4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων

Παρουσίαση με θέμα: "4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
4.4 Συντελεστής βιοσυγκέντρωσης (BCF) Η (βιο)συσσώρευση ορισμένων τοξικών ενώσεων σε οργανισμούς θεωρείται ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα. To φαινόμενο της βιοσυσσώρεσης εμφανίζεται κυρίως για οργανοχλωριωμένες ενώσεις σε ψάρια, με το DDT να είναι το πιο γνωστό παράδειγμα. Μείωση αναπαραγωγικού δυναμικού πουλιών καταναλωτών. Συντελεστής βιοσυγκέντρωσης (BCF, Bioconcentration Factor): βαθμός που μία χημική ένωση Α συσσωρεύεται σ’ ένα οργανισμό σε σχέση με την συγκέντρωση της στο περιβάλλον νερό, αν η μόνη πηγή μεταφοράς της ουσίας στον οργανισμό θεωρηθεί ότι είναι ο μηχανισμός διάχυσης. BCF = [Α στον οργανισμό]ισορ./[Α στο περιβάλλον νερό]ισορ. (4.9) Οι μονάδες στον παρανομαστή και στον αριθμητή είναι οι ίδιες (μg/g) και οι τιμές του BCF αρχίζουν από 1 και φθάνουν στο O όρος βιοσυγκέντρωση δεν ταυτίζεται με τους όρους βιομεγένθυνση και βιοσυσσώρευση. Ο όρος βιομεγέθυνση αναφέρεται στην αύξηση της συγκέντρωσης κάποιας χημικής ένωσης κατά μήκος της τροφικής αλυσίδας. Υποδηλώνει επίσης ότι η τροφική ενσωμάτωση είναι προσθετική ή σπουδαιότερη από την άμεση έκθεση στη ίδια χημική ένωση. Ο όρος βιοσυγκέντρωση ορίζεται ως το καθαρό αποτέλεσμα της πρόσληψης, της κατανομής και της απομάκρυνσης μιας ουσίας σε έναν οργανισμό λόγω της έκθεσής του στο νερό και μόνο. Ο όρος βιοσυσσώρευση περιλαμβάνει έκθεση του οργανισμού σε όλες τις οδούς (αέρας, νερό, έδαφος και τροφή).

2 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
4.4 Συντελεστής βιοσυγκέντρωσης (BCF) H βιοσυγκέντρωση μιας ένωσης επηρεάζεται άμεσα και μπορεί να συσχετισθεί με τον συντελεστή οκτανόλης-νερού (Κow), τη διαλυτότητα στο νερό (SW) ή τον συντελεστή προσρόφησης (Koc). Ειδικά για τη βιοσυσσώρευση μιας ουσίας μέσα στα λιπίδια του οργανικού ιστού των ψαριών ισχύει η σχέση BCF = Kow* l όπου l η περιεκτικότητα λιπιδίων στα ψάρια (αδιάστατο μέγεθος) Μία λιπόφιλη ένωση με υψηλό συντελεστή Κow, έχει μεγαλύτερη τάση να συγκεντρώνεται στους οργανισμούς. Αν όμως τιμή του Κow είναι υπερβολικά υψηλή (107 – 108), τότε η συγκεκριμένη χημική ένωση (αναμένεται να) είναι τόσο ισχυρά προσροφημένη στα ιζήματα που, στην πραγματικότητα, είναι απίθανο να είναι αρκετά ευκίνητη ώστε να μπορεί να εισέλθει στους ζωντανούς οργανισμούς. Οι ενώσεις που παρουσιάζουν το μεγαλύτερο βαθμό βιοσυσσώρευσης είναι εκείνες με τιμές log Κow μεταξύ 4-7 (δηλ. Κow μεταξύ 104 – 107). Εμπειρικές εξισώσεις συσχέτισης BCF, Kow, SW, Koc: logBCF = 0.76 log Κow – (4.10) logBCF = log SW (Διαλυτότητα σε ppm) (4.11) logBCF = log Koc – (4.12) Παίρνοντας για παράδειγμα το DDT βρίσκουμε τα παρακάτω: Από την εξίσωση 4.10 γνωρίζοντας ότι log Κow = 6.2, προκύπτει BCF = 30339 Από την εξίσωση 4.11 γνωρίζοντας ότι SW = ppm προκύπτει BCF = 15249 Από την εξίσωση 4.12 γνωρίζοντας ότι Koc = προκύπτει BCF = 27542 Η πειραματικά μετρούμενη τιμή του BCF για το DDT είναι

