Fugacitn modely 2 rovn Level II Level II

Fugacitní modely 2. úrovně (Level II) Level II Stejně jako Level I předpokládá rovnováhu mezi compartments, ale zahrnuje advekci – odbourávání látky chemickými reakcemi (zpravidla modelováno kinetikou 1. řádu s poločasem rozpadu jako parametrem) a rychlost přísunu / odebírání příslušné látky do okolí (uvažuje tedy zdroje i dálkový přenos látky) Kinetika 1. řádu Je popsána obyčejnou diferenciální rovnicí 1. řádu, k je konstanta:

Látková bilance s advekcí (single compartment) M – množství (mol) t – čas (s) Q – objemový průtok (m 3/s) Cin – koncentrace na vstupu do systému (mol/ m 3) Cout – koncentrace na výstupu ze systému (mol/ m 3): předpokládá se že systém je dobře míchaný a tato koncentrace je tedy také uvnitř systému k – rychlostní konstanta reakce 1. řádu (s-1) V – objem systému (m 3) E – emise (mol/s)

Příklad: ustálený stav V hangáru o rozměrech 25 x 30 x 10 m parkuje několik přívěsů se špatně utěsněnými sudy s trichloroethylenem (TCE). TCE se ze sudů odpařuje rychlostí 5 kg za hodinu. Větrání hangáru odpovídá výměně ½ celkového množství vzduchu v hangáru za hodinu. Jaká bude ustálená koncentrace TCE v hangáru? V ustáleném stavu se množství TCE v hangáru nemění, reakce neprobíhá, emisní zdroj je jediný, ve vstupním vzduchu není žádný TCE:

Příklad: neustálený stav Sudy byly z hangáru odvezeny. Za jak dlouho poklesne koncentrace TCE v hangáru na polovinu ustálené koncentrace? Za jak dlouho dosáhne doporučeného expozičního limitu 135 mg/m 3? Emisní zdroj byl odstraněn, reakce neprobíhá, ve vstupním vzduchu není žádný TCE:

Neustálený stav - řešení Poločas: Expoziční limit:

Bilance vyjádřená pomocí fugacit (single compartment, multiple compartments) Multiple compartments Je-li v systému více složek (compartments) v rovnováze, je fugacita kontaminantu v každé z nich stejná a pro celkové množství kontaminantu platí:

Příklad: multiple compartments Únik perchloroethylenu (PCE) způsobil kontaminaci podzemní vody na ploše cca 1 ha a do hloubky kolem 10 m. K odčerpávání a extrakci kontaminované vody budou použity pumpy s výkonem 400 l/min. Za jak dlouho se podaří snížit kontaminaci na 1 procento původní hodnoty? Předpokládejte že zemina má porozitu 0. 4 a je plně saturovaná vodou, průměrná hustota pevných složek zeminy je 2. 5 kg/dm 3. Molární hmotnost PCE je 166 g/mol, log. Kow = 2. 82, tlak nasycené páry 1867 Pa, rozpustnost ve vodě 150 g/m 3, molární objem kapalného PCE je 102 ml/mol.

Příklad - řešení

Příklad - řešení Kp bylo odhadnuto ze známé hodnoty Kow (viz korelace Koc a Kow, přednáška 4) a z předpokladu, že podíl organického uhlíku v půdě foc = 0. 02

Příklad - řešení Pokud nedokážeme odhadnout Vpure, je třeba předpokládat Vpure = 0 (výpočet pak bude představovat spodní odhad). Pro 99%-ní odstranění: Ve skutečnosti bude sanace ještě delší: zanedbali jsme nerozpuštěné PCE a předpokládali ustavení rovnováhy.

Příklad chemické degradace Jezero o objemu 1 km 3 má průměrný průtok 106 m 3/den. Jestliže se do jezera dostal (jednorázově) kontaminant s poločasem rozpadu 0. 8 roku, za jak dlouho poklesne jeho koncentrace v jezeře na 5 procent původní hodnoty? Předpokládejte že sorpce kontaminantu do sedimentu je zanedbatelná.

Kontrolní otázky a cvičení Jaké jsou předpoklady pro použití fugacitního modelu 2. úrovně (Level II)? Odpadní voda z provozu je odváděna do venkovní nádrže o ploše 500 m 2 a hloubce 1 m rychlostí 0, 6 litrů za sekundu (výtok z nádrže je stejný). V odpadní vodě je obsažen chloroform o koncentraci 1 mg/l. Chloroform ve vodě degraduje s rychlostní konstantou 0, 2 den-1 a uvolňuje se do vzduchu rychlostí 3 procenta aktuálního množství za hodinu. Vypočítejte: - Ustálenou koncentraci chloroformu v nádrži. - Chloroform se dále sorbuje v koloidních částicích suspendovaných ve vodě, jejich množství je 100 mg/l a podíl organického uhlíku v koloidech je 0, 4. Jaké množství chloroformu je vázáno v těchto suspendovaných částicích? log Kow pro chloroform je 1, 97.

Naftový ohřívač který při běhu uvolňuje 580 mg CO za hodinu je instalován v hale o objemu 120 m 3 a s ventilací 0, 4 ACH (air change per hour, podíl vyměněného vzduchu za hodinu). Jaká bude rovnovážná koncentrace CO v hale? Jezerem o objemu 1000 km 3 protéká denně 109 m 3 vody. Předpokládejte že jezero je dobře promíchávané a vypočítejte: - Za jak dlouho poklesne v jezeru koncentrace (nedegradujícího) polutantu na polovinu? Zanedbejte jeho ukládání do jiných složek prostředí kromě vody. - Jestliže do téhož jezera unikl další polutant, který chemicky degraduje podle kinetiky 1. řádu s rychlostní konstantou 0, 8 rok-1, za jak dlouho poklesne jeho koncentrace na polovinu? Za jak dlouho bude dekontaminován na úroveň 5 mg. kg-1 neporušený vzorek písčité zeminy (210 g) kontaminovaný toluenem (40 mg. kg-1) během ventovací zkoušky průtokem 20, 50, 100 m. L. min-1? Data: toluen H 680 Pa. m 3. mol-1, M 92, 1 g/mol, Koc 245, 5 L. kg-1 Zemina 0, 2 % OC, 4 obj. % vlhkost, pórovitost 50 %, hustota 2, 1 kg/L