A környezetszennyezés folyamatai szennyezı anyagok migrációja

Hasonló dokumentumok
A környezetszennyezés folyamatai 3) immisszió

A környezetszennyezés folyamatai anyagok migrációja

A környezetszennyezés folyamatai - migráció

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

Brockhauser Barbara, Deme Sándor, Hoffmann Lilla, Pázmándi Tamás, Szántó Péter MTA EK, SVL 2015/04/22

2. Biotranszformáció. 3. Kiválasztás A koncentráció csökkenése, az. A biotranszformáció fıbb mechanizmusai. anyagmennyiség kiválasztása nélkül

Reakciókinetika és katalízis

Talajvédelem előadás VIII. Szennyezőanyagok a talajban Toxicitás problémája Határérték rendszerek

Az anyagi rendszerek csoportosítása

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

5. Laboratóriumi gyakorlat

25/1. Stacionárius és tranziens megoldás. Kezdeti és végérték tétel.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Boda Erika. Budapest

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA KÖRNYEZETVÉDELMI ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ SZÓBELI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

Reakciókinetika. aktiválási energia. felszabaduló energia. kiindulási állapot. energia nyereség. végállapot

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

Feladatok Differenciálegyenletek II. témakörhöz. 1. Határozzuk meg a következő elsőrendű lineáris differenciálegyenletek általános megoldását!

Általános és szervetlen kémia 1. hét

12. évfolyam esti, levelező

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Környezetgazdálkodási agrármérnök BSc Záróvizsga TÉTELSOR

Vízminőség, vízvédelem. Felszín alatti vizek

11. évfolyam esti, levelező

Matematikai alapok és valószínőségszámítás. Valószínőségi eloszlások Binomiális eloszlás

Biofizika 1 - Diffúzió, ozmózis 10/31/2018

Trícium ( 3 H) A trícium ( 3 H) a hidrogén hármas tömegszámú izotópja, egy protonból és két neutronból áll.

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

a NAT /2008 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Benzintölt -állomás szénhidrogénekkel szennyezett területének részletes kockázatfelmérése

Környezetvédelmi műveletek és technológiák 5. Előadás

Radioaktív anyagok terjedése a környezetben

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Klórozott szénhidrogénekkel szennyezett talajok és talajvizek kezelésére alkalmazható módszerek

A Balaton szél keltette vízmozgásainak modellezése

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

No Change Service! Verzió Felülvizsgálat dátuma Nyomtatás Dátuma

Diffúzió 2003 március 28

A szigetközi MODFLOW modellezés verifikálása, paraméter optimalizálás izotóp-adatokkal

XXXIII. ORSZÁGOS VÁNDORGYŰLÉS Szombathely július 1-3. FELSZÍN ALATTI VIZEK SZENNYEZÉSI CSÓVÁIRÓL. Zöldi Irma OVF

VÍZKEZLÉS ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Bevezetés a talajtanba Elıadás I.

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul

- A környezetvédelem alapjai -

Radioaktív anyagok terjedése a környezetben

Bevezetés az ökológiába Szerkesztette: Vizkievicz András

Az inga mozgásának matematikai modellezése

Felszín alatti közegek kármentesítése

Diszperzív gázáramlás jelentősége a kis permeabilitású zónákban visszamaradt szennyeződések kezelésében

Hidrosztatika, Hidrodinamika

No Change Service! Verzió Felülvizsgálat dátuma Nyomtatás Dátuma

Radioaktív anyagok terjedése a környezetben

Fotoszintézis. 2. A kloroplasztisz felépítése 1. A fotoszintézis lényege és jelentısége

Biológiai ivóvíz-tisztítási kísérlet a Balatonszéplaki Felszíni Vízműben. XXI. MHT Ifjúsági Napok Mosonmagyaróvár, szeptember

Reakciókinetika és katalízis

Anyagmozgatás gépei. Raktározás

A légfüggönyök alkalmazása üzemcsarnokok, hőtıházak kapuinál

Radioaktív anyagok terjedése a. környezetben

A LEVEGŐMINŐSÉG ELŐREJELZÉS MODELLEZÉSÉNEK HÁTTERE ÉS GYAKORLATA AZ ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLATNÁL

Differenciálegyenletek numerikus integrálása április 9.

