Transzportfolyamatok felszín alatti vizekben

1. Transzportfolyamatok felszín alatti vizekben S.Tombor Katalin Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék tombor@vkkt.bme.hu

2. Sávszerű áramlás, homogén nyomás alatti vízadó réteg, egyenletes beszivárgás

3. Transzport - Anyagmérleg h2, C2 h1, C1 h3, C3 diffúzió és diszperzió diszperzió, be diszperzió, ki szorbciós folyamatok átalakulás advekció, ki advekció, be lebomlás advekció

4. oldott anyag koncentrációjának megváltozása felületen megkötött anyag koncentrációjának megváltozása (adszorbció) = + + + diffúzió és diszperzió, be - ki elsőrendű forrás-nyelő + nulladrendű forrás-nyelő Anyagmérleg advekció (konvekció) be - ki

5. t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • n: porozitás [-] • s: a szilárd váz sűrűsége [M/ L3] • Cs: az adszorbeált anyag koncentrációja [M/ M] • v: a szivárgási sebesség vektora [L/T] • Dm: a molekuláris diffúziós együttható [L2/T] • Dk: adiszperziós tényező tenzora (mechanikai vagy kinematikai diszperzió) [ L2/T] • ,0:a koncentrációtól független (un. nullad-rendű folyamat) együtthatója [M/L3/T] • 1: a koncentrációtól függő (un. elsőrendű folyamat) forrás/nyelő együtthatója [1/T] • C*: csak peremi pontokra!! • = Co , ha távozó vízről van szó (q<0) [M/L3] • = Cko, a kívülről érkező víz koncentrációja (q>0) [M/L3] A felszín alatti vizekre vonatkozó transzportegyenlet k

6. Advekció A vízzel együtt mozgó oldott szennyezőanyag transzportja C ADVEKCIÓ x

7. Advekció 1 0,8 Co v 0,6 C C/Co 0,4 0,2 0 L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 idő (nap) Advekció A vízzel együtt mozgó oldott szennyezőanyag transzportja t = L/(v/n)

8. t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • n: porozitás [-] • s: a szilárd váz sűrűsége [M/ L3] • Cs: az adszorbeált anyag koncentrációja [M/ M] • v: a szivárgási sebesség vektora [L/T] • Dm: a molekuláris diffúziós együttható [L2/T] • Dk: adiszperziós tényező tenzora (mechanikai vagy kinematikai diszperzió) [ L2/T] • ,0:a koncentrációtól független (un. nullad-rendű folyamat) együtthatója [M/L3/T] • 1: a koncentrációtól függő (un. elsőrendű folyamat) forrás/nyelő együtthatója [1/T] • C*: csak peremi pontokra!! • = Co , ha távozó vízről van szó (q<0) [M/L3] • = Cko, a kívülről érkező víz koncentrációja (q>0) [M/L3] A felszín alatti vizekre vonatkozó transzportegyenlet k

9. Transverzális diszperzió Longitudinális diszperzió Diszperzió A részecskék „szóródásából” adódó transzport Mikroszkópikus diszperzió Egyenlőtlen sebességeloszlás Lamináris vízmozgás, de ütközés a szilárd szemcsékkel

10. Diszperzió A részecskék „szóródásából” adódó transzport Makroszkópikus diszperzió Geológiai heterogenitás A diszperziós tényező léptékfüggő !!!!

11. Diszperzió A részecskék „szóródásából” adódó transzport Makroszkópikus diszperzió kx x C z

12. Diszperzió A részecskék „szóródásából” adódó transzport C x ADVEKCIÓ DIFFÚZIÓ+DISZPERZIÓ

13. Advekció+diszperzió Diszperzió A részecskék „szóródásából” adódó transzport

14. t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • n: porozitás [-] • s: a szilárd váz sűrűsége [M/ L3] • Cs: az adszorbeált anyag koncentrációja [M/ M] • v: a szivárgási sebesség vektora [L/T] • Dm: a molekuláris diffúziós együttható [L2/T] • Dk: adiszperziós tényező tenzora (mechanikai vagy kinematikai diszperzió) [ L2/T] • ,0:a koncentrációtól független (un. nullad-rendű folyamat) együtthatója [M/L3/T] • 1: a koncentrációtól függő (un. elsőrendű folyamat) forrás/nyelő együtthatója [1/T] • C*: csak peremi pontokra!! • = Co , ha távozó vízről van szó (q<0) [M/L3] • = Cko, a kívülről érkező víz koncentrációja (q>0) [M/L3] A felszín alatti vizekre vonatkozó transzportegyenlet k

15. Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén IZOTERMÁK Adszorbált Cs Oldott C0 LINEÁRIS FREUNDLICH LANGMUIR

16. telített Cs Co Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén • Az oldott és a felületen megkötött anyag koncentrációja között egyensúly alakul ki • Az adszorpció jelenségét az ún. izotermák írják le. • Lineáris izoterma esetén: Cs=Kd.Co • Kd: megoszlási hányados • Nem-lináris izotermák: • Cs = KF.Con --- Freudlich izoterma • Cs = KL/( g + Co ) --- Langmuir izoterma

17. Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén • Amíg ez az egyensúly ki nem alakul, a szennyezőanyag nem terjed tovább.

18. Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén • Ha a szilárd váz adszorpciós kapacitása feltöltődött, az ezután érkező szennyezőanyag tovább terjed.

19. Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén • Ha az érkező víz hígabb, a folyamat fordítottja játszódik le. Beoldódás (deszorpció) a szilárd vázról.

20. Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén • Ha az érkező víz hígabb, a folyamat fordítottja játszódik le. Beoldódás (deszorpció) a szilárd vázról.

21. Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén C x ADVEKCIÓ + DIFFÚZIÓ+DISZPERZIÓ késleltetés + ADSZORPCIÓ

22. + adszorbció Advekció+diszperzió Adszorpció Megkötődés a szilárd váz felületén

23. t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • n: porozitás [-] • s: a szilárd váz sűrűsége [M/ L3] • Cs: az adszorbeált anyag koncentrációja [M/ M] • v: a szivárgási sebesség vektora [L/T] • Dm: a molekuláris diffúziós együttható [L2/T] • Dk: adiszperziós tényező tenzora (mechanikai vagy kinematikai diszperzió) [ L2/T] • ,0:a koncentrációtól független (un. nullad-rendű folyamat) együtthatója [M/L3/T] • 1: a koncentrációtól függő (un. elsőrendű folyamat) forrás/nyelő együtthatója [1/T] • C*: csak peremi pontokra!! • = Co , ha távozó vízről van szó (q<0) [M/L3] • = Cko, a kívülről érkező víz koncentrációja (q>0) [M/L3] A felszín alatti vizekre vonatkozó transzportegyenlet k

24. LEBOMLÁS : C=C0*exp(g*t) Elsőrendű lebomlás A koncentrációtól függő intenzitású lebomlás • dCo/dt = Co. j1 • lnCo = j1.t + C Co(t=0) = Ck • ln(Co/Ck) = j1.t • Co = Ck.exp(j1 .t), Lebomlás: ha j1.< 0 • t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • j1: a lebomlás együtthatója [1/T] • Radioaktív anyagok. Felezési idő : t1/2 • 0,5Ck = Ck.exp(j1 .t1/2)  j1=ln0,5/ t1/2 • Az áttörési kísérlet végkoncentrációja:Co,vég = Ck.exp(j1 .L/vo)

25. Kémiai átalakulás A nulladrendű lebomlási tagokon keresztül • Annyi transzportegyenlet, ahány komponens • A reakcióknak az adott komponensre vonatkozó következményei • a nulladrendű forrás-nyelő tagokon keresztül jelennek meg • A reakciók eredményeit az adott pillanatban érvényes koncentrációk függvényében, • külön egyenletrendszer alapján számítjuk, • termodinamikai egyetlenrendszer és adatbázis alapján

26. kémiai átalakulás + lebomlás + adszorpció Advekció+diszperzió Co v C Transzportfolyamatok

27. Felszín alatti vízmozgás modellezése Modflow – MT3D • szennyezőanyag transzport: • advekció • diszperzió • adszorpció • lebomlás

28. Egy példa 5 év

29. Egy példa 10 év

30. Egy példa 20 év

31. Egy példa 30 év

32. Egy példa 50 év

33. Egy példa 100 év

34. ADATGYŰJTÉS KONCEPCIONÁLIS MODELL SZOFTVER VÁLASZTÁS VERIFIKÁCIÓ előkészítő fázis ELŐZETES SZÁMÍTÁSOK KALIBRÁCIÓ PARAMÉTER- BECSLÉS kidolgozási fázis VALIDÁCIÓ SZIMULÁCIÓ értékelési fázis ÉRTÉKELÉS Modellezés

35. a szennyezett víz kitermelése (hidraulikai lokalizáció) Eltemetett hulladék, beszivárgási többlettel rendelkező területen Kutak távolsága ? Hozam?

36. a szennyezett víz kitermelése (hidraulikai lokalizáció) Eltemetett hulladék, beszivárgási többlettel rendelkező területen Kutak távolsága ? Hozam?

37. áramlási holttér létrehozása kúttal munkagödörben hagyott veszélyes anyag, kötött fedőrétegű, feláramlási területen A kút távolsága ? Hozama?

38. áramlási holttér létrehozása terelőfallal munkagödörben hagyott veszélyes anyag kis vastagságú talajvízadóban A terelőfal helye ?

39. áramlási holttér létrehozása terelőfallal munkagödörben hagyott veszélyes anyag kis vastagságú talajvízadóban

40. áramlási holttér létrehozása drénekkel munkagödörben hagyott veszélyes anyag kis vastagságú talajvízadóban A drén méretei ?

41. a szennyezés tördelése Mezőgazdasági eredetű nem-pontszerű nitrátszennezés, beszivárgási terület A kitermelt vízzel öntözött terület Kutak kiosztása? Hozama?

42. Védőkút alkalmazása vízmű közelében Pontszerű szennyeződés, rétegvízre települt vízmű esetén A védőkút helye? Hozama?