Проявление осмоса связано с изменением активности воды в растворах в зависимости от их химического состава и минерализации. Чем больше концентрация вещества, тем больше молекул воды связано в гидратных оболочках и тем ни же ее активность в таких растворах. Если горизонты с различной активностью воды разделены слабопроницаемыми пластами, то возникает градиент активности воды. В результате будет происходить движение молекул Н2О от менее минерализованных подземных вод к более минерализованным. Осмотический поток направлен навстречу диффузионному потоку.
Так, под отвалами фосфогипса вода ГВГ сильно загрязнена и имеет высокую минерализацию. От нижезалегающего НСПВГ, содержащего менее минерализованные воды, она отделена региональным водоупором – днепровским подгоризонтом, сложенным супесчано-суглинистыми породами. О наличии осмотических потоков растворителя, направленных вверх, говорит постоянный подъем уровней грунтовых вод. Эту осмотическую составляющую подъема уровней сложно вычленить среди других, более значительных факторов, таких как сезонные и давление самих отвалов, уплотняющих породы.
Движение молекул воды от менее концентрированных растворов к более концентрированным создает в последних избыток гидростатического давления, которое называется осмотическим давлением. С осмосом связано аномальное пластовое давление. Оно зависит от концентрации растворов и температуры и составляет: π = СRT (Па). Осмотическое давление почвенных вод при их засолении составляет 2,5 МПа.
3 Кинетика процессов массопереноса
Кинетика изучает скорости физико-химических процессов. Рассмотрим от чего зависит скорость физико-химических процессов (сорбции, растворения и др.) в гидрогеохимических системах, являющихся гетерогенными ? Любой процесс в гетерогенной системе включает несколько стадий: 1) перенос вещества к поверхности раздела фаз; 2) химические или физические взаимодействия на границе раздела фаз; 3) отвод образовавшегося вещества в объем жидкой или твердой (напр., при объемной адсорбции) фаз. Суммарная скорость гетерогенного процесса определяется скоростью отдельных ее стадий. Когда скорости разных стадий различаются, то скорость процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии, которую называют лимитирующей или определяющей.
В природных системах лимитирующей стадией является диффузионный перенос вещества, т.к. скорость молекулярной диффузии ниже скорости большинства реакций и процессов. Поэтому загрязнение в слабопроницаемых пластах распространяется очень медленно, поллютанты накапливаются в них за счет процессов ионного обмена и сорбции.
Перенос вещества и физико-химические взаимодействия активизируются температурой. Существует эмпирическое правило Вант-Гоффа ? (при изменении температуры на 10 ºС скорость диффузии в газах и растворах изменяется примерно в 1-2 раза, а скорость химических реакций – в 2-4 раза. Например, для процесса растворения флюорита при температуре до 20 ºС скорость процесса лимитируется химической реакцией растворения, а свыше 20 ºС – скоростью переноса (диффузии).
Согласно современным представлениям в водоносном пласте перенос частиц вещества совершается главным образом водным потоком, а их собственное движение имеет подчиненное значение (и в зоне аэрации и в зоне насыщения). Интенсивность и траектории перемещения растворенного вещества при конвекции определяются полем скоростей фильтрации v и активной пористостью породы n, которая характеризует заполненную свободной водой и открытую для фильтрации часть пор. Таким образом в физически однородных жидкостях перенос частиц вещества идет "неотделимо" от фильтрационного потока [34]. В этом случае миграция вещества зависит от гидравлической проницаемости горных пород, которая определяется свойствами проводящей среды (долей порового пространства в общем объеме горной породы и его геометрией) и зависит от динамических свойств фильтрующейся жидкости (плотности и вязкости). В традиционной гидрогеологии параметрами, определяющими способность данного грунта пропускать (фильтровать) ту или иную жидкость, являются коэффициент фильтрации (Кф, м/сут) и более универсальный, но сравнительно редко используемый коэффициент проницаемости (Кп, мкм2). Как отмечается в работе [35], теоретические вопросы проницаемости горных пород в достаточной степени разработаны только относительно природных (по происхождению и условиям распространения) подземных вод и природно-техногенных систем “вода-нефть-газ”.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.