不同储存容器、保存时间和软件计算方法对水体二氧化碳分压测算值的影响研究

本文探讨了使用不同储存容器(玻璃溶解氧瓶和高密度聚乙烯(HDPE)瓶)、保存时间及计算软件(CO_(2)SYS和PHREEQC)对水体二氧化碳分压p(CO_(2))和通量F(CO_(2))测算值的影响。结果表明:溶解氧瓶和HDPE瓶,两者差异不显著(p>0.05)。样品只要经过0.45μm微孔滤膜过滤、冷藏(4℃)并在24 h内进行测定,保存时间对结果影响不显著(p>0.05)。CO_(2)SYS的p(CO_(2))计算值约为PHREEQC的30%左右,差异显著(p<0.05)。可能原因是PHREEQC有考虑岩溶作用,而CO_(2)SYS没有。但在研究水质参数(COD、总氮、硝酸盐氮、氨氮、总磷、叶绿素、溶解氧(DO)和碳酸盐矿物饱和指数等)与水体p(CO_(2))和F(CO_(2))的关系和影响时,两个软件得出的规律是一致的。

基于PHREEQC数值模拟软件的方解石热力学溶蚀机理及控制因素

方解石溶蚀机理及其控制因素讨论是岩溶"碳汇"作用的基础,也是重要的理论依据,对其研究必不可少。通过理论分析和数值模拟结果得出如下结论:影响方解石热力学溶蚀速率的主要因素是温度、离子浓度和二氧化碳分压。温度升高,离子浓度增大,二氧化碳分压增大,方解石的溶解量和溶蚀速率随之增大。

冻融及耦合酸化作用下土壤中重金属的浸出性及其机制解析

冻融与不同pH溶液的耦合作用下土壤中重金属浸出行为尚缺乏研究。本研究采用TCLP测试评估了冻融及耦合酸化处理前后土壤中重金属的浸出毒性,并采用孔隙(颗粒)与裂隙图像识别与分析系统(PCAS)和地球化学模拟软件(PHREEQC)分别探究土壤矿物颗粒的微观结构和矿物学演化特征。结果表明,经过30次冻融循环后,As、Cd、Cu、Mn、Pb和Zn的最大浸出浓度分别为0.22 mg/L、0.61 mg/L、2.46 mg/L、3.08 mg/L、29.36 mg/L和8.07 mg/L。在冻融和酸化的耦合作用下,土壤颗粒的孔隙度增加了4.79%。孔隙和裂缝的演化所引起的颗粒结构破坏证实了这一结果。在冻融作用下,土壤颗粒的各向异性增加,而在冻融与酸化的耦合作用下,土壤颗粒的各向异性降低。SEM-EDS、PCAS量化和PHREEQC模拟的结果表明,重金属的释放机制不仅与矿物颗粒的微观结构演化特征有关,还受质子腐蚀以及矿物的溶解和沉淀的影响。这些结果将为季节性冻土地区污染场地土壤修复评价提供重要参考。

水动力条件下藻类动态模拟

藻类动态变化是其内部生理特征和外部驱动因素综合作用的结果.除了藻类自身生理因素及光、温度、营养盐等因素,水动力作用使底泥发生再悬浮所造成的营养盐的内源释放对藻类的影响也非常重要.1999年5月8日～6月24日在太湖湖泊生态系统研究站大型生态实验槽中进行了模拟水动力条件下的太湖藻类动态实验,并应用国外先进的PHREEQC软件从生物化学和生态动力学角度建立了藻类生态动力学模型.模型不仅考虑了氮循环及磷循环,还考虑了水动力条件引起的内源释放问题,根据2003年4月26～4月30日在河海大学环形水槽所做的底泥释放实验结果建立了水流和各形态氮磷营养盐释放的定量化关系.由于目前太湖的野外监测资料存在较明显的时空不一致性,模型参数率定的精度受到了较大影响.从室内模拟实验出发,通过对生态槽实验结果的模拟,确定和验证了模型的各参数值,计算结果显示模拟值能较好地拟合实验测量值,表明所建藻类生态动力学模型能较好地描述藻类及各种营养盐的动态变化,这对揭示藻类'水华'暴发机理有一定的意义.

