Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Szennyezőanyag terjedése felszín alatti vizekben Ács Tamás 30-318-6601 1.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Szennyezőanyag terjedése felszín alatti vizekben Ács Tamás 30-318-6601 1."— Előadás másolata:

1 Szennyezőanyag terjedése felszín alatti vizekben Ács Tamás

2 Kb kútból termelnek ivóvizet 1,8 millió m 3 vizet fogyasztunk naponta TUDTÁTOK E? 2

3 A vízfolyások kisvizeinek jelentős része származik felszín alatti vízből. A csapadék után a felszíni eredetű lefolyás átvált felszín alatti eredetűvé. TUDTÁTOK E? 3

4 Magyarország síkvidéki területeinek ökoszisztémája érzékeny a talajvízviszonyokra (elsősorban mennyiség). TUDTÁTOK E? 4 Az aszály hatásait általában a mezőgazdaságon keresztül ismerjük.

5 A felszín alatti vizek számottevő részének minőségét veszélyezteti az emberi tevékenység: települések mezőgazdaság ipartelepek hulladéklerakók stb. PROBLÉMÁK IS VANNAK… 5

6 Pontszerű szennyezőforrások FAVI adatbázis: engedélyezett tevékenységek (potenciális) kb objektum, mintegy 4000 veszélyes a felszín alatti vizekre. Kárinfo adatbázis: szennyezett területek adatbázisa kb objektum. Gyakori szennyezőforrások: az állattartótelepeken tárolt trágya, hulladéklerakókban, depóniákban, raktárakban elhelyezett szennyezőanyagok, a szénhidrogén-termeléshez kapcsolódó visszasajtolás, közvetlen bevezetések. PROBLÉMÁK IS VANNAK… 6

7 ÉRZÉKENYSÉG, SÉRÜLÉKENYSÉG Földtani érzékenység Víztartók belső tulajdonsága, a mobilis szennyezőanyag továbbterjedésének lehetőségét jellemzi. Sérülékenység vagy védettség Érzékeny közegre vonatkozik. Meghatározott jellegű szennyezőforrásból származó vízminőségromlás valószínűségére utal. Külső tényezők határozzák meg: áramlási pálya, irány, sebesség, illetve elérési idő. Általános sérülékenység (konzervatív anyag) Specifikus sérülékenység (az anyagra és a közegre jellemző transzport és átalakulási folyamatok figyelembevételével) 7

8 8 ÉRZÉKENYSÉG

9 SZENNYEZŐANYAG TERJEDÉS 9 Terjedés függ: közegtől szennyezőtől hidrometeorológia geológia áramlási rendszer

10 SÉRÜLÉKENYSÉG – KÚT NÉLKÜL Telítetlen zóna: talajvízforgalmi típusok 1. Független vízháztartású talajok B = ET B tv = ET tv = 0 A vízzáró réteg miatt a beszivárgás nem jut le a talajvízig, hanem ideiglenesen tározódik a vízzáró réteg felett, majd elpárolog. A szennyezés a felszín és a vízzáró réteg között fluktuáló mozgást végez. Feldúsulás a gyökérzónában. Talajvizet NEM éri szennyezés! vízrekesztő 10

11 Telítetlen zóna: talajvízforgalmi típusok Párolgási többlet, közepes talajvízállású terület B  ET B tv  ET tv A beszivárgási időszakokban a szennyezés nem éri el a talajvizet,. A párolgási többlet miatt a szennyezés a gyökérzónában koncentrálódik. Talajvizet NEM éri szennyezés! SÉRÜLÉKENYSÉG – KÚT NÉLKÜL

12 Telítetlen zóna: talajvízforgalmi típusok 12 A talajvizet KIS MÉRTÉKŰ szennyezés elérheti! 3. Párolgási többlet, magas talajvízállású terület B  ET B tv  ET tv A párolgási többlet ellenére egy beszivárgási periódus alatt a szennyezés elérheti a talajvizet, aminek a nagy része a párolgási periódusban visszajut a telítetlen zónába, a maradék elkeveredik a talajvízben. A szennyezés egyébként a gyökérzónában koncentrálódik. SÉRÜLÉKENYSÉG – KÚT NÉLKÜL

13 Telítetlen zóna: talajvízforgalmi típusok Egyensúlyban lévő talajvíz-forgalom, közepes talajvízállású terület B = ET B tv = Et tv Talajvizet NEM éri szennyezés! A beszivárgás és párolgás hosszú távon kiegyenlíti egymást. A közepes mélységű talajvíz miatt a beszivárgási időszakban nem jut le szennyezés a talajvízbe. A szennyezés a gyökérzónában koncentrálódik. SÉRÜLÉKENYSÉG – KÚT NÉLKÜL

