Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 6 ppsx

n bằng giữa không khí vμ n‡ớc đ‡ợc thể hiện bởi một đại l‡ợng không thứ n gọi lμ hệ số chuyển đổi không khí vμ n‡ớc kí hiệu lμ KAW hay lμ bởi ng số nμy liên hệ các nồng độ cân bằng của

Ch €ơng 6 Những trao đổi các chất hoá học giữa khí

quyển vμ hồ

6.1 Lời giới thiệu

Những trao đổi vật chất hoá học căn bản giữa khí quyển vμ hồ góp một phần quan trọng trong việc định ra những điều kiện sống vô sinh hay hữu sinh vμ mức độ ô nhiễm Vật chất trong tự nhiên nh‡ lμ Cacbonníc (CO2), Oxy (O2),Hidrosunfua (H2S), vμ khí mê tan (CH4) Chúng lμ luôn luôn di chuyển giữa không khí vμ n‡ớc trong các điều kiện nguyên thuỷ Trái lại những vật chất ô nhiễm khác nh‡ lμ Pôliclorinbiphenil (PCBS), Pôlicylcaromatichidrocacbons(PAHS) vμ chì (Pb) có thể xâm nhập chủ yếu vμo hồ từ trong khí quyển Đối với các loại chất ô nhiễm khác, nh‡ các l‡ợng chất hữu cơ dễ bay hơi, bốc hơi lμ con

đ‡ờng gây tổn thất của chúng từ hồ Thông th‡ờng tồn tại một quá trình trao

đổi các chất hoá học giữa không khí vμ n‡ớc với độ lớn vμ h‡ớng chuyển độngthực, thay đổi theo mùa Hiện nay ng‡ời ta đã nhân ra rằng nồng độ các chất hoá học chủ yếu trong hồ, kể cả các hồ lớn nh‡ hồ Superic có thể bị ảnh h‡ởngthậm trí bị chi phối bởi sự có mặt của các chất hoá hoc nμy có trong khí quyển (Eisenreich, 1987)

Có lẽ hầu hết những biểu hiện có tính thuyết phục về vai trò của khí quyển đó

lμ trong tr‡ờng hợp ở hệ thống hồ Siskiwit ở Isleroyale thuộc hồ Superior (Theo Swain - 1978) N‡ớc, trầm tích, vμ cá của hồ cổ nμy, theo quan trắc, chứa một l‡ợng đáng kể các hợp chất Orgonoclorin, hợp chất mμ chỉ có thể đến hồ từ khíquyển Những hồ lớn ở Remoten thuộc biển Arcitc lμ một biểu hiện t‡ơng tựcho quá trình nμy

Trong ch‡ơng nμy, chúng tôi mô tả các hiện t‡ợng liên quan đến trao đổi khí - n‡ớc vμ gợi ý các h‡ớng tiếp cận để định l‡ợng hoá các tốc độ vận chuyển.Trong khi các đo đạc thực nghiệm có thể xác định các nồng độ trong không khí

vμ n‡ớc, tốc độ vận chuyển không thể xác định bằng các đo đạc trực tiếp, mμ chỉ có thể xác định thông qua tính toán Độ lớn vμ ngay cả vận chuyển trực tiếp cũng không rõ rμng Đầu tiên chúng tôi giải quyết vấn đề nμy bằng cách l‡ợnghoá sự cân bằng hoá học giữa không khí vμ n‡ớc d‡ới dạng các hệ số phân tán hay hằng số của định luật Henry, bởi vì chính sự lệch khỏi trạng thái cân bằng thúc đẩy các quá trình bốc hơi vμ hấp thụ Sau đó, các tốc độ của các quá trình khuếch tán nμy sẽ đ‡ợc xem xét, đầu tiên bằng việc tóm tắt các vấn đề cơ bản của khuếch tán, sau đó mô tả h‡ớng tiếp cận ma sát kép dùng trong tính toán tốc độ vận chuyển của n‡ớc Nhân tố chính quyết định tốc độ trao đổi lμ hệ số vận chuyển khối, lμ nhân tố kiểm soát vận tốc khuếch tán Các ph‡ơng phápxác định các giá trị của các hệ số nμy sẽ đ‡ợc mô tả "Khả năng sẵn có" của các chất hoá học ở dạng hoμ tan trong n‡ớc, vμ ở dạng khí trong không khí cũng

