Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

УЧЕТ СОРБЦИИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ДИФФУЗИИ В СЛАБОПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОДАХ


https://doi.org/10.25296/1993-5056-2017-6-46-56

Полный текст:


Аннотация

Основной емкостью для многокомпонентных промышленных стоков, поступающих в геологическую среду, является поровое пространство слабопроницаемых блоков пород. Поступление компонентов промстоков в блок из проницаемых трещин или слоев происходит диффузией совместно с массобменом жидкой и твердых фаз за счет ионного обмена и растворения/осаждения минералов. Наиболее часто для прогноза миграции используют модель массообмена в виде линейной изотермы сорбции с основным параметром — коэффициентом распределения между фазами (Kd ). В данной работе проведен анализ применимости такого подхода сравнением с более сложными моделями, учитывающими многокомпонентность стока. Движущей силой диффузии является градиент электрохимического потенциала. Первая относительно простая модель включает преобладающую соль, и соль микрокомпонента, катион которого может образовывать комплексы с анионом и сорбироваться по изотерме Генри. Вторая модель диффузии ионов учитывает комплексообразование, ионный обмен и взаимодействие с минералами. Результаты этих моделей сравниваются с аналитическим решением при постояннoм коэффициенте распределения. Для исследования выбраны радиоактивные стоки с опасными микрокомпонентами — радиоактивными цезием и стронцием. В то же время их стабильные изотопы существуют в природных подземных водах. Используются условия двух полигонов захоронения радиоактивных отходов, выбранные по превалирующим компонентам состава: на первом (Сибирский химический комбинат — СХК) сток — нитратно-натриевый рассол, подземные воды пресные, на втором (Научно-исследовательский институт атомных реакторов — НИИАР) солоноватый нитратно-натриевый сток и подземные хлоридно-натриевые рассолы. Обе модели показывают согласие с аналитическим решением (постоянный Kd ) только для доминирующего нитрата натрия. Для микрокомпонентов концентрации катионов образуют максимум и анионов минимум у границы блока даже при равенстве начального и граничного условий по этим компонентам. Причинами являются изменение ионной силы раствора и перераспределение компонентов в обменной емкости. Коэффициент распределения микрокомпонентов, рассчитанный по отношению концентраций в воде и породе, меняется и по пути миграции и во времени в десятки раз. Следовательно, использование предпосылки постоянного Kd может привести к существенным погрешностям прогноза миграции. Однако, модели многокомпонентной диффузии при региональных прогнозах требуют ресурса и быстродействия компьютеров, значительно превосходящего обычно используемые в практике исследований.

 


Об авторах

А. В. ЛЕХОВ
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия
профессор кафедры гидрогеологии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, д.г-м.н


Ю. В. ФЕДОРОВА
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия
аспирант кафедры гидрогеологии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова


Ю. В. ШВАРОВ
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия
ведущий научный сотрудник кафедры геохимии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, к.г.-м.н.


Список литературы

1. Гольдберг, В.М., Скворцов, Н.П., 1986. Проницаемость и фильтрация в глинах. Недра, М.

2. Лехов, А.В., Лебедев, А.Л., Фокина, Л.М., 1984. Кинетика и динамика растворения известняков. Геохимия, № 11, с. 1757–1766.

3. Лехов, В.А., Поздняков, С.П., Денисова, Л.Г., 2016. Связь пористости и диффузионной извилистости глинистых грунтов по данным микротомографии и моделирования диффузии в поровом масштабе. Инженерная геология, № 6, с. 28–34.

4. Мироненко, В.А, Мольский, Е.В., Румынин, В.Г., 1988. Изучение загрязнения подземных вод в горнодобывающих районах. Недра, Л.

5. Робинсон, Р., Стокс, Р., 1963. Растворы электролитов. Изд-во ин. лит., М.

6. Рыбальченко, А.И., Пименов, М.К., Костин, П.П., Балукова, В.Д., Носухин, А.В., Микерин, Е.И., Егоров, Н.Н., Каймин, Е.П., Косарева, И.М., Курочкин, В.М., 1994. Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов. ИздАТ, М.

7. Федорова, Ю.В., Лехов, А.В., 2014. Моделирование многокомпонентной диффузии при миграции промстоков в гетерогенно- блоковой среде. Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, № 2, с. 179–187.

8. Шваров, Ю., Бастраков, Е., 2011. Мануал приложения GibbsLib.dll v. 4.4 для пользователей. URL: http://www1.geol.msu.ru/ deps/geochems/soft/index.html (Дата обращения 25.11.2017)

9. Эрдеи-Груз, Т., 1976. Явления переноса в водных растворах. Мир, М.

10. Grathwohl, P., 1992. Diffusion controlled desorption of organic contaminants in various soils and rocks. 7th International Symposium on Water Rock Interactions, Park City, Utah, USA.

11. Felmy, A. R. and Weare, J. H., 1991. Calculation of multicomponent ionic diffusion from zero to high concentration: I. The system Na — K – Ca – Mg – Cl — SO4 at 25 °С. Geochimica et Cosmochimica Acta, no. 1, pр. 113–131.

12. Parkhurst, D.L., Appelo, C.A.J., 2013. Description of Input and Examples for PHREEQC Version 3-A Computer Program for Speciation, Batch-Reaction, One-Dimensional Transport, and Inverse Geochemical Calculations. U.S. Geological Survey. Chapter 43 of Section A, Groundwater. Book 6, Modeling Techniques.


Дополнительные файлы

Для цитирования: ЛЕХОВ А.В., ФЕДОРОВА Ю.В., ШВАРОВ Ю.В. УЧЕТ СОРБЦИИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ДИФФУЗИИ В СЛАБОПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОДАХ. Инженерная геология. 2017;(6):46-56. https://doi.org/10.25296/1993-5056-2017-6-46-56

For citation: LEKHOV A.V., FEDOROVA Y.V., SHVAROV Y.V. ACCOUNTING OF SORPTION IN THE DIFFUSION MODELING IN ROCKS OF LOW-PERMEABILITY. Engineering Geology World. 2017;(6):46-56. (In Russ.) https://doi.org/10.25296/1993-5056-2017-6-46-56

Просмотров: 165

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-5056 (Print)
ISSN 2587-8247 (Online)