伊犁盆地蒙其古尔铀矿床水文地球化学模拟研究

水成铀矿床的形成受控于水文地球化学环境的变化,水-岩体系的pH、Eh值和水化学成分的改变是铀富集成矿的关键因素。笔者根据地质、水文及水化学分析资料,应用PHREEQC软件对伊犁盆地蒙其古尔铀矿床三工河组地下水系统中发生的水文地球化学过程进行模拟,以期确定:1)层间水在径流过程中与含水层发生的化学反应;2)水-岩化学反应发生的条件及进行的程度;3)体系中铀的水文地球化学行为及其成矿的有利条件。

煤矸石内各矿物组分溶解-释放规律的数值模拟研究

为了更好防治煤矸石山对环境危害,研究了不同温度和CO2分压条件下煤矸石内各矿物的溶解-释放规律。应用美国地质调查所开发的水化学模拟软件PHREEQC对在不同温度和CO2分压条件下煤矸石内各矿物的溶解度进行了水化学模拟。研究结果显示,煤矸石内所有矿物溶解度都随着温度的上升而增大,然而随着溶液中CO2分压的不断增大这种趋势逐渐转变为随着温度的上升溶解度逐渐减小;煤矸石内所有矿物(石英除外)溶解度随着CO2分压的增大而增大。碳酸盐(方解石)的溶解度随着CO2分压升高呈现非线性迅速增大的趋势,其它盐类的溶解度随着CO2分压的升高增大的速率较为缓慢。在煤矸石山内部,某处煤矸石淋溶液内CO2分压越高,其化学组分浸出量也就越大;在矸石山透气性良好时,温度越高煤矸石化学成分的浸出量越大。

某盐湖水中铀的形态分布研究

将盐湖水中主要阴、阳离子的浓度输入PHREEQC形态模拟计算软件,通过pH值、温度、离子强度等因素改变对铀形态的影响计算得出：铀离子与碳酸根离子结合的络合物是盐湖水中铀的主要存在形态,并会随着溶液pH值的变化而改变。盐湖水的pH值在8-10之间变化时,UO2（CO3）4-3为铀酰离子在盐湖水中的主要存在形态。

温度及硫酸盐溶液对长石溶解度影响的数值模拟

为了研究温度及硫酸盐溶液对长石溶解度影响,应用由美国地调所(USGS)开发的PHREEQC软件,对无CO2分压(CO2分压为0 MPa)和开放状态(CO2分压为10-4.5 MPa)下钠长石、钾长石和钙长石在不同温度、不同浓度的MgSO4溶液和Na2SO4溶液中达到溶解平衡时的溶解度进行数值模拟,结果表明:钠长石、钾长石、钙长石在纯水中的溶解度随着温度的升高均出现增大的趋势;在25℃且无CO2分压情况下,3种长石的溶解度均出现随着Na2SO4、MgSO4溶液浓度的增加而降低的情况;在不同CO2分压情况下,在相同浓度的硫酸盐溶液中长石的溶解度随着温度的升高而增大;Na2SO4溶液对钾长石和钙长石的侵蚀作用要比对钠长石的侵蚀严重;温度对长石溶解度的影响大于硫酸盐溶液对长石溶解度的影响。

硫酸根离子对方解石和白云石溶解度的影响

在无CO2和有Pco2条件下,利用目前成熟的水文地球化学模拟软件——PHREEQC,分别对方解石、白云石在Na2SO4、CaSO4和MgSO4溶液中的溶解度进行了模拟计算。结果显示:溶液中SO24-的存在对方解石、白云石溶解度的提高作用很大。如在Pco2=0、浓度为1 200 mmol/L的Na2SO4溶液中,方解石和白云石溶解度分别为纯水中溶解度的9.544和9.897倍。其作用机理是:在无同离子效应时,SO24-等所产生的盐效应和SO24-与各种阳离子形成的离子对起重要作用;而有同离子效应时,将发生白云石化或去白云石化反应,从而促使不全等溶解继续发生。与此同时,即使存在同离子效应的条件下,特别是在较高浓度条件下,盐效应的作用也是不容忽视的。

盐酸盐溶液中温度对方解石和白云石溶解度的影响

为了更好的防止岩溶灾害的发生,研究了不同温度条件下盐酸盐溶液对石灰岩和白云岩侵蚀规律。应用美国地质调查所开发的水化学模拟软件Phreeqc对在不同CO2分压下,不同浓度的NaCl和MgCl2溶液中的方解石和白云石的溶解度和温度的关系进行了水化学模拟并进行了实验验证。研究结果显示,在NaCl溶液中,方解石和白云石溶解度均大于在纯水中的溶解度;方解石在MgCl2溶液中的溶解度大于在同条件下NaCl溶液中的溶解度;无CO2分压的情况下,在同浓度的盐溶液中,方解石和白云石的溶解度随着温度的升高迅速升高;在pco2=10-4.5MPa时,方解石和白云石溶解度随着温度的升高而降低,然而始终大于在无CO2分压时的溶解度。在岩溶塌陷区,在与大气联系非常小的地下水系统中,温度的升高能够增强对岩体的侵蚀,从而使塌陷的危险增大;在与大气联系非常紧密的地下水系统中,温度降低(大于0℃)能够增强对岩体的侵蚀,从而使塌陷的危险增大。

