水化学成分组成.ppt

第一节天然水的化学特征,1、大气降水的成分特征2、海水的成分特征3、河水的成分特征4、湖泊与水库水的成分特征5、地下水的成分特征,第二节元素的水化学特征,一、硅、铝、铁、锰,硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百分数分别为：Si，28.15，Al，8.23，Fe，4.65，Mn，0.10，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。(一)硅1、水中元素的来源与水化学作用SiO2广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里，它们是石英、铝硅酸盐、粘土矿物等。一般环境条件下，石英的溶解进行得十分缓慢。石英在水中的溶解按下式进行：,据Morey等人(1962)资料，SiO2溶解度，在25时为6.0mg/L，在84时为26mg/L。Fournier和Rowe(1962)获得方石英的溶解度，在25时，27mg/L和84时为94mg/L。Morey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=69)占优势的是H4SiO4。在碱性条件下(pH增高到9.09.5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1030mg/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(Al2O3H2O),Al2O3在水中溶解度受pH值控制。它溶于强酸性溶液中，pH=4.110时它几乎不溶，而此时SiO2却有部分溶解(见图2.4)。所以，pH=45时，Al2O3/SiO2=1：2，此时有利于高岭石族矿物形成，当pH=89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(pH14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FeH2OCO2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pH8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+。Mn3+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/L。Ca2+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，Na2CO3。,NaHCO30，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+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CH2OHS-及H2SFe2+FeCO3NH4+。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