Studiengang: Umweltingenieurwesen M.Sc.
ModulWasseraufbereitungstechnologien
Hydrochemie der Wasseraufbereitung
Grundlagen:
Hydrochemie der Wasserversorgung aus dem Bachelorstudium
wünschenswert: eigener Laptop in der Vorlesung• aktuell auf Virenfreiheit geprüft• Datenaustausch durch Stick• Microzoff Excel und Word (XP) • PhreeqC
Studiengang: Umweltingenieurwesen M.Sc.
ModulWasseraufbereitungstechnologien
Hydrochemie der Wasseraufbereitung (2)
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
Bewertung der Wasseranalyse mit PhreeqC
Säure-Base-Reaktionen und Titrationskurven
GeoChemische Modellierung mit PhreeqC
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
Einführung in PreeqC zur wasserchemischen Modellierung
GeoChemische Modellierung mit PhreeqC
Geochemische Rechenprogramme modellieren umfangreiche Wechselwirkungen gelöster Stoffe untereinander und in Wechselwirkung mit definierten Fest- und Gasphasen von in Wasser gelösten Stoffen.
Sie bestehen aus drei wesentlichen Teilen: • dem chemischen Modell, • der mathematischen Behandlung und Umsetzung des chemischen Modells und der • Datenbasis.
/R0753/ Parkhurst, D. (1995): User's guide to phreeqc-a computer program for specication, reaction-path, advective-transport, and inverse geochemical calculations
/R1530/ Parkhurst, D. L.; Appelo, C. A. J (1999): User's guide to PHREEQC; (Version 2)--a computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations
/R3171/ Parkhurst, D. L.; Appelo, C.A.J. (2006): User's guide to phreeqc (version 2) - a computer programm for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport and inverse geochemical calculations.
http://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/index.html
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
http://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/index.html
Aktualisierungsgeschichte der software
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
http://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/index.html
Aktualisierungsgeschichte der software
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
Windowa XP
C:\Programme\USGS\Phreeqc Interactive 2.17.4468
H:\Programme\USGS\Phreeqc Interactive 2.17.4468
Windows7
C:\Program Files (x86)\USGS\Phreeqc Interactive 2.17.4468
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
Was machen diese Programme eigentlich?
Sie lösen Systeme nichtlinearer Gleichungen für definierte Randbedingungen.
manual.pdf
0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=
Massenbilanz über Reaktionsgleichungen | Gleichgewichtsbedingungen
0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=0DCBA DCBA =ν+ν+ν+ν DCBA
BA
DC
DCBABA
DC aaaaaaaaK νννν
νν
νν
⋅⋅⋅=⋅⋅
=
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
Was machen diese Programme eigentlich?
+− +↔+ HHCOOHCO 322
+−− +↔ HCOHCO 233
Stabilisierung des pH-Wertes im Bereich
4,5 < pH < 7,8
OHOHH 2↔+ −+
Gleichgewicht mit Calcite
Calcitsättigung oder Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
+− +↔+ HHCOOHCO 322
+−− +↔ HCOHCO 233
−+ +↔ 23
23 COCaCaCO 33 HCO2CO clgpHKlgclg ++=
3HCO2CaL clgpHKlgclgKlg +++=
berechnetHCOCaL2Gl pHclgclgflgKlgKlgpH3=−−++−= Σ
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
System chemischer Reaktionsgleichungen: Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
( )C2036,6clgpHclgKlg 2COHCO1 3°−≈−−=
( )C2033,10clgpHclgKlg33 HCOCO2 °−≈−−=
47,8clgclgKlg 3COCaL −=+=
gesucht wird das chemische Gleichgewicht, pH-Wert
zB2.xls
Was gehört dazu Diese Programme enthalten in ihrem Basisdatensatz alle für entsprechende Rechnungen erforderlichen Definitionen und Konstanten.
Die Basisdatensätze lassen sich nach Erfordernis beliebig ergänzen, so dass auch die Möglichkeit besteht, unbekannte Reaktionssysteme zu berücksichtigen.
