Моделирование многокомпонентного реактивного переноса в пористых средах с переменной степенью водонасыщения с использованием обобщённой формулировки кинетически контролируемых реакций

Разработана обобщённая формулировка кинетически контролируемых реакций и включена в модель многокомпонентного реактивного переноса для исследования широкого спектра задач, связанных с неорганическими и органическими химическими веществами в средах с переменной степенью водонасыщения. Общая кинетическая формулировка включает внутриводные реакции и реакции растворения–осаждения наряду с геохимическими равновесными соотношениями для гидролиза, комплексообразования в водном растворе, окислительно-восстановительных реакций, ионного обмена, поверхностного комплексообразования, а также реакций растворения–выделения газа. Обобщённый подход позволяет учитывать дробные порядки реакции по отношению к любым растворённым компонентам, выраженные через активности компонентов или их суммарные концентрации, что облегчает включение различных кинетических уравнений, полученных экспериментально. Для описания реакций, опосредованных микроорганизмами, или ограничения степени протекания неорганических реакций могут использоваться члены Монода и ингибирования. Реакции растворения–осаждения могут описываться как реакции, контролируемые поверхностью, или реакции, контролируемые переносом. Формулировка также позволяет учитывать любое число параллельных путей реакций, а сами реакции могут рассматриваться как необратимые или обратимые процессы. Исследованы два сценария загрязнения подземных вод, оба реализованные в средах с переменной степенью водонасыщения, но характеризующиеся существенно различными сетями геохимических реакций; результаты демонстрируют преимущества обобщённого подхода. Первая задача посвящена гипотетическому исследованию естественного ослабления органических загрязнителей, претерпевающих растворение, улетучивание и биодеградацию в безнапорном водоносном горизонте, перекрытом ненасыщенными отложениями. Вторая задача связана с образованием кислого шахтного дренажа в ненасыщенной зоне хвостохранилища на руднике Nickel Rim вблизи Садбери, Онтарио, и последующим реактивным переносом в насыщенной части хвостов.