Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Давление насыщения (или упругость) газа —это энергия (давление), которая удерживает газ в водорастворенном состоянии. В СИ выражается в мегапаскалях**.
Коэффициент растворимости газа (или бупзегювский коэффициент)— это количество газа, приведенного к O0C и нормальному давлению, насыщающего единицу объема жидкости при тех же условиях, но пересчитанное к давлению газа над жидкостью, равному 0,1 МПа. Практически для насыщения жидкости потребуется во столько раз больше объемов газа, во сколько раз давление больше атмосферного.
Коэффициент насыщения подземных вод газами представляет собой отношение давления газа к гидростатическому давлению воды (рг/Рв). При давлении газа более гидростатического давления (рг/рв>1) газ выделяется в свободную фазу.
Растворимость газов в подземных водах. По закону Генри весовое количество газа, растворенного в данном объеме жидкости, прямо пропорционально давлению газа (или парциальному давлению в смеси газов). В соответствии с этим законом давление насыщения газа, в данном объеме жидкости, прямо-пропорционально объему растворенного газа: Pr—%V (где % — бунзеновский коэффициент).
* Как газообразные в условиях земной коры существуют только в вулканических эксгаляциях. ** 1 атм=0,1 МПа.
2$
Таблица 1.3. Растворимость газов в воде (по Ф.Ф. Лаптеву, И. Ю. Соколову)
Температура, 'С
Га» • IO 20 39 •
? 49 50 Азот N2 I
23,5 18,6 15,5 13,4 . 11,8 . 10,9 29,4 23,3 19,4 ' 16,8 14,8 13,6 Водород H2 21,7 19,8 18,2 17,2 16,6 ? 16,3 Кислород O2 48,9 38,0 31,0 26,1 23,1 20,9
69,9 54,3 44,3 . 37,3 33,0 29,9 Метан CH4 55,6 41,8 ' 33,1 27,6 23,7 21,3 39,9 30,0 23,7 19,8 17.0
? 15,3 •Сероводород H2S 4670 3400 2580 2040 1660 1390 ? 7104 5172 3925 3103 • 2525 2114 Диоксид углерода 1710 1190 878 665 530 436 CO2 3360 2328 1725 1306 I ' 1041 ' 857 Примечание. В числителе приведена растворимость газа в 1 л воды (в мл), s знаменателе — растворимость газа в 1 л воды (в мг); объем газа приведен к 0 °С я нормальному давлению (при парциальном давлении газа, равном нормальному).
Как видно из данных, приведенных в табл. 1.3, при повышении температуры растворимость газов уменьшается. Однако при дальнейшем повышении температуры она растет (рис. 1.11). Зависимость растворимости газов от температуры и давления показана в табл. 1.4. С ростом минерализации подземных вод растворимость газов уменьшается (рис. 1.12 и 1.13).
Содержание водорастворенных газов в подземных водах. Содержание растворенных газов в подземных водах изменяется от п-10 до /г-103 мл/л и зависит от растворимости газа и многих природных факторов—источника поступления газа, температуры, давления, минерализации и .химического состава вод. Максимальные достоверные содержания наиболее изученных и геохимически важных газов следующие: O2 20 мг/л, H2S более 37 г/л, CO2 40 г/л, CH4+ТУ 13 000 см3/л, N2 1200 мл/л, H2 1500 мл/л. Не 11 мл/л.
Наиболее химически активными в подземных водах являются кислород, углекислота, сероводород, водород. Содержание растворенного кислорода в подземных водах обычно изменяется от <1 до 20 мг/л. Он рдсходуется на различные окислительные процессы и поэтому с глубиной, т. е. по мере удаления от атмосферы и зон фотосинтеза, его содержание в подземных водах
30
Таблица 1.4. Растворимость газов в воде (в л/л) при высоком давлений в зависимости от температуры (по В. А. Соколову)
Давление газа, МПа Азот Аргон Водород
Температура, •с
? 25 50 100 25 50 25 50 100 0,674 0,533 0,516 1,43 1,10 0,867 0,809 0,911 10 1,264 1,011 0,986 2,60 2,00 1,728 1,612 1,805 20 2,257 1,830 1,822 4,52 3,56 3,39 3.16 3,54 40 3,750 3,125 3,171 7,20 5,90 6,57 6,16 6,84 100 7,15 6,12 6,25 — — 15,20 14,40 15,77 Продолжение табл. 1.4
Гелий I . Диоксид углерода Давление газа, МПа Температура, "С
25 75 25 50 100 200 300 5 10 20 40 100 0,433 0,849 1,688 3,241 7,263 0,489 0,970 1,907 3,366 8,251 27,23 31,75 35,03 38,62 17,25 25,63 29,14 33,29 10,18 17,67 25,69 32,39 15,2 30,7 50,4 35,4 111,3 Продолжение табл. 1.4
? Метан Этан Пропан Давление газа. Температура, 0C МПа 60 100 160 60 100 160 60 100 160 5 0,93 0,84 t,24 0,75 0,69 1,04 0,27 0,35 0,49 10 1,70 1,58 2,39 0,93 0,99 1,64 0,23 0,38 0,62 20 2,75 2,71 4,10 1,08 1,31 2,33 0,29 0,41 0,72 40 4,17 4,18 6,70 1,25 1,55 2,95 — — - 60 5,04 5,18 *8,60 1,37 1,75 3,35 — ? — - уменьшается. Но тем не менее известно присутствие кислорода в подземных водах на глубинах до 1000 м и более.
Количество растворенной в подземных водах углекислоты изменяется в зависимости от мощности источника ее поступления (биохимические, термометаморфические и другие процессы), химического состава подземных вод и термобарических условий среды.-В грунтовых водах содержание растворенной, углекислоты обычно изменяется от нескольких до десятков миллиграммов на литр. В глубоких пластовых и трещинно-жильных водах содержание углекислоты может достигать десятков грам-
31
3 5 7 9 11 131517 '19ZT 23 25 27293f333537 39 414315 UlWSI 5355
Растворимость метана, мл/л
Рис. 1.12. Растворимость метана в водах различной минерализации при температурах от 0 до 9O0C и давлении O1I МПа
