Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον

Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 1

Παράδειγμα μοντέλου πολλαπλών φάσεων: Μοντέλο πτητικότητας πολλαπλών μέσων επιπέδου ΙΙΙ Το μοντέλο υπολογίζει συγκεντρώσεις σε κατάσταση ισορροπίας ενός χημικού σε 4 περιβαλλοντικά μέσα (1) αέρας, (2) επιφανειακά νερά, (3) έδαφος, (4) ίζημα, ως απόκριση σε σταθερές εκπομπές σε μια περιβαλλοντική περιοχή καθορισμένου όγκου 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 2

Πτητικότητα και χωρητικότητα πτητικότητας Αέρια φάση Υδατική φάση Εδαφική φάση Παράμετροι χωρητικότητας πτητικότητας 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 3

Ορίζεται ως : Πτητικότητα : Αέρια φάση y P Όπου: y είναι το γραμμομοριακό κλάσμα του χημικού στην αέρια φάση Ф είναι ο αδιάστατος συντελεστής πτητικότητας μη ιδανικής συμπεριφοράς P T είναι η συνολική πίεση (Pa) P είναι η μερική πίεση του χημικού στην αέρια φάση Συγκέντρωση και πτητικότητα : f T P C Όπου : 1 n/ V P /( RT ) f /( RT ) f Z1 n είναι τα γραμμομόρια του χημικού για ένα δεδομένο όγκο V (mol) V είναι ο δεδομένος όγκος (m 3 ) R είναι η σταθερά των αερίων (8.312 (Pa m 3 )/(mole K)) T είναι η απόλυτη θερμοκρασία (K) Z1 είναι η χωρητικότητα της πτητικότητας (=1/(RT)) 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 4

Ορίζεται ως: Όπου : Πτητικότητα : Υδάτινη φάση x είναι το γραμμομοριακό κλάσμα γ είναι ο συντελεστής δραστικότητας του νόμου του Raoult P S είναι η τάση ατμών κορεσμού του καθαρού υγρού χημικού στη θερμοκρασία του συστήματος (Pa) Συγκέντρωση και πτητικότητα : f S P S Όπου : C2 x / vw f /( vw P ) f / H fz 2 v w είναι ο γραμμομοριακός όγκος του διαλύματος (water, 1.8x10-5 m 3 /mole) H είναι η σταθερά του νόμου του Henry για το χημικό (Pa.*m 3 /mole) Z 2 είναι η χωρητικότητα πτητικότητας του νερού για το χημικό (=1/H) C 2 είναι η συγκέντρωση σε υδατικό διάλυμα (moles/m 3 ) x 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 5

Πτητικότητα : Εδαφική φάση Ορίζεται ως : Όπου : C S KdC 2 C s είναι η προσροφημένη συγκέντρωση (moles/kg soil or sediment) C 2 είναι η υδατική συγκέντρωση (moles/l solution) K d είναι ο συντελεστής κατανομής ισορροπίας (L solution/kg solids) Συντελεστής κατανομής του οργανικού φορτίου: K OC K d Συγκέντρωση και Πτητικότητα: / 3 1 / H K f / Z f 3 C 1000 S OC 3 3 3 Όπου : р 3 είναι η πυκνότητα φάσης (kg solid/m 3 solid) Ф 3 είναι το κλάσμα μάζας οργανικού άνθρακα στην εδαφική φάση (g organic carbon/g soil solids) K oc είναι ο συντελεστής κατανομής βασιζόμενος στον οργανικό άνθρακα (L/kg) Z 3 είναι η χωρητικότητα πτητικότητας 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 6

Χωρητικότητες πτητικότητας για διαμερίσματα και περιβαλλοντικές φάσεις Περιβαλλοντική φάση Πυκνότητες φάσεων (kg/m 3 ) Αέρια φάση Z 1 =1/RT 1.2 Υδάτινη φάση Z 2 =1/H 1,000 Εδαφική φάση Z 3 =(1/H)K OC Φ 3 ρ 3 /1000 2,400 Φάση ιζήματος Z 4 =(1/H)K OC Φ 4 ρ 4 /1000 2,400 Φάση αιωρούμενου ιζήματος Z 5 =(1/H)K OC Φ 5 ρ 5 /1000 2,400 Φάση ψαριών Z 6 =(1/H)0.048ρ 6 K OW 1,000 Φάση αερολυμάτων όπου Περιβαλλοντικά διαμερίσματα Z7=(1/RT)6x10 6 /P S L R=Παγκόσμια σταθερά των αερίων (8.314Pa*m 3 /mole*k) T=Απόλυτη θερμοκρασία (K) H=Σταθερά νόμου Henry (Pa*m 3 /mole) K OC =Συντελεστής επιμερισμού οργανικού άνθρακα (=0.41K OW ) K OW =Συντελεστής επιμερισμού οκτανόλης - νερού ρ i =πυκνότητα φάσης i (kg/m 3 ) Φ i =Κλάσμα μάζας οργανικού άνθρακα στη φάση i (g/g) Διαμέρισμα αέρα (1) Υδατικό διαμέρισμα (2) Εδαφικό διαμέρισμα (3) Διαμέρισμα ιζήματος (4) Z C1 =Z 1 +2x10-11 Z 7 (Περίπου 30 μg/m 3 αερολυμάτων) Z C2 =Z 2 +5x10-6 Z 5 +10-6 Z 6 (5 ppm solids, 1 ppm fish by vol.) Z C3 =0.2Z 1 +0.3Z 2 +0.5Z 3 (20% air, 30% water, 50% solids) Z C4 =0.8Z 2 +0.2Z 4 (80% water, 20% solids) Σημείωση: Για στερεά αερολύματα P S L=P S S/exp{6.79(1-T M /T)} όπου T M είναι το σημείο τήξης (K) 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 7