硫酸盐溶液中温度对方解石和白云石溶解度的影响

为了研究温度对硫酸盐溶液侵蚀石灰岩和白云岩的影响,应用美国联邦地质调查局开发的水化学模拟软件PHREEQC对在不同CO2分压下,不同浓度的Na2SO4和MgSO4溶液中的方解石和白云石的溶解度和温度的关系进行了化学模拟.模拟结果表明:在无CO2分压的情况下,在同浓度的盐溶液中,方解石和白云石的溶解度随着温度的升高迅速升高;在CO2分压为10-4.5MPa时,方解石和白云石的溶解度随着温度的升高而逐渐降低,然而始终大于在无CO2分压时的溶解度;在Na2SO4溶液中,方解石和白云石溶解度均大于在纯水中的溶解度;方解石在MgSO4溶液中的溶解度大于在同条件下Na2SO4溶液中的溶解度.在无CO2影响时,溶液内含有的SO24-浓度大小对石灰岩和白云岩侵蚀能力的影响,不随温度的改变而改变;温度的升高可以增强盐效应;在CO2分压为10-4.5MPa时,等温条件下能产生盐效应最强的浓度的溶液对石灰岩和白云岩的侵蚀能力最强.

三门峡盆地地下水化学成分演化机理与模拟

采用水文地质学、水文地球化学、环境地质学、数学等综合研究方法,以环境演化观点为指导,利用PHREEQC软件研究了三门峡盆地地下水中Fe离子升高的机理,并进行了水文地球化学模拟。结果表明:(1)人工开采地下水导致盆地地下水动力场发生了显著变化,地下水水位降落漏斗的面积变化导致了地下水流场的变化;(2)盆地沉积过程中沉积了大量的富含Fe元素的矿物,近年来在人类活动影响下,地下水水位下降、环境变化导致含Fe元素的矿物析出,使得地下水中Fe离子含量升高;(3)CO2和O2进入含水层以及地下水p H值降低是促使含Fe元素的矿物析出的主要原因。

溶液温度及CO_2含量对长石溶解度的影响

为了研究温度对地下水溶液侵蚀长石的影响,应用地下水化学模拟软件Phreeqc对在不同CO2分压下,钙长石、钾长石、钠长石同时存在于溶液中和分别存在于溶液中的溶解度和温度的关系进行了水化学模拟。模拟结果表明:在3种长石同时存在于溶液中时,钙长石、钾长石的溶解度远小于单独存在时的溶解度,并且钠长石的溶解度远大于钙长石和钾长石的溶解度,钠长石的溶解度随着温度的升高而增大,钾长石的溶解度随温度的升高而增大的速率较为缓慢,钙长石的溶解度随着温度的升高迅速下降;在3种长石分别存在于溶液中时,3种长石的溶解度均随着温度的升高而增大。在3种长石分别存在于地下水溶液中时,地下水溶液的温度及CO2的含量越高对3种长石的侵蚀能力就越强;在3种长石同时存在于地下水溶液中时,温度的升高会降低地下水溶液对钾长石、钙长石的侵蚀能力,但依然会增强对钠长石的侵蚀能力。

U(Ⅵ)在处置场地质环境中迁移规律的模拟研究

以西南某极低放射性废物处置场土壤为研究对象,采用静态吸附和动态吸附实验获取处置场地质特征参数,结合PHREEQC软件和地下水数值模拟系统(GMS)预测U(Ⅵ)在处置场环境中的化学种态和迁移规律。结果表明:U(Ⅵ)在处置场土壤中的吸附平衡时间为20 d,吸附分配系数为358 m L/g;U(Ⅵ)在处置场地下水环境中主要以UO_2(CO_3)_2^(2-)和UO_2(CO_3)_3^(4-)形式存在;处置场关闭后安全运行30 a,处置场中心U(Ⅵ)质量浓度下降4.20%,外围50 m与下游河流边界处U(Ⅵ)质量浓度分别为初始给定值的3.40%和1.32%;在12 a时有0.10%的U(Ⅵ)到达河边。

地下水回补引发含水层氟释放次生风险的模拟研究

地下水回补过程中,含水层沉积物中部分微量组分(As、F等)可能因为环境条件改变释放进入地下水中造成次生污染.为探究回补入渗后含水层F-释放的次生风险,依托潮白河南水北调回补区及我国北方8个具有高F地下水的典型区域,应用PHREEQC软件模拟回补入渗对含水层萤石矿物溶解平衡及地下水F-浓度的影响.研究含水层沉积物典型矿物组分、回补水源与地下水水质差异对F-释放次生风险的控制作用.结果表明:①由于回补水源水质、地下水水质及含水层矿物差异,回补后不同地区地下水中F-浓度的呈现趋势有显著差异,部分地区由于地下水水质差异大,F-浓度存在上升及下降两种趋势.②地下水Ca^2+浓度相对较低的区域回补后F-浓度呈下降趋势,增大回补量有利于降低F-释放风险,而对于Ca^2+浓度高、甚至萤石饱和的区域,增大回补量会增加F-释放风险.③地下水中F-浓度同时受到萤石及其他含钙矿物的控制,当含水层存在萤石矿物且其他含钙矿物较少时,回补后F-释放的风险增大.因此在具有F背景的区域,对地下水Ca^2+浓度较高的含水层或除萤石外含钙矿物含量有限的含水层进行回补时,可能导致地下水F-浓度升高引发回补次生风险.对于回补水源、地下水与含水层矿物组分相互作用的深入研究是保证地下水安全回补的关键,回补后F-释放反应动力学的进一步研究将加深F-释放次生环境风险的认识.

