pohyb kontaminantů v půdách
DESCRIPTION
Pohyb kontaminantů v půdách. Sorpce v půdě a v sedimentech. A: Absorpce do amorfní organické hmoty (non-aqueous phase liquid, NAPL) B: Absorpce do kondenzované organické hmoty (soil organic matter, SOM) C: Adsorpce na vlhké povrchy organické hmoty D: Adsorpce na vlhké minerální povrchy - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Pohyb kontaminantů v půdách
Sorpce v půdě a v sedimentech
A: Absorpce do amorfní organické hmoty (non-aqueous phase liquid, NAPL)
B: Absorpce do kondenzované organické hmoty (soil organic matter, SOM)
C: Adsorpce na vlhké povrchy organické hmoty
D: Adsorpce na vlhké minerální povrchy
E: Adsorpce na minerály s mikropóry (např. zeolity)
Sorpce na různých půdách
Sorpce fenantrenu na různých půdách a sedimentech
Proč je sorbované množství různé?
Příčinou je různý obsah organické hmoty (organic matter, OM)
KOC
Partiční proces:
Aw Aoc nebo Aw Aom nebo Aw As
Partiční koeficient voda – organický uhlík
Koc má jednotku l/kg(litry vodného roztoku na kilogramy organického uhlíku)
• jde o tendenci látky přecházet z vody do organické složky půdy
oc – organický uhlík (organic carbon)om – organická hmota (organic matter)s – půda (soil)
[ ]
[ ]oc
ocw
AK
A
Kd (alt. označení Kp), Kom , Koc
Vztah mezi Koc a Kd (Kp)
• foc (fom) je vlastnost půdy
• organická hmota je asi z 50% uhlík
foc ~ 0.5 fom
Koc ~ 2 Kom
[ ] [ ]
[ ] [ ]
( )
s oc ocd
w w
d oc oc
d om om
A
K
A fK
A A
K K
K
f
f
ClCl
Cl
OO
foc a fom
• Měření foc a fom
– Spalováním organické hmoty v peci (450C; 24 h) a určení rozdílu hmotností
– Chemickou oxidací organické hmoty např. manganistanem a IČ detekcí vzniklého CO2
• Typické hodnoty fom
– Rašelina: většina organické hmoty, fom = 0.5 až 1.0
– Půdy: závisí na vrstvě, fom = 0.01 až 0.5
– Vodní sedimenty: většina organické hmoty mineralizována, fom = 0.00001 až 0.05
Odhad Koc
• logKoc je přímo úměrné logKow
(partiční koeficient voda – oktanol)
log Koc = 1.00 log Kow – 0.21
• logKoc je přímo úměrné logCwsat
(rozpustnost látky ve vodě)
log Koc = -0.54 log xwsat + 0.44
Karickhoff et al. (1979, Water Research 13, 241-248)
Odhad Koc
Chiou et al. (1979, Science 206, 831-832)
log Koc = 4.04 - 0.557 log Cwsat (M)
Odhad Koc
Detailnější korelační vztahy Koc – Kow
log logoc owK a K b Compounds a b
Alkylated and chlorinated benzenes, PCBs
0.74 0.15
PAHs 0.98 -0.32
Chlorinated phenols 0.89 -0.15
C1 and C2 halocarbons 0.57 0.66
only chloroalkanes 0.42 0.93
only chloroalkenes 0.96 -0.23
Brominated compounds 0.50 0.81
Phenylureas 0.49 1.05
Příklady
Vypočítejte sorpční koeficient benzenu v sedimentu, je-li v literatuře nalezená hodnota logKoc pro benzen 1.58 a v sedimentu je kolem 2 procent organické hmoty.
Kd = Koc foc = 10logKoc fom/2 = 101.58 0.02/2 = 0.38 l/kg
Odhadněte sorpční koeficient m-chlorophenolu z distribučního koeficientu Kow (např. na http://logkow.cisti.nrc.ca/logkow/search.html ).
Doporučená hodnota logKow = 2.50
logKoc = 0.89 logKow – 0.15 = 2.08
Literární hodnota logKoc = 2.54
chyba 10logKocodhad / 10logKoc
lit = 0.35, chyba odhadu je 65%
Mechamismy sorpce
Různé formy vztahu pro absorpci do organického uhlíku:
Platí pouze pro neutrální (“hydrofobní”) organické látky foc > 0.001 se obecně považuje za hranici použitelnosti, jinak dominuje sorpce na površích anorganických složek, popř. sorpce spojená s chemickou reakcí (chemisorpce).
w
omomomom
w
ococococ
w
sd C
CfKf
C
CfKf
C
CK =====
Mechamismy sorpce
Adsorpce
Sorpce na povrchu půdních částic je adsorpce. Experimentální data o adsorpci jsou zpravidla vyjadřována ve formě adsorpční izotermy: závislosti adsorbovaného množství na parciálním tlaku (v případě adsorpce z plynné fáze) nebo na koncentraci (v případě roztoků).
Freundlichova izoterma
alt.
Langmuirova izoterma
n, popř. a, b jsou konstanty
n
wds CKC /1
w
ws bC
bCaC+
=1
nwds CKC
Exponent Freundlichovy izotermy při různých mechanismech adsorpce, příklad adsorpce s absorpcí
Kd: partiční koeficient půda - voda (l/kg)
fOC: podíl organického uhlíku v půdě (kgOC/kgpůda)
KOC: distribuční koeficient organický uhlík – voda (l/kgOC)
fBC: podíl pevné fáze, na které probíhá adsorpce (kgBC/kgpůda)
KBC: adsorpční koeficient pevná fáze - voda ([µg/kgBC]/[µg/l]n)
Cw: koncentrace ve vodě (µg/L)
n: exponent ve Freundlichově izotermě
Pohyb těžkých kovů v půdě, závislost na pH
Limitní obsah těžkých kovů v půdě (celkový obsah v mg na 1 kg sušiny, výluh lučavkou královskou)