3 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
4.5 Σταθερά Henry Η ανταλλαγή των οργανικών ενώσεων μεταξύ νερού και ατμόσφαιρας αποτελεί μία διεργασία κλειδί που επηρεάζει σημαντικά την τύχη τους στο περιβάλλον. Η κατανομή μιας οργανικής ένωσης σε ένα σύστημα αποτελούμενο από μια αέρια και μια υδατική φάση σε ισορροπία, περιγράφεται από τον συντελεστή κατανομής αέρα-νερού, ο οποίος είναι γνωστός και ως σταθερά του νόμου του Henry KH. Σταθερά Henry: ο λόγος της συγκέντρωσης μιας ένωσης στην αέρια φάση προς την συγκέντρωση αυτής στην υδατική φάση, υπό συνθήκες ισορροπίας. KH = Pi/Cw (atm.L.mol-1) (4.13) K’H = Ca/Cw (αδιάστατη) (4.14) ΚΗ = Κ’ΗRT (4.15) όπου R είναι η παγκόσμια σταθερά των αερίων και Τ η απόλυτη θερμοκρασία. Οι σταθερές Henry των οργανικών ενώσεων μπορεί να διαφέρουν μέχρι και 7 τάξεις μεγέθους και κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 10-3 ως 104 atm.L.mol-1. Οι ενώσεις που παρουσιάζουν μεγάλη πτητικότητα και χαμηλή διαλυτότητα στο νερό, θα έχουν υψηλή σταθερά KH και θα έχουν την τάση να μεταφέρονται από την υδατική στην αέρια φάση. 3

4 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
4.5 Σταθερά Henry Παράδειγμα: Να υπολογίσετε την μερική πίεση και τη συγκέντρωση βενζολίου στον αέρα ο οποίος βρίσκεται σε επαφή με νερό που περιέχει βενζόλιο σε συγκέντρωση ίση με 90 mg/l. Δίνεται η σταθερά Henry του βενζολίου (= atm.m3/mol στους 25οC), η παγκόσμια σταθερά των αερίων R = *10-5 atm.m3/mol.K, το μοριακό βάρος του βενζολίου (=78.11 g/mol) και ότι 1 atm = 760 mmHg. Λυση Pi = KH. CW CW = /78.11 mol/l = 1.152*10-3 mol/l = mol/m3. Άρα Pi = KH. CW = *1.152 atm = atm = = atm * (760 mm Hg)/atm = 4.80 mmHg Επίσης Ca = K’H.CW = (KH/RT).CW = ( /8.2058*10-5*298)*1.152*10-3 mol/l = = 0.258*10-3 mol/l

5 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
4.5 Σταθερά Henry (συνέχεια) Εύρος τιμών της σταθεράς Henry για διάφορες κατηγορίες οργανικών ενώσεων. 5