塔里木盆地塔北隆起寒武系地层水化学特征、成因及矿物溶解-沉淀模拟

通过对塔里木盆地塔北隆起英买-牙哈地区14口井以及轮探1井寒武系地层水的化学成分和离子比例系数的分析,以及水文地球化学模拟,明确了研究区塔北隆起寒武系地层水化学特征和成因与演化。结果表明:塔北隆起寒武系地层水是以Na^(+)+K^(+)和Cl^(-)为主的高矿化度CaCl_(2)型地层水。地层水中Na^(+)+K^(+)和Cl^(-)浓度与矿化度的相关性好,Na^(+)+K^(+),Ca^(2+),Mg^(2+),Cl^(-)和SO^(2-)_(4)浓度随埋深的增加呈先减小后增大的趋势,与矿化度随埋深的变化趋势一致,由此将地层水划分为越流泄水浓缩带和深部渗滤浓缩带。钠氯系数为0.39~0.55,平均值为0.51;脱硫酸系数为0.07~1.91,平均值为0.35。Phreeqc软件模拟矿物饱和指数得出:白云石的饱和指数为-3.43~1.95,平均值为-0.10,50.91%的白云石沉淀;石膏的饱和指数为-1.77~0.12,平均值为-0.80,94.64%的石膏溶解;方解石的饱和指数为-0.88~1.62,平均值为0.55,18.18%的方解石溶解。研究区塔北隆起方解石的白云石化和石膏溶解导致现今地层水中Ca^(2+)富集,Mg^(2+)亏损。塔北隆起寒武系地层水变质程度小,是由海水经历蒸发浓缩、离子吸附和水-岩相互作用演变形成的。

温度及CO_2对方解石溶解速率影响特征分析

为了研究地下热水对方解石的侵蚀作用,应用美国联邦地质调查局开发的水化学模拟软件Phreeqc对在不同CO2分压下,不同温度、不同时间段溶液中的方解石的溶解速率进行了水化学模拟。结果表明:在开放状态下,CO2分压为10-4.5MPa时,方解石的溶解溶解速率随着时间的推移逐渐减小;方解石的溶解速率随温度的升高而上升。流动速度较大的地下热水CO2分压越大,温度越高对方解石的侵蚀能力越大。

河套平原五原地区地下水Fe-As-H_2O体系中砷的吸附释放趋势

通过在河套平原五原地区建立典型剖面,对从剖面上采集的水样进行测试分析,结合地质环境特征,得出五原剖面上各地质、地貌单元条件下砷在浅层地下水的赋存形态。应用美国地质调查局专业水文地球化学软件Phreeqc进行水文地球化学模拟,对五原地区地下水Fe-As-H2O体系中砷的吸附释放趋势进行讨论,得出五原剖面上扇前洼地砷酸盐主要表现为从羟基铁上解离释放出来;而黄河冲湖积平原地下水中As主要表现为在水中解离。黄河冲湖积平原地下水中Fe(OH)3对砷释放的抑制力远远高于扇前洼地。

甘肃北山地下水中Pu的形态分布及影响因素

利用日本原子力学研究所于2010年9月提供的热力学数据库,运用水文地球化学软件Phreeqc,模拟研究了甘肃北山地下水中Pu的存在形态。其结果表明:Pu在甘肃北山地下水中主要以Pu(OH)4形态为主,Pu(OH)+3占少量;pH和pE对Pu的形态分布有较大的影响。

基于水动力学的中小水库藻类生长模型及蓝藻暴发的模拟

应用PHREEQC软件建立了基于水动力学作用的温岭市太湖水库藻类生长模型。选用2007年度温岭市太湖水库总磷、总氮、水温、叶绿素a的实测值,采用三次样条插值的方法估计出每一天的总磷、总氮、水温、叶绿素a的数值,对模型参数进行了率定和验证。将建立的模型应用于2009年温岭市桐岭水库水华暴发的模拟预测中,结果表明本文所建立的模型进行模拟运算精度较高,可以应用于中小型水库水华暴发的模拟预测方面。