第三章地下水中的無機(jī)化學(xué)成分

Hydrogeochemistry

水文地球化學(xué)東華理工大學(xué)水文地球化學(xué)課程組第三章地下水中的無機(jī)化學(xué)成分本章內(nèi)容3.1地下水中的大量組分3.2地下水中的微量組分

3.3地下水中的氣體組分3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

CompanyLogo地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類地下水中的無機(jī)化學(xué)成分，按其存在形式和數(shù)量可分為四組：（1）大量組分決定水化學(xué)類型，一般含量大于100mg/L，主要是常規(guī)的離子形式，Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。另外H+、NH4+、NO2-、NO3-、H3SiO4、Fe3+、Fe2+等也列入大量組分。概述CompanyLogo地下水中的無機(jī)化學(xué)成分分類（2）微量組分不決定水化學(xué)類型，常見的是Br、I、F、B、Mo、Li、Cu、Pb、Zn、P、As、Sr、Ba、Ni、Co等數(shù)。（3）放射性組分

U、Th、Ra、Rn等

。（4）氣體組分N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。

概述CompanyLogo一、氯離子（Cl-）1、遷移性能Cl-具有很強(qiáng)的遷移性能，其原因有三個(gè)方面：（1）不形成難溶化合物（2）不被膠體所吸附（3）不被生物所吸附2、分布規(guī)律

地下水中的Cl-含量隨地下水礦化度的增高而增高。在高礦化度水中，占陰離子首位，形成氯化物水。

3、來源（1）有機(jī)來源（2）無機(jī)來源（3）大氣降水來源

3.1地下水中的大量組分CompanyLogo3.1地下水中的大量組分二、硫酸根（SO42-）

1、遷移性能遷移性能較強(qiáng)，僅次于Cl-

，其遷移性能受下列四個(gè)因素控制：

（1）水中SO42-易與Ca2+、Ba2+、Sr2+等離子形成難溶鹽。（2）熱帶潮濕地區(qū)土壤中的Fe(OH)2-、Al(OH)22+膠體可以吸附SO42-。（3）易被生物吸收，硫是蛋白質(zhì)的組成部分。

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分二、硫酸根（SO42-）

（4）脫硫酸作用：在缺氧、有脫硫酸菌存在的情況下，SO42-被還原成H2S等的過程。

2、分布規(guī)律

（1）SO42-含量隨地下水礦化度增高而增加，但增加速度明顯落后于Cl-。在中等礦化度水中，常成為含量最多的陰離子。（2）在某些特殊情況下，地下水中含量可達(dá)到很高，例如硫化礦氧化帶中的礦坑水，石膏層地下水。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分二、硫酸根（SO42-）

3、來源

（1）石膏、硬石膏及含硫酸鹽的沉積物（2）硫化物及天然硫的氧化（3）火山噴發(fā)物中硫的氧化（4）大氣降水中的SO42-（5）有機(jī)物的分解（6）生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系地下水中的碳酸以三種化合物形態(tài)存在：

（1）游離碳酸，它以溶解的CO2（aq）或H2CO3(aq）形態(tài)存在，習(xí)慣上記為“H2CO3”

;（2）重碳酸根，即HCO3-;（3）碳酸根，即CO32-。

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-這些組分之間的平衡關(guān)系式如下：CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系溶于水中總無機(jī)碳：CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系可以推出pH值與各碳酸組分之間的關(guān)系：由這兩個(gè)關(guān)系可求出CO2溶于水后各溶解類型占優(yōu)勢(shì)的pH值范圍，在25℃

，1atm條件下：

pH＜6.4，占優(yōu)勢(shì)；6.4<pH<10.3，占優(yōu)勢(shì)；pH＞10.3，占優(yōu)勢(shì)。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系可以推出pH值與各碳酸組分之間的關(guān)系：圖3-1三種碳酸隨pH值的變化曲線CO32-H2CO3HCO3－6.48.3410.3pH0050100CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)利用下面三個(gè)方程，可得到、和所占總碳酸DIC的百分?jǐn)?shù)：CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-1、碳酸平衡及其與pH值的關(guān)系可以推出pH值與各碳酸組分之間的關(guān)系：因此，只要測(cè)定水溶液中的DIC和pH值，便可以求出三種碳酸組分的百分?jǐn)?shù)及含量。

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-2、分布規(guī)律

在低礦化度水中主導(dǎo)地位，在陰離子中占首位。在某些含的水中，含量可達(dá)1000mg/L以上，強(qiáng)堿、強(qiáng)酸水中，極少見。天然水中含量一般很低，但在蘇打水中可達(dá)到很高。（1）影響－遷移的因素①的存在，制約著水中和含量，因?yàn)橐桩a(chǎn)生沉淀。②脫碳酸作用：

