<<
>>

7.2.3. Взаимопревращения и осаждение примеси

В природной среде вредные вещества, с одной стороны, подвергаются преобразованию и нейтрализации, а с другой стороны — могут создавать новые более токсичные вещества.

Удаление вредных веществ из атмосферы осуществляется за счет химических реакций, гравитационного осаждения, химической и физической сорбции поверхностью Земли — сухое осаждение дс, вымывания осадками — мокрое осаждение дм, что можно представить уравнением;

(7.36)

В то же время общую скорость сухого поглощения примеси можно определить через сопротивление ламинарного слоя, толщина которого зависит от физических характеристик почв и скорости воздуха за пределами ламинарного слоя [29],

Сухое поглощение.

При описании поглощения примеси в виде частиц газа используется предположение: скорость поглощения единицей поверхности UT пропорциональна концентрации газа или частиц над поглощающей поверхностью [58]. Константа пропорциональности представляет собой величину, обратную сопротивлению переноса г0^ Принимается, что это сопротивление постоянно для данной поверхности при данных атмосферных условиях.

Перенос в свободной атмосфере осуществляется турбулентной диффузией — первая фаза. Во второй фазе в пределах тонкого слоя перемещение воздуха носит ламинарный характер, и линии тока воздуха практически параллельны поверхности. Толщина этого слоя определяется физическими характеристиками поверхности и скоростью воздуха за пределами ламинарного слоя.

При непосредственном контакте молекул или частиц с поверхностью возможен либо их захват, либо возврат в атмосферу. Линейная скорость поглощения V равна:

(7.37)

Скорость поглощения единицы площади, сопротивление переносу и линейная скорость поглощения связаны уравнением:

(7.38)

где С — концентрация газа или частиц в свободной атмосфере;

— атмосферное и поверхностное сопротивление переносу вещества соответственно.

Рассмотрим механизмы переноса примеси через ламинарный слой. Сопротивление г* для газов зависит от коэффициента молекулярной диффузии данного газа в воздухе и от толщины этого слоя. Последняя меняется в зависимости от микрошероховатости поверхности и скорости воздуха за пределами ламинарного слоя.

Механизм поглощения выяснен еще не до конца. Установлено (табл. 12, [73]), что наибольшее сопротивление поглощению оказывает сухой снег, влажная листва, при этом линейная скорость поглощения практически остается одинаковой для всех состав ляющ их.

Для крупных регионов изменение концентрации газов в воздушной массе при переносе над подстилающей поверхностью за счет сухого поглощения описывается уравнением:

(7.39)

где Со и С(т) — концентрации газа (частиц) в атмосфере в начальный момент и момент времени т; Кп — коэффициент поглощения, при постоянных — высоте Н слоя распределения частиц и концентрации частиц иа этой высоте, ои равен:

(7.40)

где тп — среднее время жизни газа (частиц) (табл. 13).

Мокрое осаждение. Процесс вымывания можно разделить на две стадии. На первой стадии вымываемое вещество либо участвует в образовании облачной капли, служа ядром конденсации, либо захватывается каплями облака на том этапе их развития, когда они еще не превратились в падающие дождевые капли. Эта стадия определяется как внутриоблачное вымывание. На второй стадии вещество захватывается падающей каплей дождя на всем пути полета до контакта с подстилающей поверхностью. Вторая стадия называется подоблачным вымыванием.

Для описания общей эффективности совокупности процессов вымывания часто используют безразмерный коэффициент вымывания, который численно равен отношению массовой концентрации вещества в дождевой воде (снеге) к массовой концентрации вещества в окружающем воздухе.

Существует пять механизмов, благодаря которым частица или молекула газа могут попасть в каплю: диффузиофорез; броуновская диффузия; соударение и захват; растворение газа; образование капель на ядрах конденсации.

При диффузиофорезе аэрозольные частицы движутся в направлении среднего потока молекул в воздухе. Например, при конденсации молекул воды, окружающих каплю на ее поверхности, частица двигается вместе с результирующим потоком молекул воды по направлению к капле, к наоборот, при испарении каяли — от ее поверхности. Подобные явления могут возникать при градиентах температур (термофорез). Явление диффузиофореза характерно лишь для очень мелких частиц (с? lt; 0,1 мкм). Общий вклад в вымывание невелик.

Скорость броуновского движения зависит от размера частиц. Коэффициент диффузии уменьшается с 1,4 • 10-4 см2/с для частиц d = 0,01 мкм до 2,4 • 10“6 см2/с для частиц с диаметром d = 0,1 мкм. Диффузия частиц является основным механизмом перемещения их к поверхности капли.

Инерционное соударение присуще относительно крупным частицам. При контакте частицы с поверхностью капли происходит ее захват и переход с поверхности капли в жидкую фазу. Эффективность вымывания путем инерционного соударения и захвата сильно зависит от скорости падающей капли, которая определяется ее размерами, а также от массы и размера вымываемой частицы. Механизм следует учитывать для частиц крупнее 1 мкм.

Количество примеси, вымываемое атмосферными осадками qmt можно определить, если известны интенсивность осадков J, продолжительность осадков, высота подоблачного слоя Нi, высота слоя осадков Н2, концентрация оксидов азота в воздухе подоблачного слоя q .

При постоянном притоке воздуха и постоянной концентрации примеси в воздухе количество удаляемой примеси вычисляется по

формуле:              _

Чш =q-kd-S’t.              (7.41)

При неподвижном слое воздуха, осадках без притока примеси, количество удаляемой примеси определяется по формуле:

= g-(l-e'vst).

Способ вычисления зависит от наличия ветра. В случае сильных ветров применяют расчет первого варианта. При штиле, слабых ветрах и продолжительных осадках — второй вариант. Коэффициент абсорбции kd и поверхность раздела фаз S определяют в зависимости от интенсивности осадков I.

Оценив способность атмосферы к самоочищению за счет сухого и мокрого осаждения примеси, можно определить расчетную концентрация примеси в воздухе qoi

<< | >>
Источник: Салова Т. Ю., Громова Н. Ю., Шкрабак В. С., Курмашев. Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии. 2004

Еще по теме 7.2.3. Взаимопревращения и осаждение примеси:

  1. 12.4. Характеристика наиболее опасных загрязняющих веществ
  2. 12.8. Очистные сооружения
  3. УКАЗАТЕЛЬ
  4. Естественный радиационный фон геосистем
  5. Безотходное производство.
  6. Очистка сточных вод
  7. 6.5. Основные направления охраны атмосферы
  8. VI. 1. Основные свойства атмосферы и воздействие на нее человека
  9. 2. Классификация отношений управления и собственности.
  10. Основные мероприятия по предупреждению экологических чрезвычайных ситуаций