Processi di Deposizione e di Trasformazione Chimica.

Processi di Deposizione e di Trasformazione Chimica.

=> Processi di impoverimento del plume:

- Deposizione Secca (meccanismo sempre presente nel PBL che elimina una parte dell’inquinante presente nel plume e lo trasferisce al suolo senza intervento dell’acqua presente in atmosfera)

- Deposizione umida (meccanismo di eliminazione del particolato causato dall’azione delle acque meteoriche sul plume)

=> Processi di trasformazione chimica e

fotochimica.

Fenomenologia.

=> Sempre presente nel PBL.

=> Si compone di tre fasi distinte:

Trasporto turbolento (fase aerodinamica). La turbolenza presente nel SL causa il trasporto di

una parte di inquinante verso il suolo. La sua

entità non dipende dalla natura dell’inquinante, ma solo dal livello di turbolenza del SL.

Trasporto nello strato laminare (fase laminare). Nello strato di aria vicino al suolo

(circa 1 mm) si ha un trasporto causato dalla diffusione molecolare (gas) e dai movimenti browniani (particolato). Questa fase dipende dalla natura chimico-fisica dell’inquinante.

Trasporto al suolo (fase superficiale). In questa fase si ha l’interazione tra l’inquinate e gli elementi soprattutto vegetali che si trovano alla

superficie. Questa fase dipende dalla natura chimico-

fisica dell’inquinante e dalla natura della

Deposizione secca dei gas.

Flusso di inquinante al suolo proporzionale alla concentrazione:

) (z c V F  _d 

V

è la velocità di deposizione legata alla resistenza al deposizione inquinante da:

d

d r

V 1



Analogia Elettrica

SL

r_a r_s

r_h r_p

r

= resistenza aerodinamica, r

= resistenza laminare

r

= resistenza fogliare r

= resistenza stomatica

Il parallelo (elettrico) tra r

e r

è la resistenza r

che è

la resistenza superficiale totale.

1

1















 







p h

p h s a d

d r r

r r r

r r V



 



 



 



 





 



 

L z z

z

r_a ku _H

0

*

1 ln

* 1

2

ku d S r

d c s 

D S_c 

Resistenza Aerodinamica:

Resistenza laminare:

= viscosità cinematica dell’aria;

D = coefficiente di diffusione molecolare del gas; d

e d

costanti (5 e 0.66)

Resistenza Superficiale.

Relazioni molto complesse, dipendenti sia

dall’inquinante considerato che dalla natura del

suolo.

Velocità di Deposizione Secca per SO

.

Deposizione secca del particolato.

Flusso di inquinante al suolo proporzionale alla sua concentrazione in aria:

Velocità deposizione Secca  resistenza alla deposizione

Differenza:

• il particolato ha una velocità sedimentazione gravitazionale propria;

- non interagisce con la vegetazione (resistenza superficiale nulla);

• possiede la medesima resistenza aerodinamica dei

gas.

Velocità di Sedimentazione

Gravitazionale

 9 2r²g V_G 

è la densità della particella, r è il raggio della particella,

 è la viscosità dinamica dell’aria.





d r r rrV V

V    ^1

 

3 1 3

2 10^{  }

 

 S u

r_{s c} ^St

 g

u S_t V^g

2

 *

Modelli di Deposizione secca.

Modello Euleriano di tipo K.

Per introdurre la deposizione secca in questo tipo di modello è sufficiente cambiare la condizione al contorno alla frontiera inferiore nel modo seguente:

c z V K_zz c  _d





Modelli Stazionari.

Se dimensione del particolato è superiore a 10 m, è predominante la deposizione gravitazionale:

- che causa la discesa graduale del baricentro del plume (con una pendenza V

/U)

- e senza alcun tipo di riflessione al suolo.

 



 



 

 



  

















 ²_{2 2}

2 exp 1 exp 2

2 _z

G y

z y

u V x h z y

u C Q









) 0 , , ( yx C V D _G

Se si considerano gas o particolato fine:

 

  _{ }    























  













  



















2

2 2

2 2

2

exp 2 exp 2

exp 2 2

z D G

z D y z

y

u x V h x z

u x V h z

y u

C Q

 









dove il coefficiente di riflessione è dato da:



 ^

^

V V

V

z z

G D

G

D



 







 

 /

1 2

calcolato alla distanza x

soluzione dell’equazione

   

x h V x z

x u

x

h V ^D

G z

z G

D    

 





Il flusso di deposizione è dato da:

Deposizione Umida.

Il processo di deposizione umida ha luogo quando i gas o le particelle vengono catturate dalla pioggia o dalla nebbia nei pressi del suolo.

Processo molto complesso e non completamente noto.

Normalmente il Flusso di Deposizione Umida è dato da:

x,y,0 W J₀

C

D_H   _r 

dove:

• J

è l’intensità di pioggia,

• W

è il coefficiente di deposizione umida il cui valore dipende dalla natura dei gas e delle particelle. Un valore tipico è 610

.

Se, es. J

= 1mm/h, si ha una velocità di deposizione

umida (W

J

) pari a 17 cm/s, valore normalmente

superiore a quello della deposizione secca.

Chimica dell’atmosfera e modelli.

Schema chimico Ridotto.

Lo schema chimico non può essere utilizzato direttamente, ma deve essere convertito in un sistema di equazioni differenziali ordinarie.

 _{3 8 4 7 6 5} ₁

2 5

1     

 dt k  k k k  d

 _{3 8 4 7 6 5} ₁  _{5 9} ₂

2     

 dt k k k   k k  d

3 9 1

3 

 dt k

d 

4 2 1 8 3 3 9 1

4 2   

 dt k k k

d   

8 8 1 5 6 2 5

5   

 dt k k k h

d   

2 9 9

6 

 dt k

d 

1 7 4 9 1 8 3 4 2

7 2    

 dt k k c k

d    

1 8 3 9 1

8 4  

 dt k k

d  

 _{6 3 9 2}  ₉

7 8 7 1 4

9  2    

 dtk  k h  k k c  d

 ₈  ₂

5 7

10  

 dt k  k h f  d

Tale sistema di equazioni deve essere integrato assieme alle altre equazioni differenziali del Modello Euleriano.

La differenza notevole tra le varie velocità di reazioni

coinvolte determina una notevole complessità

nell’integrazione del sistema.

Metodo Quasi-Stazionario

k k k

k dt P L c

dc  

P

= produzione della specie k L

= consumo della specie k

Se  t L

> 10

k k n

k P L

c ^1 



 



n k k k n

k P L c P L t L

c ^1    exp  





n k n

k c t P L c

c ^1    

Se 0.01 <  t L

< 10

Se  t L

> 10