Hidrológiai Közlöny 1987 (67. évfolyam)
5-6. szám - Koncsos László: Szilárd részecskék mozgása véletlen eloszlású vázszerkezetben
272 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 1987. 67. ÉVFOLYAM, 5—6. SZ ATJ Szilárd részecskék mozgása véletlen eloszlású vázszerkezetben Koncsos László Vízgazdálkodási Tudományos Kutatóközpont 1095 Budapest, Kvassay J. u. 1. Kivonat: A tanulmány célja, szilárd részecskék porózus anyagon át történő mozgásának, kiszfírődósónek és diszperziójának leírása, amelyre a szerző kót módszert javasol. Homogén szerkezetű porózus anyagok esetében a szűrési folyamat kielégítő pontossággal leírható az aggregációs jelenség Smoluehowski egyenleteivel. Inhomogen talajokban lejárszódó jelenségek vizsgálatára a szerző talajmetszetfotók statisztikai kiértékelésén alapuló módszert alkalmaz. A talaj struktúráját leíró sztochasztikus geometriai modell és a folyadékmozgás determinisztikus egyenletei alapján, Monte Carlo technikával a szilárd részecskék talajon való átvonulási idő eloszlásfüggvényei számíthatóak. A modell igazolása céljából a szerző longitudinális diszperzió laboratóriumi eredményeit veti össze a számított átvonulási idő eloszlásfüggvényekkel. Kulcsszavak: szűrés, diszperzió, Smoluehowski egyenletek, sztochasztikus talajszerkezeti modell, sztochasztikus-determinisztikus áramlási modell 1. Bevezetés A porózus kőzetekben és talajokban a vízfázis, az oldatban lévő komponensek és a szilárd fázis között a különféle részecskék (ionok, szuszpendált anyagok stb.) kölcsönhatási viszonyban vannak, amely a talaj, mint hid ro geo kémiai rendszer viselkedését jelentősen befolyásolja. A kölcsönhatások minősége és intenzitása részben az anyagok szerkezetétől, részben pedig a környezet tulajdonságaitól függenek és a részecskék, ill. a különféle anyagok érintkező felületeinél lépnek fel, mint felületfizikai, vagy felületkémiai jelenségek. Szorpció, ioncsere, vagy kolloidok diszperziója, koagulációja, mechanikai szűrése, ezeknek a jelenségeknek a jellemzőbb megnyilvánulásai. A talajokbajutószennyező anyagok mennyiségének növekvő tendenciája, valamint az ivó és szennyvíztisztításban alkalmazott porózus anyagok szerepének felértékelődése miatt egyre fokozódó igény mutatkozik a szennyező-anyagok mozgását és kölcsönhatását leíró módszerek kidolgozása iránt. Az elmélet fejlesztésének azonban komoly akadályát képezik a talajfizikai jellemzők (pl. tömörség, porozitás, szenicseméret-eloszlásfüggvény stb.) standardizált mérési módszerei, mivel túlságosan aggregált információtartalommal rendelkeznek, ezért az általunk vizsgált jelenségcsoport leírásában, alkalmazásuk számos ellentmondáshoz vezet. Az ellentmondások fő oka az, hogv a standard talajfizikai jellemzők a talajszerkezet folytonos mezőként való leírásához kapcsolhatók. A talajszerkezet reprezentatív elemi egységnél kisebb léptékű vizsgálatánál a makroszkopikus jellemzők statisztikai tulajdonságokat nmtatnak (pl. jelentős szórás) éppen ezért azokban az esetekben, amikor a vizsgált jelenséget a talaj mikroszkopikus szerkezete befolyásolja (pl. diszperzió, kolloidaggregáció, szűrés), a reprezentatív elemi egységen belüli változékonyság figyelembevétele szükséges (Kovács, 1984). A pórusszerkezet véletlen jellege ill. a víz vezető járatok konkrét ismerete hiányában ez a leírásmód csak statisztikus szemléletű lehet (Scheidegger és Liao, 1969). A talajszerkezet kisléptékű változékonyságának talán két legjellemzőbb — és a gyakorlat számára is nagyfontosságú — megnyilvánulási formája, a folyadékáramlással együtt mozgó szilárd részecskék kiszűrődése és diszperziója. A két jelenség ugyan a problémák nagy részében nem azonos súllyal lép fel (például ipari szűrőberendezésekben lejátszódó folyamatok leírásakor a diszperzió figyelembevételével áltlában nem lényeges) együttes tárgyalásuk mégis indokolt, mert konkrét megjelenésük azonos hatásmechanizmus eredménye, ezért az egyik, vagy másik elhanyagolása csak speciális esetét adhat ja a valóságnak. 2. Diszperzió és aggregáció a talajszerkezetben A szennyező anyagok talajszerkezetbeli diszperzióját a makroszkopikus inhomogenitáson (rétegzettség) túl, a pórusrendszeren belül egymáshoz véletlenszerűen kapcsolódó járatokban kialakuló különböző sebességek, a pórusoknak az áramlás fő irányával bezárt véletlen szöge, ill. ezen túl a pórus keresztmetszetén belül a Poiseuille— Hägen áramlási törvény szerinti változó sebességkülönbségek idézik elő (Ujfaludi, 1985). Egy szennyezőanyag-részecske az említett véletlen hatások következtében az áramlás átlagsebességéhez képest „előresiethet" (longitudinális szétterjedés), illetve a fő irányhoz képest oldalirányban eltérülhet (transzverzális diszperzió).
