Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
В водах, содержащих только Fe(II), Eh может быть оценен, исходя из предполагаемого равновесия Fe2+ с Fe(QH)3. В этом случае В уравнении Нернста заменяется на величину nPFe(OH)3/?3oH- и в этом уравнении соотношение между
окисленными и восстановленными формами приобретает . вид ПРре(он)3/(аре*+-аон-э) [26].
Расчет результатов ионообменных процессов. В разделе 6.3 было показано, что ионообменный процесс обратим и подчиняется закону действующих масс. В гидрогеохимических системах он протекает с настолько высокой скоростью, что его можно считать равновесным. Существуют константы ионного обмена, уравнения этих констант приведены в разделе 6.3. Если предполагается участие ионообменных
28-1149
433
процессов, то эти уравнения учитываются в общей модели совместно с уравнениями баланса масс и химическими уравнениями закона действующих масс, характеризующими процессы комплексообразования, осаждения и др.
15.4.5. Реализация задач термодинамического моделирования гидрогеохимических явлений и их программное обеспечение
В настоящее время существует большое число алгоритмов и программ, которые можно использовать при термодинамическом моделировании гидрогеохимических явлений. Количество химических веществ и процессов, учитываемых в таких программах различно, и в связи с этим эти программы имеют различные сложность и разрешающую способность. Так, в программах серии MIF (автор Г. А. Соломин) простейшая программа MIF-I учитывает комплексы типа ML 8 катионов с 8 анионами (всего их сочетание в различных комплексах дает 79 видов частиц), а программа MIF-4 рассматривает уже сложные комплексы ML, ML2, ML3, ML4 24 катионов с 48 анионами. Эта программа может учесть более 2600 частиц раствора.
Исходя из сложности решаемой задачи необходимо выбрать наиболее оптимальные для решения этой задачи программные средства. Выбор таких оптимальных средств во многом зависит от опыта исследователя, но приблизительную оценку этих программных средств можно выполнить на основе следующих сведений.
Существуют два пути создания алгоритмов и программ для расчета химических равновесий в гидрогеохимических системах. Первый путь основан на методе минимизации свободной энергии системы, второй — на использовании констант равновесий химических реакций, происходящих в этих системах. Рассмотрим эти пути.
Метод минимизации основан на нахождении такого количественного равновесного состава гидрогеохимической системы, который отвечает минимуму ее свободной энергии Гиббса. В СССР реализация метода минимизации в приложении к многокомпонентным системам с большим числом фаз была осуществлена И. К. Карповым [16] и Ю. В. Шваровым [26]. Этот метод имеет следующие положительные качества.
1. Алгоритмы поиска минимума свободной энергии обладают тем преимуществом, что не требуют выбора независимых уравнений реакций и констант равновесия реакций, поскольку значения свободной энергии зависят только от концентраций компонентов в фазах и масс фаз в системе. Единственной термодинамической величиной, необходимой для расчетов, является стандартная свободная энергия компонентов раствора и
434
твердых фаз, существование которых в данной системе потенциально возможно и список которых задается заранее на основании сведений о валовом составе системы.
2. Одновременно с химическим составом растворов, образующихся при взаимодействии с какими-либо породами, метод минимизации позволяет устанавливать состав вторичных новообразований, формирующихся по этим породам. С помощью этого метода можно определять и рассчитывать их, а в идеале устанавливать мольные количества веществ в твердой фазе в зависимости от «степени протекания реакции» или, иными словами, от того количества исходной твердой фазы, которое прореагировало с данной порцией раствора.
В СССР используют две универсальные компьютерные программы, основанные на методе минимизации. Первая—^это универсальный комплекс «Селектор-БЭСМ-6» (на языке АЛГОЛ БЭСМ-6). Он ориентирован на решение очень широкого круга задач геохимического моделирования природных процессов. Его возможности и преимущества приведены в работе [16]. Вторая программа создана Ю. В. Шваровым. Это многоцелевая программа GIBBS, широко использующаяся для различных решений вопросов геохимии подземных вод. Ее описание приведено в работе [26].
На основе метода минимизации с использованием ЭВМ моделируются и прогнозируются результирующий химический состав раствора, а также количественный состав равновесной ассоциации твердых фаз при заданных или складывающихся значениях Eh и парциальных давлениях летучих компонентов. В соответствии с программой из большого числа возможных и заданных фаз ЭВМ выбирает устойчивую ассоциацию фаз, равновесную с водным раствором; определяет состав раствора; состав и число компонентов твердой фазы в системе заданного поэлементного состава. Все эти возможности приложимы не только к закрытым, но и к открытым системам. В связи с этим имеется важная для расчета гидрогеохимических систем возможность задания (или получения при решении обратных задач) парциальных давлений CO2, H2S в системах. Отсюда следует, что при расчетах можно регулировать карбонатные, сульфидные и прочие важные для подземных вод равновесия.
