Распространение загрязняющих веществ в атмосфере
Известно, что ни одно предприятие не может функционировать без выбросов в атмосферу или сбросов в водоемы или водотоки. Попадая в эти текучие среды, вещества должны быть как можно быстрее и тщательнее перемешаны с принимающей средой, чтобы концентрация в регламентируемых точках не превышала нормативные (допустимые) значения. При этом используются свойство текучих сред переносить вещество и момент количества движения во всех направлениях (в том числе и против основного потока). Такое свойство движений, если они упорядочены, связано с конвекцией, а при больших интенсивностях в случае потери дальнего порядка — с турбулентностью.
Существует три механизма, приводящие к уменьшению концентрации загрязняющих веществ в атмосфере и водных объектах:
- • рассеяние путем конвективного и турбулентного перемешивания выбросов и сбросов;
- • деградация (трансформация) в результате химических и биохимических процессов;
- • иммобилизация, т. е. потеря подвижности ЗВ в результате физико-химических процессов адсорбции или биохимических процессов поглощения.
Рассеяние — основной и самый дешевый способ достижения существующих нормативов. Его, конечно, нельзя назвать идеальным с точки зрения устранения загрязнения окружающей среды. Расчет делается на пороговый характер проявления негативных воздействий и на способность атмосферы и гидросферы к самоочищению. Движущей силой процесса рассеяния с термодинамической точки зрения является стремление системы к сглаживанию градиентов химического потенциала.
Деградация — термин, строго говоря, относящийся к органическим веществам; для неорганических веществ чаще используют термин «трансформация». Отмечают химические, фотохимические и биологические виды деградации и трансформации. Трансформация неорганических веществ сопровождается изменением форм существования ЗВ (комплексообразование, гидролиз, реакции окисления-восстановления) .
Механизмы рассеяния
Известны три механизма рассеяния ЗВ в атмосфере:
- • молекулярная диффузия;
- • конвективная диффузия;
- • турбулентная диффузия.
Строго говоря, между двумя последними не существует большой разницы. В обоих случаях вещество переносится движением более или менее крупных элементов жидкости или газа.
Молекулярная диффузия — существенно иной механизм переноса массы. Здесь процессы протекают на молекулярном уровне, поэтому в данном случае речь идет о самостоятельном виде переноса массы, который может существовать и без конвекции или турбулентности. Однако проявляется он только на очень малых расстояниях или при очень малых временах развития процесса. Поэтому можно с уверенностью сказать, что молекулярная диффузия в «чистом виде» не представляет интереса для описания переноса веществ от источников на расстояния, рассматриваемые при мониторинге.
Ламинарные конвективные потоки в атмосфере также обычно не играют существенной роли на таких больших масштабах движений, которые реализуются на определяющем размере системы, каким является высота атмосферы. Известно, что переход от ламинарного течения к турбулентному определяет величина критического числа Рейнольдса (Re). Последнее зависит от высоты атмосферы в первой степени. Поэтому уже при весьма слабом ветре число Re велико, и доминируют турбулентное движение и турбулентная диффузия ЗВ.