μ sẽ đ‡ợc trình bμy Về cơ bản "khả năng sẵn có" nμy lμ một rất quan trọng v

dạng đánh giá mức độ của hấp phụ Cơ chế vμ tốc độ của các quá trình phikhuếch tán của các lắng đọng ẩm vμ khô sẽ đ‡ợc mô tả Cũng chính nhờ cácquá trình nỳ mμ các chất hoá học đ‡ợc hấp phụ vμo các phân tử thuỷ khí đ‡ợcvận chuyển tới n‡ớc thông qua m‡a rơi hay bụi rơi Đây chính lμ cơ chế vận chuyển chính của các chất không bay hơi, nh‡ chì Tuy nhiên nó cũng quan trọng đối với các chất bán bay hơi nh‡ PCBS

Bức tranh toμn cảnh các quá trình trao đổi khí - n‡ớc nμy, nh‡ đ‡ợc mô tả ởhình 6.1, khá phức tạp Với một số các quá trình hồ trị vμ cạnh tranh Để giúp ng‡ời đọc đ‡a ra cho một chất PCBs trong đó tốc độ các quá trình đ‡ợc suy ra

từ các nồng độ cho tr‡ớc trong không khí vμ n‡ớc

Hình 6.1 Những quá trình trao đổi giữa n‡ớc - không khí

Cuối cùng, các nghiên cứu ví dụ đ‡ợc trình bμy với các hồ cụ thể mμ ở đó vai trò của sự trao đổi n‡ớc - khí đ‡ợc l‡ợng hoá

n bằng giữa không khí vμ n‡ớc đ‡ợc thể hiện bởi một đại l‡ợng không thứ

n gọi lμ hệ số chuyển đổi không khí vμ n‡ớc ( kí hiệu lμ KAW) hay lμ bởi

ng số nμy liên hệ các nồng độ cân bằng của một chất hoá học trong hai pha

μ khí), vμ có dạng sau:

KAW=CA/ CW hoặc PA=H.CW

ây:

ồng độ ( đơn vị mol/m3),

suất riêng phần (Pa) vμ

d‡ới A,W đ‡ợc quy cho

số giai đoạn của không khí vμ n‡ớc

nh nghĩa C lμ nồng độ của các chất hoμ tan ngoại trừ đi vật chất hấp

í dụ, sự định nghĩa khác của H lμ đ‡ợc sử dụng

Nếu n n bão hoμ (đ‡ợc ký hiệu bởi

tại với

S S S

buộc phải xác định bởi các đo đạc thực nghiệm trực tiếp các yếu tố CA WCầ

tay ch

độ

KAW= H/RT

hững ph‡ơng trình nμy áp dụng cho các điều kiệ

chỉ số trên S) mμ tại đó pha nguyên chất của chất hoá học có thể cùng tồn n‡ớc vμ khí, khi đó trở thμnh:

)/(

chất hoá học, ví dụ nh‡ Etanol, không tồn tại độ hoμ tan, vμ H hoặc KAW bắt

H) /ln( ' hoặc ln(H1/H2) ('h/R)(1/T1 1/T2) (3)tro

ng đó A lμ hằng số tỷ lệ vμ 'h lμ Entanpi của l‡ợng bốc hơi (KJ/mol) từ ịch vμ chỉ số 1,2 lμ hai tỷ số t‡ơng ứng với hai nhiệt độ khác nh

ng PCBS 'h xấp xỉ bằng 50KJ/mol (theo Hulsher 1992) Nếu nhiệt độ tăng

0C thì H sẽ tăng gấp đôi (theo MacKay va Shiu 1981) Ví dụ, ở hồ Great

ng suốt tháng 8 mặt n‡ớc luôn có nhiệt độ lớn nhất Nó lμm tăng hằng số

vμ do đó tạo điều kiện cho trao đổi n‡ớc - khí (Mc Connell cùng cộng sự

c dù các giá trị H nhỏ th‡ờng đ‡ợc cho lμ của các chất hoá học ít bay hơi

‡ PCBs, mặc dù áp suất hơi n‡ớc lμ nhỏ, độ hoμ tan trong n‡ớc cũng nhỏ Tỷ hai đại l‡ợng nμy do đó có thể lớn, ám chỉ khả năng bốc hơi lớn (H có

đáng kể) Các đồng dạng của các chất hoá học có xu h‡ớng có các giá trị

H lμ t‡ơng đ‡ơng nhau, kể cả khi PS vμ CS biến đổi trong các khoảng trên hình 6.2 Để biết thêm chi tiết v

Hình 6.2 Biểu đồ log của tính tan trong không khí (áp suất hơi n ‡ớc/RT) vμ log tính tan trong n‡ớc cho