Μεταφορά μεταξύ διεπιφανειών Διαδικασίες διάχυσης και μη-διάχυσης Διαδικασίες διάχυσης Μπορούν να συμβούν σε παραπάνω από μία κατεύθυνση, εξαρτώμενες από τα σημάδια πτητικότητας των διαφορετικών διαμερισμάτων Ρυθμός μεταφοράς : N = D(f) Παράδειγμα: Πτητικότητα Εξαέρωση από τονερό στον αέρα ή από το έδαφος στον αέρα Διαδικασίες μη-διάχυσης Είναι η μεταφορά μονής κατεύθυνσης ανάμεσα σε διαμερίσματα Ρυθμός μεταφοράς : N = GC = GZf = Df Παράδειγμα: Έκπλυση με βροχή, ξηρή και υγρή εναπόθεση σε νερό και έδαφος, εναπόθεση και επαναιώρηση σε ιζήματα 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 8

Μεταφορά μεταξύ διεπιφανειών Υπολογισμός παραμέτρων : μεταφορές αέρα-ύδατος Μια προσέγγιση διπλού φιλμ ακολουθείται με συντελεστές μεταφοράς μάζας για τον αέρα (u 1 = 5m/h) και το νερό (u 2 = 0.05 m/h). Η ενδιάμεση παράμετρος μεταφοράς για την προσρόφηση δίνεται ως : D /(1/ u A Z ) 1/( u A )) VW 1 1 W 1 2 WZ2 Η τιμή D για την έκπλυση από τη βροχή δίνεται ως : 3 W Z 2 Η τιμή D για την ξηρή/υγρή εναπόθεση δίνεται ως : Η σωρευτική τιμή D για τη μεταφορά από τον αέρα στο νερό : D 12 D RW D QW D Η τιμή D για τη μεταφορά από το νερό στον αέρα είναι : VW u u A A 4 W Z 7 D QW D21 D VW D RW 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 9

Μεταφορά μεταξύ διεπιφανειών Υπολογισμός παραμέτρων : Μεταφορά αέρα - εδάφους Μετά από ανάπτυξη, η εξίσωση του D για τη διάχυση από τον αέρα στο έδαφος δίνεται από : With : D D VS 1/(1/ DS 1/( DSW DSA)) D S u5as Z 1 SW u6as Z2 D SA u A 7 SZ 1 Η σωρευτική τιμή D για όλες τις διαδικασίες μεταφοράς από τον αέρα προς το έδαφος δίνονται από : D 13 D Και η διάχυση μεταφοράς από το έδαφος στον αέρα είναι : VS D QS D31 D VS D RS 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 10

Μεταφορά μεταξύ διεπιφανειών Υπολογισμός παραμέτρων : Μεταφορές νερού - ιζήματος Η τιμή D για μεταφορά από το νερό προς το ίζημα υπολογίζεται από τη σχέση : D u A Z u A Z 24 Όπου : u 8 είναι ο συντελεστής μεταφοράς μάζας (m/h) A W είναι η περιοχή (m 2 ) u 9 είναι η ταχύτητα εναπόθεση ιζήματος (m/h) 8 W Η τιμή D για μεταφορά από το ίζημα προς το νερό υπολογίζεται από τη σχέση : D42 u8aw Z2 u10aw Z4 Όπου : u 10 είναι η ταχύτητα επαναιώρησης (m/h) 2 9 W 5 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 11

Μεταφορά μεταξύ διεπιφανειών Η τιμή D για τη μεταφορά από το έδαφος στο νερό δίνεται από τη σχέση: 32 11 S 2 12 SZ3 Όπου : u 11 είναι η ταχύτητα απορροής του ύδατος (m/h) u 12 είναι η ταχύτητα απορροής του εδάφους (m/h) Υπολογισμός παραμέτρων : μεταφορά μεταξύ νερού και εδάφους D u A Z u Ο συντελεστής D για το μηχανισμό μεταφοράς μη-διάχυσης που χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση ενός χημικού από το ίζημα μέσω ταφής, περιγράφεται ως : A D u A4 B W Z 4 Όπου : u B είναι ο ρυθμός ταφής του ιζήματος (m/h) 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 A 12

