163 / 2023-10-25 09:16:01

不同水化学条件和多离子竞争竞争体系下重金属溶质运移的热力学-动力学耦合模型研究

多表面形态模型,多速率方程,溶质运移,机理模型

土壤-地下水系统是一个复杂的多相多介质体系，重金属的迁移转化由于会受生物物理化学等多过程的共同作用而难以预测。传统溶质运移模型中对重金属在土壤界面的吸附只是基于经验式吸附等温线或简化的热力学机制反应进行描述，往往忽略了吸附反应的动力学过程。本研究创新性地将表面配合模型与经典一维对流-弥散方程进行耦合，建立了基于热力学-动力学耦合的反应性溶质运移模型，该模型通过实时调用表面配合模型来估算不同时刻和空间位置下平衡浓度，充分发挥了表面配合模型在不同水化学条件下适用性强的优势，并引入了多速率方程，充分考虑吸附表面不同点位空间异质性导致动力学行为差异的可能，并开发配套计算软件（REKIT)。模型所获微面方程的动力学参数适用于不同水化学条件，首次实现Cr(VI)/P(V)/As(V)多离子在针铁矿-石英砂柱中的竞争性共运移行为的精准预测，填补传统溶质运移模型无法预测竞争性离子共运移曲线的空白。将溶质运移模型的吸附项从"经验式”推进到“机理式”，突破了传统溶质运移模型中反应项参数适用范围窄、机制不清、无法测竞争性离子共运移的技术瓶题，为构建更大尺度及复杂野外场地条件下的重金属溶质运移模型，实现重金属迁移扩散科学准确预测提供了基础理论和模型方法。