環(huán)境化學(xué)_多介質(zhì)環(huán)境模型

1、第七章第七章 多介質(zhì)環(huán)境模型多介質(zhì)環(huán)境模型 內(nèi)容內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念第二節(jié)第二節(jié) 污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程第三節(jié)第三節(jié) 多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的類(lèi)型及計(jì)算多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的類(lèi)型及計(jì)算第四節(jié)第四節(jié) 代表性的多介質(zhì)環(huán)境逸度模型代表性的多介質(zhì)環(huán)境逸度模型 內(nèi)容內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念一、多介質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)一、多介質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)二、穩(wěn)態(tài)和平衡二、穩(wěn)態(tài)和平衡三、逸度三、逸度一、多介質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)一、多介質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)環(huán)境介質(zhì)環(huán)境介質(zhì) (Environmental Media), 相相 (Phase，Compartment)環(huán)境的組成非常復(fù)雜，由一系列彼此相連的環(huán)境的

2、組成非常復(fù)雜，由一系列彼此相連的環(huán)境介質(zhì)環(huán)境介質(zhì)或或環(huán)境相環(huán)境相來(lái)組成，如大氣、土壤、湖泊、河流、海洋、湖底沉來(lái)組成，如大氣、土壤、湖泊、河流、海洋、湖底沉積物、湖中懸浮物及水或土壤中的生物體等。積物、湖中懸浮物及水或土壤中的生物體等。 多介質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)多介質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)：具有兩種或兩種以上環(huán)境介質(zhì)的系統(tǒng)。：具有兩種或兩種以上環(huán)境介質(zhì)的系統(tǒng)。均相均相：如淺塘中充分混合的水：如淺塘中充分混合的水，無(wú)濃度梯度、溫度梯度；無(wú)濃度梯度、溫度梯度；非均相非均相：性質(zhì)不均一：性質(zhì)不均一 (如土壤、沉積物如土壤、沉積物)二、穩(wěn)態(tài)和平衡二、穩(wěn)態(tài)和平衡穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)（stable）：所研究體系中各個(gè)相的性質(zhì)和狀態(tài)是恒定：

3、所研究體系中各個(gè)相的性質(zhì)和狀態(tài)是恒定的，不隨時(shí)間變化。的，不隨時(shí)間變化。平衡（平衡（equilibrium）：系統(tǒng)中每一相的濃度（或溫度、壓力）：系統(tǒng)中每一相的濃度（或溫度、壓力）保持穩(wěn)定，而且化合物沒(méi)有在各相間發(fā)生質(zhì)量保持穩(wěn)定，而且化合物沒(méi)有在各相間發(fā)生質(zhì)量?jī)暨w移凈遷移的趨勢(shì)。的趨勢(shì)。注意穩(wěn)態(tài)和平衡的區(qū)別。注意穩(wěn)態(tài)和平衡的區(qū)別。逸度逸度：是一個(gè)熱力學(xué)量，指實(shí)際氣體對(duì)理想氣體的校正壓力，：是一個(gè)熱力學(xué)量，指實(shí)際氣體對(duì)理想氣體的校正壓力，或者說(shuō)是物質(zhì)脫離某一相的傾向的大小，用或者說(shuō)是物質(zhì)脫離某一相的傾向的大小，用 f 表示，可以作表示，可以作為判別污染物在環(huán)境各相間是否達(dá)到平衡的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。為判別

4、污染物在環(huán)境各相間是否達(dá)到平衡的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)理想氣體與稀溶液，有：對(duì)理想氣體與稀溶液，有： c = Z f c：污染物的濃度，污染物的濃度，molm-3 f： 逸度，逸度，Pa Z：逸度容量，：逸度容量，molm-3Pa-1 Z值的計(jì)算，見(jiàn)下表。值的計(jì)算，見(jiàn)下表。三、逸度三、逸度三、逸度三、逸度環(huán)境相Z值/（ molm-3Pa-1 ）各符號(hào)的物理意義空氣ZA = 1/(RT)R：摩爾氣體常數(shù) T：絕對(duì)溫度水ZW = 1/KH = ZA/KAWKH：亨利定律常數(shù)KAW：氣/水分配系數(shù)辛醇ZO = ZWKOWKOW ：正辛醇/水分配系數(shù)類(lèi)脂ZL = ZOKQA ：氣溶膠/空氣分配系數(shù)氣溶膠ZQ =