6 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
4.5 Σταθερά Henry (συνέχεια) Η σταθερά Henry μίας οργανικής ένωσης εξαρτάται βασικά από δύο παράγοντες: Θερμοκρασία και Αλατότητα Θερμοκρασία: lnKH = -ΔΗHenry/RT + σταθερά (4.16) όπου ΔHHenry είναι η ενθαλπία που απαιτείται για τη μεταφορά της ένωσης από τη υγρή στην αέρια φάση Η ΔHHenry > 0 για τις οργανικές ενώσεις (ενδόθερμη διαδικασία). Άρα αύξηση της θερμοκρασίας θα προκαλεί αύξηση στη σταθερά ΚΗ. ΔHHenry αυξάνει με το μέγεθος των μορίων των ενώσεων και επομένως η επίδραση της θερμοκρασίας αναμένεται να είναι πιο έντονη για τα μεγαλύτερα και πιο υδρόφοβα μόρια μιας κατηγορίας ενώσεων (π.χ. αλειφατικοί υδρογονάνθρακες) Αλατότητα: Η αύξηση της αλατότητας προκαλεί μείωση της διαλυτότητας μιας ένωσης, πράγμα που μεταφράζεται σε μείωση της συγκέντρωσης Cw. Επομένως η KH αναμένεται να αυξάνει με αύξηση της αλατότητας. Η σταθερά Henry μίας οργανικής ένωσης μπορεί είτε να προσδιοριστεί πειραματικά είτε να υπολογιστεί θεωρητικά με διάφορες εμπειρικές μεθόδους που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία. Ένας εύκολος τρόπος εκτίμησης της KH είναι μέσω του λόγου πτητικότητα/διαλυτότητα. Εφαρμόζοντας αυτή τη μέθοδο, οι υπολογιζόμενες τιμές των σταθερών Henry για ενώσεις μικρού μοριακού βάρους διαφέρουν από τις πειραματικά προσδιοριζόμενες τιμές κατά 10% ή και λιγότερο. Ωστόσο, μεγάλες αποκλίσεις αναφέρονται συχνά για ενώσεις με μεγάλο μοριακό βάρος, όπως οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, το τετραχλωροβενζόλιο και άλλες.

7 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Βασικοί μηχανισμοί στην ανταλλαγή μεταξύ υδάτων και ατμόσφαιρας Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται μια απλοϊκή απεικόνιση της οριακής επιφάνειας επαφής μεταξύ νερού και αέρα. 1) ένα στροβιλώδες στρώμα αέρα (με καλή ανάμιξη) (turbulent air) 2) ένα λεπτό στρώμα στάσιμου αέρα με πάχος περίπου 1 mm, 3) ένα λεπτό στρώμα στάσιμου ύδατος με πάχος περίπου 0.1 mm, 4) ο κύριος όγκος νερού κάτω από τη διεπιφάνεια νερού-αέρα (καλή ανάμιξη) (turbulent water)

8 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Βασικοί μηχανισμοί στην ανταλλαγή μεταξύ υδάτων και ατμόσφαιρας H διεπιφάνεια μεταξύ των στρωμάτων (2) και (3) είναι η περιοχή όπου τα μόρια του αέρα είναι σε άμεση επαφή με τα μόρια του νερού. Σε γενικές γραμμές, θεωρούμε ότι η κίνηση της μάζας των ρευστών στο στρώμα (1) (αέρας) και στο στρώμα (4) (νερό) είναι αρκετά γρήγορη έτσι ώστε να υφίσταται στροβιλώδης ανάμιξη. Τα μόρια των οργανικών ενώσεων κατανέμονται ομοιόμορφα τόσο μέσα στον κύριο όγκο του αέρα, όσο και μέσα στον κύριο όγκο του νερού, και συνεπώς οι ενώσεις παρουσιάζουν ομογενοποιημένη συγκέντρωση στα στρώματα (1) και (4). Η κατακόρυφη μεταφορά των οργανικών ενώσεων στα στρώματα (1) και (4) είναι αρκετά γρήγορη και κατά συνέπεια δεν αποτελεί το καθοριστικό στάδιο στη διεργασία μεταφοράς μάζας από τη μια φάση στην άλλη. Το ενδιαφέρον μας περιορίζεται στα στρώματα (2) και (3) που βρίσκονται κοντά στη διεπιφάνεια νερό-αέρας. Τα ρευστά παρουσιάζουν όλο και υψηλότερο ιξώδες όσο πιο λεπτό είναι το στρώμα που σχηματίζουν και συνεπώς η δημιουργία δινών (στροβιλισμών) σε στρώμα νερού με πάχος μικρότερου από 0.1 mm και σε στρώμα αέρα με πάχος μικρότερο από 1 mm είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Τα δύο αυτά στρώματα θεωρούνται ότι είναι στάσιμα (μη αναμίξιμα). Η μεταφορά των ενώσεων εντός αυτών των οριακών στρωμάτων δεν μπορεί να βασίζεται στη στροβιλώδη/τυρβώδη κίνηση. Έτσι θεωρούμε ότι η κίνηση των ενώσεων μέσα στα στρώματα (2) και (3) είναι δυσχερής και οφείλεται στη διεργασία της μοριακής διάχυσης. Παρ’όλα αυτά, στη διεπιφάνεια νερό-αέρας οι ενώσεις μεταπηδούν από τη μια φάση στην άλλη με μεγάλη ταχύτητα (πολύ μεγαλύτερη σε σχέση με την ταχύτητα διάχυσης εντός των στρωμάτων (2) και (3)) και επομένως υφίσταται ισορροπία.

