评《自然界多孔性媒质中的扩散》

化工学院  吴锦华

《自然界多孔性媒质中的扩散－污染物的传递、吸附/脱附和溶解动力学》 （Diffusion in Natural Porous Media-Contanminant Transport, Sorption/Desorption and Dissolution Kinetics）由英国雪非尔大学Philip博士、以色列Tel Aviv大学Gedeon博士、美国加州理工大学John博士、麻省理工学院Chiang博士以及加拿大McGill大学Stuart博士等数位传质领域的专家编写。本书针对分子扩散速度通常受制于吸附、脱附和有机物的溶解速度，详细地分析这些作用过程，包括有机污染物在水中相、气相和自然界多孔道媒质中扩散的数学计算模型，基于菲克扩散第二定律和一些简单的数学模型，在各种起始条件和边界条件下对扩散传递进行大量的建模。数据来源于各种土壤和含水层中有机化合物的吸附和脱附速率以及有机物在含水层中非水相液体中的溶解动力学。最后讨论慢速扩散过程在土壤、地下水中引起污染物去除难度的增大，同时还阐述了一些地下水危机评估的方法。此书适用于地质学者，水地质学者和环境工程师，因为他们需要量化有机污染物在自然界多孔性媒质如土壤、沉淀物、岩石、废弃材料中的分子扩散传递现象。

本书共分为六章。第一章为绪论，介绍有机污染物在土壤和地下水中的最终去向和传递过程，提供常见的地下水污染物的物化性质，讨论由于慢扩散而造成地下水平流中的不平衡现象，综述了液体表面扩散过程。有机污染物在自然多孔性媒质中的吸附、脱附和反应过程往往受孔道内分子扩散过程的限制，这个过程延长污染物的寿命。作者在第二章介绍土壤和沉淀物中吸附的基本概念和原理，进而讨论质量扩散传质现象，介绍气相和水相中扩散系数的计算方法，并提供多孔性媒质中静态和过渡态扩散系数的定义。最后扼要地阐述了表面扩散和天然有机物质如高分子聚合物的扩散现象。

第二章介绍扩散过程的建模，提供了多孔性颗粒和低渗透性沉淀层中不同边界条件下扩散速率的计算方法。着重讨论吸附和脱附动力学以及穿过低渗透性层的扩散的建模。由于固体热传导、扩散数学理论、多孔媒质如催化剂和吸收剂以及扩散传质已经在其它专家的论著中进行了阐述，因而作者介绍一些基本概念后转为讨论在饱和水土壤和沉淀物中颗粒的外形、沉淀物和土壤的组成以及起始条件和边界条件对污染物吸附/脱附动力学的影响。随后介绍低水力传质层中的扩散传质过程。第四章介绍扩散系统的测量方法。扩散系数在自然界多孔性媒质中可以由现场数据或实验数据确定。由于实验室实验过程能更好的控制起始条件和边界条件，因而实验手段更适宜获得准确的扩散系数。作者介绍了用时间滞后的方法来确定有效扩散系数以及容量因素，通过多孔性岩石、粘土、高分子聚合物来阐述扩散系数的确定，随后对获得的结果与用含水物质、土壤样品进行吸附与脱附实验获得的数据进行比较，分析该法的可靠性。最后，总结自然界多孔性媒质中扩散系数的确定的一些经验。第五章介绍非水质液体的溶解。有机污染物可以在地表形成非水性液体小滩或吸附于多孔性物质中。作者阐述了控制有机化合物从非水性液体或成分复杂的混合物如沥青、焦油的释放传质过程。讨论了有机污染物的溶解动力学。有机物进入水相的快慢决定于物质的水溶性和在水相中的扩散性。随后分析吸附于多孔性物质的有机污染物的溶解动力学。基于菲克扩散第一定律，菲克扩散第二定律用来计算漂于地表水面的液体污染物或于低渗透性含水层的污染物的传质速率。

最后一章介绍生物修复中的风险评估。提供在实际应用中污染物传质过程受扩散速率限制的例子，并传质带的长度进行了介绍，这可以应用于风险评估来区别地下水中污染最高浓度和污染物的最高流量，对挥发性化合物在毛细管边缘的传递与溶解可以类似地进行处理。此外，还讨论了典型有机物的溶解时间、脱附过程、含水层和土壤的修复。

本书馆藏索书号：X5/G771