土壤多组分重金属吸附运移过程的格子Boltzmann模型研究
The Research of Lattice Boltzmann Model for Multi-Component Heavy Metal Adsorption and Transport in Soil
DOI: 10.12677/AEP.2020.106108, PDF,    科研立项经费支持
作者: 王 飞*:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州;宋春晖:北京中水科工程总公司,北京;盛金昌, 詹美礼:河海大学水利水电学院,江苏 南京
关键词: 格子Boltzmann模型重金属多组分竞争吸附数值模拟Lattice Boltzmann Method Heavy Mental Multi-Component Competitive Adsorption Numerical Simulation
摘要: 为更加科学有效地解决土壤和地下水重金属污染问题,需要建立定量研究土壤和地下水中多组分重金属运移特性数学模型。结合多组分反应重金属溶质竞争吸附动力学模型和格子Boltzmann模型方法,提出了多组分重金属吸附运移格子Boltzmann渗流化学模型及其数值模拟方法,定量研究多组分重金属在土壤中发生离子交换反应、竞争吸附、降解及运移过程中浓度耦合变化特点,结合工程算例应用分析,为重金属污染预测和控制提供了可靠依据。
Abstract: In order to solve the problem of soil and groundwater heavy metal pollution more scientifically and effectively, it is necessary to establish a mathematical model to quantitatively study the transport characteristics of multi-component heavy metals in soil and groundwater. Combined with the multi-component reaction heavy metal solute competition adsorption kinetic model and lattice Boltzmann model method, a multi-component heavy metal adsorption transport lattice Boltzmann percolation chemical model and its numerical simulation method are proposed to quantitatively study the ion exchange of multi-component heavy metals in soil. The characteristics of concentration coupling change during the process of reaction, competitive adsorption, degradation and migration, combined with the application analysis of engineering examples, provide a reliable basis for the prediction and control of heavy metal pollution.
文章引用:王飞, 宋春晖, 盛金昌, 詹美礼. 土壤多组分重金属吸附运移过程的格子Boltzmann模型研究[J]. 环境保护前沿, 2020, 10(6): 903-913. https://doi.org/10.12677/AEP.2020.106108

参考文献

[1] 王栋. 土壤-地下水系统重金属污染物运移模拟研究动态[J]. 污染防治技术, 2018, 31(6): 45-49.
[2] 董悦. 土壤重金属污染研究进展[J]. 现代农业科技, 2009(4): 143-145.
[3] 杨帆, 刘树红, 唐学林, 等. 格子Boltzmann亚格子模型的研究[J]. 工程热物理学报, 2004, 25(S1): 45-48.
[4] McNamara, G.R. and Zanetti, G. (1988) Use of the Boltzmann Equation to Simulate Lattice Automata. Physical Review Letters, 61, 2332-2335. [Google Scholar] [CrossRef
[5] Qian, Y., d’Humieres, D. and Lallemand, P. (1992) Lattice BGK Models for Navier-Stokes Equation. Europhysics Letters, 17, 479-484. [Google Scholar] [CrossRef
[6] 许友生, 刘慈群, 俞慧丹. 多孔介质中两相驱离的格子Boltzmann模型新研究[J]. 应用数学和力学, 2002, 23(4): 353-359.
[7] 李庆, 余悦, 唐诗. 多相格子Boltzmann方法及其在相变传热中的应用[J]. 科学通报, 2020, 65(17): 1677-1693.
[8] 王灵权. 格子Boltzmann方法在多孔介质流中的多尺度应用研究[D]: [博士学位论文]. 重庆: 重庆大学, 2009.
[9] 李伟, 骆祖江, 王琰, 等. 地下水渗流与溶质运移三维耦合数值模型[J]. 勘察科学技术, 2013(5): 20-25.
[10] 纪书华. 多孔介质中重金属反应性运移的数值模拟研究[D]: [硕士学位论文]. 青岛: 青岛大学, 2009.
[11] 张志红, 张嘉培. 基于非平衡热力学理论的黏土多组分重金属吸附模型[J]. 岩土工程学报, 2019, 41(5): 829-835.
[12] 李保国, 胡克林, 黄元仿, 等. 土壤溶质运移模型的研究及应用[J]. 土壤, 2005, 37(4): 345-352.
[13] Zhang, X.X., Qi, X.B. and Qiao, D.M. (2010) Change in Macroscopic Concentration at the Interface between Different Materials: Continuous or Discontinuous. Water Resources Research, 46, W10540. [Google Scholar] [CrossRef
[14] [日]近藤精一, 石川达雄, 安部郁夫. 吸附科学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.
[15] Cmaoberoc, V.J., Richard, B.K., Steenhuis, T.S., et al. (1996) Movement of Heavy Metals through Undisturbed and Homogenized Soil Columns. Soil Science, 161, 740-750. [Google Scholar] [CrossRef
[16] [苏]E.H.伊列敏. 化学动力学基础[M]. 陈天明, 韩强, 译. 福州: 福建科学出版社, 1987.
[17] 黄光明, 周康民, 汤志云, 等. 土壤和沉积物中重金属形态分析[J]. 土壤, 2009, 41(2): 201-205.
[18] 谢丹. 水稻土中Cu、Pb、Cd竞争吸附和解吸动力学[D]: [硕士学位论文]. 南京: 南京农业大学, 2006.
[19] 林青. 土壤中重金属Cu_Cd_Zn_Pb吸附及迁移的实验研究[D]: [硕士学位论文]. 青岛: 青岛大学, 2008.
[20] 王飞. 铜矿尾矿料重金属溶出及在多孔介质中吸附运移过程研究[D]: [硕士学位论文]. 南京: 河海大学, 2011.