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

A víz. Szerkesztette: Vizkievicz András

Reológia Mérési technikák

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

BIOMOLEKULÁK KÉMIÁJA. Novák-Nyitrai-Hazai

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

Globális környezeti problémák és fenntartható fejlıdés modul

Az elválasztás elméleti alapjai

Javítóvizsga 2013/2014. Annus Anita. Az állati test bonctani felépítése. Az elemek, vegyületek, sejtek, szövetek, szervek,szervrendszerek, szervezet.

MÉRÉSI JEGYZİKÖNYV. A mérési jegyzıkönyvet javító oktató tölti ki! Mechatronikai mérnök Msc tananyagfejlesztés TÁMOP

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Az úszás biomechanikája

Kémiai reakciók sebessége

Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul

Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

A TERVEZETT M0 ÚTGYŰRŰ ÉSZAKI SZEKTORÁNAK 11. ÉS 10. SZ. FŐUTAK KÖZÖTTI SZAKASZÁN VÁRHATÓ LÉGSZENNYEZETTSÉG

TALAJOK RÉZMEGKÖTŐ KÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA OSZLOPKÍSÉRLETEK SEGÍTSÉGÉVEL

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Felhasználói tulajdonú főtési rendszerek korszerősítésének tapasztalatai az Öko Plusz Programban

Szabadentalpia nyomásfüggése

8.13. Szőrési gyakorlat laboratóriumi membránszőrı berendezésen I. Ultraszőrés (ultrafiltration, UF)

FIZIKA KÖZÉPSZINTŐ SZÓBELI FIZIKA ÉRETTSÉGI TÉTELEK Premontrei Szent Norbert Gimnázium, Gödöllı, május-június

A rizsben előforduló mérgező anyagok és analitikai kémiai meghatározásuk

TERJEDÉSI ÉS EGYÉB MODELLEZİ ESZKÖZÖK KATEGORIZÁLÁSÁNAK SZEMPONTJAI

Kun Éva Székvölgyi Katalin - Gondárné Sőregi Katalin Gondár Károly XXI. Konferencia a felszín alatti vizekről Siófok,

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Nemzeti Akkreditáló Hatóság. SZŰKÍTETT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (2) a NAT /2014 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Élettelen ökológiai tényezők

[S] v' [I] [1] Kompetitív gátlás

Átírás:

A környezetszennyezés folyamatai szennyezı anyagok migrációja Migráció homogén és heterogén környezeti rendszerekben Homogén rendszer: felszíni- és karsztvíz, atmoszféra = egyetlen fázisból álló összefüggı rendszer egy összefüggı egyenletrendszerrel leírható Heterogén rendszer: talajvíz, kızetvíz, biológiai anyagok (élı szervezetek) = több fázisból álló, határfelületekkel tagolt rendszer nem írható le egységes rendszerként c t = A+ D + R + P + S(t) Részfolyamatok: A advekció, D diffúzió, R reakció, P ülepedés S(t): forrástag, lehet állandó vagy idıben változó 1

A környezetszennyezés folyamatai - migráció A migráció dinamikus (idıben és térben is változó) vagy sztatikus (csak térben változó, idıben stacionárius) átviteli folyamatot jelenthet. (Áttörés: dinamikusból sztatikus profil) b: megfigyelés pont; c/c 0 : a pillanatnyi és a végsı koncentráció aránya 2

A környezetszennyezés folyamatai migráció homogén környezeti közegben - vízi rendszerek Felszíni- és karsztvizek csoportosítása terjedési sajátosságaik szerint 4 alapmodell Folyók Rivers (jellemzık: hımérséklet, folyóágy geometriája, esés, térfogatáram, kapcsolat a talajvízzel [intrusion], lebegı szennyezés összetétele és koncentrációja) Torkolatok Estuaries (jellemzık: fentiek + szalinitás, üledékképzıdés) Nyílt víz/nyílt part Open shores (tó, tenger, óceán jellemzık: ár-apály mozgások, stagnálás, hımérsékleti rétegzıdés) Tározók Small ponds (jellemzık: fentiek + ki- és befolyás, vízhasználat) 3

