Promet materija u vodi

Транскрипт

1 Šesnaesto predavanje Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 1

2 CILJEVI PREDAVANJA Advekcija Difuzija Bočno, uspravno i podužno mešanje Promet zagađenja u estuarijumima Promet zagađenja u morima i jezerima Promet zagađenja u podzemnim vodama ISHODI PREDAVANJA Na kraju predavanja student će biti osposobljen da: definiše razliku između advekcije i difuzije predvidi promet zagađujućih supstanci u zavisnosti od njihovih svojstava, kao o transportnog medijuma Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 2

3 Promet materija u vodi se odvija usled: advekcije kretanje materije uzrokovano kretanjem vodene mase, mešanja ili difuzije kretanje materije usled kretanja vode u manjim razmerama (Braunovo kretanje) sa težnjom ka postizanju uniformnog sastava (ne uključuje ukupni transport vode). Kombinovani efekat advekcije i difuzije je poznat kao disperzija, kada dolazi do raspoređivanja materije u širem vodenom području. Iako je ovaj fenomen lako razumeti kvalitativno, kvantitativno ga je veoma teško opisati. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 3

4 ADVEKCIJA prenos horizontalnim kretanjem. Podrazumeva kretanje vazdušnom masom u atmosferi ili vodenom masom. Polutant je nošen brzinom kretanja vazduha ili vode. U slučaju da polutant prelazi iz jedna faze u drugu (npr. aerosoli ili čestične materije u vodu) tada se menja smer njegovog kretanja. v A = Q*C v A - brzina advekcije (masa/vreme) Q = brzina protoka medijuma advekcije (m 3 /h) C = koncentracija materije u medijumu (mg/m 3 ) Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 4

5 Šta prouzorkuje difuziju? Termalna difuzija, Difuzija duž koncentracionog gradijenta. v D D c y A D difuzioni koeficijent za određenu materiju u određenom medijumu (m 2 /s); c Koncentracioni gradijent u pravcu difuzije; y A površina kroz koju se odvija difuzija. Difuzioni koeficijent je reda veličine 10-5 m 2 /s u vazduhu i 10-9 m 2 /s u vodi. Difuzioni koeficijenti zavise od hemijskih osobina i temperature. Veći molekuli imaju manje difuzione koeficijente; na višim temperaturama difuzioni koeficijenti su veći. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 5

6 Postoje tri vrste mešanja: Bočno (lateralno) mešanje određuje brzinu kojom se neki polutant rasprostire sa jedne obale na drugu. Uspravno (vertikalno) mešanje određuje domet raslojavanja (stratifikacije) unete materije po slojevima vodene mase. Podužno (longitudinalno) mešanje određuje brzinu kojom se neki polutant kreće nizvodno. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 6

7 Turbulencija vode određuje sve tri vrste mešanja. Turbulencija zavisi od: protoka vode, nagiba rečnog korita, dubine vode, konfiguracije rečnog dna i obala, vetra, temperature. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 7

8 Brzo bočno mešanje polutant brzo difunduje u celu masu vode. Sporo bočno mešanje (široke, duboke i spore reke) polutant se razvlači duž jedne obale sa malim uticajem na ceo tok. Kaptažni objekti se postavljaju na manje zagađenoj rečnoj obali. Kako se može odrediti mesto ispuštanja polutanata u reku, a da ne dođe do zagađenja obale (Nesmejanov)? L h q v n L rastojanje od obale do mesta ispuštanja zagađenja (m) q- protok zagađenja (m 3 /s) h dubina reke na mestu ispuštanja (m) v brzina reke (m/s) n faktor razblaživanja Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 8

9 Uspravno mešanje se vrši brže nego bočno mešanje, jer je odnos dubine prema širini reke mali. Podužno mešanje utiče na prenos zagađenja nizvodno i na brzinu smanjenja zagađenja pomoću faktora prirodnog prečišćavanja površinskih tokova. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 9

10 Estuarijum je mesto mešanja rečne sa morskom vodom. Bočasta ili slankasta voda. Prometa zagađenja u estuarijumu je određen: plimom i osekom, razlikom u gustini slatke, morske i otpadne vode, koagulacijom i flokulacijom uzrokovanom slanom vodom, konfiguracijom obala i dna estuarijuma, vetrom. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 10

11 Pozitivna ušća postoji značajno razblaživanje morske vode slatkom (velika reka se uliva u more). Obrnuta ušća gubici usled isparavanja nadmašuju unete količine slatke vode, pa je voda u zoni ušća slanija od morske vode, koja za vreme plime nadolazi. Neutralna ni doticaj slatke vode ni isparavanje ne predstavljaju dominantne procese. Radioaktivni traseri. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 11

12 Početno zagađenje prouzrokovano delovanjem zagađivača ispuštenim u mlazu difuzerima (ukoliko postoji raslojavanje vode, zagađenje može da se prostire samo na određenoj dubini). Kasnije zagađenje usled morskih struja Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 12

13 Specifičnosti kretanja podzemnih voda: kreće se laminarnim strujanjem, nema turbulentnog kretanja, brzina je veoma mala (3 m/god, tj. u krupnozrnom materijalu 1 km/god). Posledica: zagađenje uneto u zemljište može da ne zagađuje podzemnu vodu na relativno bliskom mestu, zagađenje je dugo lokalizovano na tom mestu. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 13

14 Podzemne vode su vode koje se nalaze u prostoru pora i fraktura stena i minerala ispod površine Zemlje. Potiče od kišnice i otopljenog snega, a vraća se na površinu preko površinskih potoka, jezera i okeana. Čine oko 0,5 % svih voda na Zemlji, odnosno 35 puta je veća količina nego vode jezera i potoka. Zapremina vode je ekvivalentna 55 m debelom sloju koji se proteže ispod cele površine Zemlje. Obično se javljaju na dubinama do 750 m. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 14

15 Kiša prvo prolazi kroz pore zemljišta koje su ispunjene vazduhom - nezasićena zona ili zona aeracije. Zatim, prolazi kroz zonu u kojoj su pore ispunjene vodom zasićena zona. Vrh zasićene zone, tj. površina ispod koje su sve pore ispunjene vodom se zove nivo podzemnih voda (water table). Tokom suvih perioda, nivo podzemnih voda se spušta, a tokom vlažnih perioda nivo se podiže. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 15

16 Brzina kretanja uglavnom manja od kretanja površinskih voda. Podzemna voda se pre svega kreće naniže pod dejstvom gravitacije. Ali, ona takođe može da se kreće i naviše, jer se kreće iz oblasti većeg u oblast manjeg pritiska, kao što se može videti ilustrovano u eksperimentu na slici. Isto se dešava i ispod površine Zemlje: pritisak koji je veći ispod planina gura vodu ka oblasti nižeg pritiska ispod kotilina i dolina. Brzina kojom se kreće podzemna voda zavisi od dve osobine stenskog materijala: poroznosti i permeabilnosti. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 16

17 Fabrike i podzemni rezervoari predstavljaju izvore zagađenja podzemnih voda. Kada rezervoar sa tečnošću koja se rastvara u vodi iscuri, voda se kreće naniže sve do nivoa podzemnih voda. Tada se rastvara u podzemnoj vodi. Ovi polutanti se kreću zajedno sa podzemnom vodom. Mogu da zagade bunare i površinsku vodu. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 17

18 Ukoliko je tečnost koja je procurila manje gustine od vode, ona pluta na površini nivoa podzemne vode. Nešto od polutanta će ispariti i kretaće se naviše ka površini u obliku pare. Jedan deo će se rastvoriti i kretati sa podzemnom vodom. Ukoliko materija nije mnogo rastvorna u vodi, veći deo tečnosti će plutati na površini podzemne vode i kretaće se sa podzemnom vodom. Tečnosti koje su gušće od vode će potonuti sve dok ne dosegnu vodonepropusni plato (akvitard). Tada se ona kreće po površini vodonepropusnog platoa zajedno sa podzemnom vodom. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 18

19 Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 19

20 Kada je polutant nošen brzinom kretanja vazduha ili vode, proces se zove difuzija. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 20

21 Difuzioni koeficijent je veći za vazduh nego za vodu. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 21

22 U reku je prosuta veća količina pentana i 1- butanola. Koja supstanca će se više rastvoriti u vodi? pentana 1-butanol Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 22

23 Bočno (lateralno) mešanje određuje brzinu kojom se neki polutant rasprostire sa jedne obale na drugu Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 23

24 Uspravno mešanje se vrši brže nego bočno mešanje, jer je odnos dubine prema širini reke mali. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 24

25 Obrnuta ušća su ušća kod kojih je voda u zoni ušća slanija od morske vode. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 25

26 Nivo podzemnih voda je površina ispod koje su sve pore zemljišta ispunjene vodom. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 26

27 Tokom suvih perioda, nivo podzemnih voda se podiže. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 27

28 Podzemna voda se kreće naniže pod dejstvom gravitacije, i naviše iz oblasti većeg u oblast manjeg pritiska. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 28

29 Ukoliko je tečnost koja je procurila u zemljište manje gustine od vode, ona pada na površinu akvitarda. Tačno Netačno Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 29