14 Telítetlen zóna: talajvízforgalmi típusok 14 Talajvizet ELÉRHETI szennyezés! 5. Egyensúlyban lévő talajvíz-forgalom, magas talajvízállású terület B = ET B tv = ET tv A beszivárgás és a párolgás hosszú távon kiegyenlíti egymást. A magas talajvízállás miatt a felületi szennyezés egyetlen beszivárgási ciklusban is lejuthat a talajvízbe és ott elkeveredik. A szennyezés egy része bemosódik a talajvízbe, és ott eloszlik, a maradék szennyezés a gyökérzónában koncentrálódik. SÉRÜLÉKENYSÉG – KÚT NÉLKÜL

15 Telítetlen zóna: talajvízforgalmi típusok 15 Talajvizet ELÉRI szennyezés! 6. Beszivárgási többlet B  ET B tv  ET tv A beszivárgási többlet miatt a víz és a szennyezési front eredő mozgása lefelé irányul, a szennyezés talajvízbe jutása csak idő kérdése. A folyamatos utánpótlódás miatt a talajvízben szétterjed. SÉRÜLÉKENYSÉG – KÚT NÉLKÜL

16 B 1 B 2 V y eloszlása v y v r B 1 B 2 V y v y v r 16 SÉRÜLÉKENYSÉG – KÚT NÉLKÜL Telített zóna: le- és feláramlási területek Feláramlási terület Leáramlási terület Nem sérülékeny Sérülékeny

17 VÉDELEM 17

18 Tehát a felszín alatti vizek védelme kiemelt feladat! 18

19 A TRANSZPORTÓL ÁLTALÁBAN A szennyező anyagok transzportjában a folyamat jellege szerint megkülönböztetünk: 19 Advekciót – a közeggel együtt áramló szennyező anyag transzportját, Diffúziót – a koncentrációkülönbség hatására, Diszperziót – a sebességvektor irányváltozásai hatására, Szorpciót – az oldott és a szilárd váz felületén megkötött szennyező anyag koncentrációjának különbségének hatására, Bomlást – fizikai és/vagy kémiai folyamatok hatására létrejövő transzportot, Átalakulást – kémiai/biokémiai folyamat során az anyag minőségileg átalakul.

20 oldott anyag koncentrációjának megváltozása advekció (konvekció) + diffúzió és diszperzió + nulladrendű forrás-nyelő + peremeken kialakuló transzport elsőrendű forrás-nyelő + felületen megkötött anyag koncentrációjának megváltozása (adszorpció) + = ANYAGMÉRLEG 20

21 Gyakran keveredik az advekció és konvekció fogalma: konvekció: hőtanból átvett fogalom hőmérsékletkülönbség hatására létrejövő áramlással mozgó anyag transzportja advekció: potenciálos erőtér (itt nyomáskülönbség) hatására létrejövő áramlással mozgó szennyezőanyag transzportja 21 A gyakorlat és az irodalom azonban nem különbözteti meg, tehát: ADVEKCIÓ = KONVEKCIÓ = SZENNYEZŐANYAG A KÖZEGGEL EGYÜTT MOZOG Az anyagáram: átlagos sebesség és a koncentráció szorzata Mértékegysége: Tehát egységnyi idő alatt, egységnyi felületen átáramló tömeg. ADVEKCIÓ ZH!! (folyamat bemutatása levezetés nélkül)

22 22 Elemi hasábban a belépő és kilépő anyagáramok: ADVEKCIÓ

23 23 ADVEKCIÓ Porózus közegben a tényleges sebesség = ? A víz csak a szemcsék közötti pórusokban áramlik!! Áramlás sebessége? K h1h1 h2h2 L v Darcy féle sebesség: Teljes keresztmetszetre vonatkozik!

24 ADVEKCIÓ ÉS 24

25 TRANSZPORTEGYENLET Folyamatok: Oldott szennyező koncentrációjának megváltozása = Advekció 25

26 26 A tér pontjai közötti koncentrációkülönbség hatására létrejövő transzport. A rendszer egyensúlyra törekszik, így a magasabb koncentrációjú hely felől áramlik az alacsonyabb koncentrációjú hely felé. MOLEKULÁRIS DIFFÚZIÓ ZH!! (folyamat bemutatása levezetés nélkül)

27 27 A diffúziót Fick I. törvénye írja le. Descartes-féle koordináta rdsz-ben: Koordináta rdsz-től függetlenül: a molekuláris diffúziós tényező MOLEKULÁRIS DIFFÚZIÓ