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-2、分布規(guī)律（2）來源

①大氣中的溶解；②各種碳酸鹽類及膠結(jié)物的溶解和溶濾；③非碳酸鹽的火成巖的生物風(fēng)化作用（生物成因）；

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分三、HCO3-和CO32-2、分布規(guī)律（2）來源

④深成的加入：從上述的、來源的討論可知，其起源與密不可分，往往一半來自，一半來自碳酸鹽。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO21、地下水中SiO2的存在形式（1）硅酸的形式在地下水中的硅酸有以下幾種：H4SiO4（正硅酸），H2SiO3（偏硅酸），H2Si2O5（二偏硅酸），H6Si2O7（焦硅酸），H2SiO3因其形式簡(jiǎn)單，常以它代表水中的硅酸。

（2）地下水中SiO2存在形式

在大多數(shù)的地下水中，SiO2以不離解的H4SiO4形式存在，但在強(qiáng)堿性條件下，水中會(huì)出現(xiàn)H3SiO4-。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO2（2）地下水中SiO2的存在形式表3-1水中硅酸衍生物的比例與pH值的關(guān)系衍生物的存在形式pH78910H4SiO4mol％99.998.687.741.5H3SiO4-0.11.412.358.5CompanyLogo3.1地下水中的大量組分

四、硅酸―地下水中的SiO2（2）地下水中SiO2的存在形式

在強(qiáng)堿條件下，硅酸的鹽是可溶的，但遇到酸（包括碳酸）時(shí)，很易析出正硅酸。在強(qiáng)堿性條件下（pH＞9），H4SiO4往往會(huì)發(fā)生聚合，形成硅膠溶液。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO2（2）地下水中SiO2的存在形式

SiO2在地下水中的存在形式歸納為：

①在一般的地下水中，SiO2以H4SiO4（單體硅酸）或硅酸鈉鉀鹽的分子分散狀態(tài)存在，硅膠出現(xiàn)極少;②在堿性地下水中，SiO2部分以H4SiO4形式存在，部分以H3SiO4-形式存在，部分以硅膠形式存在;CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO2

2、地下水中SiO2的沉淀?xiàng)l件（1）與含電解質(zhì)的水溶液相遇，可使硅酸凝結(jié)成含水蛋白石而析出。如Ca2+的加入，會(huì)導(dǎo)致SiO2的沉淀;（2）酸堿條件的變化：一般堿性介質(zhì)有利于SiO2的溶解、酸性介質(zhì)不利于SiO2遷移，當(dāng)堿性介質(zhì)流經(jīng)酸性環(huán)境時(shí)，則會(huì)沉淀SiO2。

例如：硅化木形成即可能與此有關(guān)。樹木腐爛分解，產(chǎn)生有機(jī)酸，產(chǎn)生酸性環(huán)境，引起水中SiO2的沉淀。

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO2

（3）水溫的變化：溫度增高，有利于SiO2在水中的溶解，反之則會(huì)導(dǎo)致SiO2的沉淀;（4）生物化學(xué)作用：硅是很多生命物質(zhì)的食物，水中SiO2由于細(xì)菌參與的生物化學(xué)作用，在生物圈往往會(huì)大量沉淀下來。如硅藻的作用。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO23、地下水中SiO2的含量

地下水中SiO2的平均含量為17mg/L，不同類型地下水中，SiO2的含量大致如下：

（1）微礦化硅酸、硅酸-重碳酸型潛水中的SiO2

SiO2含量一般為5-25mg/L。常占陰離子首位，形成硅酸型水，或硅酸-重碳酸型水。

（2）低礦化度潛水和淺層承壓水中的SiO2

SiO2含量為10-40mg/L，水型為HCO3-型水。

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO23、地下水中SiO2的含量

（3）弱礦化堿性硅質(zhì)熱水中的SiO2

SiO2含量一般大于40mg/L，以60-100mg/L者居多，硅酸在水中占礦化度的20-40%。廬山溫泉，水溫72℃，pH=8.5，SiO2=80mg/L。

（4）現(xiàn)代火山和巖漿活動(dòng)區(qū)硅質(zhì)熱水中的SiO2SiO2含量很高，常達(dá)幾百mg/L；西藏羊八井15區(qū)水溫85℃的水中，SiO2=247.6mg/L.

（5）某些pH＞9以上的強(qiáng)堿性礦泉水中的SiO2SiO2含量極高，常達(dá)幾千mg/L。例如美國(guó)加州體斯塔山礦泉水，pH=11.6，SiO2=3970mg/L.

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分四、硅酸―地下水中的SiO24、硅酸水與硅質(zhì)水

（1）在陰離子中，HSiO3-占陰離子首位（按mol%計(jì)算）的水叫硅酸水。（2）SiO2含量大于50mg/L的水，叫硅質(zhì)水。（3）硅酸泉：

HSiO3-含量大于50mg/L，可作飲料與浴療。（4）HSiO3-含量大于30mg/L，可稱為天然飲料礦泉水，HSiO3-在25-30mg/L，水溫為20℃以上或水同位素年齡大于1年亦可稱天然飲料礦泉水。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分五、氮的化合物1、地下水中的氮及存在形式

地下水中溶解的氮主要有NO3-、NO2-、NH4+及水中的氣態(tài)氮（N2O和N2）和有機(jī)氮。其中，NO3-是常量組分，其它是微量組分。（1）NO3-含量，從0-900mg/L，例如美國(guó)得克薩斯州的魯尼爾斯的NO3-

，平均含量56mg/L，最高930mg/L。（2）NH4+在某些情況下可能達(dá)到較高的濃度，例如油田水中的NH4+一般大于100mg/L;（3）NO2-一般小于0.1mg/L，有機(jī)氮小于1mg/L.

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分五、氮的化合物2、來源主要是人為來源，但有些地方為天然來源。人為來源很多，主要是化學(xué)肥料、農(nóng)家肥、生活污水及生活垃圾。地下水污染主要是NO3-污染。3、地下水中N的相互轉(zhuǎn)化

（1）有機(jī)N的礦化作用（銨化作用）

有機(jī)N轉(zhuǎn)化為無機(jī)形式的NH4+作用，這個(gè)作用是在異養(yǎng)型細(xì)菌作用下完成的，此過程在好氧和厭氧條件下都可發(fā)生。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分五、氮的化合物（2）硝化作用

在自養(yǎng)型亞硝化菌和硝化菌的作用下，NH4+被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的作用。反應(yīng)兩步：

pH降低

（3）去硝化作用

在缺氧條件下，異養(yǎng)型去氮（去硝化）菌把NO3-、NO2-

（還原）分解為氣態(tài)氮（N2O和N2

）的過程。

pH升高CompanyLogo3.1地下水中的大量組分五、氮的化合物3、地下水中N的相互轉(zhuǎn)化

（4）固N(yùn)作用（同化作用）

NO3-、NO2-、NH4+、N2O和N2通過微生物和植物吸收同化，轉(zhuǎn)化為有機(jī)N的作用。

（5）銨吸附作用

NH4+隨水向下運(yùn)動(dòng)過程中，可能被包氣帶巖土吸附在其表面，它屬于陽離子吸附（交換），是可逆的，這種作用並不產(chǎn)生N的轉(zhuǎn)化。

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分

4、污染標(biāo)志NH4+

、NO2-說明地下水近期受污染，而NO3-說明地下水很早以前受到污染或距離污染源較遠(yuǎn)。六、K+、Na+、Ca2+、Mg2+

這些離子是地下水中最常見的陽離子，請(qǐng)自學(xué)七、氫離子

1、H+與pH值關(guān)系

pH＝-log[H+]，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，當(dāng)中性若pH＜7，即，則為酸性，反之則為堿性。

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分七、氫離子

2、中性pH值與溫度關(guān)系

pH中性點(diǎn)，隨溫度的增高而降低。pH中＝7.47

0℃pH中＝7.00

25℃水溫15℃，pH＝7，水為中性嗎？pH中＝6.63

50℃pH中＝6.5160℃

3、影響水中H+濃度（pH值）大小的因素

（1）水中不同形式碳酸的含量（2）酸性土壤枯枝落葉層和沼澤中的腐殖酸，是天然水H+中的重要來源。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分七、氫離子

（3）鹽類水解：（4）硫化礦床氧化

（5）微生物作用硝化作用：

去硝化作用：

（6）酸性氣體CO2、HCl、SO2等氣體溶入水中

CompanyLogo3.1地下水中的大量組分七、氫離子4、地下水分組與pH值關(guān)系地下水pH值：0.45~11.5，大部分為6－8.5。

水組pH值成因強(qiáng)酸性水＜3與H2SO4有關(guān)，硫化礦床氧化帶酸性水3－5除可能與自由H2SO4有關(guān)外，弱酸性水5－6.5還可能與有機(jī)酸和H2CO3有關(guān)中性水6.5—7.5

