phreeqc实例练习(7)

2019-05-24 18:54

则将以后的运行中存在,除非它被另外具有相同下标的PUT声明所覆盖。用PUT储存的数据可被Basic程序检索,包括那些在RATES, USER_PRINT, 和USER_PUNCH数据块中定义的数据。在这个例子中,数据由RATES Basic程序储存,USER_PRINT Basic程序检这些数据,并打印相转换的总和。在一个时间步长的动力学积分期间(为达到所需求的准确性,可能需要对许多的时间间隔进行积分),RATES程序可运行多次,在每个时间步长的积分结束时运行USER_PRINT程序。

表23. —钾长石溶解动力学和相转移标识的Basic程序描述

行号 20 40-50 90-110 160-180 200-230 250-280 300-330 350-380 1000 1010

作用

保存钾长石的初始摩尔数(1.94mol)

在由TIME给定的时间间隔内,钾长石溶解速率的积分

在水铝矿达饱和时,确定当前钾长石的最大量(参加反应的最小数量) 在高岭石达饱和时,确定当前钾长石的最大量

在高岭石达饱和,但水铝矿没有达到饱和时,确定当前钾长石的最大量 钾云母达饱和时,确定当前钾长石的最大量

在钾云母达饱和,但高岭石没有达到饱和时,确定当前钾长石的最大量 在钾长石达饱和时,确定当前钾长石的最大量 保存积分反应 Basic程序的结束

1500-1560 保存相转移值的子程序。对序号i而言,如果钾长石的数量比当前保存的值大,

保存钾长石的数量,累积时间,由氢离子所划分的钾长石活度比率的对数,和硅酸的活度对数。

表24列出了在例6C中最后一个时间步长结束时所遇到的相转换。对每一种相的转移而言,给出了发生相转移的时间、参加反应的钾长石的总数量以及图6中向转移的坐标。尽管表24中所给定的值是近似的,钾长石的数量和相转换的坐标可与表22中的值相比较。正如所期望的一样,达到相转换的近似转移的摩尔数是与表22中列出值相差在1微摩尔之内。

表24. —在例6C中模拟了钾长石的动力学溶解,相转移由RATES Basic程序确定,打印到输出文件中由USER_PRINT Basic程序控制。

----------------------------------User print-----------------------------------

Transition Time K-feldspar LA(K/H) LA(H4SiO4) reacted (moles)

A: Gibbsite 1100 1.4048e-007 3.5755e-001 -6.3763e+000 B: Gibbsite -> Kaolinite 1.7434e+005 2.2064e-006 2.5609e+000 -5.1950e+000 C: Gibbsite -> Kaolinite 2.3929e+005 3.0284e-006 2.8352e+000 -5.1943e+000 D: Kaolinite -> K-mica 1.5869e+006 2.0070e-005 4.4080e+000 -4.4659e+000 E: Kaolinite -> K-mica 2.5972e+006 3.2791e-005 4.4103e+000 -4.2509e+000

F: K-mica -> K-feldspar 4.7840e+007 1.9072e-004 5.4879e+000 -3.5540e+000

SELECTED_OUTPUT数据块指定了应用于这个模拟中的新的选择输出文件,ex6C.sel,并且所有打印到选取的输出文件都将停止(-reset为假)。USER_PUNCH数据块使得写到选取输出文件中的每一行中有两栏,即钾离子与氢离子活数比率的对数和硅酸活度的对数。在每一个时间步长已被模拟之后(-steps, KINETICS数据块),这个数据将会被写入。下表列出了写到ex6C.sel中的结果。

表25. —模拟了钾长石的动力学溶解的例6C中由USER_PUNCH Basic程序写到选取输出文件中的结果

[“\\t”标明的是制表符]

\-6.0002e+00\\t -1.8975e+00\\t -8.5316e-01\\t 3.5755e-01\\t 2.1823e+00\\t 4.1360e+00\\t 5.2614e+00\\t \-1.2524e+01\\t -8.4212e+00\\t -7.3798e+00\\t -6.3763e+00\\t -5.3818e+00\\t -4.6005e+00\\t -3.7187e+00\\t

5.4884e+00\\t -3.5536e+00\\t

例7——气相计算

该例中运用PHREEQC模拟了定压或定体积条件下,气相与液相均衡时其成分的变化。对于固定压力气相,当气相成分偏压力的总和大于气相的指定压力时,将形成气泡。一旦气泡形成,其成分和体积将随着反应程度的变化而变化。对于固定体积气相,水溶液与定体积的顶部空间相联系。气相总是存在于顶部,并且压力和组分随反应程度的变化而变化。