28 28 Ahogy már az advektív transzportnál láttuk: és Fick I. törvénye alapján MOLEKULÁRIS DIFFÚZIÓ

29 29 TRANSZPORTEGYENLET Folyamatok: Oldott szennyező koncentrációjának megváltozása = Advekció + Molekuláris diffúzió

30 30 A sebességvektor irányváltozásaiból adódó szóródás. Léptéktől függően beszélhetünk mikroszkopikus- és makroszkopikus diszperzióról. Matematikai leírása a diffúziós egyenlet, de a fizikai tartalom eltérő. Bevezetjük a diszperziós tényezőt. A transzportegyenletben együtt kezeljük a két folyamatot. DISZPERZIÓ ZH!! (folyamat bemutatása levezetés nélkül)

31 31 1.Mikroszkopikus (hidrodinamikai): a szemcséknek ütköző folyadékrészecskék szóródása egyenlőtlen sebességeloszlás a pórusokban DISZPERZIÓ

32 32 2.Makroszkopikus: geológiai heterogenitásból fakad pl. az áramló közeg lencsének ütközik DISZPERZIÓ

33 33 A szennyezőanyag hozama arányos: az átlagos szivárgási sebességgel. a szennyezőanyag szóródását kifejező diszperzivitással. A szóródás mértéke eltérő a szivárgás irányában és arra merőlegesen. Így megkülönböztetünk: longitudinális diszperziót, transzverzális diszperziót, ezen belül horizontális transzverzális diszperziót és vertikális transzverzális diszperziót. DISZPERZIÓ

34 34 A diszperziós tényezők a szivárgás iránya alapján Descartes-féle koordináta rendszerben, feltételezve, hogy az áramlás X irányú: A különböző fizikai folyamatok matematikai analógiája miatt a diffúziós és diszperziós tényezőket összevonva: DISZPERZIÓ hidrodinamikai diszperziós tényező

35 DISZPERZIÓ longitudinális diszperzió transzverzális diszperzió 35

36 36 TRANSZPORTEGYENLET Folyamatok: Oldott szennyező koncentrációjának megváltozása = Advekció + Molekuláris diffúzió + Diszperzió

37 37 A szorpciós folyamatok a szennyezőanyag szemcsén való megkötődését VAGY a szemcsén megkötődött szennyezőanyag leválását jelentik. Mitől függ, hogy éppen melyik folyamat játszódik le? Az érkező víz koncentrációja kisebb vagy nagyobb, mint az egyensúlyi állapothoz tartozó koncentráció. Egyensúlyi állapotban az érkező szennyezőanyag továbbterjed, nincs megkötődés a felületen, sem oldatba lépés a felületről. SZORPCIÓ ZH!! (folyamat bemutatása levezetés nélkül)

38 38 SZORPCIÓ

39 39 Tehát, a folyamat irányától függően beszélhetünk: adszorpcióról: megkötődés a szilárd vázon és deszorpcióról: oldatba lépés a szilárd vázról A folyamat reverzibilis!! A rendszer szempontjából forrásként (deszorpció) vagy nyelőként (adszorpció) jelenik meg. SZORPCIÓ

40 40 Az egyensúlyi állapot leírása ún. izotermákkal történik. 1. Lineáris (Henry) izoterma:, ahol a felületen megkötött szennyezőanyag mennyisége a megoszlási hányados az oldat szennyezőanyag koncentrációja ebben az esetben állandó, tehát az adszorbeált anyag MENNYISÉGE és a pórusfolyadék EGYENSÚLYI KONCENTRÁCIÓJA egyenesen arányos. SZORPCIÓ

41 41 A folyamat leírása ún. izotermákkal történik. 2. Nem lineáris izotermák: a, Freundlich izoterma: b, Langmuir izoterma: SZORPCIÓ

42 42 Az egyensúlyi egyenlet: pórusokban az oldatszilárd vázon adszorbeált feltételezve, hogy a lineáris izoterma érvényes, tehát: SZORPCIÓ

43 43 Az egyensúlyi egyenlet: SZORPCIÓ Az oldott anyag koncentrációjának megváltozása az egyenlet mindkét oldalán megjelenik!

44 44 TRANSZPORTEGYENLET Folyamatok: Oldott szennyező koncentrációjának megváltozása = Advekció + Molekuláris diffúzió + Diszperzió + Szorpció Az oldott anyag koncentrációjának megváltozása az egyenlet mindkét oldalán megjelenik! Vigyük át a másik oldalra!