弱堿性水7.5—8.5與含有關(guān)堿性水8.5—9.5與蘇打或有關(guān)強(qiáng)堿性水＞9.5一般在熱水中才遇到CompanyLogo3.1地下水中的大量組分八、鐵和鋁

1、在地下水中的含量

Fe2+：一般水中，含量小于幾十mg/L，在pH<4的酸性水中可達(dá)幾十至幾百mg/L。

Fe3+：以膠體存在，一般含量很小。Al3+

：在地下水中含量一般小于1mg/L，但在pH<4的酸性水中可達(dá)幾十mg/L。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分八、鐵和鋁2、Fe、Al的遷移性能(1)Fe是變價(jià)元素（Fe2+，F(xiàn)e3+）

①Fe2+在酸性環(huán)境中遷移能力強(qiáng)。

②

Fe3+遷移性能很弱，當(dāng)?shù)叵滤泻銐蜓鯐r(shí)，F(xiàn)e3+可以呈膠體狀態(tài)遷移，此時(shí)遷移性能增強(qiáng)。Fe(OH)3膠體：―正膠體―負(fù)膠體CompanyLogo3.1地下水中的大量組分八、鐵和鋁

2、Fe、Al的遷移性能

Fe(OH)3在地表十分穩(wěn)定，易形成紅褐色蜂窩狀的“鐵帽”。

③

Fe2+和Fe3+很容易水解，產(chǎn)生Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀;

④在一定的條件下，F(xiàn)e2+和Fe3+可相互轉(zhuǎn)化。CompanyLogo3.1地下水中的大量組分八、鐵和鋁2、Fe、Al的遷移性能

(2)Al（非變價(jià)元素）

遷移性能很差，其氫氧化物產(chǎn)生水解沉淀的pH水=3.1。在強(qiáng)酸性水中（pH＜4.0），以Al3+形式存在。在堿性水中，形成AlO2-和AlO33-。

思考題1、地下水溫度為5℃，pH=7。請(qǐng)問水是酸性還是堿性？CompanyLogo3.2地下水中的微量組分

溴（Br）

、碘（I）

、氟（F）三個(gè)微量組分的分布特征、影響遷移的因素及其與人體健康的關(guān)系。CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

概述

地下水中主要的氣體組分有：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、碳?xì)浠衔锛吧倭康亩栊詺怏w。一、氧（O2）1、氧的溶解度溶解于水中的氧稱為“溶解氧”，氧在水中溶解度較大，其溶解量與水的礦化度、埋藏條件、溫度、大氣壓力、空氣氧的分壓力有關(guān)。

礦化度升高，溶解量降低；埋藏深度增加，溶解量減少；溫度升高，溶解量降低；大氣壓升高，溶解量增加。

CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

2、含量分布特征（1）地下水中溶解的O2含量，一般在0-15mg/l；（2）地下水中的O2隨深度增加而減少；（3）缺氧環(huán)境各地深度不一，主要取決于地下水與大氣的隔離度。

3、氧的來源

（1）主要來源于大氣，O2占大氣21%，所以地下水中O2濃度主要取決于地下水與大氣的隔離程度；（2）水生植物光合作用釋放氧，光合作用把CO2轉(zhuǎn)變?yōu)镺2：（3）放射性作用使水或水中有機(jī)物質(zhì)分解而釋出氧。

CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

一、氧（O2）

4、氧的水文地球化學(xué)作用（1）O2決定地下水的氧化還原狀態(tài)，從而影響水中元素的遷移。如在含氧多的地下水中，F(xiàn)e形成高價(jià)化合物而從水中沉淀；反之，地下水中含O2少，形成低價(jià)態(tài)化合物而易于在水中遷移。（2）對(duì)金屬材料具有侵蝕作用。如自來水管的銹蝕。（3）影響水生動(dòng)植物的生存。

CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

二、氮（N2）

1、來源（1）主要來自大氣，N2占大氣的78%。（2）在封閉缺氧的地質(zhì)構(gòu)造，由于去硝化作用將NO3-和NO2-轉(zhuǎn)為N2。

2、分布特征

（1）由于N2的化學(xué)性質(zhì)不及氧活潑，它的分布隨深度的減少，不及O2明顯。（2）起源于大氣降水的地下水，若地下水中Ar/N2比值為0.0118，則表明水中N起源于大氣，若Ar/N2＜0.0118，則表明水中含生物起源或變質(zhì)起源的N。CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

