Посудин укр.
.pdf
Рис.19.2. Двопроменева схема газового аналізатора:
1 – вхід газового потоку; 2 – вихід газового потоку; 3 – система реєстрації; 4
– модулятор; 5 – кювета з газом, що аналізується; 6 – діафрагма; 7 – камера поглинання; 8 – оптичні фільтри; 9 – опорна кювета; 10 – джерела інфрачервоного випромінювання; 11 – підсилювач; 12 – вимірювач
Одночасні вимірювання транспірації та асиміляції СО2.
Конструкція камери для одночасної оцінки транспірації та асиміляції СО2 складається з камери, в якій розміщена рослина (рис. 19.3).
Рис. 19.3. Інфрачервоний га-
зовий аналізатор для вимірювання концентрації СО2 та оцінки швидкості транспірації: В – венти-
лятор; Н – гігрометр; Т – термометр; СОг – система постачання газу; К – бюретка для визначення кількості конденсованої вологи
Камера обладнана системами контролю освітлення, температури, вологості та повітряного потоку. Концентрація СО2 визначається за
233
допомогою інфрачервоного газового аналізатора, а швидкість транспірації оцінюють шляхом визначення кількості конденсованої вологи, яка збирається у бюретці.
19.4. Забруднення навколишнього середовища транспортними засобами
Серед всіх основних джерел антропогенного хімічного забруднення транспортні засоби постачають вихід в атмосферу біля однієї третини летких органічних речовин (вуглеводнів), окисів азоту, свинцю і більш ніж дві третини окису вуглецю. Сучасне суспільство неможливо уявити без автомобільного транспорту; парк автомобілів зростає з кожним роком. Автомобіль змінив атмосферу міст за рахунок вихлопів газів, що містять токсичні речовини. Так, 75% свинцю, який знаходиться у високооктановому бензині у вигляді тетраетила свинцю, переходить в атмосферу; кожний автомобіль протягом року викидає в повітря 1кг цього металу. Крім того, двигун внутрішнього згорання постачає 350 г інших токсичних речовин на кожний літр використаного палива.
Серед них одне з основних місць посідає окис вуглецю; тільки в США автотранспорт викидає щорічно 102 106 т цього газу. Заміна мастила в автомобілях, витік його з картерів, розпліскування бензина або дизельного топлива під час заправки автомобілів – все це призводить до забруднення водних джерел і водоносних шарів грунту. Слід відмітити, що проникність бензину в грунт в сім разів вища, ніж води; навіть такі мізерні концентрації бензину як 1 млн-1 спроможні зробити неприйнятною для пиття значну кількість грунтових вод. Розподіл забрудненнь, за які відповідає автомобільний двигун, наведено в табл.
19.2.
19.2. Розподіл забруднень (мг/м3), які викидає автомобільний двигун
234
Особливу небезпеку для здоров’я людини являють леткі органічні сполуки, які потрапляють у повітря з вихлопними газами, а також через бензин, мастила та інші продукти, що зберігаються у гаражах. Джерелами летких органічних сполук є крісла та компоненти внутрішнього інтер’єру автомобіля.
Рис. 19.4 зображує можливі шляхи виходу забруднювачів в атмосферу під час роботи двигуна. Експлуатація кислотних акумуляторних батарей викликає виділення водню, кисню, вуглекислого газу, а також аерозілів сірчаної кислоти.
Рис. 19.4. Шляхи виходу забруднювачів в атмосферу під час роботи автомобільного двигуна: 1 − паливний бак; 2 − карбюратор; 3 − джерело іскри; 4 − циліндр; 5 − поршень; 6 − клапан; 7 − глушник; ВВ − вуглеводні
Запобігти забрудненню атмосфери вихлопними газами можна за рахунок вдосконалення камери згорання та її елементів, зменшення рівня шкідливих домішок в відпрацьованих газах, нейтралізації токсичних компонентів цих газів. Як приклад можна навести процес зменшення рівня оксидів азоту в автомобільному двигуні за рахунок зниження температури циліндрів, модифікації системи запалювання, упровадження рециркуляції вихлопних газів. На рис. 19.5 наведено демонстрація впливу процесу рециркуляції на вміст окисів азоту в вихлопних газах автомобіля.
235
Рис. 19.5. Зменшення рівня оксидів азоту в вихлопних
газах автомобіля за рахунок рециркуляції
Автомобіль є джерелом не тільки хімічного забруднення атмосфери, але й постачальником постійного монотонного шуму, різьких звуків, сигналів, скреготу під час гальмування.
Авіаційний транспорт також вносить певні зміни в навколишнє середовище. По-перше, польоти надзвукових транспортних літаків сприятимуть підвищенню вмісту вологості в стратосфері. Крім того, літаки забруднюють стратосферу газами (CO, NO, SO2 ) та аерозолями (SO4, вуглеводні, сажа). Забруднення, в свою чергу, зможуть призвести до підсилення парникового ефекту, зміни характеру стратосферної хмарності, зниженню концентрації азону в стратосфері. Значну шкоду здоров’ю людини спричинює рівень шумів авіаційних двигунів в районі авіапортів.
Наукова робота
Вимірити ширину некротичної кромки листя каштанів, що ростуть на різній відстані від автостради. Побудувати графік залежності середньої ширини кромки від відстані дерева до автостради (вимірювання робити не менш ніж три рази). Нанести на графік похибки вимірювань.
236
19.5. Випаровування з водної поверхні
Оцінювання кількості водяної пари, що випаровується з одиниці поверхні водойми за одиницю часу, можна здійснити за допомогою виразу:
Е = |
0,000119(e1 |
|
e2 )( 2 1 ) |
, |
( 19.8 ) |
|
|
|
2 |
||||
|
|
|
|
|
||
|
p ln |
h2 |
|
|
|
|
|
h1 |
|
|
|||
де Е вимірюється в м3/м2с = м/с; е1 |
та е2 − пружність водяної пари за |
|||||
даної температури на висоті h2 та h1 |
відповідно; р − середній атмосфе- |
|||||
рний тиск в Па. |
|
|
|
|
|
|
Приклад
Оцінити кількість водяної пари, що випаровується з одиниці поверхні водойми за одиницю часу, за такими умовами: температура повітря 25 0С; відносна вологість r = 98 %; середній атмосферний тиск р = 101,3·103 Па; швидкість вітру на висоті h2 = 2м становить 3 м/с; е1 = (еs) = 3167 Па.
Розв’язання
Пружність водяної пари е1 визначається так:
е1 = r∙еs = r∙е1 = 0,98·3167 = 3104 Па.
Враховуючи, що υ1 = 0 на рівні моря, використаємо рівнння ( 19.8 ):
|
|
Е = |
|
0,000119(e1 |
|
e2 )( 2 |
1 ) |
= |
|||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
p ln |
|
h2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
h1 |
|
|
|||||
= |
0.000119(3167 3104)(3 0) |
|
= |
0,0225 |
|
= 1,2588·10-8 м/с = |
|||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
1786681 |
|
|
||||||
|
101,3 10 8 |
ln |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0 ? 03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
=1,2588·10-8 м/с·1000·24·3600 мм/добу = 1,2 мм/добу.
19.6.Дисперсійне перенесення маси
В динаміці потоків процес поширення маси речовини від області високої концентрації до області меншої концентрації називається
дисперсійним перенесенням маси. Прикладом цього процесу є поши-
рення клубу дима, що виходить з труби (рис. 19.6).
237
Потік
Рис. 19.6. Дисперсія диму, що виходить з труби
Дисперсійний потік маси JS,x (так саме як дифузійний потік)
описується рівнянням Фіка: |
|
||
JS,x = – Ex |
dc |
, |
( 19.9 ) |
|
|||
|
dx |
|
|
де Ex – коефіцієнт дисперсії; dc – концентраційний градієнт. Одиниця dx
вимірювання коефіцієнта дисперсії – м2/с.
Дисперсія відрізняється від дифузії тим, що вона викликається турбулентним потоком, тоді як дифузія – випадковим молекулярним рухом (наприклад, Броунівським рухом). Дисперсія є більш суттєвим процесом порівняно з дифузією.
19.7. Моделювання поширення забруднень в атмосфері
Розглянемо клуб забруднювача, який поширюється під впливом вітру у просторі в площині x, z (рис. 19.7).
Рис. 19.7. Поширення клубу забруднювача під впливом вітру
238
Концентрація забруднювача С(х,у, z) змінюється згідно з нормальним (Гаусовим) розподілом і залежить від середньої швидкості вітру
V та швидкості викиду забруднювача Q:
|
|
|
|
|
|
|
C(x,y,z) = |
|
|
Q |
Gy Gz , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 19.10 ) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
де |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Gy = |
1 |
|
|
|
|
exp |
1 |
|
|
|
|
y |
, |
|
|
|
|
|
( 19.11 ) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
y |
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Gz = |
|
|
|
|
exp |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
( 19.12 ) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
z |
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Тут y і |
z - стандартні відхилення дисперсії у напрямках у та z; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Q вимірюється в кг/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Звідси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
y |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 z |
2 |
|||||||||
C(x,y,z) = |
|
|
|
|
exp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
exp |
= |
|||||||||||||||||||
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
z |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
z |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
= |
|
|
exp |
|
|
|
|
|
|
|
exp |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
( 19.13 ) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
2 |
y z V |
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
2 |
|
|
z |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
Якщо центр клубу забруднювача знаходиться на висоті Н від земної поверхні, то концентрація забруднювача в будь-якій точці на висоті z визначається за виразом:
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
Q |
|
1 |
|
y |
|
1 |
|
z |
H |
|
C(x,y,z) = |
|
exp |
|
|
|
exp |
|
|
|
|
. ( 19.14 ) |
2 y z V |
2 |
|
y |
2 |
|
|
z |
Схему поширення забруднювача наведено на рис.19.8.
