Transportul poluantilor in atmosfera

Substantele reziduale evacuate, in activitatile urbane si industriale, sub forma de gaze, in atmosfera, conduc la fenomenul de poluare a mediului ambiant, cu repercusiuni directe asupra relatiilor dintre factorii sociali si naturali ai vietii pe Pamant.

Din punct de vedere al felului emisiei, sursele de poluare a aerului se impart in doua categorii principale, si anume: 

- surse organizate, la care emisia se face prin instalatii special concepute, situatie in care elementele geometrice, debitele emise, concentratiile de noxe sunt cunoscute prin masuratori sau calcule.

- surse neorganizate, la care emisia se produce intamplator necontrolat, de multe ori ca rezultat al uzurilor si functionarii incorecte a echipamentelor industriale.

In prima categorie sunt cuprinse costuri de dispersie, aerisiri si purje. In a doua categorie apar: imbinari neetanse, presetupe, scurgeri de lichide la pompe, armaturi defecte, etc.

Principalii poluanti intalniti de obicei in aer sunt: oxizi de sulf, dioxid de carbon, oxid de carbon, oxizi de azot, acizi, pulberi, particule radioactive, microbi, virusi, etc. Acestora li se adauga poluanti specifici industriei chimice si petrochimice ca: hidrocarburi, fenoli, stiren, butadiena, izopren, toluen, formaldehide.

In general, principalii poluanti se prezinta sub forma gazelor, a vaporilor, iar, uneori, acestia sunt insotiti de particule solide sau lichide. 

Procesul de dispersie a substantelor nocive in atmosfera, stabilirea gradului de poluare a acesteia si, in final, determinarea concentratiilor de poluanti, sunt puternic influentate de starea timpului si de conditiile locale de clima.

Variatia temperaturii aerului in functie de presiune si de inaltime, este un factor important care intervine in deplasarea maselor de aer si implicit in raspandirea nocivitatilor in atmosfera. Temperatura aerului variaza cu inaltimea. Aceasta variatie are o valoare cuprinsa intre 0.4 si 0.9 °C la fiecare suta de metri. Variatia temperaturii aerului cu inaltimea se numeste gradient vertical de temperatura si se exprima prin raportul T/Z in care T este temperatura aerului in °C iar Z inaltimea in metri. Intrucat, in general, temperatura aerului scade cu inaltimea, media gradientului vertical de temperatura este pozitiva. In functie de marimea gradientului vertical de temperatura se pot deosebi mai multe tipuri de stratificare a atmosferei.

Instabilitatea atmosferica este caracterizata prin scaderea temperaturii cu inaltimea la o valoare mai mare decat media gradientului vertical. Aceasta conditie se realizeaza cel mai frecvent in zilele senine de vara cand incalzirea rapida a solului de catre soare va influenta temperatura straturilor de aer dand nastere unui amestec vertical pronuntat de curenti ascendenti puternici. Masa de aer in ascensiune se raceste si isi continua deplasarea fiind mai putin densa decat atmosfera inconjuratoare. Aceasta situatie de instabilitate fata de mediul inconjurator va favoriza dispersia substantelor nocive.

Stabilitatea atmosferica este caracterizata prin faptul ca scaderea temperaturii cu inaltimea este mai putin accentuata decat gradientul vertical mediu. In aceasta situatie masa de aer in ascensiune se va raci cu mai putin decat această medie.

Atmosfera inconjuratoare, considerata in repaus, dispune de o energie termica mai mare, capabila sa franeze miscarea ascendenta a aerului. Tendinta de a rezista deplasarilor verticale este caracteristica stabilitatii, starea atmosferica in care difuzia este aproape absenta, ceea ce defavorizeaza raspandirea poluantilor. 

Starea indiferenta a atmosferei, numita si neutra, prezinta o scadere a temperaturii cu inaltimea dupa o relatie adiabatica, adica in repartitia verticala a temperaturii aerului din atmosfera inconjuratoare si din masa de aer asupra deplasarii nu exista nici o diferenta. Volumul de aer in ascensiune va avea aceeasi temperatura cu straturile de aer care il inconjoara si va fi echilibru la orice nivel, neavand tendinta sa revina la pozitia initiala. Starile atmosferice deosebite sunt izotermiile si inversiunile termice. Izotermia este caracterizata de faptul ca temperatura aerului este stationara cu inaltimea. In cazul inversiunilor termice temperatura este crescatoare cu inaltimea, ceea ce implica un gradient vertical de temperatura negativ. Aceste stari atmosferice pot aparea datorita racirii aerului de langa sol ca urmare a pierderii de caldura de catre Pamant prin intermediul radiatiilor cu lungimi mari de unda in noptile senine.

Umiditatea aerului se opune difuziei poluantilor si respectiv micsorarii concentratiilor lor, impiedicand particulele sa se deplaseze. Umiditatea crescuta duce la formarea de ceata care produce concentrarea impuritatilor. In zonele poluate, ceata se produce frecvent. 

Vantul definit ca miscare orizontala a aerului este cel mai important factor care conduce la raspandirea poluantilor in atmosfera. El nu este un element stabil, viteza lui putand varia in limite largi intre rafala si acalmie. Directia vantului reprezinta caracteristica principala a miscarii aerului in relatia ei cu poluarea, deoarece pe directia de miscare se produce poluarea cea mai intensa, in timp ce in alte zone, aerul poate ramane curat. Prin urmare vantul reprezinta procesul prin care are loc deplasarea poluantilor si creeaza fenomenul prin care acestia se difuzeaza in bazinul aerian. Difuzia este direct proportionala cu viteza vantului. Vantul uniform si de viteza mica mentine concentratiile ridicate de poluanti in stratul de aer in care a ajuns. Cu cat viteza vantului este mai mare, cu atat inaltimea la care ajung poluantii este mai mica. Vitezele mari ale vantului imping spre sol pana de gaze sau poluanti eliminati de surse, din cauza rezistentei de frecare mai mare pe care o intampina aerul din apropierea solului si a vitezei mai mari de la inaltime. 

Turbulenta sau miscarea curentilor de aer este in general o miscare turbulenta deci cu o structura haotica, intamplatoare, volumele mici de aer aflate in miscare nepastrandu-si individualitatea. Din punct de vedere al modului cum se produce turbulenta, aceasta poate fi mecanica si termica.

- turbulenta mecanica are ca sursa principala frecarea aerului cu suprafata pamantului si a altor obstacole. Ea se propaga in sus pana la inaltimi mari si creste cu rugozitatea pamantului si cu intensitatea vantului.

- turbulenta termica sau convectia ia nastere ca urmare a diferentei de temperatura dintre pamant si curentul de aer, deci ca urmare a repartizarii neuniforme a temperaturii.

Ambele feluri de turbulenta se gasesc concomitent in atmosfera, in diverse proportii, functie de conditiile meteo. Turbulenta este un factor care favorizeaza amestecurile si de aceea difuzia impuritatilor in masa de aer turbulent se face mai repede.