9 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Μοντέλο μεταφοράς μεταξύ των δύο στάσιμων στρωμάτων στη διεπιφάνεια νερό-αέρας Εικόνα 4: Απεικόνιση του μοντέλου των δύο στάσιμων στρωμάτων για την περιγραφή της μεταφοράς των οργανικών ενώσεων από το νερό στον αέρα. Η κίνηση των μορίων καθορίζεται μόνο από την ικανότητά τους να διαχέονται.

10 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Μοντέλο μεταφοράς μεταξύ των δύο στάσιμων στρωμάτων στη διεπιφάνεια νερό-αέρας Κατά τη διάχυση, τα μόρια κάθε ένωσης μεταφέρονται από περιοχές με υψηλές συγκεντρώσεις προς περιοχές με χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Νόμος του Fick. Η ροή (Fz, flux) μίας ένωσης δηλαδή η ποσότητα της ένωσης που ρέει προς μία συγκεκριμένη διεύθυνση (έστω z) στη μονάδα του χρόνου και στη μονάδα επιφάνειας (mol/s.m2), είναι ανάλογη της αρνητικής βαθμίδας της συγκέντρωσης κατά τη συγκεκριμένη διεύθυνση (-dC/dz): Fz = -D(dC/dz) (4.17) όπου D (m2/s) είναι συντελεστής διάχυσης και η συγκέντρωση C έχει μονάδες mol/m3. Η ροή μέσα στο στάσιμο στρώμα αέρα (Fa) μπορεί να γραφεί ως εξής: Fa = - Da(Ca – Ca/w)/za (4/18) Η ροή πραγματοποιείται προς την κατεύθυνση κατά την οποία η Fa προκύπτει θετική. Έτσι αν Ca/w > Ca, τότε Ca- Ca/w < 0 και κατά συνέπεια Fa >0 δηλ. η ροή πραγματοποιείται από την περιοχή την περιοχή της μεγαλύτερης συγκέντρωσης (Ca/w) προς την περιοχή μικρότερης συγκέντρωσης (Ca) (από κάτω προς τα πάνω). Ομοίως η ροή μέσα στο στάσιμο στρώμα νερού (Fw) μπορεί να γραφεί ως εξής: Fw = - Dw(Cw/a – Cw)/zw (4.19) Αν Cw> Cw/a, τότε Cw/a– Cw < 0 και κατά συνέπεια Fw > 0, δηλ. η ροή πραγματοποιείται από την περιοχή την περιοχή της μεγαλύτερης συγκέντρωσης (Cw) προς την περιοχή μικρότερης συγκέντρωσης (Cw/a) (από κάτω προς τα πάνω).