239
Рис. 19.8. Схема поширення клубу забруднювача
Величини коефіцієнтів дисперсії у i z в залежності від відстані до джерела забруднення та атмосферних умов наведено в номограмах ( рис.19.9 ); категорії атмосферної стабільності оцінюють за табл.19.3.
Рис. 19.8. Номограми для визначення коефіцієнтів дисперсії залежно від відстані до джерела забруднення та атмосферних умов: А –
надзвичайно нестабільні; B – помірно нестабільні; C – трохи нестабільні; D – нейтральні; E – трохи стабільні; F – помірно стабільні атмосферні умови
240
19.3. Категорії атмосферної стабільності
Швидкість припо- |
|
|
|
|
|
|
верхневого ( 10 м ) |
|
День: |
|
Нічь: |
||
характеристика |
|
рівень |
||||
вітру, |
|
|||||
сонячного випромінювання, |
хмарності |
|||||
м/с |
||||||
що надходить |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Інтенсивне |
Помірне |
Слабке |
4/8 |
3/8 ни- |
|
|
|
|
|
низької |
зької |
|
|
|
|
|
хмарності |
хмарності |
|
2 |
А |
А-В |
B |
|
|
|
2–3 |
А-В |
В |
C |
E |
F |
|
3–5 |
В |
В-С |
C |
D |
E |
|
5–6 |
С |
С-D |
D |
D |
D |
|
6 |
С |
D |
D |
D |
D |
|
Приклад
Хмара газу H2S рухається зі швидкістю V = 2 м/с. Потужність джерела забруднення становить 500 кг/день. Визначити висоту хмари на відстані х = 2000 м від джерела, при якій концентрація газу не перевищує 30 мкг/м3. Атмосферна стабільність відповідає категорії F.
Розв’язання
Припускаючи, що максимальну концентрацію газ має на рівні земної поверхні ( z = 0 ) і те, що хмара поширюється у напряму х ( тобто у = 0 ), рівняння
( 19.13 ) можна записати так:
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 z H 2 |
|
|
|
|
|
|
1 H 2 |
|||||||
|
Q |
|
exp |
1 y |
exp |
|
|
|
|
Q |
exp |
|||||||||||||||
С(х,0,0) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
. |
||||||
2 y z |
V |
2 y |
2 |
|
|
|
|
|
y z V |
2 |
2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
z |
|||||||||||||
Підставляємо числові дані: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
30 10-6 10-3 кг/м3 = |
500кг / 86400с |
|
|
|
|
H 2 м2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
exp |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
3,14 70 |
20 2 |
2 |
|
202 м2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Звідси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
exp |
|
Н 2 |
|
= 0,046. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H = 49,63 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
241
19.6. Перенесення повітря та пари під час ремедіації
Екстрагування пари з грунту. Цей метод передбачає підвищення швидкості віддалення забруднювачів за рахунок інжекції повітря або пари у забруднений грунт з метою перенесення маси летких та напівлегких забруднювачів за допомою відкачування (рис. 19.9).
Розпилення повітря. Якщо забруднення знаходиться у грунтових водах, то забруднювачі переностяться завдяки повітряним пухирцям, які завжди прагнуть рухатися догори, де їх уловлюють. Забруднена ґрунтова вода відкачується біореактором або іншим засобом, де вона очищується фільтрацією, активованим вуглецем або окисленням. У воду додають поживні речовини або кисень для прискорення біодеградації забруднювачів, але якщо їх концентрація незначна.
6 |
|
5 |
|
4 |
|
|
|
|
|
2
1
3
7
8
Рис. 19.9. Екстрагування пари з грунту: 1 – нагріте повітря або пара; 2 – забруднена зона; 3 – колодязь відкачування; 4 – сепаратор; 5 – насос; 6 – активований вуглець; 7 – грунт; 8 – грунтові води
242