ác hoá chất đ‡ợc chọn Các chất hoá học lμ bình đẳng đ‡ờng biểu diễn t‡ơng tự nhau nghiêng một

óc 45 0 (Đ ‡ợc mô phỏng từ Mackay 1991)

.3 Sự khuếch tán giữa không khí vμ n}ớc

Khuếch tán lμ quá trình thụ động sảy ra trong phạm vi giữa pha không khí vμ pha n‡ớc Trong không khí, ví dụ nh‡ sự lắng đọng của khí quyển thì theo một h‡ơng duy nhất, còn sự khuếch tán thì lại có thể lμm đảo lộn lại, đIều đó góp hần tạo ra vòng tuần hoμn giữa các pha nμy Điều nμy đã đ‡ợc biểu hiện ở ong hình 6.3 Một phân tử di chuyển từ n‡ớc vμo không khí phải bị khuếch

n ở khu vực phân giới giữa không khí vμ n‡ớc, qua mặt n‡ớc chính, vμ khi đóhúng xuyên qua một vùng n‡ớc ứ đọng gần đấy Bề dμy phụ thuộc vμo nhân tố

ôi tr‡ờng nh‡ lμ vận tốc chảy rối vμ vận tốc gió Khi đó h‡ớng di chuyển phải gang qua bề mặt vμ ngang qua một đ‡ờng tầng biên của không khí đi vμo ong khu vực chính của không khí Những đ‡ờng tầng biên nμy thực tế lμ nó

ó tác dụng cản trở lớn đối với các loại vật chất đến mức thấp nhất ở mức giới hạn mμ nó di dời đ‡ợc

Hình 6.3 Sự di chuyển giữa khối không khí vμ n‡ớc minh hoạ hai khái niệm đối nghịch

Tốc độ di chuyển hay sự thoát ra bởi sự khuếch tán trong không khí hoặc n‡ớc

đã đ‡ợc mô tả bởi định luật thứ nhất của Fick; Định luật nμy mô tả đ‡ợc quá trình tạo nên sự hoμ nhập của khuếch tán trong những trạng thái thay đổi ký hiệu lμ N (mol/h), ng‡ợc lại với sự t‡ơng xứng về những biến dạng phần chiêu rộng của sông ký hiệu lμ y (m); mức độ xuyên suốt cái mμ đ‡ợc khuếch tán theo h‡ớng từ trên xuống trực tiếp cho khu vực mμ nó đi qua, lμ cũng đang đ‡ợckhuếch tán ký hiệu lμ A (m2

) vμ t‡ơng ứng với các vùng khác Các hệ số hoμtan (C1 -C2) (mol/m3), đ‡ợc thể hiện đối với phần chiều dμi Hằng số ứng với sự t‡ơng xứng lμ hệ số khuếch tán hay tính khuếch tán ký hiệu lμ D (m2/h)

N=A.D.(C1-C2)/y (4)

Điều phải đ‡ợc nhấn mạnh thêm rằng: những phần tử khuếch tán chỉ đơn thuần lμ trải qua một sự di chuyển ngẫu nhiên theo tất cả các h‡ớng, tuynhiên trong thực tế một gradien nồng độ đó sẽ chỉ di chuyển chậm theo một h‡ớng nhất định, đồng thời, sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ cao xuống nơi có nồng độ thấp Hệ số khuếch tán trong không khí vμ n‡ớc có thể đ‡ợc định nghĩa từ những quá trình t‡ơng quan Chúng phụ thuộc vμo đặc điểm của từng loại khuếch tán Những tr‡ờng hợp đâm xuyên lμ một tr‡ờng hợp khuếch tán,nh‡ nhiệt độ vμ áp xuất Đặc điểm bắt nguồn vμ sự t‡ơng quan lμ có hiệu lựctrong những bμI nói về đặc tính của những chất lỏng (theo tμI liệu của Reidetal1987) Bởi vì ở đây chúng ta có thể còn hơi phân vân về c‡ờng độ của D vμ y, nó

lμ tiện lợi cho việc tính tỷ số D/y nh‡ lμ một thông số đơn giản hệ số của hệ số

di chuyển khối K (m/h), đ‡ợc định nghĩa bằng kết quả thực nghiệm với độ đo lμ

N, A vμ (C1-C2) ở d‡ới đã đ‡ợc điều chỉnh qua những điều kiện cụ thể Hệ số di

chuyển khối có đơn vị của vận tốc, vμ do đó một vận tốc thực sự của sự thay đổihay của một tốc độ khuếch tán; Khi đó ph‡ơng trình (4) bây giờ trở thμnh:

