Grundvandskemi Geokemi i vand ved lavt tryk og lav temperatur

Transkript

1 G01 1 Grundvandskemi Geokemi i vand ved lavt tryk og lav temperatur Søren Munch Kristiansen [email protected]

2 Geokemi i vand ved lavt tryk og lav temperatur G01 2

3 G01 3

4 Undervisningsplan G01 4 Forelæsning 1 Forelæsning 2 Forelæsning 3 Forelæsning 4 Forelæsning 5 Introduktion Terminologi Kemisk aktivitet Kemisk ligevægt Syre base reaktioner Redox kemi Vandbehandling Grundvandskem iske processer Grundvandskemiske processer Foredrag fra ingeniørfirma Gruppearbejde Afleveringsopgave 1 Afleveringsopgave 2 Afleveringsopgave 3 Opgave til gruppearbejdet Pensum: Domenico, P. A. and F. W. Schwartz (1997). Physical and Chemical Hydrogeology. New York, John Wiley and Sons. Side , , , , Forelæsningsnoter og opgaver. Ramsay, L. (DRAFT). Chapter 4: Groundwater Chemistry, side 1 2, 14 22, 27 40: Forelæsningsnoter og opgaver Anden litteratur: Chapter 4: Groundwater Chemistry af L. Ramsay (DRAFT) side 3 13, 23 26

5 G minutter samlet Del 2: Nye grupper sammensat af en fra hver af grupperne A, B, C og D Opgaverne fra grupperne A, B, C og D formidles til de andre i gruppen Vurdér / bedøm besvarelsen ved hjælp af de udleverede retteark Vurdér / bedøm også det udleverede retteark

6 G01 6

7 G01 7 Grundvandskemi 1: introduktion, terminologi og kemisk aktivitet Introduktion Terminologi Kemisk aktivitet

8 G01 8

9 G01 9

10 G01 10

11 G01 11

12 G01 12

13 G01 13

14 Geologiske hovedtyper i Danmark G01 14 DK model Sjælland (N S profil) Zoneringsvejledning, Miljøstyrelsen, 2000

15 Tværsnit igennem land G01 15

16 G01 16 Regnvand ilt kuldioxid andre kemiske stoffer fra atmosfæren Grundvandets kemiske sammensætning påvirkes under dets vej fra regnvand til grundvand. Grundvand kemien typisk meget anderledes end regnvand vand kan ex være hårdt eller blødt det kan have høj til neutral ph eller lav ph det kan være forurenet (giftstoffer eller med fx nitrat fra gødning) det kan have et højt organisk indhold

17 Vandet og den faste fase G01 17 Regnvand (atmosfærekemien) Mindre koncentration af opløste salt CO 2 Fast fase processer (mineraler m.v.) Organisk materiale nedbrydning Kalk Jernhydroxider/oxider Gips Temperatur og ph Kalk Modificeret efter Langmuir, D. (1997). Aqueous Environmental Geochemistry. Upper Sadle River, Prentice Hall.

18 GEUS, 2009 G01 18

19 Grundvandsboring G04 19

20 G01 20

21 G01 21

22 Mol anvendes i forbindelse med koncentration, som måles i mol pr. liter (molaritet) eller mol pr. kilogram opløsningsmiddel (molalitet) samt molarmasse, der måles i gram pr. mol. I normalt, ikke saltvandspåvirket grundvand regner vi med molaritet. G01 22

23 Nu: regn OPGAVE med omregninger F1, spm. 1 2 (Husk, at sulfat er det negativ ladet!)

24 Vand og dets fysiske egenskaber G01 24 H 2 O er et polært opløsningsmiddel 4 vandmolekyler danner en 3D terahedral struktur med 4 sider og et 12 sidet indre hulrum. Dette hulrum udgør 62 % af det totale volumen ved 25ºC. Hulrummet mellem molekylderne bliver større ved stigende temperatur pga. termisk vibration Når et salt tilsættes vand, opløses det ved at besætte noget af dette hulrum

25 G01 25 Ladningsbalance % 100 NB. I D&S side 250 regnes ladningsbalancen som kation / anion, dvs. en mere følsom tilgang, MEN dette er ikke uafhængigt af koncentrationer så vand med få ioner giver lettere fejl end vand med mange opløste ioner hvilket er uhensigtsmæssig. Nu: regn OPGAVE med Ladningsbalance (CAB), opgave F1, spm. 3

26 Hvorfor er koncentration ikke nok? G01 26 Ion bevægelser (tiltrækning/frastødning) + Elektrisk asymmetri +

27 G01 27 Tilsyneladende koncentration = aktivitets koeffiecent aktuel koncentration Ion Aktivitets produkt {IAP i } = aktivitetskoeffiecent ( A,i ) aktuel koncentration [A i ] I = ½ x (M i x z i2 ) [enhed mol/l] Nu: regn OPGAVE med ionstyrke, opgave F1, spm. 4

28 G01 28

29 G01 29 Ion Aktivitets Koefficient {IAP} = aktivitetskoeffiecent A aktuel koncentration [A] A I Nu: regn OPGAVE med aktivitet, opgave F1, spm. 5 6

30 Vands kemi: opsummering G01 30 Opløsning af mineraler (syre base) Udfældning af mineraler Oxidation og reduktion af mineraler og opløste stoffer Ioner (inkl. speciering) Kompleksbinding adsorption og desorption Kinetik Libes, 2009