A környezetszennyezés folyamatai migráció homogén vizekben Szennyezés terjedése folyókban terjedési szakaszok: 1. fázis: kezdeti keveredési tartomány= a beömlési sebességvektor iránya különbözik a folyási sebesség vektorának irányától, az effluens és a befogadó közeg hımérséklete eltér: a beömléstıl 100 ágymélységnyi távolságra [near-field] 2. fázis: teljes keveredés tartománya= a szennyezés már együtt halad a folyóval, de még nem telt el elég idı reakciók végbemenetelére: beömléstıl 10-20 km-ig [full mixing] 3. fázis: hosszú távú keveredés tartománya = reakció és ülepedés jelentısen megváltoztathatja a szennyezés eloszlását [far-field] 4

A környezetszennyezés folyamatai migráció folyókban Szennyezés terjedése folyókban a 2. fázisban még csak advekció és diffúzió számít, a koncentráció a függıleges rekeszekben már homogén. x: folyási irány, y: keresztirány, z: függıleges irány u (y): x irányú folyási sebesség, függ y-tól 5

A környezetszennyezés folyamatai migráció folyókban Az advekciós és diffúziós tagból álló összetett differenciálegyenlet pl. végeselem-módszerrel oldható meg. Az f -fel jelölt profilfüggvény Gauss-függvényt, valamint a parti visszaverıdés miatt periodikus c( x, w) tagokat tartalmaz. f ( x = x K ) dw 1 W 0 = Q W f ( x, y, w) Q = W c 0 Q : a szennyezés idıben állandó beviteli sebessége [mól/s] W: a folyó állandó térfogatárama [m 3 /s] c 0 : tökéletes keveredés (végtelen turbulencia) esetén kialakuló egységes koncentráció 6

Terjedés folyókban Az elızı számítási modell grafikus képe c 0 : tökéletesen kevert átfolyó tartályban kialakuló koncentráció ( kádmodell ) 7

A környezetszennyezés folyamatai migráció folyókban Néhány jellemzı adat: Folyók folyási sebessége : 0.1 2 m/s Térfogatáram: Duna (Mo.-n): 600 8000 m 3 /s Sió: maximum 30 m 3 /s Diffúziós együttható (vízben, fémionokra, lamináris áramlásnál): 0.5 5 10-9 m 2 /s Turbulencia esetén 4 6 nagyságrenddel nagyobb értékek! 8

A környezetszennyezés folyamatai - migráció A migráció modellezésének célja a szennyezı anyagok koncentrációját jellemzı hely- és idıfüggés meghatározása. Idıben változó = dinamikus rendszereknél a terjedési differenciálegyenlet megoldása szükséges. Idıben [bizonyos idıtartamig] nem változó = sztatikus rendszernél elegendı a rendszer egyes (térben elkülönülı) elemei között fennálló koncentrációarányok meghatározása. A heterogén közegben végbemenı migráció leírását gyakran közelítik sztatikus rendszermodellel. Az azonos paraméterekkel (állapotjelzıkkel) jellemezhetı rendszerelemek a rekeszek (kompartmentek) ez mind dinamikus, mind sztatikus rendszereknél alkalmazható egyszerősítés. 9

A migráció folyamatai dinamikus vagy sztatikus rendszer Stacionárius esetben: K SL = c S /c L állandó Megoszlás két önmagában homogénnek tekintett kompartment között 10

Migráció heterogén közegben - talajvíz Porozitás: n = pórustérfogat és összes térfogat aránya Telítettség: két- vagy háromfázisú rendszer Modell: Vízáramlás és szennyezés koncentrációjának változása kompartmentek között A vízáramlás hajtóereje a hidraulikus (gravitációs és termodinamikus) potenciál advekciót és diszperziót eredményez h = z + p ρ * g n V L VL + V S 11

Migráció heterogén közegben - talajvíz 12

Migráció heterogén közegben - talajvíz Differenciálegyenletrendszer megoldása az egyes kompartmentekre Két megoldási változat eredménye egy adott (x,y,z) pozíciójú kompartmentre csak az adszorpciós modellben volt eltérés 13

Migráció heterogén közegben - talajvíz A felszín alatti vizek minıségét érintı tevékenységekkel összefüggı egyes feladatokról szóló 33/2000. (III. 17.) kormányrendelet az (A) háttérérték, (B) szennyezettségi határérték és (C1), (C2), (C3) intézkedési szennyezettségi határértékek mellett (D) kármentesítési szennyezettségi határérték alkalmazását vezette be. A (D) kármentesítési szennyezettségi határértéket (= mentesítési célérték) kockázatfelmérésre támaszkodóan, a területhasználat figyelembevételével kell meghatározni a földtani közegre, illetve a felszín alatti vízre. 14

Migráció biológiai rendszerekben Kompartmentek (rekeszek): az inhomogén élettelen rendszerekben (talaj, kızet) és az élılényekben meghatározhatók olyan morfológiailag vagy funkcionálisan jól elkülönülı részek, melyekben az inkorporált szennyezés eloszlása homogénnek tekinthetı. Ez a feltételezés ami sok esetben megegyezik a tapasztalattal - a kvantitatív viszonyok leírására arányosságok vagy differenciálegyenletek alkalmazását teszi lehetıvé. 15

Migrációt követı immisszió biológiai rendszerekben Idáig tart a környezeti közegben a migráció 16

Immisszió biológiai rendszerekben A kompartmentek közötti anyag- és energiaáram leírható: - Krónikus (Folyamatosan fennálló) helyzetben sztatikus arányosságokkal (CF módszer: concentration factors) - Akut (Csak rövid ideig fennálló, pl. baleseti) helyzetben dinamikus differenciál-egyenletekkel (SA módszer: system analysis) A hatás a káros anyag mindenkori koncentrációjától függ. 17

Immisszió biológiai rendszerekben CF módszer Példa : takarmányból felvehetı fémionok koncentrációja ember által fogyasztott állati szövetekben c sz = F j Qj c j F Qj j j c sz : koncentráció a szövetben [mól/kg] j: takarmány fajtája c j : koncentráció a takarmányban [mól/kg] Q: fogyasztás [kg/nap] F: átviteli (transzfer) tényezı [nap/kg] egyensúlyban F függ: a szennyezést képezı vegyülettıl a szennyezést felvevı szövet metabolizmusától c j 18

Immisszió biológiai rendszerekben - CF módszer F transzfer együttható tej, hús és tojás célszövet -re (nap/kg) Elem (vízoldható vegyület) Tej (tehén) Hús (tehén) Élelmiszer fajtája Hús (sertés) Hús (tyúk) Tojás (tyúk) Kobalt 0,00007 * 0,0001* 0,002 2 0,1 Stroncium 0,0028 0,008 0,02 0,08 0,2 Jód 0,01 0,04 0,003 0,01 3 Cézium 0,0079 0,05 0,24 10 0,4 *: szervetlen vegyületek 19

Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer Egyes növényi részek szennyezettsége egy gyors légköri kontaminációt követıen 20

dc dt i = Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer j k ji c j kij c Egyszerő dif. egyenlet az i -edik rekeszre, ahová j rekeszbıl van be- és kijárat j i Jódkinetikai kompartment modell a szarvasmarha esetén 21

Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer Inkorporáció az emberi szervezetben: belégzés vagy lenyelés útján 1 2 3 át át ki ki ki Belégzés: 3 szekvenciális kompartment: orr-garat (NP), légcsı-hörgık (TB), tüdı (P) finomabb felosztásokat is alkalmaznak Lenyelés-emésztés: 4 szekvenciális kompartment: gyomor (S), Vékonybél (SI), felsı vastagbél (ULI), alsó vastagbél (LLI) 22

Immisszió biológiai rendszerekben - SA módszer Integrálegyenlet és grafikonja az 1. kompartmentre c C = k1, C [mól/kg].. Q + k ( 1 exp( ( k k ). )) be be + 1 1, át 1, ki t át 1, ki I. szakasz: felvétel és kiürülés C 1,max II. szakasz: kiürülés t [óra] Hatás: a koncentráció integráljával, azaz az éppen jelenlévı káros anyag mennyiségével arányos ( ( k k ). )) C 1= C1,max. exp 1, át + 1, ki t 23

A környezetszennyezés folyamatai 3) immisszió Immisszió: a szennyezı anyag/energia káros hatásának megnyilvánulása Formája: külsı hatás vagy inkorporáció Alanya: ember, növények, állatok, természeti tárgyak, emberi alkotások Hatások élettelen anyagokra: fizikai átalakulás kémiai változás A közismert környezetkárosító hatások immissziója összetett: erózió, felmelegedés, sugárzások, zaj stb. A hatások az átalakult anyag mennyiségével és/vagy a koncentrációváltozásokkal jellemezhetık, gyakran azokkal arányosak. 24

Immisszió hatás biológiai rendszerekre Az immisszió biológiai hatása vonatkozhat ökorendszerre fajokra egyedekre A hatás érheti az adott helyen és idıben élı populáció egyedeit szomatikus hatás a következı generáció(ka)t genetikus hatás Az immissziós hatások elleni intézményes védelem az ember kivételével az ökorendszerekre (természetvédelem) és a fajokra (diverzitás fenntartása) terjed ki. Az embert egyedi védelem illeti meg. (Biodiverzitás Egyezmény 1993. Rio de Janeiro) 25

Immisszió hatás biológiai rendszerekre Példa az összetett hatásra: felszíni víz hıterhelése (erımő hőtıvizének kibocsátása) A felmelegedés akár 4-5 mg/l -rel is csökkentheti az oldott oxigén mennyiségét. Közvetlen hatások: Fokozódik a vízi növények aktivitása, ami az oxigén elvonás fokozódását okozza, a felszínen elterülı magasabb hımérséklető víz pedig az oxigén felvételét akadályozza. Az oldhatóság növekedése következtében az összes sótartalom növekedhet. Fokozódik a vízben levı toxikus anyagok hatása, ezáltal csökken a letális értékhez tartozó koncentráció nagysága. 10 o C-os hımérséklet emelkedés átlagosan megkétszerezi a biokémiai reakciók sebességét. Közvetett hatások: Életjelenségek zavarai (légzés fokozódása, fotoszintézis növekedés, egyedfejlıdési rendellenességek) A mérgezéssel szembeni csökkenı ellenállás Zavarok a szaporodásban és a kritikus fejlıdési szakaszokban A populációk összetételének változása 26

Immisszió biológiai rendszerekben példák a sejti hatásokra A fémtoxicitás molekuláris mechanizmusai 1. A mérgezı fémionok kapcsolódnak az enzimmolekulák funkciós csoportjaihoz. [Ólommérgezés vérszegénység - az ólomionok a hemoglobin bioszintézisében ható enzimek mőködését gátolják.] 2. A szükséges fémiont egy mérgezı kiszorítja az enzim aktív helyérıl. [Az alumíniumionok a magnézium aktiválta enzimekben a magnéziumionok helyébe lépnek- foszfátanyagcsere zavar - oszteomalácia (csontlágyulás)] [Kadmium cink versengés, a gyorsabban beépülı, erısebb kötést létesítı kadmiumion válik az enzim integráns részévé - rendkívüli csonttörékenység] 3. Megváltozik a biomolekuláknak a funkció szempontjából elınyös térbeli felépítése. [A DNS konformációváltozásának következményei lehetnek: rák, torzfejlıdés - kadmium, berillium, higany hatására] 4. A hidrofil fémionból lipofil molekula képzıdhet - be tud jutni a sejtek belsejébe. [Higany -baktériumok hatására metilhigany-klorid - súlyos károsodást okoz az agysejtekben és a központi idegrendszerben.] 27