45 45 TRANSZPORTEGYENLET Folyamatok: Oldott szennyező koncentrációjának megváltozása = Advekció + Molekuláris diffúzió + Diszperzió + Szorpció Osszunk le -rel! ZH!! (késleltetés fogalma és származtatása)

46 46 TRANSZPORTEGYENLET Az advekció és a hidrodinamikai diszperzió is sebességfüggő! Látszólag kisebb sebesség, vagyis KÉSLELTETÉS (retardáció – R)

47 47 Elsőrendű, szeparábilis diff. egyenlet, analitikusan könnyű megoldani. lebomlási tényező (ha<1, akkor van lebomlás) ELSŐRENDŰ LEBOMLÁS ZH!! (folyamat bemutatása levezetés nélkül)

48 48 Szennyezőanyag degradációja, mennyiségének csökkenése. Fizikai-kémiai folyamatok indukálják. A folyamat sebességét befolyásolja: - talaj pH-ja - nedvességtartalma - hőmérséklet - szennyező jellemzői A lebomlás leírása: - nulladrendű: koncentrációtól független - elsőrendű: koncentrációtól függ BOMLÁS

49 49 Radioaktív bomlás – lebomlási tényező felezési idő alapján ELSŐRENDŰ LEBOMLÁS ÉS

50 50 Koncentrációtól független. NULLADRENDŰ LEBOMLÁS Kémiai átalakulási folyamatok hatását adjuk meg. Pl. ammónium oxidációja aerob közegben 2NH O 2  2NO H 2 O + 4H + 2NO O 2  2NO 3 - NH 4 + mennyisége csökken NO 3 + mennyisége nő Annyi transzportegyenlet, ahány komponens! Reakciókat külön egyenletekkel számítjuk!

51 51 TRANSZPORTEGYENLET Folyamatok: Oldott szennyező koncentrációjának megváltozása = Advekció + Molekuláris diffúzió + Diszperzió + Szorpció + Lebomlás (elsőrendű és kémiai átalakulás) ZH!! (folyamatok, változók, állandók megnevezése)

52 x C ADVEKCIÓ + DIFFÚZIÓ + DISZPERZIÓ + ADSZORPCIÓ késleltetés + LEBOMLÁS 52 x=0-ban és t=0-ban a koncentráció SZENNYEZŐANYAG TERJEDÉSE t=konst., x=var. ZH!! (minden, összevetve az áttörési görbével) + ÁTALAKULÁS

53 53 ÁTTÖRÉSI KÍSÉRLET K h1h1 h2h2 L v C0C0 C C(t)=? Különböző szennyezők. Különböző közeg. Változó peremfeltételek. ZH!! (kísérlet célja, működése)

54 ÁTTÖRÉSI GÖRBE advekció ± átalakulás + diffúzió és diszperzió + adszorpció + elsőrendű lebomlás 54 ZH!! (minden)

55 55 MODELLEZÉS A szennyezés terjedése modellezhető…. … ha ismertek: paraméterek reakcióegyenletek sebesség(tér) mérés, adatbázis, kalibráció termodinamika, adatbázis mérés, hidrodinamikai modell ? vízmozgás diff. egyenlete (Bussinesq-egyenlet) ZH! (folyamatok, változók, állandók megnevezése, lásd 51. dia)

56 Koncepcionális modell 1. A modell geometriai felépítése határai, 1, 2 vagy 3 dimenzió, horizontális felosztás, rétegfelosztás. 2. Peremfeltételek fix nyomás, fix hozam, nyomástól függő hozam. 3. Idő permanens, nem permanens (kezdeti feltétel, időlépcső). 4. Források és nyelők beszivárgás, párolgás, vízfolyás, tó, vízkivétel. 5. Transzportfolyamatok figyelembe vett folyamatok, egy vagy több komponens? 56 MODELLEZÉS ? ? ?

57 57 NÉHÁNY PÉLDA Szigetszentmárton vízmű kutak védőterületei mélyfúrású rétegvíz kutak ivóvíz és ipari víz célú felhasználás geológiailag védettnek tekinthető a fedőrétegek miatt konzervatív szennyezőt feltételezünk

58 NÉHÁNY PÉLDA Dunavarsány tisztított szennyvíz elhelyezés öntözés mg.-i terület és erdő szennyezők: kommunális ipari háttér (ivóvíz) határérték feletti tv. szennyezettség feladat: beavatkozások hatásainak vizsgálata 58

59 NÉHÁNY PÉLDA 59 5 év

60 NÉHÁNY PÉLDA év

61 NÉHÁNY PÉLDA év

62 NÉHÁNY PÉLDA év

63 NÉHÁNY PÉLDA év


Letölteni ppt "Szennyezőanyag terjedése felszín alatti vizekben Ács Tamás 30-318-6601 1."

Hasonló előadás


Google Hirdetések