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重金属污染物在多孔介质中的迁移模型与仿真

张洋  
【摘要】:全球范围的大气、江河、海洋和岩土等环境污染正在日益严重地破坏生态平衡并危及人类的生存发展。在环境污染问题中,弄清污染源,研究污染物在环境中的迁移、转换规律,预测与预报其毒性的危害程度,可以给资源环境的破坏、管理和修复等诸多方面提供科学的思路。重金属污染物的环境毒理性较强,对人体的危害也比较大,而涵盖了岩土等的多孔介质正是这类污染物的源和汇。 本文论述了污染物在多孔介质中迁移的研究历史和现状,针对Pb(II)在一维多孔介质中的迁移实验,综合考虑对流、弥散、吸附和源汇项的作用,建立了Pb(II)在多孔介质中迁移的一维动力学数学模型。模型的水动力弥散参数根据保守性的氯离子的穿透实验来确定,Pb (II)在土壤和石英石中的吸附模式和迟滞因子,是根据溶质振荡实验结果与四种吸附模式的拟合和计算确定的。同时,本文采用有限差分法对该模型进行了差分,并应用MATLAB软件对铅溶液在一维多孔介质中的迁移模型进行了数值求解和模拟,将模拟结果和监测结果进行比较和分析。另一方面,本文还结合了Pb (II)溶液在石英石柱中的迁移实验验证了模型的可靠性。 最后,针对某场地的铅污染问题,通过现场勘查与测定,建立铅污染物在多孔介质中迁移的二维动力学数学模型,并应用MATLAB软件对模型进行求解和模拟。模拟中分别通过水平方向与垂直方向的浓度变化来描述和预测该场地的污染情况。本文所作的工作对于弄清重金属铅污染在多孔介质中的迁移机理,以及进行土壤和地下水污染的预测预报方面具有重要的理论意义和实用价值,希望能给多孔介质的污染治理工作带来帮助。


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