5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.1 Χαρακτηριστικά του Εδάφους Ανοικτό περιβαλλοντικό σύστημα σε συνεχή ανταλλαγή με την ατμόσφαιρα, την υδρόσφαιρα και τη βιόσφαιρα. Προσλαμβάνει μεγάλες ποσότητες αποβλήτων κάθε έτος. Εκπομπές SΟx και NOx καταλήγουν στο χώμα ως θειϊκά και νιτρικά άλατα αντίστοιχα. Αυξημένες συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων (πχ μόλυβδος) (βιομηχανικές εγκαταστάσεις και μεταλλεία ) Πρόσληψη φυτοφαρμάκων. Η χημική σύσταση του εδάφους καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την τύχη των διαφόρων ρύπων που εναποτίθενται σε αυτό. Μίγμα ανόργανων υλικών, οργανικής ύλης, νερού, αέρα και ζωντανών μικροοργανισμών. Στερεά ανόργανα συστατικά (45%), Οργανικά συστατικά (5%), Αέρας (20-30%), Νερό (20-30%). Χαρακτηριστικά εδάφους: α) Χρώμα εδάφους Καθορίζεται από την οργανική ύλη (μαύρο χρώμα) καθώς και από ορισμένες ανόργανες ενώσεις (κυρίως Fe και Mn). β) Βαθμός συνοχής και συνάφειας Εξαρτάται από το μέγεθος των κόκκων Ονομασία Κλάσματος Διάμετρος κόκκων (mm) Άργιλος < 0.002 Ιλύς 0.002 – 0.02 Λεπτή Άμμος 0.02 – 0.2 Χονδρή Άμμος 0.2 – 2.0 Χαλίκια > 2.0

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.1 Χαρακτηριστικά του Εδάφους (συνέχεια) γ) Υδατοχωρητικότητα: Το ποσοστό του νερού κατά βάρος που υπάρχει στο έδαφος με μία από τις τρεις παρακάτω μορφές: προσροφημένο, υγροσκοπικό, τριχοειδές. Το προσροφημένο νερό είναι εγκλωβισμένο σε ενδοκρυσταλλικούς χώρους μεταξύ των ορυκτών της αργίλου και δεν κινείται ούτε προσλαμβάνεται από τα φυτά. Το υγροσκοπικό νερό είναι προσροφημένο με μορφή πολύ λεπτών στρωμάτων γύρω από τους εδαφικούς κόκκους και μπορεί να κινείται υπό τη μορφή υδρατμών. Το τριχοειδές νερό αποτελεί την υγρασία που αποθηκεύεται στο έδαφος και την οποία χρησιμοποιούν τα φυτά για την ανάπτυξή τους (μεταξύ των περιόδων βροχής ή άρδευσης). Σημειώνουμε ότι στο έδαφος υπάρχει και το διηθητό νερό το οποίο καταλαμβάνει τους μεγάλους πόρους (διαμέτρου < 0.06 mm) και τους κενούς χώρους και κινείται προς τα κάτω με την επίδραση της βαρύτητας. Δεν συνυπολογίζεται στην υδατοχωρητικότητα. δ) Πορώδες: Είναι ο όγκος των κενών περιοχών που υπάρχουν ανάμεσα στα στερεά μόρια.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.1 Χαρακτηριστικά του Εδάφους (συνέχεια) ε) Υδατοδιαπερατότητα Είναι η ταχύτητα με την οποία κινείται το νερό μέσα στο έδαφος. στ) Αντίδραση του εδάφους (pH). H πιο σημαντική του ιδιότητα. pH εδαφικού αιωρήματος, pH πάστας εδάφους κλπ. Τα εδάφη εμφανίζουν ρυθμιστική ικανότητα pΗ, η οποία οφείλεται κατά κύριο λόγο στα ανθρακικά (CO32-) και αργιλικά (Al3+) άλατα. ζ) Ιον(το)ανταλλαγή Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ορισμένα στερεά σώματα ανταλλάσσουν κάποια ιόντα τους με άλλα ιόντα τα οποία είναι στο διάλυμα. Πραγματοποιείται στη διεπιφάνεια μεταξύ μίας υγρής και μίας στερεής φάσης. Τα εδάφη ανταλλάσουν κυρίως κατιόντα κυρίως μέσω των αργιλικών ορυκτών και της οργανικής ύλης. Xωρητικότητα ανταλλαγής κατιόντων (CEC – Cation Exchange Capacity) και εκφράζεται με την ισοδύναμη ποσότητα μονοσθενών κατιόντων (mol μονοσθενών κατιόντων) που ανταλλάσσονται ανά 100 gr εδάφους. Μερικά ιόντα που συναντώνται φυσικά στο υπέδαφος (και που μπορούν να ανταλλαχθούν με τα ιόντα ρύπων) είναι τα εξής: Ca+2, Mg+2, Na+, K+, SO4-2, Cl-, PO4 -3 και ΝΟ3 -. Οι ιοντοανταλλακτικές ιδιότητες έχουν ιδιαίτερη σημασία στη ρύπανση των υπογείων νερών με βαρέα μέταλλα και τοξικά στοιχεία.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη (α) 0-ορίζοντας (humus): ανώτατο στρώμα εδάφους με φυτά, οργανικά υπολείμματα, πεσμένα φύλλα δένδρων και μερικώς αποσυντιθέμενη οργανική ύλη. (β) Α-ορίζοντας (topsoil): τα πρώτα 30-50 εκατοστά με οργανική ύλη (χουμικά οξέα), μερικά ανόργανα ορυκτά, ζωντανούς οργανισμούς και με τη μεγαλύτερη βιολογική δραστικότητα από όλες τις άλλες στιβάδες. Λεπτόκοκκα σωματίδια. (γ) Ε-ορίζοντας (eluviation ή leaching zone): Διαχωρίζει το επιφανειακό έδαφος από το υπέδαφος. Ζώνη αποπλυμάτων. (δ) B-ορίζοντας (subsoil): το υπέδαφος. Συγκεντρώνεται ο άργιλος (πηλός), σίδηρος και αργίλιο καθώς και κάποιο ποσοστό οργανικής ύλης μετά το στράγγισμα από τις επάνω ζώνες. Το χρώμα του υπεδάφους είναι ερυθρό-καφέ λόγω του πηλού (clay) και των οξειδίων σιδήρου. (ε) C-ορίζοντας (regolith, μεταβατική ζώνη): ελαφρά διαβρωμένο βραχώδες έδαφος που περιέχει τα ορυκτά συστατικά του κύριου εδάφους. Οι ρίζες των φυτών δεν φτάνουν σε αυτή τη στιβάδα, η οποία πρακτικά δεν έχει καθόλου οργανική ύλη. (ζ) R-ορίζοντας (bedrock): βραχώδες έδαφος που δεν επηρεάζεται από διάβρωση. 4

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.2 Οργανική ύλη του εδάφους Φύλλα και τα νεκρά φυτά τα οποία έγιναν τροφή των μικροοργανισμών (βακτήρια, μύκητες) του εδάφους. Κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 2-10% του συνολικού εδάφους. Στα τυρφώδη εδάφη η περιεκτικότητα μπορεί να φθάσει μέχρι και 80%. Ελαττώνεται από τα ανώτερα προς τα κατώτερα στρώματα και η παρουσία της προσδίδει στα εδάφη μαύρο χρώμα. Τα κυριότερα συστατικά της οργανικής ύλης είναι τα χουμικά και τα φουλβικά οξέα. Έχουν παρόμοια χημική σύσταση με τα χουμικά να έχουν σχετικά περισσότερο αρωματικό χαρακτήρα και τα φουλβικά περισσότερα αλειφατικές αλυσίδες. Τα χουμικά και φουλβικά οξέα συνιστούν τις λεγόμενες χουμικές ουσίες (humic substances). Δίνεται παράδειγμα χουμικού οξέος. Χαρακτηριστικές οργανικές ομάδες: καρβοξυλική, υδροξυλική, κινονική, κετονική, όξινη φαινολική υδροξυλική. 5

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.2 Οργανική ύλη του εδάφους (συνέχεια) Η παρουσία οργανικής ύλης στο έδαφος καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις μηχανικές και φυσικοχημικές του ιδιότητες και κατά συνέπεια τον βαθμό ρύπανσής του. 1. Η οργανική ύλη αυξάνει τον αριθμό των πόρων του εδάφους, συντελώντας σε αύξηση της υδατοδιαπερατότητας και της υδατοχωρητικότητας. 2. Επηρεάζει τις ιοντοανταλλακτικές ιδιότητες του εδάφους. 3. Οι χουμικές ουσίες στα εδάφη έχουν ισχυρή συγγένεια για τις οργανικές ενώσεις οι οποίες έχουν χαμηλή διαλυτότητα στο νερό, όπως είναι για παράδειγμα η ατραζίνη ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ζιζανιοκτόνο. 4. Επίσης οι χουμικές ουσίες έχουν καθοριστική επίδραση στην κατακράτηση και προσρόφηση μετάλλων. Έτσι για παράδειγμα η συγκέντρωση του ουρανίου στα χουμικά του εδάφους μπορεί να είναι μέχρι και 104 φορές μεγαλύτερη από εκείνη στο νερό με το οποίο το έδαφος βρίσκεται σε ισορροπία.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.3 Μεταφορά ρύπων στο έδαφος Η τύχη των ρύπων στο υπέδαφος μετά από την εναπόθεση τους καθορίζεται από δυο βασικές παραμέτρους: α) τις ιδιότητες των υπόγειων εδαφικών σχηματισμών και γενικότερα του υπόγειου περιβάλλοντος και β) τις φυσικοχημικές και βιολογικές ιδιότητες των ρύπων. Οι ρύποι μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: α) Μη αντιδρώντες (ή συντηρητικοί) ρύποι. Δεν επηρεάζονται από άλλες βιοτικές ή μη βιοτικές διεργασίες που πιθανόν να λαμβάνουν χώρα. Έχουν την τάση να κινούνται μέσα στο υπέδαφος μαζί με το υπόγειο νερό. Κύριο ρόλο στην τύχη και τη μεταφορά τους παίζουν τα υδρογεωλογικά χαρακτηριστικά του υπεδάφους. β) Αντιδρώντες (ή μη συντηρητικοί) ρύποι. Μετά την εναπόθεσή τους εμπλέκονται περαιτέρω σε διάφορες φυσικοχημικές διεργασίες (πχ βιοαποικοδόμηση, προσρόφηση) και υφίστανται αλλαγές. Σε αυτούς η τύχη τους επηρεάζεται κατά κύριο λόγο από τις ιδιότητες τους (π.χ. την ικανότητα τους να βιοαποικοδομούνται, να προσροφούνται, κτλ) και λιγότερο από τις υδροδυναμικές διεργασίες. Σε γενικές γραμμές οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο υπέδαφος χωρίζονται στις εξής βασικές κατηγορίες : Υδροδυναμικές (συμμεταφορά, διάχυση – διασπορά, επικρατέστερη ροή, πολυφασική ροή), Αβιοτικές (προσρόφηση, εξάτμιση, ιοντοανταλλαγή, υδρόλυση, καθίζηση/διάλυση, οξειδοαναγωγή, αλληλεπίδραση ρύπων (cosolvation), μεταφορά κολλοειδών), Βιοτικές (βιοαποικοδόμηση, νιτροποίηση, κα).

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.3.1 Υδροδυναμικές διεργασίες Συμμεταφορά: Η μεταφορά μάζας ενός ρύπου μαζί με το υπόγειο νερό, λόγω της ροής του. Αποτέλεσμα της υδραυλικής κλίσης του υδροφορέα. Το νερό που κινείται αναγκάζει τους ρύπους να μετακινηθούν μαζί του, ανάλογα με τη διαπερατότητα του εδάφους, η οποία σχετίζεται με το μέγεθος των σωματιδίων του, τον τύπο και τη δομή του, το πορώδες και την περιεχόμενη υγρασία. Η μέση ταχύτητα του ρύπου ίση με τη μέση ταχύτητα των υπογείων υδάτων. Η ροή του υπόγειου νερού, στην περίπτωση που είναι στρωτή (αριθμός Reynolds 1-10) περιγράφεται από το νόμο του Darcy, σύμφωνα με τον οποίο ισχύει η παρακάτω σχέση: Vx = - K(dh/dx) (5.1) όπου: Vx = η οριζόντια ταχύτητα του υπόγειου νερού [L/T], Κ = η υδραυλική αγωγιμότητα του υδροφορέα [L/T], dh/dx = η υδραυλική κλίση του υδροφορέα [αδιάστατο μέγεθος] Η υδραυλική κλίση εκφράζει τη μεταβολή του ύψους του υδροφόρου ορίζοντα προς τη μεταβολή του μήκους στην οριζόντια διεύθυνση.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Συμμεταφορά (συνέχεια): Η υδραυλική αγωγιμότητα ενός υδροφορέα εκφράζει την ευκολία με την οποία μεταφέρεται το νερό μέσα σε αυτόν. Εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά του υπάρχοντος γεωλογικού σχηματισμού. Η τιμή της είναι συνάρτηση της ενδογενούς διαπερατότητας k (intrinsic permeability), η οποία είναι χαρακτηριστική για κάθε τύπο εδάφους και ανεξάρτητη από τις ιδιότητες του εκάστοτε ρευστού, από τον ακόλουθο τύπο: (5.2) όπου: Κ = η υδραυλική αγωγιμότητα του υδροφορέα [L/T], k = η ενδογενής διαπερατότητα [L2], ρ = η πυκνότητα του ρευστού (π.χ. υπόγειου νερού) [M/L3], g = η σταθερά της επιτάχυνσης της βαρύτητας [L/T2], μ = δυναμικό ιξώδες του ρευστού [M/LT] Η τιμή της ενδογενούς διαπερατότητας αλλάζει κατά 12 τάξεις μεγέθους ανάλογα με τον τύπο του εδάφους (από πολύ διαπερατά χαλίκια έως σχεδόν μη διαπερατή άργιλο). Η τιμή της k εξαρτάται από τη φύση του εδάφους και από τις διαστάσεις των πόρων του. Το πορώδες ενός συγκεκριμένου τύπου εδάφους, ε, είναι ένα αδιάστατο φυσικό μέγεθος και εκφράζει το κλάσμα του κενού όγκου του εδάφους προς τον συνολικό όγκο του εδάφους. Η ροή (Fx) [M/L2.T] ενός ρύπου σε μια διεύθυνση (πχ τη διεύθυνση x) που οφείλεται μόνο στη συμμεταφορά δίνεται από τη σχέση Fx = Vx. ε . C όπου C [Μ/L3] = η συγκέντρωση του ρύπου στο υπόγειο νερό.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Διάχυση: Μεταφορά των ρύπων από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης σε περιοχές χαμηλής συγκέντρωσης. Eξάπλωση ενός ρύπου από το σημείο εισαγωγής του σε ένα πορώδες μέσο, ακόμη και στην περίπτωση που δεν υπάρχει ροή υπόγειου ύδατος. Περιγραφή από το νόμο του Fick όπου χρησιμοποιείται ένας φαινομενικός συντελεστής διάχυσης De, ο οποίος προκύπτει από τον κανονικό συντελεστή D (για ανεμπόδιστη μοριακή διάχυση) πολλαπλασιασμένο από τον λεγόμενο συντελεστή στρεβλότητας τ (tortuosity). [De = D*τ] Η τιμή του συντελεστή τ είναι πάντοτε μικρότερη της μονάδος, εκφράζει τη γεωμετρία των «καναλιών» του εδάφους που χρησιμοποιούνται για την κίνηση του υπόγειου νερού και των ρύπων και μπορεί να προσδιοριστεί με πειράματα διάχυσης. τ = 0,5-0,01 για φυσικά γεωλογικά υλικά. Διασπορά: Εξάπλωση του ρύπου στο υπόγειο νερό με συνδυασμό αφενός της μοριακής διάχυσης και αφετέρου της ανάμιξης του ρύπου, λόγω της αναταραχής και της ταχύτητας που επικρατεί στον υδροφορέα. Κατά τη διασπορά του ρύπου λειτουργούν οι παρακάτω τρεις μηχανισμοί: Μέγεθος του πόρου: Μερικοί πόροι έχουν μεγαλύτερη διάμετρο από άλλους, με αποτέλεσμα σε αυτούς να αναπτύσσονται μεγαλύτερες ταχύτητες. Μήκος μονοπατιού: Κάποιο τμήμα του ρευστού διανύει μεγαλύτερη απόσταση σε ορισμένες γραμμές ροής σε σχέση με άλλα τμήματα που ακολουθούν διαφορετικές γραμμές ροής, για να «διανύσουν» την ίδια οριζόντια απόσταση. Αυτή η «ζικ-ζακ» διαδρομή οφείλεται στην στρεβλότητα του πορώδους μέσου (tortuosity). Τριβή μέσα στους πόρους: Ύπαρξη διαφοράς στην ταχύτητα του ρευστού μέσα στον πόρο. Συγκεκριμένα, η ταχύτητα στο κέντρο του πόρου είναι μεγαλύτερη από αυτή κοντά στα τοιχώματα του πόρου.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Μηχανισμοί διασποράς ρύπου μέσα σε πορώδες έδαφος

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Η ανάμιξη και εξάπλωση των ρύπων στη διεύθυνση της ροής λέγεται επιμήκης διασπορά (longitudinal), ενώ εκείνη που είναι κάθετη στη διεύθυνση της ροής λέγεται εγκάρσια διασπορά (transverse). Ο συνδυασμός ονομάζεται υδροδυναμική διασπορά (hydrodynamic dispersion). Λόγω της υδροδυναμικής διασποράς οι ρύποι εξαπλώνονται και κατανέμονται στο χώρο δημιουργώντας έναν θύσανο ή πλούμιο. Είναι εμφανές ότι το πλούμιο (θύσανος) είναι πολύ πιο εκτεταμένο χωρικά όταν και οι δύο υδροδυναμικές διεργασίες (συμμεταφορά και διασπορά) συμβαίνουν ταυτόχρονα. Κατανομή ρύπου όταν λαμβάνει χώρα (Α) συμμεταφορά και διασπορά και (Β) μόνο συμμεταφορά

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Επικρατέστερη ροή: Ραγδαία μεταφορά ρύπων (με ταχύτητα μεγαλύτερη από την μέση ταχύτητα του υπόγειου νερού) Η εμφάνιση επικρατέστερης ροής από το νερό, οφείλεται στην ύπαρξη «μονοπατιών» χαμηλότερης πυκνότητας και κατά συνέπεια μικρότερης αντίστασης, τα οποία το νερό ανακαλύπτει και ακολουθεί. Τέτοια ραγδαία μεταφορά ρύπων συμβαίνει και στην περίπτωση παρουσίας μακροπόρων ή μικροπόρων, οι οποίοι μπορεί να έχουν δημιουργηθεί από διάφορους παράγοντες, όπως για παράδειγμα από την ύπαρξη ριζών διαφόρων φυτών. Επίσης συμβαίνει όταν υπάρχει δημιουργία «χαραμάδων» (fingering) η οποία σχετίζεται κυρίως με την παρουσία στρωματοποιημένων εδαφών, συμπιεσμένου αέρα και την ανακατανομή του νερού που ακολουθεί μια νεροποντή.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Πολυφασική ροή: Η μεταφορά ρύπων στο υπέδαφος οι οποίοι μπορούν να βρεθούν να ταυτόχρονα σε διάφορες φάσεις, πχ. τμήμα υγρού ρύπου που ρέει αυτόνομα χωρίς να αναμιγνύεται με το νερό, τμήμα του ίδιου ρύπου που έχει διαλυθεί στο νερό σε ένα μικρό ποσοστό, τμήμα του ίδιου ρύπου που βρίσκεται σε αέρια μορφή (ατμός). Οι διάφορες φάσεις του ίδιου ρύπου μεταφέρονται με διαφορετικές υδροδυναμικές διεργασίες και δημιουργούν πλούμια διαφορετικών μορφών. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν οι πετρελαϊκοί υδρογονάνθρακες, που γενικά ανήκουν στα λεγόμενα μη υδατικής φάσης υγρά (Non Aqueous Phase Liquids - NAPL). Οι ρύποι αυτοί αποτελούνται από ελαφριά και πυκνά συστατικά, τα οποία αντίστοιχα εκπροσωπούν τα LNAPL (Light Νοη Aqueous Phase Liquids) και DNAPL (Non Aqueous Phase Liquids). Τα LNAPL έχουν πυκνότητα μικρότερη από εκείνη του υπόγειου νερού με αποτέλεσμα να παρουσιάζουν την τάση να συσσωρεύονται στην επιφάνεια των υδροφορέων σχηματίζοντας μια ελεύθερη ελαιώδη φάση. Αντίθετα, τα DNAPL έχουν πυκνότητα μεγαλύτερη από εκείνη του υπόγειου νερού με αποτέλεσμα να καταφέρνουν να διεισδύουν στην κυρίως μάζα των υδροφορέων. Ταυτόχρονα, μέρος των πετρελαϊκών ρύπων διαθέτει μεγάλη πτητικότητα και υπάρχει στο υπέδαφος ως αέρια φάση ή σχετικά σημαντική διαλυτότητα και υπάρχει ως διαλυμένη φάση στο υπόγειο νερό.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Πλούμιο (θύσανος) ενός ρύπου τύπου LNAPL

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Πλούμιο (θύσανος) ενός ρύπου τύπου DNAPL

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη 5.3.2 Αβιοτικές διεργασίες Προσρόφηση, εξάτμιση, ιονανταλλαγή, υδρόλυση, καθίζηση/διάλυση και οξειδοαναγωγή. Επηρεάζουν τη μεταφορά των ρύπων στο υπέδαφος, προκαλώντας αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών και του στατικού εδαφικού υλικού (π.χ. η προσρόφηση και η ιονανταλλαγή) ή αλλάζοντας τη μορφή των υφιστάμενων ρύπων (π.χ. η υδρόλυση και οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής), γεγονός το οποίο με τη σειρά του μεταβάλει την αλληλεπίδραση τους με το έδαφος. Προσρόφηση Αποτέλεσμα της προσρόφησης είναι η επιβράδυνση των ρύπων μέσα στο υπέδαφος, δηλαδή η μείωση της ταχύτητας μεταφοράς τους σε σχέση με την ταχύτητα ροής του υπόγειου νερού. Η επιβράδυνση αυτή εκφράζεται μέσω ενός συντελεστή επιβράδυνσης R (αδιάστατος) ο οποίος. για το μοντέλο της γραμμικής προσρόφησης, είναι: R = 1 + ρbKd/ε (5.3) ρb είναι η πυκνότητα του ξηρού εδάφους, Κd o συντελεστής γραμμικής προσρόφησης και ε το πορώδες του εδάφους. Αν ο συντελεστής επιβράδυνσης ενός συστατικού είναι 5, το πλούμιο των διαλυμένων συστατικών των ρύπων θα κινηθεί με ταχύτητα ίση με το ένα πέμπτο της ταχύτητας ροής του υπόγειου νερού. Η κινητικότητα διαφόρων ρύπων βάση του φαινομένου της επιβράδυνσης περιγράφεται στον παρακάτω Πίνακα 3. Υψηλά διαλυτά συστατικά παρουσιάζουν χαμηλό παράγοντα επιβράδυνσης

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη R 1,4 - 2 3-6 9-20 40-100 >100 Κινητικότητα Πολύ κινητοί Κινητοί Μέτρια κινητοί Χαμηλής κινητικότητας Ακίνητοι Ρύποι Φαινόλες, αλκοόλες, ακετόνες TCA,TCE, βενζόλιο' Ναφθαλένια. Πυρένιο PCBs, χλωριωμένες διοξίνες Ταξινόμηση κινητικότητας ρύπων στο υπέδαφος

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Εξάτμιση Πολύπλοκη διαδικασία (περιβαλλοντικοί παράγοντες και χημικές ιδιότητες). Για την κατανόηση της εξάτμισης πρέπει να είναι γνωστή η κατανομή των ρύπων στα εδάφη. Οι ρύποι στα εδάφη κατανέμονται μεταξύ εδαφικού αέρα, εδαφικού νερού και εδαφικών στερεών (π.χ. οργανικό υλικό). Λόγω του ότι οι περισσότεροι ρύποι είναι προσροφημένοι στα εδαφικά στερεά, η εκρόφηση είναι συχνά ο πρώτος μηχανισμός σε μία σειρά από διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα πριν οι ρύποι εξατμιστούν στον αέρα. Οι περισσότεροι ρύποι εκροφούνται στο εδαφικό νερό, ως πρώτο βήμα της εξάτμισης. Διαδοχικά, οι ρύποι διαχέονται από το εδαφικό νερό στον εδαφικό αέρα και στη συνέχεια, διαμέσου του εδαφικού αέρα, στην ατμόσφαιρα. Ρυθμός προσρόφησης και ο όγκος του νερού που περιέχεται στο έδαφος έχουν σημαντική επίδραση στη δυναμική εξάτμισης των ρύπων.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την εξάτμιση ρύπων στο έδαφος είναι οι εξής: α) Ρόφηση:. Γενικά, οι προσροφημένες ουσίες δεν μπορούν να διαφύγουν στην ατμόσφαιρα μέσω εξάτμισης, εάν δεν προηγηθεί εκρόφηση, δηλ. έξοδος από τον προσροφητή. Μόνο τότε ένας ρύπος μπορεί να διαφύγει μέσα στο εδαφικό νερό, στη συνέχεια στον εδαφικό αέρα και τέλος στην ατμόσφαιρα. Οι ρύποι που είναι ισχυρά προσροφημένοι έχουν ελάχιστη τάση για εξάτμιση. Κατά συνέπεια, η συγκέντρωση ρύπων στην αέρια φάση σχετίζεται άμεσα με την ειδική επιφάνεια και το περιεχόμενο των εδαφών σε οργανικό άνθρακα. β) Ποσότητα νερού: Το νερό ως πολικό μόριο μπορεί να συμβάλει στην εκτόπιση από το έδαφος των μη πολικών (ή ελαφρά πολικών) προσροφημένων ρύπων. Επομένως, η εξάτμιση των ρύπων ενισχύεται από την παρουσία του νερού, λόγω της ενίσχυσης της διαδικασίας της εκρόφησης. Επιπλέον, το νερό παρέχει ένα μέσο μέσα στο οποίο οι ρύποι μπορούν να εκροφηθούν.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη γ) Διάχυση: Η διάχυση διαμέσου των πόρων του εδάφους είναι συνήθως καθοριστικός παράγοντας της διαδικασίας της εξάτμισης των ρύπων. Η εξάτμιση ρύπων με σχετικά χαμηλή τάση ατμών, που βρίσκονται στην επιφάνεια του εδάφους, λαμβάνει χώρα αμέσως. Η εξάτμιση από βαθύτερο ρυπασμένο έδαφος γίνεται με πιο αργούς ρυθμούς, λόγω αργής ροής μέσω διάχυσης. Η διάχυση στα εδάφη μπορεί να πραγματοποιείται σε μη αέρια φάση (π.χ. υγρή διάχυση) ή σε αέρια φάση (αέρια διάχυση). Η διάχυση υγρής φάσης επικρατεί σε κορεσμένα σε νερό εδάφη, όπου οι υφιστάμενοι ρύποι μπορούν να μετακινηθούν διαμέσου στρωμάτων νερού. Ο συντελεστής διάχυσης της υγρής φάσης είναι σημαντικά χαμηλότερος από εκείνον της αέριας φάσης. Οι συντελεστές διάχυσης εξαρτώνται από τον όγκο του νερού που περιέχεται στο έδαφος και το πορώδες του εδάφους, ανεξάρτητα από το αν επικρατεί η αέρια ή η υγρή διάχυση. δ) Θερμοκρασία: Σε υψηλές μεταβολές θερμοκρασιών (π.χ. 0-100 °C), οι ρύποι τείνουν να εξατμίζονται γρηγορότερα σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα υπόγεια εδάφη δεν χαρακτηρίζονται από μεγάλες θερμοκρασιακές διαφορές με αποτέλεσμα ακόμη και η υψηλή θερμοκρασία του καλοκαιριού να έχει μικρή επίδραση στο ρυθμό εξάτμισης των ρύπων. ε) Άνεμος και ατμοσφαιρική αναταραχή: Υψηλή ροή αέρα στην επιφάνεια του εδάφους αυξάνει τη διάχυση στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον, παράγοντας υψηλότερες συγκεντρώσεις και μεγαλύτερους ρυθμούς εξάτμισης από τα εδάφη. Οι ατμοσφαιρικές συνθήκες επιδρούν μόνο κοντά στην επιφάνεια του εδάφους, με αποτέλεσμα τα βαθύτερα ρυπασμένα εδάφη και τα υπόγεια ύδατα να μην επηρεάζονται σημαντικά από αυτές.

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Επίδραση εδαφικής υγρασίας στην εξάτμιση ρύπων από το έδαφος

5. Φυσικοχημικές διεργασίες στα εδάφη Η εξάτμιση στα εδάφη είναι δυνατόν να παρατηρηθεί είτε στην επιφάνεια του εδάφους είτε σε μεγάλο βάθος μέσα στο έδαφος Όσον αφορά στην εξάτμιση των ρύπων από την επιφάνεια του εδάφους ισχύει κατά κανόνα η παρακάτω σχέση: C=Co·e-kt (5.4) όπου: C = η συγκέντρωση του ρύπου στο υπέδαφος σε χρόνο t [M/L3] Co = η αρχική συγκέντρωση του ρύπου στο υπέδαφος [M/L3] k = η σταθερά του ρυθμού εξάτμισης [Τ-1] t = ο χρόνος [Τ] Έχει αποδειχθεί ότι η σταθερά του ρυθμού εξάτμισης (k) και κατά συνέπεια και ο ρυθμός εξάτμισης (-dC/dt) είναι ανάλογος της τάσης ατμών και αντιστρόφως ανάλογος του συντελεστή Koc και της διαλυτότητας των ρύπων στο νερό. Συγκεκριμένα ισχύει η ακόλουθη σχέση: (5.5) όπου: k= η σταθερά του ρυθμού εξάτμισης [day-1] VP = η τάση ατμών του ρύπου [mmHg] Koc = ο συντελεστής κατανομής οργανικού άνθρακα [ml/g] (ή συντελεστής προσρόφησης) S = η διαλυτότητα του ρύπου στο νερό [mg/L]