Μεταφορά μεταξύ διεπιφανειών Υπολογισμός πααμέτρων : Μεταφορά με συναγωγή Ο συνολικός ρυθμός εισροών για κάθε μέσο είναι : I E G i i Ai Bi Όπου : E i είναι ο ρυθμός εκπομπών (moles/h) G Ai ο ρυθμός ροής μεταφοράς(m 3 /h) C Bi είναι η συγκέντρωση υποβάθρου εξωτερικά του διαμερίσματος i (moles/m 3 ) Ο συνολικός ρυθμός του όγκου των εκροών για κάθε μέσο είναι : D G Ai όπου : Z Ci είναι η χωρητικότητα πτητικότητας του διαμερίσματος i Ai Z C Ci 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 13

Διαδικασίες απωλειών μέσω αντιδράσεων Οι διαδικασίες απωλειών μέσω αντιδράσεων στο περιβάλλον περιλαμβάνουν τις ακόλουθες διεργασίες: Βιοδιάσπαση Φωτόλυση Υδρόλυση Οξείδωση 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 14

Εξισώσεις ισορροπίας Εξισώσεις ισορροπίας για το μοντέλο πτητικότητας επιπέδου ΙΙΙ του Mackay Αέρας Νερό Έδαφος Ίζημα I 1 +f 2 D 21 +f 3 D 31 =f 1 D T1 I 2 +f 1 D 12 +f 3 D 32 +f 4 D 42 =f 2 D T2 I 3 +f 1 D 13 =f 3 D T3 I 4 +f 2 D 24 =f 4 D T4 Όπου στην αριστερή πλευρά είναι το σύνολο των εισροών και στη δεξιά πλευρά το σύνολο των απωλειών, I I =E I +G AI C BI, I 4 συνήθως είναι μηδέν. Οι τιμές D στη δεξιά πλευρά είναι: D T1 =D R1 +D A1 +D 12 +D 13 D T2 =D R2 +D A2 +D 21 +D 24 D T3 =D R3 +D A3 +D 31 +D 32 D T4 =D R4 +D A4 +D 42 Η επίλυση των αγνώστων τιμών πτητικότητας σε κάθε διαμέρισμα είναι: f 1 = (J 1 + f 2 J 2 ) /J 3 f 3 = (I 3 + f 1 D 13 ) /D T3 f 4 = (I 4 + f 2 D 42 )/D T4 όπου J 1 = I 1 / D T1 + I 3 D 31 /(D T3 D T1 ) J 2 = D 21 / D T1 J 3 = 1 D 31 D 13 /(D T1 D T3 ) J 4 = D 12 + D 32 D 13 /D T3 ) f 2 = (I 2 + J 1 J 4 /J 3 + I 3 D 32 /D T3 + I 4 D 42 /D T4 )/(D T2 - J 2 J 4 /J 3 - D 24 D 42 / D T4 ) 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 15

Χημικές αντιδράσεις στο περιβάλλον 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 16

Προσρόφηση 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 17

Μεταφορά ρυπαντών σε υπόγεια νερά 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 18

Βιοαποδόμηση και παραπροϊόντα 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 19

Βιοσυσσώρευση και βιομεγέθυνση 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 20

Μεταφορά μάζας από το έδαφος στα φυτά 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 21

Αποδέκτης της ρύπανσης των διαφόρων περιβαλλοντικών μέσων 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 22

Kατανομή ισορροπίας ανάμεσα σε δύο φάσεις 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 23

Kατανομή ισορροπίας ανάμεσα σε δύο φάσεις 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 24

Kατανομή ισορροπίας ανάμεσα σε αέρα και νερό 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 25

Kατανομή ισορροπίας ανάμεσα σε νερό και στερεά 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 26

Kατανομή ισορροπίας ανάμεσα σε αέρα/νερό και αέρα/στερεά 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 29

Ανάμειξη λυμάτων που αποβάλλονται σε ποταμό 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 30

Μεταφορά σε διαφορετικά μέσα 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 31

Υγρή και ξηρή εναπόθεση 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 32

Εξαέρωση και απορρόφηση αερίων 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 35

Εξαέρωση και απορρόφηση αερίων 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 36

Έκπλυση εδάφους 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 37

Ισορροπία νερού και ιζημάτων 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 38

Ισορροπία νερού και ιζημάτων 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 39

Στάδια κύκλου ζωής βιομηχανικών χημικών ροές αποβλήτων 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 40

Διαχείριση χημικών στην EE 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 41

Διαχείριση χημικών στην EE 4 Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον Enve-Lab Enve-Lab, 2015 42