气—液反应可以用PHREEQC以三种方法模拟:(1)可以用EQUILIBRIUM_PHASES数据块定义一种气体在固定的偏压力下进行反应,(2)定压力多成分气相可以用具有-fixed-pressure 标识符(默认)的GAS_PHASE数据块模拟,或(3)定体积多成分气相可用具有-fixed-volume标识符的GAS_PHASE数据块模拟。从概念上讲,定偏压力是假定气相的容器为无限大,就象在大气或非饱和带中一样。无论反应程度如何,容器中气体成分的偏压力不变。如果气体成分的容器是无限的,则气相的压力恒定,就象河口和湖底的沉积环境中的气泡一样,那么适宜选择定压力气相。如果气体成分的容器是有限的,且气相体积恒定,就象实验中固定的顶部空间一样,那么应选择定体积气相。

在这个例子中,用GAS_PHASE数据块模拟在固定压力或固定体积条件下纯水中有机物的分解,按照分解反应,假定碳、氮、氢和氧按化学方程式CH2O(NH3).07 释放。在纯水中没有其它的电子接受器,相关的微生物分解反应是甲烷的生成。通过微生物分解释放的碳和氮假定为发生了氧化还原反应,并达到气—液均衡。溶液中碳C(+4) 和C(-4) (甲烷)由默认的SOLUTION_MASTER_SPECIES 或 SOLUTION_SPECIES数据块定义;没有定义中间价态的碳。溶液中氮元素的化合价可能为 +5、+3、0和-3。考虑的气体成分为二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氮气(N2)和氨气(NH3)。

图7. —对气相而言的,在定容积和定压力下的纯水中含有组分CH2O(NH3)0.07的 有机质分解期间的气相组分。[氨气的分压力不小于大气中的10(没有标出)。]

-7

在第一次模拟中,初始水定义为二氧化碳(CO2)的偏压力为10

-1.5

时与方解石达到均衡。

纯水通过 SOLUTION 数据块中的默认值(pH = 7, pe = 4, temperature = 25℃)定义;方解石和CO2由EQUILIBRIUM_PHASES数据块定义;用SAVE保存均衡溶液(表26)。用SELECTED_OUTPUT 数据块定义文件(ex7.sel),用于写入每次计算中指定的数据。所有的打印到文件通过标识符-reset设置为false来停止。在每个模拟的每次计算中,附加的标识符使得指定的数据项被写到选择的输出文件:-simulation,模拟数,-state ,计算类型(初始溶液、反应、运移和其它);-reaction,每次计算中增加的反应量(如REACTION数据块所定义);-si,指定每种矿物的饱和指数或每种气体偏压力的对数;和-gas, 指定的每种气体成分的摩尔数。

在第二次模拟中,将碳氮比大约为15:1的有机物分解反应不可逆地从1到1000mmol增加到溶液中 (REACTION关建字)。当偏压力大于1.1 atm 时,允许生成气相中最初不存在的气体成分;在气相中只允许有CO2、CH4、N2和NH3 (GAS_PHASE 数据块)气体。在第三次模拟中,使用和第二次模拟同样的初始溶液和反应。气相开始无气体成分存在,但是定义固定体积为22.5 L,即1.0 mol 有机物反应之后定压力气相的体积。1.0 mol 有机物反应后,定压力和定体积气相将有同样的压力、体积和成分;在所有其它的反应中,增加压力、体积和成分时,两个气相将有所不同。

表26. —例7输入的数据组

TITLE Example 7.--Organic decomposition with fixed-pressure and fixed-volume gas phases SOLUTION 1

EQUILIBRIUM_PHASES 1

Calcite

CO2(g) -1.5 SAVE solution 1

SELECTED_OUTPUT -reset false -file ex7.sel

-simulation true -state true -reaction true

-si CO2(g) CH4(g) N2(g) NH3(g) -gases CO2(g) CH4(g) N2(g) NH3(g) END

# Simulation 2: Decomposition of organic matter, CH2O(NH3).07, # at fixed pressure of 1.1 atm USE solution 1

GAS_PHASE 1 Fixed-pressure gas phase fixed_pressure

pressure 1.1 CO2(g) 0.0 CH4(g) 0.0 N2(g) 0.0 NH3(g) 0.0 REACTION 1

CH2O(NH3)0.07 1.0

1. 2. 3. 4. 8. 16. 32 64. 125. 250. 500. 1000. mmol END

# Simulation 3: Decomposition of organic matter, CH2O(NH3).07, # at fixed volume of 22.5 L USE solution 1 USE reaction 1

GAS_PHASE 1 Fixed volume gas phase fixed_volume

volume 22.5 CO2(g) 0.0 CH4(g) 0.0 N2(g) 0.0 NH3(g) 0.0 END

对于定压力气相,约增加3 mmol反应时,形成气泡(见图7)。初始气体成分CH4 占90%以上,CO2不足10%,以及很少量的 N2 和 NH3 (整个批反应计算中NH3 的偏压力少于10atm ,图上没有表示)。产生气体体积的范围从3 mmol 反应时的1 mL到1 mol反应时的22.5 L。反应增加到1 mol后,几乎所有的碳和氮都以气相存在。

对于定体积气相,在所有的有机物分解过程中都存在气相(见图7)。初始气体成分主

-7


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