成三水铝石(Al2O3·H2O)  Al2O3在水中溶解度受pH值控制它溶于强酸性溶液中，pH=4.1～10时它几乎不溶，而此时SiO2却有部分溶解(见图2.4)所以，pH=4～5时， Al2O3 /SiO2=1：2，此时有利于高岭石族矿物形成，当pH=8～9时， Al2O3 /SiO2=1 ：4，则有利于胶岭石族矿物形成2、铝在水中的存在形态与控制因素 铝在水的存在形式受pH控制，在强酸性水中(pH<4.0)，水中铝的主要形式为Al3+，在碱性水中，可形成AIO2-、 AIO33- 在含F-的水中，铝和氟很容易形成络合离子，如AIF2+、AIF2+，在SO42-含量很高的酸性水中，AISO4+可能是铝的主要存在形式 水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度积的控制据文献资料，当pH接近于6时，三水铝矿最小溶解度的计算值小于10mg/L，实测值约27mg/L 在大多的天然水中(pH=6～9)，水中铝浓度常小于1mg/L，有时可达几mg/L但是，在pH小于4.0的强酸性水中，每升水中铝可能几十mg/L，甚至几百mg/L，这种水多为矿坑排水或泉水或严重酸性污染水。

 (三)铁 1、水中铁的来源与水化学作用 铁在地壳中重量百分数仅次于氧、硅、铝而居于第四位与前述三者不同，铁不仅大量分散存在于地壳的岩石、土壤、水体中，而且在某些矿体中富集形成有用矿床(Fe3O4、Fe2O3，FeCO3，Fe2SiO4) 水中铁的水化学特性受pH值及氧化还原反应影响很大，这已在第一章作过详细介绍 在pH=6的水溶液中，Fe3+的浓度为1.5×10-12mg/L，在pH=7的水溶液中， Fe3+的浓度为1.5×10-15mg/L，pH=8时， Fe3+的浓度为1.5×10-18mg/L 也即pH值从6增加到8，铁在水中的溶解度减少106倍所以，当陆地上含铁的弱酸性水进入弱碱性的海水中会发生Fe(OH)3沉淀如河水中铁含量为1mg／L，则海水中仅0.008mg／L  2、铁在水中的存在形态与控制因素 铁在水中也发生水解Fe3+在pH=1的水中，可水解成FeOH2+、Fe(OH)2+，高浓度下可聚合成Fe2(OH)24+Fe2+在pH=4的水中，开始水解生成FeOH+，在pH>14时则形成Fe(OH)42-。

它们的部分反应式如下: 所以，天然水中铁可以有许多形式，如Fe3+、Fe2+、Fe(OH)+、Fe(OH)2+、Fe(OH)30、Fe(OH)20、HFeO2-、FeCO30、FeS20，FeS0，FeSO40，Fe2(OH)24+ 此外，从Fe—H2O—CO2系统稳定场内可见，在氧化带内，Fe3+的活度没有达到Fe(OH)3的溶度积时，铁的可能最大稳定形式是Fe(OH)30，在pH<5时， Fe(OH)2+及Fe(OH)2+占优势在还原环境内，pH<8时，只有Fe2+存在，pH>8时才会出现FeCO3沉淀，之后是Fe(OH)20占优势而一般水中Fe(OH)4-及HFeO3-是不存在的 (四)锰1、水中锰的来源 在自然界中，锰可以呈分散状态或形成有用矿物含锰矿物有蔷薇辉石(MnSiO3)，锰橄榄石(Mn2SiO4)、菱锰矿(MnCO3)，软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、硫锰矿(MnS)、方锰矿(MnO)及氢氧化物沉淀Mn(OH)3，Mn(OH)2等2、锰在水中的存在形态与控制因素 锰的氧化态很多，有2、3、4、6、7价主要氧化态为Mn2+。

二价锰的特性与Fe2+近似锰在自然界中的性状受Eh-pH控制在天然水稳定场系统简单水溶液中，锰的存在形式有： Mn2+、 MnO2 、MnOOH、 Mn3O4 、MnCO3、Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS 在简单的水溶液中， Mn2+ 在pH=8时开始水解并形成MnOH3+，高浓度时聚合成Mn2OH3+、Mn2(OH)3+Mn 3+不稳定但可形成某些络合物当pH大于13.5时，Mn4+可以MnO42-形式存在，而在酸性介质中呈其它价态七价锰MnO4-在各种pH值的溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解 二价锰在氧化条件的水中可形成软锰矿(MnO2)及黑锰矿(Mn3O4)黑锰矿在酸性条件可形成Mn2+及MnO2反应式如下： Mn的较高含量是在酸性水中，它们可以在不同pH值，不同矿化度、不同的水化学类型中出现二、宏量元素(一)钙、镁、钠、钾1、水中钙、镁、钠、钾来源与化学作用 钙、镁、钠、钾广泛分布于地壳中，主要存在于硅酸盐，碳酸盐及易溶盐类地层 这些岩石矿物溶解于水中的量取决于其溶解度及水解作用程度2、水中存在形态与控制因素 Ca2+，Mg2+在水中行为受CO2影响极大，碳酸平衡控制了它们的溶解，沉淀或过饱和状态。

