Перенос вода — воздух

Переход вещества в природных условиях из водного раствора в атмосферу называют летучестью; этот процесс осуществляется в ре­зультате диффузии, обратный перенос называют сухим осаждением в воду.

Скоростью улетучивания называют поток массы вещества, про­ходящий через границу вода — воздух. Она определяется как количе­ство вещества, проходящее через единицу площади в единицу време­ни. Эта скорость пропорциональна разности концентраций соответст­вующего вещества в обеих фазах.

F=KΔС, (4.4)

где F —поток вещества, выраженный в единицах массы за единицу времени на единицу площади; ΔС — разность концентраций вещества в воде и газовой фазе. Коэффициент пропорциональности К называют общей скоростью переноса, он имеет размерность скорости, например м/с или см/ч. Если обозначить исходную концентрацию вещества в воде Со, а начальную концентрацию в воздухе принять равной нулю, то концентрация в водном растворе экспоненциально уменьшается во времени в соответствии с кинетическим уравнением реакции 1-го по­рядка

С = Со* ехр(- t*K/L) (4.5)

где L — глубина относительно поверхности воды; t — время.

Концентрация в газовой фазе вещества заведомо значительно ниже, чем в водной фазе, это практически всегда имеет место в от­крытых системах окружающей среды.

Величину, обратную скорости общего переноса К, называют со­противлением общего переноса R; оно представляет собой сумму всех сопротивлений процесса переноса вещества через поверхность разде­ла фаз. Сопротивление жидкой фазы r₁ является обратной величиной по отношению к скорости переноса в жидкой фазе k₁:

r₁₌ 1/ k₁ (4.6)

Сопротивление газовой фазы равно

 

R*T

r_g= ------------

k_g*H (4.7)

где R — универсальная газовая постоянная; Т —абсолютная тем­пература; k_g — скорость переноса в газовой фазе; Н — константа Генри.

Таким образом, скорость общего переноса К равна

R*T

К = [ 1/ k₁ + ------------]^-1

k_g*H (4.8)

Константа Генри определяется как отношение концентраций в газовой и водной фазах и является безразмерной величиной.

Скорости переноса k₁ и k_g зависят от внешних условий окру­жающей среды, особенно от скорости ветра и турбулизации воды, а k₁ — также и от температуры. Их зависимость от свойств вещества сводится главным образом, как и в случае диффузии, к зависимости от молекулярной массы и молярного объема. Так как эти величины для органических соединений редко отличаются более чем на несколько порядков, зависимость скорости переноса от свойств вещества резко ограниченна.

Наряду с летучестью веществ из воды и сухого осаждения из ат­мосферы в воду существуют еще и другие пути для материального обмена между водой и воздухом, - например, разбрызгивание ветром воды в море, влажное осаждение и удаление из атмосферы с дождем. Доля таких путей переноса в общем обмене химическими веществами между водными бассейнами и атмосферой зависит от географическо­го положения и климатических условий, а также от физико-химических свойств этих веществ.