N=K1A(C1-C2) (5)

6.4 Sự bay hơi vμ sự hấp thụ: h}ớng tiếp cận ma sát kép

Nh‡ đã đ‡ợc thể hiện trong hình 6.3, vật chất khuếch tán qua hai lớp biên ở từng đợt, vμ kinh nghiệm cho thấy rằng sẽ có hai quá trình khuếch tán đối kháng Sự thay đổi liên tục của vật chất trong suốt bốn quá trình bốc hơi từtầng biên của n‡ớc tới mặt phân giới có thể đ‡ợc biểu diễn nh‡ sau:

N=KW.A.(CW-CWi) (6)

ở đây CW lμ nồng độ không khí ẩm, CWilμ nồng độ xen giữa hai bề mặt n‡ớc, vμ

KW lμ hệ số di chuyển khối mặt n‡ớc Khi không khí thay đổi liên tục thì ta có công thức sau:

N=KA.A.(CAi-CA) (7)

vμ thay đổi liên tục phải đ‡ợc cân bằng với nhau bởi vì ở đây không có sự tích luỹ vật chất ở mặt phân giới Chúng ta đãthừa nhận rằng CAi, CWi lμ gắn bó mật thiết với nhau, vμ rằng chúng đã có quan hệ với nhau bởi một hệ số gọi lμ hệ số vách ngăn không khí - n‡ớc:

KAW=CAi/CWi (8) Thay thế của quá trình nμy đ‡ợc thể hiện trong ph‡ơng trình (6) vμ (7) vμ loại trừ đi CAi vμ Cwi cho sau đã có một vμi xắp xếp lại nh‡ sau:

định luật ôm lμ hiển nhiên đúng Sự đối kháng giữa không khí vμ n‡ớc đ‡ợc

điều chỉnh bởi một hệ số chuyển đổi giữa không khí - n‡ớc, cái mμ độ lệch chophép nồng độ hấp thụ trong mỗi tr‡ờng hợp ở các trạng thái cân bằng: khi mμ

KAW lớn thì những phần tử đang khuếch tán trong không khí lμ có quan hệ rộng hơn so với nồng độ ở trong n‡ớc Do vậy sự khuếch tán trong không khí vμ n‡ớc trở nên rất thuận tiện Một phần đối kháng không khí lμ nhỏ do đó mμ sự

đối kháng của n‡ớc (KOW) sẽ chiếm‡u thế Vì vậy mμ các hệ thống đã nói ở trên

đ‡ợc gọi lμ tr‡ờng hợp đối kháng trong n‡ớc điều chỉnh Khi KAW nhỏ thì nồng

ở đây cả hai trạng thái cố định

độ trong n‡ớc lμ sẽ lớn hơn, hệ số đối kháng trong không khí trở thμnh nhân tốgiới hạn, hệ thống đó trở thμnh tr‡ờng hợp đối kháng không khí điều chỉnh;

Điển hình lμ KA lớn xấp xỉ gấp 100 lần KW bởi vì do tính chất phân tán của nólớn hơn ở trong không khí Do vậy khi KAW xấp xỉ bằng 0.01 hay H xấp xỉ bằng

25 Pa.m3

/mol thì những sự đối kháng lμ xấp xỉ đ‡ợc cân bằng Một hệ quả đã

đ‡ợc rút ra từ hai quá trình đối kháng nμy thể hiện rằng một sự đối kháng th‡ờng không mấy quan trọng vμ chỉ cần chú ý đến sự liên quan các hệ số di chuyển khối mμ chính xác lμ đủ Mặc dù hệ số di chuyển khối K có thể đ‡ợcxem nh‡ lμ một phần của tính khuếch tán D đến phần khuếch tán chiều dμi, nh‡ng thực tế nó lại phức tạp hơn rất nhiều Sự phụ thuộc của K vμo D lμ một quan hệ tuyến tính, K th‡ờng lμ tỷ lệ thuận với D, K tăng trong phạm vi từ 0.5

- 0.8, nguyên nhân điều nμy lμ do quá trình khuếch tan không cố định ở trong

tự nhiên nh‡ lμ các quá trình xoáy của n‡ớc đã đ‡ợc thể hiện bằng những thay

đổi ở bề mặt phân giới trong thời kỳ thứ cấp của quá trình thay đổi lμm tăng sựxâm nhập Do vậy đánh giá định luật thứ hai của Fick lμ có ý nghĩa hơn định luật th‡ nhất lμ một điều sai lầm, ở chỗ lμ khi đ‡a ra giá trị của y để suy ra tỷ

số D/K, bởi vì h‡ớng đúng ra lμ phải giả thuyết dựa vμo thực tế

Hệ số di chuyển khối không khí - n‡ớc phụ thuộc vμo một số các nhân tố, baogồm: cấu trúc các phân tử, nhiệt độ vμ điều kiện đ‡ờng tầng biên, cái mμ khác với điều kiện của gió vμ chuyển động rối của n‡ớc trong sự hoμ nhập vμo dòng chảy

Một vμi nghiên cứu sự phụ thuộc chuyển động vμo tốc độ của gió đã đ‡ợc thực hiện ở các bể chứa, vμ thực hiện trong các hồ với một con số giới hạn Tốc độ của gió chuyển qua khối n‡ớc với vận tốc cho kết quả ở đ‡ờng tầng biên lμ 3 m/s, ở trong trạng thái chuyển tiếp lμ từ 3 đến 6 m/s vμ trong điều kiện chảy rối với vận tốc >6 m/s ở lớp d‡ới trạng thái đ‡ờng biên thì luôn tồn tại một sự

tù đọng của không khí tồn tại ở trên mặt phân giới giữa không khí - n‡ớc, nơi

mμ có độ dμy cho phép lμ 1 mm mμ các phần tử phải khuếch tán qua Hệ số di chuyển khối KA vμ KW khi đó có giá trị lμ lần l‡ợt lμ 3 vμ 0.01 m/h Khi tốc độ gió tăng tầng biên giảm đi vμ chuyển sang trạng thái rối Kết quả lμ có một sự

đồng nhất ở mặt phân giới của không khí vμ n‡ớc cái mμ đ‡ợc biểu hiện d‡ớidạng sóng vμ lực kéo ngμy cμng lớn hơn đ‡ợc sinh ra do tác động của ma sát khi gió di chuyển trên mặt n‡ớc Lực kéo có thể đ‡ợc quan hệ với vận t c, vμ lực ma sát bề mặt không khí vμ n‡ớc cho phép ta định nghĩa c‡ờng độ c a cả hai hệ số di chuyển khối (theo tμi liệu của Mackay vμ Yeun 1983) Điển hìnhcho những thể hiện nμy lμ vận tốc gió lớn hơn hẳn cỡ 10 - 30 m/h thì KA vμ KWt‡ơng ứng lμ 0.02 - 0.2 m/h

Một vμi biểu hiện liên quan đến sự miêu tả quá trình di chuyển khối phụ thuộcvμo vận tốc gió (u, m/s) đã đ‡ợc đ‡a ra Mackay vμ Yeun năm 1983 đã theo dõi

sự phụ thuộc nμy cho cả không khí vμ n‡ớc, đã rút ra ph‡ơng trình sau:

ốủ

(U>9 m/s) (11a) =

kA (cm/s) =0.3 +0.2U (14)

kW(cm/s) = 4.10-4 +4.10-5U2 (15) Trong điều kiện chuyển động rất rối, nh‡ sự gián đoạn của sóng, m‡a hoặcthác n‡ớc khi mμ bọt không khí bị đẩy vμo trong cột n‡ớc hoặc khi bụi n‡ớchình thμnh trong khu vực chuyển động, nó trở nên rộng lớn hơn, không cố định hơn vμ mất cân bằng (9) có thể sẽ không tồn tại đ‡ợc lâu

Hình 6.4 vμ 6.5 đã lμm sáng tỏ sự phụ thuộc của KA vμ KW vμo vận tốc của giónh‡ một vμi hiện t‡ợng liên quan khác Nhiệt độ vμ áp suất cũng ảnh h‡ởng

đến c‡ờng độ của KA vμ KW , sự liên quan trong mối liên hệ nμy khác nhau có thể đ‡ợc nhận thấy bằng việc ngoại suy những ảnh h‡ởng của nhiệt độ vμ áp suất vμo hệ số khuếch tán

5 0 3

6 3.14 10 *10

0.1)/

6 1.44 1010

0

 x U S C w

x

67 0 2

3 4.62 10 *10

0.1)/

w

C S

Hình 6.4 Biểu diễn sự t‡ơng quan phụ thuộc vμo pha khí của khối khí di chuyển, hệ số k A vμo tốc độ gió (đ ‡ợc trình bμy từ Schwarzenbach cùng cộng sự 1993).

6.6.1 Không khí

‡ợc tính toán từ việc đo nồng độ của vật chất trong không khí thông qua sự bốc hơi n‡ a có đ‡ợc hệ số biến đổi CV vμ qua việc đo các hạt ta có đ‡ợc hệ số CS, cả hai đều có đơn vị lμ ng/m3không khí

Điều mμ phổ biến lμ sự kết hợp những số l‡ợng nμy với tổng l‡ợng đặc tính lơ lửng của nồng độ các chất TSP (ng/m3

), nh‡ lμ nhóm CVTSP/CP Chính nhóm nμy rất cần thiết cho hệ số chuyển đổi ở giữa tr‡ờng hợp th vμ t p

‡ợc thể hiện trong biểu đồ của Mackay cùng cộng sự (1986),lạ ố chuyể đổi trực tiếp với c ất lỏng của vật chất nói

Phạm vi thấm hút bề mặt chuyển các hạt vật chất lên trên không trung hoặcnh‡ những bình phun có thể đ

ớc t

ể khí r‡ờng hợthể rắn Nh‡ đã đ

Hình 6.5 Biểu diễn sự t‡ơng quan phụ thuộc vμo pha khí của khối khí di chuyển, hệ số k W vμo tốc độ gió (đ ‡ợc trình bμy từ Schwarzenbach cùng cộng sự 1993).

6.6.2 N€ớc

Sự thay đổi giữa vật chất vμ hạt vật chất hoμ tan trong hồ lμ một hiện t‡ợngrất phức tạp, bởi vì sự khác nhau của các chất hấp thụ hiện có mặt trong cột n‡ớc, đối với tính nhả n‡ớc của vật chất thì có khuynh h‡ớng hấp thụ những hạt rắn để tạo ra khu vực có tỉ lệ nghịch với tính tan của chúng trong n‡ớc Sựtiếp xúc phổ biến nhất lμ đang đ‡ợc thể hiện trong các hạt vật chất của tự nhiên có tính không ‡a n‡ớc vμ do đó sự hấp thụ của nó chỉ thực hiên đ‡ợc đốivới các hạt rắn thông qua sự hoμ tan N‡ớc octanol có hệ số thay đổi n‡ớc KOW;Chính số l‡ợng nμy đã lμm mối quan hệ bị đảo ng‡ợc trở lại trong tính tan của n‡ớc, vμ tính sử dụng của n‡ớc, trong tình huống nμy cái mμ vật chất bị chi phối bằng cacbon hữu cơ trong thể hạt, để rồi tiến tới một phạm vi t‡ơng tự nơi

mμ nó hoμ tan trong octanol theo nghiên cứu của Ditoro 1985 Đối với một vμi vật chất có “một đ‡ơng l‡ợng” thì l‡ợng octanol thu lại đ‡ợc bởi tính hiệu chỉnh phạm vi carbon hữu cơ trong khoảng từ 0.2 - 0.8 (theo nghiên cứu của karickhoff 1981), trong đó giá trị 0.4 lμ giá trị đ‡ợc sử dụng điển hình Giá trịphụ thuộc vμo vật chất trong câu hỏi vμ chất hữu cơ trong tự nhiên lμ hầu hết

có trong các loại khoáng vật nổi trên mặt n‡ớc, nh‡ lμ các loại tảo quang hợp, loại nμy đã tồn tại trong phạm vi ở 20 m trên cùng của cột n‡ớc, nơi mμ có đủ

ánh sáng truyền qua Có sự hấp thụ các vật chất ô nhiễm không ‡a n‡ớc xâmnhập vμo trong tảo đơn chất nμy, cái mμ đã tạo ra một sự tiêu huỷ Thay đổi

vật chất bởi trầm tích khi tảo chết vμ đ‡ợc đọng lại Vật chất hấp thụ xảy ra ởmột tốc độ hút bám ban đầu đ‡ợc cho phép bởi sự khuếch tán chậm qua mμng

tế bμo Những sự t‡ơng quan đã đ‡ợc lμm sáng tỏ trong hệ số chuyển đổi giữa

tế bμo vμ n‡ớc vμ Octanol - n‡ớc vμ với sự chứa đựng carbon hữu cơ của tảo Nh‡ng sự xuất hiện nμy sẽ dẫn đến không có sự t‡ơng quan vμ cơ chế nμy không đ‡ợc thể hiện đầy dủ

6.7 Quá trình lắng đọng khí quyển

6.7.1 Sự lắng đọng khô

Các hạt hay các sol khí trong khí quyển lμ kết quả của sự hoạt động trong tự nhiên sảy ra bởi bụi vμ các hạt vật chất bụi thải ra từ những nhμ máy từ những khu công nghiệp vμ những sự bốc ra khác Các hạt nμy vμ một vμi vật chất khác sẽ hấp thụ chúng, chúng sẽ di chuyển, rơi xuống hoặc phân tán vμotrong mặt n‡ớc của hồ vμ đ‡ợc n‡ớc hồ tiếp nhận Sự cung cấp nμy lμ một minh chứng quan trọng để giải thích sự thay đổi vật chất từ không khí tới hồ L‡ợng vật chất đ‡ợc giải phóng vμo trong một diện tích hồ lμ A (m2

6.7.2 Lắng đọng €ớt

Sự lắng đọng khô xảy ra trong quá trình tạo thμnh m‡a tuyết vμ những hạt rất nhỏ của s‡ơng mù, khi mμ những gọt n‡ớc nhỏ nμy hay những bông tuyết rơi

nó sẽ quét các hạt vật chất trên đ‡ờng nó đi vμ kết hợp các hạt vật chất nμy lại

Điều nμy đã đ‡ợc khẳng định trong suốt thời gian nó rơi xuống, từ một hạt rất nhỏ nó có thể quét vμ thu gom các hạt khác nhiều hơn khoảng 200.000 lần thể tích của nó trong không khí Số l‡ợng nμy đ‡ợc gọi lμ tỉ số thu gom n‡ớc kí hiệu lμ Q, tỉ số nμy phụ thuộc vμo những giọt n‡ớc có trong tự nhiên khác nhau, số lần biểu hiện của nó trong khí quyển vμ những khả năng thu gom các hạt của chúng

Sự phát tán chất ô nhiễm vμo trong hồ gây ra bởi sự lắng đọng ‡ớt có thể đ‡ợctính từ khi có c‡ờng độ m‡a R (m/h, nh‡ng th‡ờng dùng lμ m/năm) trên một

đơn vị diện tích lμ A (m2) Nồng độ của các hạt vật chất gây ô nhiễm trong khí quyển trong sự tạo thμnh các hạt rắn lμ P (ng/m3) vμ tỉ số thu gom không thứ nguyên Q, nồng độ thu gom m‡a lμ CR (ng/m3) còn có thể đo đ‡ợc trực tiếp bằng

sự chia nhỏ các hạt đã đ‡ợc thu gom của giáng thuỷ Ta có công thức của sự lắng đọng ‡ớt nh‡ sau:

Sự lắng đọng ‡ớt của vật chất = DW (ng/h) = QRACP = RACR (18) Một “ Tỉ lệ xói lở” còn đ‡ợc định nghĩa nh‡ lμ tỉ số tổng l‡ợng nồng độ chất ô nhiễm trong m‡a (CK) vμo trong không khí [[ng/m3] /[ng/m3]] Nó còn có thể biểu diễn trong thời hạn của tỉ lệ khối {(ng/kg)/(ng/kg)} cái mμ cho phép phân loại bởi một nhân tố xấp xỉ gấp 820 lần tỉ số mật độ của n‡ớc so với không khí Tuyết lμ một cơ cấu khác của của sự lắng đọng ‡ớt mμ tỉ lệ đang đ‡ợc thu gom vμo hoặc tách ra lμ ít hơn cái mμ chúng tạo thμnh

Trong sự thêm vμo để thu hút các hạt rắn thì một giọt n‡ớc rơi có thể hoμ trộn với các vật chất khác vμ tiếp cận đến sự cân bằng với không khí Trong nhiềutr‡ờng hợp, nồng độ của các hạt vật chất có thể đánh giá đ‡ợc từ hệ số chuyển

đổi không khí - n‡ớc KAW vμ nồng độ của không khí CA thong qua tỉ số CA/KAW

Điều nμy th‡ờng chỉ đ‡ợc miêu tả qua một phần nhỏ của nồng độ trong thời gian m‡a rơi Hầu hết những vật chất đang đ‡ợc kết hợp bởi với các hạt nhỏ Ngoại trừ những vật chất có KAW thấp hoặc có tính tan trong n‡ớc cao nh‡ lμ cồn, r‡ợu, thể hiện trong công thức sau:

Sự hoμ tan vật chất trong m‡a = DR(ng/h) = RACA/KAW (19)

6.8 Tính toán đại diện

Tự nhiên vμ c‡ờng độ của quá trình nμy lμ đ‡ợc đánh giá đúng nhất bởi sự tính toán dựa vμo những biểu hiện thay đổi giữa không khí vμ n‡ớc của các vật chất, đó lμ PCB cùng chất với 169 chất mμ lμ một hợp chất hữu cơHexanclobiphenyl lμ đồng phẳng, nó đ‡ợc đánh giá lμ nhiều tính độc vμ lμ thuộc loại có độc tính cao Điều nμy cái mμ tính chất của nó đ‡ợc ng‡ời ta đánh giá ở nhiệt độ lμ 1500C lμ đ‡ợc thể hiện trong bảng 6.1

Chúng ta thực hiện việc tính toán cho một cái hồ t‡ởng t‡ợng với một diện tích

bề mặt lμ 10 ha t‡ơng đ‡ơng với 100.000 m2ở nhiệt độ lμ 1500

C (t‡ơng ứng với 2880K) Tổng nồng độ PCB trong không khí đ‡ợc giả định lμ 0.1 ng/m3, trongkhi đó ở n‡ớc lμ 0.5 ng/l Số liệu trong bảng 6.1 đã thể hiện vμ đ‡ợc dùng để suy ra tốc độ thay đổi của sự bốc hơi, sự hấp thụ, sự lắng đọng ‡ớt vμ sự lắng

Từ những sự t‡ơng quan vận tốc gió vμ khuếch tán vật chất nó có thể đánh giá

đ‡ợc hệ số KW lμ bằng 0,05 m/h vμ KA lμ 5 m/h Chúng ta khi đó sử dụng ph‡ơng trình (11) để định nghĩa độ chính xác của hệ số di chuyển khối KOW nh‡sau:

KOW = (1/KW+1/(KAKAW))-1= (20+26

=0,0215 m/h

Tính đối kháng trong môi tr‡ờng n‡ớc vμ do đó sẽ lμ 20 h/m, trong khi ở trong không khí lμ 26,7 h/m, tổng toμn bộ lμ 46,7 h/m Đối kháng trong không khí lμ chiếm 57% so với toμn bộ Do vậy cả KA vμ KW đều đ‡ợc biết rất chính xác

Bảng 6.1: Đánh giá đặc tính của PCB 169 cân bằng ở nhiệt độ 150 0 C ( của Mackay 1992)

đo tổng l‡ợng nồng độ vμ nồng độ sau khi lọc Nếu chỉ biết đến tổng l‡ợng nồng

độ thì hệ số chuyển đổi có thể đ‡ợc đánh giá nh‡ nh‡ lμ khi mô tả tr‡ớc đây vμ

sự hoμ tan vμ sự hấp thụ đã đ‡ợc suy ra từ tính toán nồng độ hấp thụ

Mackay vμo năm1986 đã đề xuất vμ sử dụng sự t‡ơng quan hệ số chuyển đổi giữa không khí vμ sol khí không thứ nguyên, đ‡ợc suy ra từ chất lỏng đ‡ợc lμm lạnh d‡ới nhiệt độ ng‡ng tụ, áp suất bay hơi của chất lỏng Trong tr‡ờnghợp nμy tỉ số không ổn định hay tỉ số áp suất bay hơi của chất r n ( ) đối vớichất lỏng ( ) lμ 0.0122 đ‡ợc đánh giá từ điểm tan chảy sử dụng biểu thức:

ở đây TM lμ điểm tan chảy (475K) vμ T lμ 288K áp suất của hơi n‡ớc chất lỏng giả thiết lμ 0,00205 Pa vμ hệ số chuyển đổi KOA lμ:

ho một thể tích sol khí riêng lμ cỡ 15x10-12

lần các phần nhỏ trong khí đ‡ợccấu tạo nên, do vậy ta có công thức sau:

1/(1+KOA.15.10-12) = 1/(1+0.044) = 0.958

vμ tích lại 4.2% l‡ợng đã đ‡ợc hấp thụ tạo thμnh sol khí Do đó nồng độ khí CV

có giá trị lμ 95.8% trong 0.1 ng/m3 hoặc 0.0958 ng/m3

Để thay đổi t‡ơng quan

.7)-1

áp suất bay hơi rắn(Pa)

Sự hoμ tan các tinh thể rắn (g/m3) 5.10-4

ệc tạo thμnh khí) nh

S L

P

S P S

L

P

0122.0)]

1/(79.6[/P Exp  T T

P S S L S M

9 6