三、硫化氫（H2S）

1、地下水中H2S的存在形式

天然水中，H2S能以溶解氣體及硫氫酸的離解形式存在：表3-2水中H2S衍生物的比例與pH值的關(guān)系

衍生物的存在形式pH45678910H2Smol％99.898.878.343.97.30.80.09HS-0.21.221.756.192.799.299.01CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

三、硫化氫（H2S）

2、分布特征

（1）一般地下水中含量很少，多在1mg/L以下。（2）在油田地下水及現(xiàn)代火山活動(dòng)區(qū)地下水中，H2S含量較高，可達(dá)幾百mg/L~幾十g/L，H2S的存在說明地下水處于還原環(huán)境。

3、來源

（1）有機(jī)物來源：含硫蛋白質(zhì)的分解，經(jīng)常出現(xiàn)在生物殘骸腐爛的地方。（2）無機(jī)來源：缺氧條件下，脫硫酸作用使硫酸鹽還原分解而產(chǎn)生H2S；火山噴發(fā)氣體的析出。4、與人體健康關(guān)系

H2S＞2mg/L以上的地下水，稱為H2S礦水，H2S礦水可治療多種外傷及皮膚病。CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

四、二氧化碳（CO2）

1、基本概念

（1）游離CO2

：溶解于水中的CO2統(tǒng)稱為游離CO2.（2）平衡CO2

：與HCO3-相平衡的CO2

，稱為平衡CO2

。（3）侵蝕性CO2

：當(dāng)水中“游離CO2”，大于“平衡CO2”時(shí)，多余部分的CO2對(duì)碳酸和金屬構(gòu)件等具有侵蝕性，這部分CO2

，即為“侵蝕性CO2”。2、來源

（1）空氣中的CO2

；（2）土壤中生物化學(xué)作用的CO2

，淺部地下水中CO2的主要來源；CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分

四、二氧化碳（CO2）

2、來源

（3）深部地殼中發(fā)生的各種變質(zhì)作用產(chǎn)生的CO2

；（4）幔源碳逸出的CO2

；（5）巖漿分異作用產(chǎn)生的CO2

。

3、分布特征

（1）一般地下水中游離CO2為15-40mg/L，很少超過150mg/L。（2）礦泉水中CO2含量很高，幾百mg/L至幾十g/L。如：江西尋烏溫泉CO2=1193mg/L。（3）現(xiàn)代火山活動(dòng)區(qū)，地下水中CO2=500-10000mg/L。CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分四、二氧化碳（CO2）4、碳酸水的利用

（1）天然飲料礦泉水：水中CO2大于250mg/L。（2）碳酸泉：水中CO2大于750mg/L。（3）碳酸飲料具有良好的醫(yī)療作用，增進(jìn)食欲，改善消化功能等。（4）醫(yī)療：治療高血壓、冠心病及外傷潰瘍、婦科病。CompanyLogo3.3地下水中的氣體組分五、甲烷（CH4）

CH4是最簡(jiǎn)單的有機(jī)物，它可由有機(jī)質(zhì)的各種生物化學(xué)作用產(chǎn)生。一般地下水中含量不高，只有在封閉的還原環(huán)境的地下水中達(dá)到較高含量。石油及鹵水中CH4含量很高：四川某鹵水開采區(qū)，井下4500m以下的地下鹵水中，10%為CH4氣體。當(dāng)?shù)叵滤杏辛蛩猁}時(shí)，甲烷能促使還原而產(chǎn)生H2S氣體，甲烷是強(qiáng)還原環(huán)境標(biāo)志之一。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)水樣分析中，除了測(cè)定單個(gè)組分的含量外，得還要測(cè)定一些綜合指標(biāo)，或者根據(jù)單項(xiàng)的水分析結(jié)果求得某些綜合指示的計(jì)算值。

一、第一組指標(biāo)

主要體現(xiàn)水的質(zhì)量：包括總?cè)芙夤腆w、含鹽量（度）、硬度等。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)