5、 KQAZAKOC：土壤吸附系數(shù)，LKg-1有機(jī)碳ZOC = KOCZW(oc/103）oc:有機(jī)碳的密度，103 Kgm-3有機(jī)質(zhì)ZOM = KOMZW(oM/103）KOM：有機(jī)質(zhì)分配系數(shù)，LKg-1 oM:有機(jī)質(zhì)的密度，103 Kgm-3礦物質(zhì)ZMM = KMMZW(MM/103） MM:礦物質(zhì)的密度，103 Kgm-3 KMM：礦物質(zhì)分配系數(shù)，LKg-1 生物相ZB = LZLL：類(lèi)脂的體積分?jǐn)?shù) 根據(jù)估算根據(jù)估算Z值的方法，遵循以值的方法，遵循以 f 值作為判別平衡標(biāo)準(zhǔn)的原值作為判別平衡標(biāo)準(zhǔn)的原則，就可以進(jìn)行多介質(zhì)平衡分配的計(jì)算。則，就可以進(jìn)行多介質(zhì)平衡分配的計(jì)算。例題見(jiàn)教材例題見(jiàn)教材

6、p298頁(yè)。頁(yè)。三、逸度三、逸度第二節(jié)第二節(jié) 污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程二、污染物在環(huán)境中的降解反應(yīng)二、污染物在環(huán)境中的降解反應(yīng)一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程1、平流、平流環(huán)境中發(fā)生的平流過(guò)程是由于污染物存在于一種流動(dòng)的介質(zhì)環(huán)境中發(fā)生的平流過(guò)程是由于污染物存在于一種流動(dòng)的介質(zhì)中而隨之進(jìn)行的直接遷移過(guò)程。中而隨之進(jìn)行的直接遷移過(guò)程。污染物在環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生平流過(guò)程的計(jì)算：污染物在環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生平流過(guò)程的計(jì)算： p299-300GiZiIf/f 表示污染物達(dá)到平衡時(shí)的逸度，表示污染物達(dá)到平

7、衡時(shí)的逸度，i 代表空氣、水等環(huán)境相。代表空氣、水等環(huán)境相。如果污染物的總物質(zhì)的量如果污染物的總物質(zhì)的量nT，其每個(gè)分子在該穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中的，其每個(gè)分子在該穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中的停留時(shí)間為：停留時(shí)間為：= nT /I停留時(shí)間（滯留時(shí)間）：污染物在某特定環(huán)境系統(tǒng)中存在時(shí)停留時(shí)間（滯留時(shí)間）：污染物在某特定環(huán)境系統(tǒng)中存在時(shí)間的長(zhǎng)短，反映了污染物在環(huán)境中的持久性。間的長(zhǎng)短，反映了污染物在環(huán)境中的持久性。環(huán)境中，污染物可以通過(guò)以下幾種平流過(guò)程輸入和輸出：環(huán)境中，污染物可以通過(guò)以下幾種平流過(guò)程輸入和輸出：1.空氣的輸入和輸出空氣的輸入和輸出2.水的輸入和輸出水的輸入和輸出3.水中存在的顆粒物和生物的輸入和輸出水中存在

8、的顆粒物和生物的輸入和輸出4.水從表層土壤滲入地下（地下水補(bǔ)給）水從表層土壤滲入地下（地下水補(bǔ)給）5.空氣中存在的氣溶膠的輸入和輸出空氣中存在的氣溶膠的輸入和輸出6.空氣從對(duì)流層向平流層遷移，即空氣的垂直運(yùn)動(dòng)空氣從對(duì)流層向平流層遷移，即空氣的垂直運(yùn)動(dòng)7.底泥的掩埋底泥的掩埋一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程2、擴(kuò)散、擴(kuò)散分子熱運(yùn)動(dòng)引起的熱力學(xué)自發(fā)的增墑過(guò)程。分子熱運(yùn)動(dòng)引起的熱力學(xué)自發(fā)的增墑過(guò)程。（1）相內(nèi)的分子擴(kuò)散）相內(nèi)的分子擴(kuò)散一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程dyAdMAcBJJA：A在單位面積上的擴(kuò)散通量，在單位面積上的擴(kuò)散通量，molm-2h

9、-1BM：A在介質(zhì)在介質(zhì)B中的分子擴(kuò)散系數(shù)，中的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2h-1cA：介質(zhì)：介質(zhì)B中中A的濃度，的濃度，molm-3y：A分子在擴(kuò)散方向上經(jīng)過(guò)的距離，分子在擴(kuò)散方向上經(jīng)過(guò)的距離，mdydcA：A沿?cái)U(kuò)散方向的濃度梯度沿?cái)U(kuò)散方向的濃度梯度（2）相內(nèi)湍流或渦流擴(kuò)散）相內(nèi)湍流或渦流擴(kuò)散（3）非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散（4）在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散）在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散（5）相間擴(kuò)散過(guò)程）相間擴(kuò)散過(guò)程一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程一、污染物在環(huán)境中的遷移過(guò)程二、污染物在環(huán)境中的降解反應(yīng)二、污染物在環(huán)境中的降解反應(yīng)對(duì)于整個(gè)環(huán)境而言，污染物只有通過(guò)降解反應(yīng)才能真正的被對(duì)于整個(gè)環(huán)境而言，污染物只有通過(guò)降解反應(yīng)才能真

10、正的被去除。描述污染物降解反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)中，應(yīng)用最多的是去除。描述污染物降解反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)中，應(yīng)用最多的是一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：kcdtdc/)exp(0bktcctkt/693. 021第三節(jié)第三節(jié) 多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的類(lèi)型及計(jì)算多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的類(lèi)型及計(jì)算一、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的基本原理一、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的基本原理二、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的分級(jí)二、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的分級(jí)三、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的計(jì)算三、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的計(jì)算一、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的基本原理一、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的基本原理質(zhì)量守恒是建立多介質(zhì)環(huán)境模型最基本的原理。質(zhì)量守恒是建立多介質(zhì)環(huán)境模型最基本的原理。

11、質(zhì)量平衡方程分為三類(lèi)：質(zhì)量平衡方程分為三類(lèi)：1 1、封閉系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)方程、封閉系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)方程2 2、開(kāi)放系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)方程、開(kāi)放系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)方程3 3、非穩(wěn)態(tài)方程、非穩(wěn)態(tài)方程iiiiiVfZVcnoutinII outinIIctdc/二、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的分級(jí)二、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的分級(jí)1、級(jí)多介質(zhì)環(huán)境逸度模型級(jí)多介質(zhì)環(huán)境逸度模型級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是穩(wěn)態(tài)、平衡、無(wú)流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)，封閉環(huán)境級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是穩(wěn)態(tài)、平衡、無(wú)流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)，封閉環(huán)境2、級(jí)多介質(zhì)環(huán)境逸度模型級(jí)多介質(zhì)環(huán)境逸度模型級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是穩(wěn)態(tài)、平衡、有流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)，開(kāi)放系統(tǒng)級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是穩(wěn)態(tài)、平衡、有流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)，開(kāi)放系統(tǒng) 3、級(jí)多介質(zhì)環(huán)境逸度模型級(jí)

12、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型 級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是穩(wěn)態(tài)、非平衡、有流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是穩(wěn)態(tài)、非平衡、有流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)4 4、級(jí)級(jí)多介質(zhì)環(huán)境逸度模型多介質(zhì)環(huán)境逸度模型級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是非穩(wěn)態(tài)、非平衡、有流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)級(jí)模型對(duì)應(yīng)的是非穩(wěn)態(tài)、非平衡、有流動(dòng)環(huán)境系統(tǒng)三、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的計(jì)算三、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的計(jì)算1、模型的基本結(jié)構(gòu)、模型的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型時(shí)需要用假設(shè)來(lái)簡(jiǎn)化真實(shí)的環(huán)境系統(tǒng)：構(gòu)建模型時(shí)需要用假設(shè)來(lái)簡(jiǎn)化真實(shí)的環(huán)境系統(tǒng)：（1）環(huán)境體系由多個(gè)環(huán)境主相和若干子相組成）環(huán)境體系由多個(gè)環(huán)境主相和若干子相組成（2）任一時(shí)刻，每個(gè)環(huán)境主相的污染物呈均勻分布，各子相）任一時(shí)刻，每個(gè)環(huán)境主相的污染物呈均勻分布，各子相之

13、間的逸度關(guān)系符合平衡穩(wěn)態(tài)，逸度值在同一時(shí)刻處處相等。之間的逸度關(guān)系符合平衡穩(wěn)態(tài)，逸度值在同一時(shí)刻處處相等。（3）環(huán)境主相之間處于動(dòng)態(tài)不平衡狀態(tài)）環(huán)境主相之間處于動(dòng)態(tài)不平衡狀態(tài)2、模型輸入?yún)?shù)、模型輸入?yún)?shù)（1）環(huán)境參數(shù)）環(huán)境參數(shù)（2）污染物的性質(zhì)數(shù)據(jù)）污染物的性質(zhì)數(shù)據(jù)（3）污染物排放信息）污染物排放信息3、模型構(gòu)建和計(jì)算、模型構(gòu)建和計(jì)算4、模型驗(yàn)證、模型驗(yàn)證5、模型的靈敏度和不確定性分析、模型的靈敏度和不確定性分析靈敏度：模型輸出對(duì)模型參數(shù)改變的響應(yīng)靈敏度：模型輸出對(duì)模型參數(shù)改變的響應(yīng)不確定性分析：模型輸入的不確定性對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性的影響不確定性分析：模型輸入的不確定性對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性的影響三

14、、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的計(jì)算三、多介質(zhì)環(huán)境逸度模型的計(jì)算第四節(jié)第四節(jié) 代表性的多介質(zhì)環(huán)境逸度模型代表性的多介質(zhì)環(huán)境逸度模型一、空氣一、空氣-水交換模型水交換模型二、表層土壤模型二、表層土壤模型三、底泥三、底泥-水交換模型水交換模型四、四、QWASI模型模型五、全球分布模型五、全球分布模型一、空氣一、空氣-水交換模型水交換模型空氣空氣-水交換模型可以用來(lái)估算污染物在污水處理池、池塘、湖水交換模型可以用來(lái)估算污染物在污水處理池、池塘、湖泊中的損失，污染物在大氣中的沉降速度，從而解釋空氣和泊中的損失，污染物在大氣中的沉降速度，從而解釋空氣和水中污染物濃度變化趨勢(shì)以及確定其遷移方向和速度。水中污染物濃度

15、變化趨勢(shì)以及確定其遷移方向和速度。該模型中考慮四個(gè)傳質(zhì)過(guò)程：該模型中考慮四個(gè)傳質(zhì)過(guò)程：1、空氣、空氣-水界面的擴(kuò)散過(guò)程、蒸發(fā)作用和吸收過(guò)程水界面的擴(kuò)散過(guò)程、蒸發(fā)作用和吸收過(guò)程2、污染物隨氣溶膠的干沉降過(guò)程、污染物隨氣溶膠的干沉降過(guò)程3、污染物隨降雨的濕沉降、污染物隨降雨的濕沉降4、污染物隨氣溶膠的濕沉降、污染物隨氣溶膠的濕沉降二、表層土壤模型二、表層土壤模型表層土壤模型可以用來(lái)模擬污染物在土壤中的降解、揮發(fā)和滲表層土壤模型可以用來(lái)模擬污染物在土壤中的降解、揮發(fā)和滲濾等過(guò)程，評(píng)價(jià)各種遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的相對(duì)重要性，污染物在濾等過(guò)程，評(píng)價(jià)各種遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的相對(duì)重要性，污染物在土壤中的持久性和最終歸趨，以

16、及預(yù)測(cè)各種修復(fù)措施使土壤土壤中的持久性和最終歸趨，以及預(yù)測(cè)各種修復(fù)措施使土壤恢復(fù)到可接受的污染程度和所需要的時(shí)間?；謴?fù)到可接受的污染程度和所需要的時(shí)間。土壤中有四個(gè)相：空氣、水、有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)。土壤中有四個(gè)相：空氣、水、有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)。1、降解過(guò)程、降解過(guò)程2、滲濾過(guò)程、滲濾過(guò)程3、揮發(fā)沉降、揮發(fā)沉降三、底泥三、底泥-水交換模型水交換模型該模型可以用來(lái)估算污染物被底泥積累或釋放的速率、底棲生該模型可以用來(lái)估算污染物被底泥積累或釋放的速率、底棲生物體內(nèi)污染物的濃度，評(píng)價(jià)污染物不同遷移過(guò)程的重要性以物體內(nèi)污染物的濃度，評(píng)價(jià)污染物不同遷移過(guò)程的重要性以及污染恢復(fù)時(shí)間。及污染恢復(fù)時(shí)間。該模型有以下幾個(gè)過(guò)程：該模型有以下幾個(gè)過(guò)程：底泥沉降；底泥再懸浮、底泥掩埋、水體和空隙水間的擴(kuò)散交底泥沉降；底泥再懸浮、底泥掩埋、水體和空隙水間的擴(kuò)散交換、底泥中的反