11 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Μοντέλο μεταφοράς μεταξύ των δύο στάσιμων στρωμάτων στη διεπιφάνεια νερό-αέρας Για να προσδιορίσουμε την ολική ταχύτητα μεταφοράς μιας ένωσης από τον κύριο όγκο νερού προς τον κύριο όγκο της ατμόσφαιρας πρέπει να λάβουμε υπόψη την ταυτόχρονη επίδραση των δύο στάσιμων στρωμάτων. Επομένως υπό συνθήκες σταθερής κατάστασης θα ισχύει Fa=Fw=F (4.20) Tα μόρια αέρα που βρίσκονται ακριβώς πάνω από τη διεπιφάνεια νερό-αέρας (Ca/w) είναι πάντα σε ισορροπία με τα μόρια του νερού που βρίσκονται ακριβώς κάτω από τη διεπιφάνεια (Cw/a). Άρα θα ισχύει η σχέση: K’H = Ca/w / Cw/a (4.21) Καταλήγουμε στην παρακάτω σχέση (4.22) Από την παραπάνω εξίσωση προκύπτει ότι αν Cw > Ca/K’H η ροή του ρύπου θα πραγματοποιείται από το νερό προς τον αέρα. Στην αντίθετη περίπτωση θα πραγματοποιείται από τον αέρα προς το νερό.

12 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Μοντέλο μεταφοράς μεταξύ των δύο στάσιμων στρωμάτων στη διεπιφάνεια νερό-αέρας Το σημαντικό αποτέλεσμα της εξίσωσης που δίνει τη συνολική ροή F είναι ο πρώτος παράγοντας του γινομένου, ο οποίος έχει μονάδες ταχύτητας (m/s) και εκφράζει τη συνολική ταχύτητα μεταφοράς μάζας utot, διαμέσου της διεπιφάνειας νερού-αέρα. Eχει ληφθεί υπόψη η συνολική επίδραση και των δύο στασίμων στρωμάτων εκατέρωθεν της διεπιφάνειας νερού-αέρα. Ισχύει δηλαδή ότι utot = [(zw/Dw) + (za/Da.K’H)]-1 (4.23) και η (4.22) γράφεται πιο απλά ως εξής: (4.24)

13 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Μοντέλο μεταφοράς μεταξύ των δύο στάσιμων στρωμάτων στη διεπιφάνεια νερό-αέρας Ορίζουμε τις επιμέρους ταχύτητες μεταφοράς για την περίπτωση του στάσιμου στρώματος νερού (uw) και αέρα (ua): uw = Dw/zw (4.25) ua = Da/za (4.26) Συνδυάζοντας τις σχέσεις (4.23), (4.25) και (4.26) καταλήγουμε στην παρακάτω σχέση: (4.27) Διακρίνουμε δύο ακραίες περιπτώσεις: α) uw << ua.K’H άρα (uw)-1 >> (ua.K’H)-1 και κατά συνέπεια utot≈ uw. Η μεταφορά μάζας ελέγχεται από το επιφανειακό στάσιμο στρώμα νερού β) uw >> ua.K’H άρα (uw)-1 << (ua.K’H)-1 και κατά συνέπεια utot ≈ ua.K’H. Η μεταφορά μάζας ελέγχεται από το επιφανειακό στάσιμο στρώμα αέρα Υπάρχει και η ενδιάμεση περίπτωση (σημαντική επίδραση και από τα δύο στρώματα) Η utot εξαρτάται από τον συντελεστής διάχυσης στον αέρα (Da) και στο νερό (Dw) καθώς και τη σταθερά Henry (K’H). Με βάση τις παραπάνω εξισώσεις φαίνεται ότι μείωση στο πάχος za και zw θα προκαλεί αύξηση στην ταχύτητα μεταφοράς των ενώσεων από τη μια φάση στην άλλη. Επίσης οι συντελεστές μεταφοράς μάζας θα επηρεάζονται από τις παραμέτρους που επηρεάζουν την τιμή της σταθεράς Henry (π.χ. αλατότητα, θερμοκρασία).

14 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Επίδραση του ανέμου στην ταχύτητα μεταφοράς μάζας στο στρώμα αέρα ua Πειράματα έχουν δείξει ότι η ταχύτητα του ανέμου έχει σημαντική επίδραση στις ταχύτητες uw και ua. Στο μοντέλο που μελετάμε, περιγράφεται η επίδραση που θα έχει η ταχύτητα του ανέμου στους συντελεστές μεταφοράς μάζας όταν αυτή μετράται σε ύψος 10 m (ύψος αναφοράς) πάνω από την επιφάνεια του νερού (u10). (4.28) Οι εργαστηριακές μελέτες έχουν οδηγήσει στην παρακάτω εμπειρική εξίσωση που συνδέει την ταχύτητα μεταφοράς του νερού (ua(H2O)) μέσα στο επιφανειακό στρώμα αέρα και της εξάρτησής της από την ταχύτητα του ανέμου u10 : (4.29) όπου ua(H2O) είναι σε cm.s-1, ενώ η u10 είναι σε m.s-1. Γραμμική αύξηση της ταχύτητας ua(H2O) με την ταχύτητα του ανέμου u10 . Μέσω της ua(H2O) μπορούμε να εκτιμήσουμε τη ταχύτητα μεταφοράς ua για διάφορες οργανικές ενώσεις. (4.30) Ο συντελεστής μοριακής διάχυσης του H2Ο στον αέρα είναι γνωστός (Da(H2Ο)=0.26 cm2.s-1), ενώ το ίδιο ισχύει και για ένα μεγάλο αριθμό οργανικών ενώσεων.

15 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Επίδραση του ανέμου στην ταχύτητα μεταφοράς μάζας στο στρώμα νερού uw Η επίδραση της ταχύτητας του ανέμου στη uw έχει μελετηθεί εκτενώς για ιδιαίτερα πτητικά αέρια όπως το O2, το CO2 και διάφορα ραδιοισότοπα (3He, 222Rn). Το αέριο O2 χρησιμοποιείται ως αέριο αναφοράς για τη διερεύνηση του uw. Εργαστηριακές μελέτες έχουν δείξει ότι σε υψηλές ταχύτητες ανέμου, η δημιουργία κυματισμού στο νερό επιδρά σημαντικά στη uw. Με την εφαπτομενική κίνηση του ανέμου πάνω από την επιφάνεια υδάτινων συστημάτων (π.χ. λίμνες, ωκεανούς), μεταφέρεται ενέργεια στον κύριο όγκο του νερού η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του πάχους zw του επιφανειακού στρώματος στάσιμου νερού και επομένως την αύξηση της ταχύτητας μεταφοράς των μορίων από το νερό προς την ατμόσφαιρα.: (4.31) όπου οι τιμές που λαμβάνει η uw(O2) είναι σε cm.s-1, ενώ η u10 πρέπει να είναι σε m.s-1. Η ταχύτητα uw των οργανικών ενώσεων υπολογίζεται εύκολα από τη σχέση: (4.32) Ο συντελεστής μοριακής διάχυσης του O2 στο νερό είναι γνωστός (Dw(O2)=2.1x10-5 cm2.s-1), ενώ το ίδιο ισχύει και για ένα μεγάλο αριθμό οργανικών ενώσεων.