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
ASCII
input-file
output-file
ASCII
selected_output-file
TabelleBasisdatensatz
ASCII
ASCII
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
Basisdatensatz Wateq4f.dat
SOLUTION_MASTER_SPECIES
Al Al+3 0.0 26.9815 26.9815
Alkalinity CO3-2 1.0 50.05 50.05
C CO3-2 2.0 61.0173 12.0111C(+4) CO3-2 2.0 61.0173C(-4) CH4 0.0 16.042
Ca Ca+2 0.0 40.08 40.08
H H+ -1. 1.008 1.008
S SO4-2 0.0 96.0616 32.064S(-2) H2S 0.0 32.064S(6) SO4-2 0.0 96.0616
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
Basisdatensatz
SOLUTION_SPECIES#H+ primary master species
H+ = H+log_k 0.0-gamma 9.0 0.0***
#HCO3- 68H+ + CO3-2 = HCO3-log_k 10.329delta_h -3.561 kcal-analytical 107.8871 0.03252849 -5151.79 -38.92561 563713.9
-gamma 5.4 0.0
Berechnung des Aktivitätskoeffizienten
BA
DC
BA
DC
aaaaK
νν
νν
⋅⋅
=
2R
p RTH
TKln ∅Δ
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
25
43
21 TATlogA
TATAAKlog ++++=
Inputfile, keywords
Geochemische Modellierung mit PhreeqC
TITLE
SOLUTION_MASTER_SPECIESSOLUTION_SPECIESSURFACE_MASTER_SPECIESPHASES### Definitionen ####
SOLUTION 1temp 10.5pH 7.12#***
SAVE SOLUTION 1
EQUILIBRIUM_PHASES 1GAS_PHASE 1SURFACE 1
### Eingaben ###
PRINTSELECTED_OUTPUT### Ausgabeoptionen
MIXREACTIONTRANSPORT### Reaktionen ###
END
Definitionen von Stoffen, Mineral- und Gasphasen, sowie Oberflächen.Grundausstattung im Basisdatensatz
... kriegen wir später
Zusammensetzung Abspeichern und Abrufenvon Lösungen
Zusammensetzung Abspeichern und Abrufenvon Phasen
Manipulationen mit Lösungen und Phasen
Bewertung der Wasseranalyse mit PhreeqC
Wasseranalyse mit PhreeqC
Beispiel:
WW Bad MuskauReinwasser (Rg21)
Beispiel: Reinwasser WW Bad Muskau (Rg21)
Wasseranalyse mit PhreeqC
TITLE Berechnung 21SOLUTION 1temp 10.5pH 7.12pe 4redox O(-2)/O(0)
units mg/lNa 10.8K 1.7Ca 48.3Mg 14.2Fe 0.02Mn 0Al 0Cl 6.8S(6) 8.1 as SO4C 62.71 as CO(0) 0.01 O2(g) -0.70#CO2(g)37.84SAVE SOLUTION 1
SELECTED_OUTPUT ## Ausgabetabelle ####-file D:\LEHRE\Master_UI\ppt\02\Rg21.txt-water true-alkalinity true-io true-c true-total Ca Mg #Liste von Masterspecies-molalities HCO3- CO3-2 #Liste von Species-eq Fe(OH)3(a) Magnesite #Mineralliste-si Fe(OH)3(a) Magnesite # Liste von Sättigungsindices
END
Rg21 Excel
Beispiel: Reinwasser WW Bad Muskau (Rg21)
pH = 7.120 pe = 4.000
Activity of water = 1.000Ionic strength = 6.122e-003
Mass of water (kg) = 1.000e+000Total alkalinity (eq/kg) = 4.362e-003
Total CO2 (mol/kg) = 5.222e-003Temperature (deg C) = 10.500
Electrical balance (eq) = -6.300e-004Percent error, 100*(Cat-|An|)/(Cat+|An|) = -7.28
Iterations = 6Total H = 1.110168e+002Total O = 5.552203e+001
Wasseranalyse mit PhreeqC
Bewertung von Rohwasseranalysen
Ca Mg Na K
HCO3Cl
SO4
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Ca Mg Na K NH4 Fe2Fe3 Mn H+ HCO3 Cl SO4NO3 OH-
WW Bad Muskau Filter 4, 06.02.2007
Wasseranalyse mit PhreeqC
Excel zB2.xls
Ca-freiHCO3-
CO3
SO4
Ca-frei
HCO3-
CO3
SO4
Komplexbildungen
[ ]+−+ ⇔+ 332 CaHCOHCOCa
[ ]0323
2 CaCOCOCa ⇔+ −+
[ ]0424
2 CaSOSOCa ⇔+ −+
fCa=0,963
Aktivitätskoeffizient
f= 0,73
log f=-0,137
Wasseranalyse mit PhreeqC
12
z flgzflg ⋅=
I4,11I5,0flg 1⋅+
⋅−≈
Bis Neulich