1、總?cè)芙夤腆w（TDS，Totaldissolvedsolid）

（1）定義：指水中各溶解組分的總量，它包括溶于水中的離子、分子及絡(luò)合物，但不包括懸浮物和溶解氣體。

（2)測(cè)定方法與單位：通常以105℃-110℃下，水蒸干后留下的干涸殘余物的重量來表示，其單位為mg/L或g/L，記為“TDS”。

（3)計(jì)算方法：溶解組分（溶解氣體除外）總和減去1/2的HCO-3，因?yàn)樗畼诱舾蛇^程中，約有一半（0.49）的HCO-3變成氣體跑掉：2HCO-3=CO2-3+H2O+CO2↑CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)一、第一組指標(biāo)（4）TDS的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的差別：除HCO-3外，硝酸、硼酸、有機(jī)酸等也可能損失一部分，同時(shí)，可能結(jié)晶水（石膏CaSO4?H2O）和部分吸附水留在干涸殘余物里。因此，TDS的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值存在微小差別。（5）礦化度與TDS關(guān)系：礦化度的術(shù)語，其含義與TDS相同，這是從前蘇聯(lián)引入的，在國(guó)際文獻(xiàn)中一般只用TDS，而沒有使用礦化度術(shù)語，目前我國(guó)也開始使用“TDS“代替礦化度。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)一、第一組指標(biāo)2、含鹽量與含鹽度

（1)含鹽量：指水中各溶解組分的總量，其單位以mg/L或g/L表示，這個(gè)指標(biāo)是計(jì)算值，它與TDS的差別在于無需減去1/2HCO-3。

（2)含鹽度：在海洋研究中，常用含鹽度代替含鹽量。指海水中所有溶解組分的重量占水重量的千分?jǐn)?shù)，以‰表示。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)一、第一組指標(biāo)

3、硬度

（1）定義：硬度是以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等堿土金屬離子的總和來量度，但是除Ca2+、Mg2+外，其它金屬離子在水中含量都很微少。因此，硬度一般以水中的Ca2+和Mg2+來量度。

（2）計(jì)算方法：Ca2+和Mg2+的毫克當(dāng)量總數(shù)乘以50，以CaCO3表示，其單位是mg/L。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)一、第一組指標(biāo)

3、硬度

（3）水中硬度不同的表示方法：在世界各國(guó)，水中硬度有不同的表示方法：1德國(guó)度=17.8mg/L(CaCO3)1法國(guó)度=10mg/L(CaCO3)1英國(guó)度=14.3mg/L(CaCO3)

過去我國(guó)一直沿用德國(guó)度表示水的硬度，目前已改用mg/L（CaCO3）作為硬度。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)一、第一組指標(biāo)

3、硬度

（4）碳酸鹽硬度和非碳酸鹽度

：硬度也稱總硬度，它是碳酸鹽硬度和非碳酸鹽度的總和。①碳酸鹽硬度（暫時(shí)硬度）：指Ca2+和Mg2+與CO32-和HCO－3結(jié)合的硬度，以CO32-和HCO-3毫克當(dāng)量數(shù)總和乘以50得到，如所得數(shù)值大于總硬度，其差值為負(fù)硬度。水煮沸時(shí)，與CO32-和HCO-3結(jié)合的那部分Ca2+和Mg2+，由于產(chǎn)生MgCO3和CaCO3沉淀而被除去，所以也叫暫時(shí)硬度。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)一、第一組指標(biāo)

3、硬度

②非碳酸鹽硬度（永久硬度）：總硬度與碳酸鹽硬度的差值（正值）為非碳酸鹽硬度。非碳酸鹽是指與Cl-、SO2-4和NO-3結(jié)合的Ca2+和Mg2+，水煮沸后不能除去，所以也叫永久硬度。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)二、第二組指標(biāo)

主要表征水體環(huán)境狀態(tài)：包括化學(xué)需氧量、生化需氧量、總有機(jī)碳及氧化還原電位。

1、化學(xué)需氧量（COD，ChemicalOxygenDemand）

（1）定義：用化學(xué)氧化劑氧化水中能被氧化的有機(jī)污染物時(shí)所需的氧量。COD越高，表示有機(jī)污染物質(zhì)越多，是反映水體中有機(jī)污染程度的綜合指標(biāo)之一。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)二、第二組指標(biāo)

1、化學(xué)需氧量（COD，ChemicalOxygenDemand）

（2）測(cè)定方法與單位：目前常用KMnO4、KCr2O7和KIO3三種氧化劑測(cè)定水中COD的，以mg/L表示。由于這三種氧化劑能力不同，所以其測(cè)定結(jié)果不同。為了區(qū)分分析結(jié)果，使用COD值時(shí)，應(yīng)注明分析方法。KMnO4法標(biāo)注為：CODMn而KCr2O7法標(biāo)注為：CODcr。顯然CODMn<CODcr。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)二、第二組指標(biāo)

2、生物化學(xué)需氧量（BOD，BiochemicalOxygenDemand）

（1）定義：指用微生物降解水中需氧有機(jī)污染物所消耗的氧量。BOD越高，表示水中需氧有機(jī)污染物質(zhì)越多，是反映水體中有機(jī)污染程度的綜合指標(biāo)之一。

（2）測(cè)定方法與單位：由于微生物降解有機(jī)污染物的速度和程度與溫度和時(shí)間有關(guān)。為了使測(cè)定結(jié)果有可比性，通常采用25℃條件下，培養(yǎng)5天所測(cè)得的BOD，記為BOD5，以mg/L表示。由于BOD5不是降解水中全部有機(jī)污染物的耗氧量，所以BOD5通常小于COD。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)二、第二組指標(biāo)

3、總有機(jī)碳（TOC，TotalOrganicCarbon）

（1)定義：指水中各種形式有機(jī)碳的總量，是評(píng)價(jià)水體有機(jī)污染物的一個(gè)綜合指標(biāo)。

（2)測(cè)定方法與單位：可以通過測(cè)定高溫燃燒所產(chǎn)生的CO2測(cè)定TOC，也可以使用儀器迅速測(cè)定TOC，以mg/L表示。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)二、第二組指標(biāo)

4、氧化還原電位（Eh）

表征水環(huán)境氧化還原狀態(tài)的指標(biāo)，一般以符號(hào)“Eh”代表，其單位為V或mV。

Eh值為正值，說明水環(huán)境處于比較氧化狀態(tài)；Eh值為負(fù)值，說明水環(huán)境處于比較還原的狀態(tài)。水環(huán)境體系的Eh值，取決于系統(tǒng)內(nèi)部氧化還原對(duì)的性質(zhì)，氧化態(tài)和還原態(tài)組分的濃度、參加反應(yīng)的電子數(shù)、溫度及酸堿度。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)三、第三組指標(biāo)

主要表征水環(huán)境的酸堿平衡特征：包括堿度和酸度。

1、堿度

（1）定義：是表征水中和酸能力的指標(biāo)，堿度主要取決于水中HCO-3和CO32-的含量，當(dāng)然水中的硼酸、磷酸、硅酸及OH-也具有中和酸的能力，它們也決定堿度的大小，但含量甚微。因此，一般地下水的堿度決定于水中HCO-3和CO32-含量。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)三、第三組指標(biāo)

（2）測(cè)定方法與單位：

它可直接測(cè)定，也可通過計(jì)算求得，計(jì)算方法是HCO-3和CO32-毫克當(dāng)量數(shù)的總和乘以50，以CaCO3表示，其單位是mg/L，也稱碳酸鹽堿度。（計(jì)算法與碳酸鹽硬度一致）。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)三、第三組指標(biāo)

2、酸度

（1）定義：是表征水中和強(qiáng)堿能力的指標(biāo)。（2）組成水中酸度的物質(zhì)：

①?gòu)?qiáng)酸：HCl、HNO3和H2SO4等。

②弱酸：CO2、H2CO3、H2S及各種有機(jī)酸等。

③強(qiáng)酸弱堿鹽：FeCl3、Al2(SO4)3等。水中這些物質(zhì)對(duì)強(qiáng)堿的總中和能力稱為總酸度。

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3、總酸度與pH值的區(qū)別和聯(lián)系

pH值僅表示呈離子狀態(tài)的H+數(shù)量，而總酸度則表示中和過程中可以與強(qiáng)堿反應(yīng)的全部H+數(shù)量，包括原已電離的和將會(huì)電離的兩部分。已電離的H+數(shù)量稱為離子酸度，它與pH值是一致的。酸度以CaCO3表示mg/L。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)三、第三組指標(biāo)

3、總酸度與pH值的區(qū)別和聯(lián)系

強(qiáng)酸在水中全部電離，故其酸度即離子酸度：HCl+H2O=H3O++Cl-0離子酸度總酸度弱酸在水中只有部分電離，強(qiáng)酸弱堿鹽在水中發(fā)生部分水解，它們大部分在電離和水解前仍是分子狀態(tài)。只有在后來的電離和水解過程中才陸續(xù)放出H+。由此所釋放的H+濃度稱為分子酸度或潛在酸度。CompanyLogo3.4天然水化學(xué)成分的綜合指標(biāo)三、第三組指標(biāo)

3、總酸度與pH值的區(qū)別和聯(lián)系

由弱酸和強(qiáng)酸弱堿鹽所形成的酸度包括兩部分組成：離子酸度＋潛在酸度。

FeCl3+3H2O≒3H++3Cl-+Fe（OH）3

潛在酸度離子酸度H2CO3+2H2O≒2H3O++CO32-

潛在酸度離子酸度總酸度CompanyLogo3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查1、陰陽離子平衡的檢查（電中性檢查）

