Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
В соответствии с положениями, приведенными в разделе 5.2.4, в схематизированном и обобщенном виде суммарный удельный поток веществ в подземных водах может быть выражен моделью j = Cv—D„'gr?dC+8, включающей Cv — конвективный поток веществ; Du-gradC— молекулярный поток веществ и дополнительный член 0, который учитывает изменение концентраций веществ в жидкой фазе элементарного объема вследствие межфазового массообмена в гетерогенной системе «подземная вода — порода». Отражение члена 8 в общей модели изменяется в зависимости от кинетического механизма взаимодействий в гетерогенной системе. Так, для процесса растворения, происходящего по внешнедиффузионному кинетическому механизму (а это наиболее распространенный и важный для нас случай) используют кинетическое уравнение, характеризующее удельный поток вещества в результате межфа-зовых взаимодействий,
. в = <о(Сн-С0),
где о — коэффициент скорости растворения, тождественный коэффициенту массоотдачи; Сн — концентрация насыщенного раствора при данной температуре.
-1
* В этом разделе в основном использованы опубликованные материалы этих авторов.
_
443
15.6.2. Параметры, необходимые для учета геохимических процессов при моделировании массопереноса
Из рассмотренной модели следует, что для выполнения моделирования массопереноса необходимо иметь совокупность параметров, характеризующих:
конвективное, диффузионно-молекулярное и конвективно-диффузионное перемещения веществ в подземных водах; .
— гидродинамическое состояние водоносных горизонтов;
— кинетику процессов взаимодействий в системе «подземная вода— порода»;
—геохимические и термодинамические состояния подземных вод.
Диффузионные параметры. Молекулярно-диффузионный пе-)енос вещества имеет геохимическое значение: а) при геоло-ически медленных процессах в крупных гидрогеологических .труктурах или б) при очень медленном, движении подземных зод, например, в глинистых породах. Большинство же реальных гидрогеологических процессов происходит при различном сочетании обоих видов переноса — конвективном и молекуляр-но-диффузионном. Поэтому в практике массопереносного моделирования гидрогеохимических явлений используют эффективный коэффициент диффузии DKT который учитывает оба возможных механизма рассеяния вещества и называется коэффициентом конвективной или фильтрационной диффузии. Этот коэффициент, выражающий совместный эффект обоих механизмов переноса, определяют экспериментально. Его значения зависят от скорости фильтрации Dk=Dh-^X[V1 где TJ параметр, характеризующий геометрию порового пространства (размер частиц, их форму и т. д.).
В связи с этим существует прямая зависимость коэффициента, продольной конвективной диффузии от скорости фильтрации (см. рис. 5.2).
Гидрогеодинамические параметры. Такие параметры необходимо учитывать особенно при моделировании процессов межфазовых геохимических взаимодействий (например, процессов растворения, выщелачивания и др.), кинетически протекающих во внешнедиффузионной области. В этом случае при увеличении скорости фильтрации растет значение коэффициента конвективной диффузии (вспомним, что DK=Du-\-x\v) и соответственно возрастает отвод продуктов растворения от поверхности межфазовых взаимодействий. При этом закономерно увеличивается недосыщение раствора (Сн—C0), что в соответствии с основным законом кинетики растворения означает увеличение удельного потока вещества с единицы растворяющейся поверхности. Если процесс межфазовых взаимодействий протекает по механизму внутридиффузионной кинетики,
444
то скорость фильтрации подземных вод меньше влияет на этот процесс. Движение раствора не оказывает влияния на протекание внутренней диффузии в твердой фазе (см. раздел 5.2.4) и поэтому процессы растворения и выщелачивания, лимитируемые внутридиффузионными кинетическими механизмами, мало зависят от скорости фильтрации подземных вод. В этом случае решающим является соотношение между поверхностями контактирующих и взаимодействующих фаз и поэтому интенсивность процесса растворения и выщелачивания более зависит от дисперсности и пористости растворяющейся и выщелачиваемой фаз.
Кинетические параметры. Известно (см. раздел 5.2.4), что процессы массообмена включают несколько стадий и в связи с этим существует контроль скорости всего процесса массообмена скоростью процессов, происходящих на лимитирующей стадии.
Кинетические параметры в уравнениях массопереноса имеют разный физический смысл в зависимости от того, какая из элементарных стадий процесса растворения контролирует скорость всего процесса. Если такой стадией является реакция на поверхности твердой фазы, то кинетические параметры не зависят от скорости фильтрации. Как правило, не наблюдается зависимости параметров от скорости фильтрации также в случае выщелачивания растворимых соединений из тупиковых или очень тонких пор и трещин, по которым растворенные вещества переносятся путем молекулярной диффузии. Если общая скорость растворения определяется скоростью диффузионного процесса в растворе от (или к) поверхности твердой фазы в объем (или из объема) раствора (внешнедиффузионный механизм растворения), то кинетический параметр является функцией как скорости фильтрации, так и размеров, формы и взаимного расположения растворяющихся твердых частиц. В этом случае скорость фильтрации воды активно влияет на скорость растворения.
