水化学成分组成.ppt

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1、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

2、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=6～9)占优势的是H4SiO4。在碱

3、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.

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

5、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、

6、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

7、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

8、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。