16 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
Παράδειγμα-Άσκηση Εξαιτίας ενός ατυχήματος, άγνωστη ποσότητα βενζολίου διέρρευσε μέσα σε μια λίμνη (με καλή ανάμιξη), η οποία χρησιμοποιείται ως δεξαμενή πόσιμου νερού για μια μικρή πόλη. Οι είσοδοι και οι έξοδοι νερού της λίμνης σφραγίστηκαν από την τοπική εταιρία ύδρευσης αμέσως μετά το ατύχημα. Σε δείγματα νερού που αναλύθηκαν από διάφορα σημεία και διάφορα βάθη της λίμνης, η μέση τιμή της συγκέντρωση του βενζολίου είχε βρεθεί ίση με 900±50 μg L-1. Επειδή αυτή η συγκέντρωση είναι πολύ μεγαλύτερη από το ανώτατο επιτρεπόμενο όριο για το πόσιμο νερό (5 μg L-1), ένας κάτοικος της περιοχής ρώτησε την εταιρία ύδρευσης σχετικά με τις ενέργειες που πρόκειται να εφαρμόσει για την επίλυση του προβλήματος. Προς έκπληξη του κατοίκου, η εταιρία απάντησε ότι δεν υπάρχει πρόβλημα και ότι σε μερικές μόνο μέρες το βενζόλιο θα έχει εξατμιστεί προς την ατμόσφαιρα και θα έχει εξαφανιστεί από τη λίμνη. Κατά πόσο ισχύουν τα παραπάνω; Ποιος είναι ο χρόνος παραμονής του βενζολίου στη λίμνη; (Δίνεται ότι η μέση ταχύτητα ανέμου σε ύψος 2 m πάνω από την επιφάνεια της λίμνης είναι 5 m.s-1, η μέση τιμή θερμοκρασίας είναι 25 οC, η λίμνη έχει επιφάνεια 5x105 m2, όγκο 2.5x106 m3, οι συντελεστές διάχυσης του βενζολίου στο νερό (Dw=1.3x10-5 cm2.s-1) και στον αέρα (Dα=0.12 cm2.s-1) είναι γνωστοί. Η σταθερά Henry K’H = Η μέση τιμή της συγκέντρωσης βενζολίου στην ατμόσφαιρα της περιοχής είχε βρεθεί ίση με 3.0±0.2 μg.m-3). ΛΥΣΗ: Η ροή μεταφοράς του βενζολίου στο σύστημα λίμνη-ατμόσφαιρα περιγράφεται από την εξίσωση: όπου Cw = 900 μg/L = μg/m3 και Ca/K’H = 3/0.22 = 13,63 μg/m3. Αφού Cw > Ca/K’H , το βενζόλιο θα ρέει διαμέσου της διεπιφάνειας αέρα-νερού από το νερό προς της ατμόσφαιρα, δηλ. θα εξατμίζεται.

17 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
ΛΥΣΗ: Για τον υπολογισμό της utot θα χρησιμοποιηθεί η σχέση πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να υπολογιστούν πρώτα οι ταχύτητες uw και ua. Η ταχύτητα uw του βενζολίου υπολογίζεται ως εξής: όπου Για τον υπολογισμό της ταχύτητας του ανέμου σε ύψος 10 m (u10) χρησιμοποιείται η σχέση: Κατά συνέπεια η ταχύτητα μεταφοράς του Ο2 στο στρώμα νερού uw(O2) υπολογίζεται ως εξής: και η ταχύτητα uw(βενζολίου) προκύπτει ως εξής: Στη συνέχεια, η ταχύτητα ua του βενζολίου υπολογίζεται ως εξής:

18 4. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ρύπων
ΛΥΣΗ: Η ταχύτητα μεταφοράς του Η2Ο στο στρώμα αέρα ua(Η2Ο) προκύπτει: και συνεπώς η ua(βενζολίου) προκύπτει: Παρατηρούμε ότι uw << ua δηλ. η ταχύτητα μεταφοράς του βενζολίου από το νερό στην ατμόσφαιρα ελέγχεται από την ταχύτητα μεταφοράς στο επιφανειακό στρώμα νερού. Η συνολική ταχύτητα utot : Κατά συνέπεια η ροή μάζας (ανά μονάδα επιφάνειας) βενζολίου είναι: Η ροή από όλη της επιφάνεια της λίμνης Λαμβάνοντας υπόψη το όγκο της λίμνης (2.5x106 m3), η συνολική ποσότητα του βενζολίου στη λίμνη (Αβενζόλιο) είναι ίση με m3 * μg.m-3 = μg ) και ο χρόνος παραμονής του βενζολίου (τβενζόλιο) στη λίμνη θα είναι: Άρα ο χρόνος παραμονής του βενζολίου στη λίμνη είναι 4.1 ημέρες. Η εταιρεία είχε δίκιο.