环境化学_第二章 化学污染物的迁移行为
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转化：污染物的变化(形态变化、化学变化) ，从一种物质， 变成另外一种物质。环境效应、毒性发生变化。 2. 大气中污染物的迁移 风力、气流、干湿沉降等导致水平或垂直方向的动力迁移 。 风：大气水平运动。 气流：大气垂向运动。 风力扩散 气流扩散
沉降：重力作用。
干湿沉降
一、大气中污染物的迁移
重力沉降首要影响因素：密度，对于直径范围1.5 μm ～100 μm的粒子，若重力和静止空气浮力的作用，则可用斯托克
四、生物相中污染物的迁移
3. 植物 植物提取：污染物进入植物体内，本身形态、性质不发 生改变，储存在植物组织中。 植物转运：通过木质部或韧皮部沿根－茎－叶向上转运， 水溶解性。 植物固定：与植物体内某些组分结合。 植物挥发：植物释放挥发性有机物。污染修复TCE。 根际效应：生物有效性、结合位点、微生物活性
体内的运动过程
排泄
生物转化 消除
ADME is an acronym in pharmacokinetics and pharmacology for absorption, distribution, metabolism, and excretion, and describes the disposition of a pharmaceutical compound within an organism.
KOA, PL
KOW
Sedimentation Resuspension
Biodegradation Bioconcentration Sediments
Sorption Desorption KOC
Soil
内容
第二节 挥发和沉降
一、挥发
二、干沉降和湿沉降
三、酸沉降
一、挥发
1. 挥发动力学 挥发作用是有机物从溶解态转入气相的一种重要迁移过程。
υ：沉降速率，cm·-1 s
( 1 2 ) gd 18
4. 吸附和分配
2
ρ1: 颗粒的密度，g· -3 cm ρ1:水体的密度，g· -3 cm g: 重力加速度，980 cm·-2 s
d：颗粒的直径，cm
μ ：水体的黏度，Pa· s
5. 挥发
三、土壤中污染物的迁移
1. 挥发：土壤——大气 2. 分配：空气、水、土壤固相、生物体 3. 淋溶、渗滤：污染地下水 4. 植物吸收：污染修复 5. 土壤扩散
弥散
C 1 C 1 C D Sm , Dy S m , Dz Sm x y z
1 x
D1 , D1 , D1 ：x、y、z方向上的污染物扩散通量 x y z
Sm：分子扩散系数
二、水中污染物的迁移
湍流扩散： 湍流场中，污染物质点之间及污染物质点与水 介质之间由于各自的不规则的运动而发生相互碰撞、混合。 Fick第一定律：
How to determine the Henry's law constant? Accuracy, Precision?
一、挥发
Goss et al.: "there is not only a need for accurate physicalchemical property data but also a need for careful checking of thermodynamic consistency. Precision and high reproducibility must not be taken as indications of accuracy. Even wellestablished laboratories are vulnerable to the possibility of generating erroneous property data. It is important to prevent propagation of inaccurate data in the refereed literature and data compilations. Independent and rigorous measurements of a variety of related properties from different groups and use of techniques for assessing the thermodynamic consistency of data are the most likely route to constrain the true value of these properties. Finally, when reaching conclusions on environmental fate, it is critical to include an analysis of the uncertainty including a consideration of possible errors in the physical-chemical data."
土壤扩散：污染物分子自由地由浓度较高的地方向浓度 较低的地方迁移的过程。
气态扩散： 非气态扩散：溶液中、汽-液或液-固界面
三、土壤中污染物的迁移
植物吸收机理
木质化 植 物 吸收 转运 污染物 代谢物 代谢 挥发 根 际 根际 吸附 根际 降解 CO2 大 VOC 气 大 VOC 气 CO2
土壤水中污染物 土 壤 土壤吸附(可解吸) 土壤固定(不可解吸)
一、挥发
亨利定律 描述污染物在气相与水相之间的分配行为。 当溶液中溶剂的摩尔分数接近1，以致所有溶质的浓度都 非常低的溶液称之为理想化溶液(或理想稀溶液)。 亨利定律：理想化稀溶液上面溶质的蒸气压与该溶质在溶
液中的摩尔分数成正比。（在恒温和平衡状态下，一种气体在
液体里的浓度和该气体的平衡压力成正比。） Pi——溶质的蒸气压； KH——亨利定律常数； CW——溶液中溶质的摩尔分数；
五、污染物多介质迁移
Sorption Desorption Partition Photolysis Photodegradation Photolysis Photodegradation
KOA, PL
Volatilization Deposition
Oxidation, Reduction Hydrolysis
C 2 C 2 C D Sx , Dy S y , Dz S z x y z
2 x
2 Dx2 ，D y ，Dz2 ：x、y、z方向湍流扩散的污染物质量通量
C ：水中的污染物的时间平均浓度
S S S x， y ， z ：x、y、z方向湍流扩散系数
二、水中污染ຫໍສະໝຸດ Baidu的迁移
Oxidation, Reduction Hydrolysis
KOA, PL
KOW
Sedimentation Resuspension
Biodegradation Bioconcentration Sediments
Sorption Desorption KOC
Soil
内容
第一节 概述 (Outline) 第二节 挥发和沉降 (Volatilization and Deposition) 第三节 界面吸附与分配 (Adsorption and Partition)
四、生物相中污染物的迁移
生物富集 (Bioconcentration)
2. 生物相 生物放大 (Biomagnification) 生物积累 (Bioaccumulation) Bioconcentration: in which chemicals are absorbed by an animal or plant to levels higher than the surrounding environment. Biomagnification: in which chemical levels in plants or animals increase from transfer through the food web (e.g., predators have greater concentrations of a particular chemical than their prey). Bioaccumulation is the general term describing a process by which chemicals are taken up by a plant or animal either directly from exposure to a contaminated medium (soil, sediment, water) or by eating food containing the chemical.
Pi K H CW
一、挥发
CW = KH'· i P
亨利定律有多种
表示形式。在不 同的表示形式中， 由于所使用的物 理量的单位的不
同，亨利定律常
数的数值大小也 不相同。
一、挥发
(1)Totten et al., Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 1739-1743， Re-evaluation of Air-Water Exchange Fluxes of PCBs in Green Bay and Southern Lake Michigan (2) Goss et al., Environ. Sci. Technol. 2004, 38, 1626-1628, Comment on ―Re-evaluation of Air-Water Exchange Fluxes of PCBs in Green Bay and Southern Lake Michigan‖ (3) Baker et al., Environ. Sci. Technol. 2004, 38, 1629-1632， Response to Comment on ―Re-evaluation of Air-Water Exchange Fluxes of PCBs in Green Bay and Southern Lake Michigan‖
弥散：水体横断面上的实际的流速分布不均匀引起的 。
C 3 C 3 C D d x , Dy d y , Dz d z x y z
3 x
：x、y、z方向弥散作用导致的污染物质量通量
C ：水中的污染物的时间平均浓度
：x、y、z方向上的弥散系数
二、水中污染物的迁移
3. 重力沉降 斯托克斯定律：球形颗粒，在静止水体中的沉降速率。
三、土壤中污染物的迁移
污染物性质：化学活性、水溶解度、蒸气压、 吸附特性等 土壤特性：土壤结构、土壤类型、有机质含量、 含水量、离子交换能力等 环境条件：温度、日照、降雨、空气流动、灌 溉和耕作方式等、共存有机物 植物性质：种属、结构
影响 因素
四、生物相中污染物的迁移
1. 生物体内 污染物质在生物 吸收 分布 转运
c ——溶解相中有机物的物质的量浓度，mol· -3； m
KV ——挥发速率常数，m·-1； h
K´V ——单位深度混合水体的挥发速率常数，h-1； Z ——水体的混合深度，m；
p ——污染物在所研究的水体上面大气中的分压，Pa；
KH ——亨利定律常数，Pa· 3· -1。 m mol
在研究挥发问题时，可以认为p = 0，则：
内容
第一节 概述 (Outline)
一、大气中污染物的迁移
二、水中污染物的迁移
三、土壤中污染物的迁移
四、生物相中污染物的迁移
五、污染物多介质迁移
一、大气中污染物的迁移
1. 迁移 (Transport)、转化(Transformation)
迁移：污染物在环境介质内部或环境介质之间的物理运动 (时间和空间)。
斯定律求出重力沉降速度：
υ －－沉降速度，cm/s； η －－空气黏度，Pa. s； ρ1 －－粒子密度，g/cm3； ρ2 －－空气密度，g/cm3； g －－重力加速度，980 cm/s2； d －－粒子直径，cm。
二、水中污染物的迁移
1. 水流推移作用 伴随水流的运动，改变污染物的位置。 分子扩散 2. 分散作用 湍流扩散 分子扩散：分子的随机运动 引起，质量通量与扩散物质 的浓度梯度成正比。
第二章 化学污染物的迁移行为
Transport of Chemical Pollutants
Sorption Desorption Partition Photolysis Photodegradation Photolysis Photodegradation
KOA, PL
Volatilization Deposition
沉降：重力作用。
干湿沉降
一、大气中污染物的迁移
重力沉降首要影响因素：密度，对于直径范围1.5 μm ～100 μm的粒子，若重力和静止空气浮力的作用，则可用斯托克
四、生物相中污染物的迁移
3. 植物 植物提取：污染物进入植物体内，本身形态、性质不发 生改变，储存在植物组织中。 植物转运：通过木质部或韧皮部沿根－茎－叶向上转运， 水溶解性。 植物固定：与植物体内某些组分结合。 植物挥发：植物释放挥发性有机物。污染修复TCE。 根际效应：生物有效性、结合位点、微生物活性
体内的运动过程
排泄
生物转化 消除
ADME is an acronym in pharmacokinetics and pharmacology for absorption, distribution, metabolism, and excretion, and describes the disposition of a pharmaceutical compound within an organism.
KOA, PL
KOW
Sedimentation Resuspension
Biodegradation Bioconcentration Sediments
Sorption Desorption KOC
Soil
内容
第二节 挥发和沉降
一、挥发
二、干沉降和湿沉降
三、酸沉降
一、挥发
1. 挥发动力学 挥发作用是有机物从溶解态转入气相的一种重要迁移过程。
υ：沉降速率，cm·-1 s
( 1 2 ) gd 18
4. 吸附和分配
2
ρ1: 颗粒的密度，g· -3 cm ρ1:水体的密度，g· -3 cm g: 重力加速度，980 cm·-2 s
d：颗粒的直径，cm
μ ：水体的黏度，Pa· s
5. 挥发
三、土壤中污染物的迁移
1. 挥发：土壤——大气 2. 分配：空气、水、土壤固相、生物体 3. 淋溶、渗滤：污染地下水 4. 植物吸收：污染修复 5. 土壤扩散
弥散
C 1 C 1 C D Sm , Dy S m , Dz Sm x y z
1 x
D1 , D1 , D1 ：x、y、z方向上的污染物扩散通量 x y z
Sm：分子扩散系数
二、水中污染物的迁移
湍流扩散： 湍流场中，污染物质点之间及污染物质点与水 介质之间由于各自的不规则的运动而发生相互碰撞、混合。 Fick第一定律：
How to determine the Henry's law constant? Accuracy, Precision?
一、挥发
Goss et al.: "there is not only a need for accurate physicalchemical property data but also a need for careful checking of thermodynamic consistency. Precision and high reproducibility must not be taken as indications of accuracy. Even wellestablished laboratories are vulnerable to the possibility of generating erroneous property data. It is important to prevent propagation of inaccurate data in the refereed literature and data compilations. Independent and rigorous measurements of a variety of related properties from different groups and use of techniques for assessing the thermodynamic consistency of data are the most likely route to constrain the true value of these properties. Finally, when reaching conclusions on environmental fate, it is critical to include an analysis of the uncertainty including a consideration of possible errors in the physical-chemical data."
土壤扩散：污染物分子自由地由浓度较高的地方向浓度 较低的地方迁移的过程。
气态扩散： 非气态扩散：溶液中、汽-液或液-固界面
三、土壤中污染物的迁移
植物吸收机理
木质化 植 物 吸收 转运 污染物 代谢物 代谢 挥发 根 际 根际 吸附 根际 降解 CO2 大 VOC 气 大 VOC 气 CO2
土壤水中污染物 土 壤 土壤吸附(可解吸) 土壤固定(不可解吸)
一、挥发
亨利定律 描述污染物在气相与水相之间的分配行为。 当溶液中溶剂的摩尔分数接近1，以致所有溶质的浓度都 非常低的溶液称之为理想化溶液(或理想稀溶液)。 亨利定律：理想化稀溶液上面溶质的蒸气压与该溶质在溶
液中的摩尔分数成正比。（在恒温和平衡状态下，一种气体在
液体里的浓度和该气体的平衡压力成正比。） Pi——溶质的蒸气压； KH——亨利定律常数； CW——溶液中溶质的摩尔分数；
五、污染物多介质迁移
Sorption Desorption Partition Photolysis Photodegradation Photolysis Photodegradation
KOA, PL
Volatilization Deposition
Oxidation, Reduction Hydrolysis
C 2 C 2 C D Sx , Dy S y , Dz S z x y z
2 x
2 Dx2 ，D y ，Dz2 ：x、y、z方向湍流扩散的污染物质量通量
C ：水中的污染物的时间平均浓度
S S S x， y ， z ：x、y、z方向湍流扩散系数
二、水中污染ຫໍສະໝຸດ Baidu的迁移
Oxidation, Reduction Hydrolysis
KOA, PL
KOW
Sedimentation Resuspension
Biodegradation Bioconcentration Sediments
Sorption Desorption KOC
Soil
内容
第一节 概述 (Outline) 第二节 挥发和沉降 (Volatilization and Deposition) 第三节 界面吸附与分配 (Adsorption and Partition)
四、生物相中污染物的迁移
生物富集 (Bioconcentration)
2. 生物相 生物放大 (Biomagnification) 生物积累 (Bioaccumulation) Bioconcentration: in which chemicals are absorbed by an animal or plant to levels higher than the surrounding environment. Biomagnification: in which chemical levels in plants or animals increase from transfer through the food web (e.g., predators have greater concentrations of a particular chemical than their prey). Bioaccumulation is the general term describing a process by which chemicals are taken up by a plant or animal either directly from exposure to a contaminated medium (soil, sediment, water) or by eating food containing the chemical.
Pi K H CW
一、挥发
CW = KH'· i P
亨利定律有多种
表示形式。在不 同的表示形式中， 由于所使用的物 理量的单位的不
同，亨利定律常
数的数值大小也 不相同。
一、挥发
(1)Totten et al., Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 1739-1743， Re-evaluation of Air-Water Exchange Fluxes of PCBs in Green Bay and Southern Lake Michigan (2) Goss et al., Environ. Sci. Technol. 2004, 38, 1626-1628, Comment on ―Re-evaluation of Air-Water Exchange Fluxes of PCBs in Green Bay and Southern Lake Michigan‖ (3) Baker et al., Environ. Sci. Technol. 2004, 38, 1629-1632， Response to Comment on ―Re-evaluation of Air-Water Exchange Fluxes of PCBs in Green Bay and Southern Lake Michigan‖
弥散：水体横断面上的实际的流速分布不均匀引起的 。
C 3 C 3 C D d x , Dy d y , Dz d z x y z
3 x
：x、y、z方向弥散作用导致的污染物质量通量
C ：水中的污染物的时间平均浓度
：x、y、z方向上的弥散系数
二、水中污染物的迁移
3. 重力沉降 斯托克斯定律：球形颗粒，在静止水体中的沉降速率。
三、土壤中污染物的迁移
污染物性质：化学活性、水溶解度、蒸气压、 吸附特性等 土壤特性：土壤结构、土壤类型、有机质含量、 含水量、离子交换能力等 环境条件：温度、日照、降雨、空气流动、灌 溉和耕作方式等、共存有机物 植物性质：种属、结构
影响 因素
四、生物相中污染物的迁移
1. 生物体内 污染物质在生物 吸收 分布 转运
c ——溶解相中有机物的物质的量浓度，mol· -3； m
KV ——挥发速率常数，m·-1； h
K´V ——单位深度混合水体的挥发速率常数，h-1； Z ——水体的混合深度，m；
p ——污染物在所研究的水体上面大气中的分压，Pa；
KH ——亨利定律常数，Pa· 3· -1。 m mol
在研究挥发问题时，可以认为p = 0，则：
内容
第一节 概述 (Outline)
一、大气中污染物的迁移
二、水中污染物的迁移
三、土壤中污染物的迁移
四、生物相中污染物的迁移
五、污染物多介质迁移
一、大气中污染物的迁移
1. 迁移 (Transport)、转化(Transformation)
迁移：污染物在环境介质内部或环境介质之间的物理运动 (时间和空间)。
斯定律求出重力沉降速度：
υ －－沉降速度，cm/s； η －－空气黏度，Pa. s； ρ1 －－粒子密度，g/cm3； ρ2 －－空气密度，g/cm3； g －－重力加速度，980 cm/s2； d －－粒子直径，cm。
二、水中污染物的迁移
1. 水流推移作用 伴随水流的运动，改变污染物的位置。 分子扩散 2. 分散作用 湍流扩散 分子扩散：分子的随机运动 引起，质量通量与扩散物质 的浓度梯度成正比。
第二章 化学污染物的迁移行为
Transport of Chemical Pollutants
Sorption Desorption Partition Photolysis Photodegradation Photolysis Photodegradation
KOA, PL
Volatilization Deposition