1、第七章第七章 多介质环境模型多介质环境模型 内容内容第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 污染物在环境中的迁移转化过程污染物在环境中的迁移转化过程第三节第三节 多介质环境逸度模型的类型及计算多介质环境逸度模型的类型及计算第四节第四节 代表性的多介质环境逸度模型代表性的多介质环境逸度模型 内容内容第一节第一节 基本概念基本概念一、多介质环境系统一、多介质环境系统二、稳态和平衡二、稳态和平衡三、逸度三、逸度一、多介质环境系统一、多介质环境系统环境介质环境介质(Environmental Media),相相(Phase，Compartment)环境的组成非常复杂，由一系列彼此相连的环境的组成非
2、常复杂，由一系列彼此相连的环境介质环境介质或或环境相环境相来组成，如大气、土壤、湖泊、河流、海洋、湖底沉来组成，如大气、土壤、湖泊、河流、海洋、湖底沉积物、湖中悬浮物及水或土壤中的生物体等。积物、湖中悬浮物及水或土壤中的生物体等。多介质环境系统多介质环境系统：具有两种或两种以上环境介质的系统。：具有两种或两种以上环境介质的系统。均相均相：如浅塘中充分混合的水：如浅塘中充分混合的水，无浓度梯度、温度梯度；无浓度梯度、温度梯度；非均相非均相：性质不均一：性质不均一(如土壤、沉积物如土壤、沉积物)二、稳态和平衡二、稳态和平衡稳态（稳态（stable）：所研究体系中各个相的性质和状态是恒定：所研究体系
3、中各个相的性质和状态是恒定的，不随时间变化。的，不随时间变化。平衡（平衡（equilibrium）：系统中每一相的浓度（或温度、压力）：系统中每一相的浓度（或温度、压力）保持稳定，而且化合物没有在各相间发生质量保持稳定，而且化合物没有在各相间发生质量净迁移净迁移的趋势。的趋势。注意稳态和平衡的区别。注意稳态和平衡的区别。逸度逸度：是一个热力学量，指实际气体对理想气体的校正压力，：是一个热力学量，指实际气体对理想气体的校正压力，或者说是物质脱离某一相的倾向的大小，用或者说是物质脱离某一相的倾向的大小，用 f 表示，可以作表示，可以作为判别污染物在环境各相间是否达到平衡的一个标准。为判别污染物在环
4、境各相间是否达到平衡的一个标准。对理想气体与稀溶液，有：对理想气体与稀溶液，有：c=Z f c：污染物的浓度，污染物的浓度，molm-3 f：逸度，逸度，Pa Z：逸度容量，：逸度容量，molm-3Pa-1 Z值的计算，见下表。值的计算，见下表。三、逸度三、逸度三、逸度三、逸度环境相Z值/（molm-3Pa-1）各符号的物理意义空气ZA=1/(RT)R：摩尔气体常数 T：绝对温度水ZW=1/KH=ZA/KAWKH：亨利定律常数KAW：气/水分配系数辛醇ZO=ZWKOWKOW：正辛醇/水分配系数类脂ZL=ZOKQA：气溶胶/空气分配系数气溶胶ZQ=KQAZAKOC：土壤吸附系数，LKg-1有机碳
5、ZOC=KOCZW(oc/103）oc:有机碳的密度，103 Kgm-3有机质ZOM=KOMZW(oM/103）KOM：有机质分配系数，LKg-1 oM:有机质的密度，103 Kgm-3矿物质ZMM=KMMZW(MM/103）MM:矿物质的密度，103 Kgm-3 KMM：矿物质分配系数，LKg-1 生物相ZB=LZLL：类脂的体积分数 根据估算根据估算Z值的方法，遵循以值的方法，遵循以 f 值作为判别平衡标准的原值作为判别平衡标准的原则，就可以进行多介质平衡分配的计算。则，就可以进行多介质平衡分配的计算。例题见教材例题见教材p298页。页。三、逸度三、逸度第二节第二节 污染物在环境中的迁移转
6、化过程污染物在环境中的迁移转化过程一、污染物在环境中的迁移过程一、污染物在环境中的迁移过程二、污染物在环境中的降解反应二、污染物在环境中的降解反应一、污染物在环境中的迁移过程一、污染物在环境中的迁移过程1、平流、平流环境中发生的平流过程是由于污染物存在于一种流动的介质环境中发生的平流过程是由于污染物存在于一种流动的介质中而随之进行的直接迁移过程。中而随之进行的直接迁移过程。污染物在环境介质中发生平流过程的计算：污染物在环境介质中发生平流过程的计算：p299-300GiZiIf/f 表示污染物达到平衡时的逸度，表示污染物达到平衡时的逸度，i 代表空气、水等环境相。代表空气、水等环境相。如果污染物
7、的总物质的量如果污染物的总物质的量nT，其每个分子在该稳态系统中的，其每个分子在该稳态系统中的停留时间为：停留时间为：=nT/I停留时间（滞留时间）：污染物在某特定环境系统中存在时停留时间（滞留时间）：污染物在某特定环境系统中存在时间的长短，反映了污染物在环境中的持久性。间的长短，反映了污染物在环境中的持久性。环境中，污染物可以通过以下几种平流过程输入和输出：环境中，污染物可以通过以下几种平流过程输入和输出：1.空气的输入和输出空气的输入和输出2.水的输入和输出水的输入和输出3.水中存在的颗粒物和生物的输入和输出水中存在的颗粒物和生物的输入和输出4.水从表层土壤渗入地下（地下水补给）水从表层土
8、壤渗入地下（地下水补给）5.空气中存在的气溶胶的输入和输出空气中存在的气溶胶的输入和输出6.空气从对流层向平流层迁移，即空气的垂直运动空气从对流层向平流层迁移，即空气的垂直运动7.底泥的掩埋底泥的掩埋一、污染物在环境中的迁移过程一、污染物在环境中的迁移过程2、扩散、扩散分子热运动引起的热力学自发的增墒过程。分子热运动引起的热力学自发的增墒过程。（1）相内的分子扩散）相内的分子扩散一、污染物在环境中的迁移过程一、污染物在环境中的迁移过程dyAdMAcBJJA：A在单位面积上的扩散通量，在单位面积上的扩散通量，molm-2h-1BM：A在介质在介质B中的分子扩散系数，中的分子扩散系数，m2h-1c
9、A：介质：介质B中中A的浓度，的浓度，molm-3y：A分子在扩散方向上经过的距离，分子在扩散方向上经过的距离，mdydcA：A沿扩散方向的浓度梯度沿扩散方向的浓度梯度（2）相内湍流或涡流扩散）相内湍流或涡流扩散（3）非稳态扩散）非稳态扩散（4）在多孔介质中的扩散）在多孔介质中的扩散（5）相间扩散过程）相间扩散过程一、污染物在环境中的迁移过程一、污染物在环境中的迁移过程二、污染物在环境中的降解反应二、污染物在环境中的降解反应对于整个环境而言，污染物只有通过降解反应才能真正的被对于整个环境而言，污染物只有通过降解反应才能真正的被去除。描述污染物降解反应过程的动力学中，应用最多的是去除。描述污染物
10、降解反应过程的动力学中，应用最多的是一级反应动力学：一级反应动力学：kcdtdc/)exp(0bktcctkt/693.021第三节第三节 多介质环境逸度模型的类型及计算多介质环境逸度模型的类型及计算一、多介质环境逸度模型的基本原理一、多介质环境逸度模型的基本原理二、多介质环境逸度模型的分级二、多介质环境逸度模型的分级三、多介质环境逸度模型的计算三、多介质环境逸度模型的计算一、多介质环境逸度模型的基本原理一、多介质环境逸度模型的基本原理质量守恒是建立多介质环境模型最基本的原理。质量守恒是建立多介质环境模型最基本的原理。质量平衡方程分为三类：质量平衡方程分为三类：1 1、封闭系统，稳态方程、封闭
11、系统，稳态方程2 2、开放系统，稳态方程、开放系统，稳态方程3 3、非稳态方程、非稳态方程iiiiiVfZVcnoutinII outinIIctdc/二、多介质环境逸度模型的分级二、多介质环境逸度模型的分级1、级多介质环境逸度模型级多介质环境逸度模型级模型对应的是稳态、平衡、无流动环境系统，封闭环境级模型对应的是稳态、平衡、无流动环境系统，封闭环境2、级多介质环境逸度模型级多介质环境逸度模型级模型对应的是稳态、平衡、有流动环境系统，开放系统级模型对应的是稳态、平衡、有流动环境系统，开放系统 3、级多介质环境逸度模型级多介质环境逸度模型 级模型对应的是稳态、非平衡、有流动环境系统级模型对应的是
12、稳态、非平衡、有流动环境系统4 4、级级多介质环境逸度模型多介质环境逸度模型级模型对应的是非稳态、非平衡、有流动环境系统级模型对应的是非稳态、非平衡、有流动环境系统三、多介质环境逸度模型的计算三、多介质环境逸度模型的计算1、模型的基本结构、模型的基本结构构建模型时需要用假设来简化真实的环境系统：构建模型时需要用假设来简化真实的环境系统：（1）环境体系由多个环境主相和若干子相组成）环境体系由多个环境主相和若干子相组成（2）任一时刻，每个环境主相的污染物呈均匀分布，各子相）任一时刻，每个环境主相的污染物呈均匀分布，各子相之间的逸度关系符合平衡稳态，逸度值在同一时刻处处相等。之间的逸度关系符合平衡稳
13、态，逸度值在同一时刻处处相等。（3）环境主相之间处于动态不平衡状态）环境主相之间处于动态不平衡状态2、模型输入参数、模型输入参数（1）环境参数）环境参数（2）污染物的性质数据）污染物的性质数据（3）污染物排放信息）污染物排放信息3、模型构建和计算、模型构建和计算4、模型验证、模型验证5、模型的灵敏度和不确定性分析、模型的灵敏度和不确定性分析灵敏度：模型输出对模型参数改变的响应灵敏度：模型输出对模型参数改变的响应不确定性分析：模型输入的不确定性对预测结果可靠性的影响不确定性分析：模型输入的不确定性对预测结果可靠性的影响三、多介质环境逸度模型的计算三、多介质环境逸度模型的计算第四节第四节 代表性的
14、多介质环境逸度模型代表性的多介质环境逸度模型一、空气一、空气-水交换模型水交换模型二、表层土壤模型二、表层土壤模型三、底泥三、底泥-水交换模型水交换模型四、四、QWASI模型模型五、全球分布模型五、全球分布模型一、空气一、空气-水交换模型水交换模型空气空气-水交换模型可以用来估算污染物在污水处理池、池塘、湖水交换模型可以用来估算污染物在污水处理池、池塘、湖泊中的损失，污染物在大气中的沉降速度，从而解释空气和泊中的损失，污染物在大气中的沉降速度，从而解释空气和水中污染物浓度变化趋势以及确定其迁移方向和速度。水中污染物浓度变化趋势以及确定其迁移方向和速度。该模型中考虑四个传质过程：该模型中考虑四个
15、传质过程：1、空气、空气-水界面的扩散过程、蒸发作用和吸收过程水界面的扩散过程、蒸发作用和吸收过程2、污染物随气溶胶的干沉降过程、污染物随气溶胶的干沉降过程3、污染物随降雨的湿沉降、污染物随降雨的湿沉降4、污染物随气溶胶的湿沉降、污染物随气溶胶的湿沉降二、表层土壤模型二、表层土壤模型表层土壤模型可以用来模拟污染物在土壤中的降解、挥发和渗表层土壤模型可以用来模拟污染物在土壤中的降解、挥发和渗滤等过程，评价各种迁移转化过程的相对重要性，污染物在滤等过程，评价各种迁移转化过程的相对重要性，污染物在土壤中的持久性和最终归趋，以及预测各种修复措施使土壤土壤中的持久性和最终归趋，以及预测各种修复措施使土壤
16、恢复到可接受的污染程度和所需要的时间。恢复到可接受的污染程度和所需要的时间。土壤中有四个相：空气、水、有机质、矿物质。土壤中有四个相：空气、水、有机质、矿物质。1、降解过程、降解过程2、渗滤过程、渗滤过程3、挥发沉降、挥发沉降三、底泥三、底泥-水交换模型水交换模型该模型可以用来估算污染物被底泥积累或释放的速率、底栖生该模型可以用来估算污染物被底泥积累或释放的速率、底栖生物体内污染物的浓度，评价污染物不同迁移过程的重要性以物体内污染物的浓度，评价污染物不同迁移过程的重要性以及污染恢复时间。及污染恢复时间。该模型有以下几个过程：该模型有以下几个过程：底泥沉降；底泥再悬浮、底泥掩埋、水体和空隙水间的扩散交底泥沉降；底泥再悬浮、底泥掩埋、水体和空隙水间的扩散交换、底泥中的反应、灌溉。换、底泥中的反应、灌溉。四、四、QWASI模型模型QWASI模型描述了点源排放、河水流入和大气沉降所引入的污模型描述了点源排放、河水流入和大气沉降所引入的污染物在湖泊和河流中的多介质环境行为。染物在湖泊和河流中的多介质环境行为。1、湖泊中污染物归趋的、湖泊中污染物归趋的QWASI模型模型 该模型适用于水流和颗粒物流均匀混合的水体。该模型适用于水流和颗粒物流均匀混合的水体。2、河流中污染物归趋的、河流中污染物归趋的QWASI模型模型 3、多段、多段QWASI模型模型五、全球分布模型五、全球分布模型