水溶液的一個(gè)基本平衡條件是電中性條件，即溶液中的正離子電荷總數(shù)等于負(fù)離子電荷總數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式：∑Zc?Mc=∑Za?Ma式中，Mc和Ma分別為陽離子和陰離子的摩爾濃度，Zc和Za分別為陽離子和陰離子的電荷數(shù)，此式稱為電中性方程。CompanyLogo3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查1、陰陽離子平衡的檢查（電中性檢查）水溶液的電中性方程在實(shí)際應(yīng)用中是以其常量組分的電中性形式表示：(Na+)+(K+)+2(Ca2+)+2(Mg2+)=(Cl-)+(HCO3-)+2(CO32-)+2(SO42-）式中，數(shù)字為離子的電荷數(shù)，括弧內(nèi)為離子的摩爾濃度。除常量組分外，還有微量分，上式只是近似方程。

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一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查應(yīng)用電中性方程檢查水分析結(jié)果誤差：E=×100%式中，E-電荷平衡誤差。若K和Na為實(shí)際測(cè)值，E<5%，測(cè)分析結(jié)果可靠；反之，則不可靠。若K和Na為計(jì)算值，E=0%,測(cè)分析結(jié)果可靠，反之，則不可靠。CompanyLogo3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查2、分析結(jié)果中一些計(jì)算值的檢查

①總?cè)芙夤腆w（TDS)：如果TDS是計(jì)算值，應(yīng)檢查其數(shù)值是否減去1/2HCO3-，這是最常見的錯(cuò)誤，因?yàn)樵S多分析人員往往不知道這樣做。②Na++K+值：在簡(jiǎn)分析中，Na++K+值是計(jì)算值，其計(jì)算方法是（Na++K+）毫克當(dāng)量數(shù)總和×25=[(陰離子)毫克當(dāng)量數(shù)總和－(Ca2++Mg2+)毫克當(dāng)量數(shù)總和]×25。

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一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查2、分析結(jié)果中一些計(jì)算值的檢查

③總硬度：總硬度也是計(jì)算值，其數(shù)值應(yīng)按下列方法檢查，（Ca2++Mg2+）毫克當(dāng)量數(shù)總和×50=總硬度（CaCO3）mg/L。④TDS實(shí)測(cè)值與TDS計(jì)算值之差：如果分析結(jié)果中有實(shí)測(cè)TDS值，應(yīng)求得TDS的計(jì)算值。以檢查TDS實(shí)測(cè)值的可靠性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，兩者的差值應(yīng)符合下述要求：若TDS<100mg/L，相對(duì)誤差<±10%若100<TDS<1000mg/L，相對(duì)誤差<±7%若TDS>1000mg/L，相對(duì)誤差<±5%

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一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查3.碳酸平衡檢查

根據(jù)前面所述的碳酸平衡理論，當(dāng)pH<8.34時(shí)，分析結(jié)果中不應(yīng)出現(xiàn)CO32-，因?yàn)檫@樣的pH值條件下，常規(guī)方法不能檢出微量的CO32-；同理，當(dāng)pH>8.34時(shí)，水分析結(jié)果中不應(yīng)出現(xiàn)H2CO3。如果上述分析結(jié)果中不符合上述情況，說明pH或CO32－和H2CO3的測(cè)定有問題。CompanyLogo3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查4．其它檢查方法

①在一般的地下水中，Na＋總是大于K＋，如果出現(xiàn)反常的情況，分析結(jié)果值得懷疑。②地下水中Na＋或Na＋＋K＋一般都不會(huì)出現(xiàn)零值，如果出現(xiàn)此情況，可以認(rèn)為是分析的錯(cuò)誤。CompanyLogo3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查作業(yè)1

1、A和B兩個(gè)水樣實(shí)測(cè)值如下：求Na++K+、TDS、總硬度、暫時(shí)硬度。組分Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-NO3-A（mg/l）706518813102044B（mg/l）51098372120CompanyLogo3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

作業(yè)1

2、請(qǐng)判別下列分析結(jié)果的可靠性，并說明原因。組分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-pHA（mg/l）5066018719618366．5B（mg/l）10207013364821448．8CompanyLogo3.5地下水化學(xué)成分的數(shù)據(jù)處理

二、比例系數(shù)分析方法的應(yīng)用在水的化學(xué)成分中，各種組分之間的含量比例系數(shù)常被用來研究某些水文地球