它们在水中的简单络合离子形式为： Ca2+ 、CaHCO3+、CaSO40、CaCO30、CaCl+、CaOH+， Mg2+ 、MgHCO3+、MgSO40、MgCO30、MgCl+、MgOH+、 MgF+ 、 MgCl20 以含钙为主的天然水的矿化度一般小于1g/LCa2+积极参与生物地球化学作用，含钙的有机质可很快转化为矿物质而存在于土壤中镁盐在水中的溶解度比钙盐大，但Mg2+易被植物吸收，故在天然水中的含量小于Ca2+在矿化水中Mg2+可高达几g/L到kg/L 钠、钾在水中含量主要受溶解度控制它们的离子电位低，在水中大多呈水合离子形式在简单水溶液中有下列络合离子形式：Na+，NaSO4-，NaCl0，Na2CO3NaHCO30，NaOH0,NaCO3-，K+，KCl0，KOH0，KS04- Na+及Cl-为高矿化水中的主要成分，钠在地壳中占2.36％，而在海水中，Na+占总含盐量30％左右；钾在地壳中含量与钠类似，为2.09％，但在天然水中K+<

 (二)碳1、水中的来源与特征 碳主要来源于石灰岩，白云岩，泥灰岩等，其溶解度小，故在水中绝对含量低，但含量的变化范围小自然界中也广泛存在着有机碳成分，它们积极参与生物化学作用及碳的循环2、存在形态与控制因素 由于碳的离子电位高，在水中易形成酸性络阴离子及络阴离子 碳是水的主要化学成分，受pH值影响很大 在天然水中，当pH<5时，碳主要以H2CO3形态出现；当pH=5～8时，主要以HCO3-形态出现；pH>8时，则主要以CO32-形态出现 水中溶解的CO2气体，在水化学环境中起重要作用，它控制了水的酸碱性，直接影响水中许多化学平衡，碳酸盐体系在研究大气圈、水圈、岩石圈的演变史上有特别重要的意义 （三）硫1、水中的来源与特征 SO42-是天然水中重要成分之一，它广泛分布于地表水、浅层地下水及承压水中它来源于石膏等硫酸盐的溶解、硫化矿床氧化带氧化产物的溶解及地热温泉水中2、存在形态与控制因素 硫在水中有较多价态(-2，+4、+6)，形式多样如： 硫在水中的行为受Eh-pH平衡控制。

在天然水稳定场内，主要是两个体系起作用，即H2SSO42-及HSSO42-，可写出各种硫的平衡方程式： 由图2.5可知，硫的氧化态主要是SO42-及HSO4-天然水中硫的主要类型是SO42-，酸性条件下HSO4- ，在还原环境下出现H2S，在还原的碱性环境下才可出现HS- 腐植质土壤及富含有机质的油田水，由于脱硫作用，几乎可不含或含少量SO42- C6H12O6+3Na2SO43CO2 +3Na2CO3+3H2S +3H2O+热能 当水中Ca2+含量高时，由于易生成CaSO4沉淀，也可使水中SO42-含量减少 (三)氯 主要来源于岩盐的溶解(NaCl、MgCl2，CaCl2、Ca2(PO4)3Cl、3NaAISiO4·NaCl)，它们有很高的溶解度，常常是总溶解固体（TDS）含量高的氯化物水或硫酸盐水中的主要成分Cl在水中含量与TDS增长一致 水中氯主要以Cl-形式出现据戈莱娃Г.A.(1977)资料，在还原环境的高TDS氯化物卤水中，Cl可与重金属元素形成络合物，CuCl+，CuCl20，CdCl20，ZnCl20，ZnCl42-等。

在微酸性、低硫、高氯化物卤水中以氯化物络合物形式可以转移较多的Pb和Zn 三、营养元素 (一)氮1、氮的来源与存在形态 水中可以含有较多的NH4+、NO3-、NO2-，它们的形成与含蛋白质的有机物生物分解有关蛋白质分解最终产物是氨基酸，同时放出氨气 R-CHNH2-COOH + H2O=R-CHOH-COOH+NH3 NH3溶于水中形成NH4+ ，并氧化形成NO2-及NO3- 在自然界中，水中蛋白质的出现往往是人为污染的结果所以NH4+、NO3-、NO2- 的伴生可以作为污染的指标，在未污染的天然水中， NO3- 一般都小于30mg/L，但在受污染的水中，其含量从几十mg/L到几千mg/L我国的陕西、河南一些“肥水”NO3-可达4000mg/L以上 水中除NH4+、NO3-、NO2- 外，还有以NH3，N2，N20等溶解气体形式存在于水中2、氮的转化与控制因素 水中NO2-、NO3-及NH4+之间可以互相转换，且受Eh-pH条件控制它们的转换方程为： 从NH4+—NO3-之间转换方程可以分析，当pH=7， NH4++NO3- 浓度为10-3mol/L时，pE>53.54， NO3- 占优势，pE<53.54，则NH4+ 占优势。

当NO3- 、HS-、CH2O共存一个体系时，相互间能量差别愈大，其氧化能力愈强 NO3- 首先去氧化有机质，只有当有机质被完全氧化后才会去氧化HS- 按照上述原则，当氧化环境的水进入富有机质的还原性水系统时，水中氧化组分被还原的次序是O2>NO3->Fe3+>SO42->CO2从还原环境进入氧化环境的水，水中还原组分被氧化的次序为CH2O>HS-及H2S>Fe2+>FeCO3>NH4+ 所以当水中还存在较多CH2O时，该水中有可能同时存在Fe2+及NH4+等组分当水中SO42- =0或很少时，说明脱硫还原作用强烈，此时水中溶解氧、NO3-和Fe3+则已大部被还原 (二)磷 1、来源 磷在地壳中平均浓度为0.1％，占第十位磷是所有生命系统中不可缺少而又不可取代的元素水中无机磷主要来源于含磷矿物的风化 陨石含磷100Gt，海洋中磷酸盐结核300Gt磷和钙形成的矿物有磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2·H2O，磷酸氢钙CaHPO4·H2O 、磷酸钙Ca3(PO4)2，羟基磷灰石Ca5(PO4)3 OH，氟磷灰石Ca5(PO4)3 F此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢。