Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Екологія arrow Охрана природной среды. Механизмы государственного регулирования
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Градиент загрязнения

Обоснование выбора оператора

Загрязняющие вещества, находящиеся в поле загрязнения региона, переходят из одной сферы загрязнения в другую (см. предыдущий раздел), частично ассимилируются в данных сферах, частично превращаются в другие вещества и оставшиеся под действием внешних факторов (ветер, перепады давления и температуры, течения, волнение, солнечная активность, изменения геомагнитной обстановки и прочих факторов) выводятся за границы региона.

После выхода загрязняющих веществ за границы региона последние под действием указанных факторов распространяются в определенных направлениях. То есть загрязняющие вещества в каждой сфере имеют свой определенный вектор распространения. Физический процесс движения ЗВ за границами региона загрязнения, по мнению авторов, можно описать математическим оператором — градиентом поля загрязнения. Если в границах региона основным определяющим параметрами являются величины мощности выброса, сброса или размещения отходов, а также реакция поля загрязнения региона — концентрация ЗВ в его сферах, то за границами региона в качестве основного параметра принимается концентрация загрязняющих веществ в соответствующих сферах окружающей среды. Однако движение за границами региона ЗВ, описываемое оператором поля — градиентом загрязнения, касается только так называемого ближнего поля загрязнения. Данное поле, характеризующее проникновение загрязняющих веществ за границы региона, определяется диффузионными явлениями массопереноса.

При выходе загрязнений региона за границы ближнего поля, загрязняющие вещества вовлекаются в круговорот, определяемый мощностью выбросов соседних регионов и условиями их (ЗВ) перехода из одной сферы в другую.

Рассмотрим математические зависимости, определяющие движение загрязняющих веществ в ближнем поле за границами региона. Используя правило дифференцирования сложной функции, установим, что производная функции С по направлению е = (ех, еу, е2) равняется скалярному произведению градиента С на единичный вектор в виде

где ех .е .е2 — единичные векторы направлений движения загрязняющих веществ в сферах окружающей среды региона (литосфере, гидросфере и атмосфере соответственно)

Сх, Су, С2 — концентрация загрязняющих веществ в соответствующих сферах окружающей среды.

Градиент концентрации или концентрационный градиент — это векторная физическая величина, характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо загрязняющего вещества в среде. В данном случае градиент —это вектор, направленный вдоль наибольшего возрастания концентрации контролируемого вещества. Значение концентрационного градиента gradC равно отношению элементарного изменения концентрации йС к элементарной длине пути й1

При постоянном значении градиента концентрации С на длине пути I

где С1 и С2 — начальное и конечное значение концентрации на длине пути I (нормали к изоконцентрационной поверхности).

Градиент концентрации является причиной переноса загрязняющих веществ в сферах среды, например диффузии. Диффузия осуществляется против градиента концентрации. Единицей измерения градиента концентрации является величина м 2, а также её дольные или кратные производные. Диффузия — это неравновесный процесс, вызываемый молекулярным тепловым движением и приводящий к установлению равновесного распределения концентраций в сферах окружающей среды. В однофазной сфере при постоянной температуре и отсутствии внешних сил диффузия выравнивает концентрацию каждого ЗВ сферы по объёму всей системы. Если температура не постоянна или на сферу действуют внешние силы (например ветер в атмосферном воздухе или волнение в гидросфере), то в результате диффузии устанавливается пространственно неоднородное равновесное распределение концентраций каждого из загрязняющих веществ.

Диффузия относится к явлениям массопереноса. Она является одним из наиболее общих кинетических процессов, присущих газам, жидкостям и твёрдым телам, протекающих в них с различной скоростью. Диффундировать могут также взвешенные малые частицы загрязняющих веществ (вследствие броуновского движения). Диффузия — необратимый процесс, один из источников диссипации энергии в окружающей среде. Рассмотрим от каких физических величин зависит величина диффузии в сферах. Скорость диффузии — диффузионный поток в бинарной смеси (например атмосферного воздуха и содержащихся в нем ЗВ) при малой концентрации диффундирующего загрязняющего вещества пропорциональна градиенту концентрации УС и имеет противоположное ему направление (первый закон А.Фика)

где ]х — диффузионный поток, т. е. например поток массы атмосферного воздуха через единичную площадку в единицу времени; В — коэффициент диффузии;

р — суммарная плотность бинарной смеси чистого атмосферного воздуха и загрязняющих веществ;

р1 — парциальная плотность чистого атмосферного воздуха). Диффузионный поток первого компонента бинарной смеси (ЗВ и чистого атмосферного воздуха) при наличии градиента температуры УТ и градиента давления Ур определяется формулой

где Кт — коэффициент термодиффузии;

где // — разность химических потенциалов ц1 и //2 компонентов бинарной смеси;

Кр — коэффициент бародиффузии.

При стремлении концентрации ЗВ к нулю коэффициент диффузии стремится к конечной постоянной. Из условия сохранения массы одного компонента загрязнения в случае малой концентрации следует диффузионное уравнение (второй закон Фика)

Для смеси нескольких ЗВ, какой является реальная сфера, диффузионный поток каждого компонента согласно термодинамике необратимых процессов, определяется градиентами химических потенциалов

р,к всех п компонентов смеси

где Ьк — кинетический коэффициент Онсагера, имеющие тензорный характер и пропорциональные коэффициенту диффузии компонентов смеси (индекс означает, что рассматривается диффузия ;-го компонента относительно к-то).

Градиенты химических потенциалов берутся при фиксированной температуре Т. Выражение (15) является частным случаем линейных соотношений Онсагера между термодинамическими силами диффузии У(//к — /Ип )Т / Т и диффузионными потоками. Согласно принципу

Онсагера при отсутствии магнитного поля симметрии Ьк = Ьш, диффузионный поток можно представить в виде

где Б,к — тензор коэффициента диффузии. Его диагональные элементы определяют прямые процессы диффузии, а недиагональные — перекрёстные диффузионные процессы.

Если на смесь загрязняющих веществ, присутствующих в атмосфере воздуха и гидросфере моря действуют внешние силы Бк например гравитационные (в воздухе — ветер, в воде — ветровое волнение) то явление диффузии существенно меняется. Поскольку градиент давления

Ур = ^ рк х Бк зависит от внешних сил то термодинамическими

к

силами являются не только градиенты химических потенциалов, но также и центробежная сила и сила тяготения, возникает бародиффузия. При этом термодинамическому равновесию соответствует стационарное неоднородное распределение концентраций. Процесс диффузии стремится к установлению этого распределения.

Броуновское движение взвешенных частиц в жидкости можно рассматривать как диффузию. Среднеквадратичное расстояния г, на которое удалится броуновская частица за время I, пропорционально её коэффициенту диффузии. Коэффициент £> взвешенных частиц определяется их подвижностью Ь (коэффициент пропорциональности между постоянной внешней силой и скоростью). причём £> = кТЬ (соотношение Эйнштейна). Рассмотрим кратко описание процессов диффузии проходящих в каждой отдельной сфере.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші