环境多介质归趋模型简介ppt课件
合集下载
环境多介质归趋模型简介
5/30/2020
9
3. 非稳态方程
前两类质量平衡方程是简单的代数等式，而在 非稳态条件下的质量平衡方程是微分方程。最简单 的方法是列出如下方程：
dC／dt=总的输入速率一总的输出速率 式中，dC是浓度增量， dt是时间增量，输入、
输出的速率单位为mol·h-1或g·h-1。
5/30/2020
10
一般而言，真实的环境系统和我们模拟的环 境系统之间存在一定的差距，在构建模型时， 需要用一系列的假设来简化真实的环境系统， 比如：
环境体系由多个环境主相和若干子相组成； 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，即 逸度值在同一时刻处处相等； 环境主相之间处于不平衡动态。
二、逸度
逸度(fugacity)是一热力学量，它表示 物质脱离某一相的倾向性的大小，其单位 为压力单位(Pa)。作为判别各相间平衡标准 的一种简便方法，于1901年G．N．Lewis 提出。用逸度代替浓度，应用到多介质环 境模型中，简化了模型的计算，因而得到 了广泛应用。
5/30/2020
11
在多介质环境模型中，如果污染物在研究系统各
5/30/2020
16
例如，对于一个由大气、地表水、沉积物 和土壤四个环境主相组成的环境系统。每 个环境主相下面又分为若干个环境子相。
大气由气体和颗粒物两个子相组成，地表 水由悬浮颗粒物和水两个子相组成，沉积 物和土壤都包含固相子相、气相子相和液 相子相。
5/30/2020
17
（二）污染物的环境迁移过程
大量研究表明，多介质环境模型是研究生态环
境中污染物，特别是有机污染物多介质环境行为的 有效手段。
5/30/2020
第6讲环境模型(解析版)
第6讲环境模型(解析版)简介本文档将解析第6讲关于环境模型的内容，为您提供详细的解释和理解。
环境模型的定义环境模型是指用来描述和分析一个特定领域中的环境的理论模型。
它可以帮助我们更好地理解和预测环境的特征和行为。
环境模型的重要性环境模型对于我们研究和解决环境问题非常重要。
通过建立和分析环境模型，我们能够更好地理解环境中的各种因素和关系，从而更好地制定环境保护和管理策略。
环境模型的组成要素环境模型通常由以下几个组成要素构成：1. 系统边界：确定环境模型的范围和边界，限定模型所涉及的环境范围。
2. 状态变量：描述环境中的各种状态变量，例如温度、湿度、污染程度等。
3. 状态转换规则：描述环境中各个状态变量之间的变换规则，例如温度随时间的变化规律。
4. 外部影响：考虑外部因素对环境模型的影响，例如自然灾害、人类活动等。
环境模型的建立方法建立环境模型可以采用多种方法，包括：1. 实证模型：基于实际观测数据，通过统计分析和数学建模来描述环境。
2. 仿真模型：使用计算机模拟方法，通过设定环境模型的初始状态和参数，模拟环境的变化过程。
3. 分析模型：通过分析环境系统的特征和规律，建立起环境模型。
环境模型的应用环境模型的应用非常广泛，包括：1. 环境影响评价：通过建立环境模型，评估各种活动对环境的潜在影响。
2. 环境规划和管理：利用环境模型分析环境的特征和行为，制定合理的环境规划和管理措施。
3. 环境预测和预警：通过环境模型预测和预警环境变化，提前做好相应准备。
总结环境模型是研究和解决环境问题的重要工具。
通过建立和分析环境模型，我们能够更好地理解和预测环境的特征和行为，为环境保护和管理提供科学依据。
【环境化学】第5.1章 多介质转归——典型污染物在环境各圈层中的 转归与效应
第五章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应污染物在大气圈－水圈－土壤（岩石）圈－生物圈之间的交换和环境效应5.典型污染物在环境各圈层中的转归与效应⏹5.1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应⏹汞⏹砷⏹5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应⏹有机氯代物⏹多环芳烃⏹表面活性剂5.1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的能量流动和物质循环⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布一、生态系统中能量流动和物质循环能量守恒定律物质不灭定律二、物质的地球化学循环(1) 循环方式贮存量通量(2) 相关物理量⏹贮存量⏹通量或输入（输出）速率⏹源－源强⏹汇－汇强⏹停（滞）留时间(3) 实例：铜在各圈层中的数量⏹储层质量（g ）⏹大气（1 ） 2.9 ×108⏹海洋（2 ） 3.5 ×1014⏹岩石（3 ） 1.3 ×1021⏹沉积物（4 ） 6.9 ×1019⏹土壤和植物（5 ） 6.0 ×1015(3) 实例：铜在各圈层（源和汇）之间迁移的速率(3)实例：铜在各圈层中的停留时间⏹大气中为6 天⏹海水中为420 年⏹土壤和植物中为7000 年，⏹海底沉积物中为107年，⏹岩石中为109年三、物质的生物地球化学循环将物质在生态系统中的循环和物质地球化学循环加以综合考虑，称为生物地球化学循环。
生物地球化学循环中除地质系统、化学系统外，还包含着生物系统。
例如：细胞原生质的主要元素成分⏹含量最多元素：碳、氢、氧、氮等约占总质量的98％；⏹含量少的元素：磷、硫、氯、钠、钾、镁、钙、铁等；⏹含微量的元素：铜、锰、锌、硼、钼、碘等。
5.1自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的物质循环和能量流动⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布5.1.2 水的循环一、二、水在地球表层的循环5.1自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的物质循环和能量流动⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布一、地球系统中碳的分布⏹地球上的碳主要集中在岩石之中，⏹石灰岩中的碳（约占岩石层中总碳的3/4）主要以石灰石（CaCO3）和白云石（CaCO3·MgCO3）形态存在；⏹沉积性页岩中的碳（约占岩石层中总碳的1/4）主要以分散性有机物形态存在。
【环境化学】第5.3章 多介质转归——5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应
10
5.3.1 有机氯代物 二、多氯联苯
(2) 性质
高度稳定
耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗氧化
耐热（1000～1400℃） 绝缘性好 难溶于水
溶解度随Cl原子数增加而降低
2019/9/15
11
5.3.1 有机氯代物 二、多氯联苯
(3) 来源
变压器和电容器的绝缘流体 热传导系统和水力系统中的介质 添加剂: 油漆、油墨 增塑剂
1' 1
4
5' 6'
65
Clm 多氯联苯 Cln (1 ≤ m+n≤10)
PCBs全部异构体有210个，目前已鉴定出102个
商品名各异：PCBs美国的商品名为Aroclor；法 国为Phenoclor；德国为Clophen；日本为 Kenechlor；前苏联为Sovol等。
2019/9/15
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl Cl
Cl
Cl H
O
环氧化物水解酶
Cl Cl
2,5,2`,5`-PCB
H
Cl Cl
3,4-环氧化物
Cl
Cl OH
Cl
Cl H OH
H
OH Cl Cl
3,4-二氢二酚
－H2O
Cl Cl
Cl Cl OH
Cl Cl
2019/9/15
16
5.3.1 有机氯代物 二、多氯联苯
(6) 毒性
(1) 氯代烃的种类
(iii) 被卤素完全取代的氯代烃
含量低：卤代烃总量的3% 寿命长
CFC-13（CClF3）：大气中寿命180~145年 CFC-114（ CClF2 CClF2 ）：大气中寿命126~310年 CFC-115（ CClF2 CF3 ）：大气中寿命230~550年
第3章化合物在环境介质间的分配ppt课件
2、估算方法
➢ 方法一为数理统计分析的方法，它或是通过统计分析确定 化合物物理化学性质参数之间的相关性，或是确定化合物 分子的结构性质参数与其物理化学性质参数之间的相关性， 建立相应的计算模型，从而估算其物理化学性质参数，前 者称为定量性质-性质相关(QPPR)方法，后者称为定量结 构-性质相关(QSPR)方法(见图1.1)。
2）pH值的影响
一些重要类型的有机化合物，包括羧酸、醇、酚、硫
醇(包括脂肪族和芳香族)、胺、苯胺和吡啶，以较大的量溶
解于水。进行空气-水交换的仅仅是不离解的部分，所以表
观亨利定律常数(
app cc
)和真实亨利定律常数(Hcc)之间有
差别，并且
app cc
H
a c
≤Hcc,其间的关系为：
c pp
i,G
8）溶解的有机质(DOM)
Chiou等人指出，低浓度的溶解有机质(DOM)能够显著地
增强许多疏水有机化合物的水溶解度，由此预期使HLC值减
少。化合物表观HLC和在纯水中的HLC可由下式求得，
且
app cc
≤
pure cc
：
Happ cc
ci,G ci,L,tot
1
Hpure cc
KdDOM,i cDOM
7）悬浮固体的影响
悬浮固体能够明显地吸附水溶液中的化学品，类似于
水/土或沉积物之间的分配。因为仅有未被吸附的那一部
分能自由地参与空气-水的交换，那么表观HLC(
纯水中的HLC(
pure cc
)是有区别的，且
app cc
≤
app)和在
cc
pure cc
Happ cc
ci,G ci,L,tot
环境化学_多介质环境模型
第七章 多介质环境模型
内容
第一节 基本概念 第二节 污染物在环境中的迁移转化过程 第三节 多介质环境逸度模型的类型及计算
第四节 代表性的多介质环境逸度模型
内容
第一节 基本概念
一、多介质环境系统 二、稳态和平衡
三、逸度
一、多介质环境系统
环境介质 (Environmental Media), 相 (Phase，Compartment)
n ciVi ZifiVi
2、开放系统，稳态方程
Iin Iout
3、非稳态方程
dc / ct Iin Iout
二、多介质环境逸度模型的分级
1、Ⅰ级多介质环境逸度模型 Ⅰ级模型对应的是稳态、平衡、无流动环境系统，封闭环境
2、Ⅱ级多介质环境逸度模型 Ⅱ级模型对应的是稳态、平衡、有流动环境系统，开放系统 3、Ⅲ级多介质环境逸度模型 Ⅲ级模型对应的是稳态、非平衡、有流动环境系统 4、Ⅳ级多介质环境逸度模型 Ⅳ级模型对应的是非稳态、非平衡、有流动环境系统
一、污染物在环境中的迁移过程
2、扩散 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
JA B
1
d A M dy
c
JA：A在单位面积上的扩散通量，mol· m-2· hBM：A在介质B中的分子扩散系数，m2· h-1 cA：介质B中A的浓度，mol· m-3 y： A分子在扩散方向上经过的距离，m dc A ：A沿扩散方向的浓度梯度 dy
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 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 恢复到可接受的污染程度和所需要的时间。
内容
第一节 基本概念 第二节 污染物在环境中的迁移转化过程 第三节 多介质环境逸度模型的类型及计算
第四节 代表性的多介质环境逸度模型
内容
第一节 基本概念
一、多介质环境系统 二、稳态和平衡
三、逸度
一、多介质环境系统
环境介质 (Environmental Media), 相 (Phase，Compartment)
n ciVi ZifiVi
2、开放系统，稳态方程
Iin Iout
3、非稳态方程
dc / ct Iin Iout
二、多介质环境逸度模型的分级
1、Ⅰ级多介质环境逸度模型 Ⅰ级模型对应的是稳态、平衡、无流动环境系统，封闭环境
2、Ⅱ级多介质环境逸度模型 Ⅱ级模型对应的是稳态、平衡、有流动环境系统，开放系统 3、Ⅲ级多介质环境逸度模型 Ⅲ级模型对应的是稳态、非平衡、有流动环境系统 4、Ⅳ级多介质环境逸度模型 Ⅳ级模型对应的是非稳态、非平衡、有流动环境系统
一、污染物在环境中的迁移过程
2、扩散 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
JA B
1
d A M dy
c
JA：A在单位面积上的扩散通量，mol· m-2· hBM：A在介质B中的分子扩散系数，m2· h-1 cA：介质B中A的浓度，mol· m-3 y： A分子在扩散方向上经过的距离，m dc A ：A沿扩散方向的浓度梯度 dy
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 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 恢复到可接受的污染程度和所需要的时间。
环境化学水中有机毒物的环境行为和归趋模式PPT课件
低
低
迁移过程
分配作用 分配作用 分配作用
很高 低 低 高 低 高 高
分配作用 挥发、光解 分配作用 挥发 生物降解 分配作用 分配作用
第17页/共63页
第二节 归趋模式简介
第18页/共63页
一、模型建立的基本思想
1、参数的选择： 表征化合物固有性质的参数 表征环境特征的参数
2、过程：重要的迁移转化过程的动力学 3、近似假设：
这样，对于每一种有机化合物可得到与沉积物特征无关的 一个Koc。因此，某一有机化合物，不论遇到何种类型沉积 物(或土壤)，只要知道其有机质含量，便可求得相应的分 配系数。
第26页/共63页
若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp则可 表示为：
Kp = Koc [0.2 (1—f ) Xocs+f Xocf ] 式中：f —细颗粒的质量分数(d<50μm)；Xocs—粗沉积 物组分的有机碳含量；Kocf—细沉积物组分的有机碳含量。
➢极难溶于水，不易分解，但易溶于有机溶剂和脂肪，具有 高的辛醇—水分配系数，能强烈的分配到沉积物有机质和生 物脂肪中，因此，即使它在水中浓度很低时，在水生生物体 内和沉积物中的浓度仍然可以很高。
➢由于PCBs在环境中的持久性及对人体健康的危害，1973年 以后，各国陆续开始减少或停止生产。
第11页/共63页
3、卤代脂肪烃：
➢大多数卤代脂肪烃可挥发至大气，并进行光解。在地表水 中能进行生物或化学降解，但与挥发速率相比，其降解速率 是很慢的。 ➢卤代脂肪烃类化合物在水中的溶解度高，因而其辛醇—水 分配系数低，在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配的趋势 较弱，大多通过测定其在水中的含量来确定分配系数。 ➢此外，六氯环戊二烯和六氯丁二烯，在底泥中是长效剂， 能被生物积累，而二氯溴甲烷、氯二溴甲烷和三溴甲烷等化 合物在水环境中的最终归宿，目前还不清楚。
低
迁移过程
分配作用 分配作用 分配作用
很高 低 低 高 低 高 高
分配作用 挥发、光解 分配作用 挥发 生物降解 分配作用 分配作用
第17页/共63页
第二节 归趋模式简介
第18页/共63页
一、模型建立的基本思想
1、参数的选择： 表征化合物固有性质的参数 表征环境特征的参数
2、过程：重要的迁移转化过程的动力学 3、近似假设：
这样，对于每一种有机化合物可得到与沉积物特征无关的 一个Koc。因此，某一有机化合物，不论遇到何种类型沉积 物(或土壤)，只要知道其有机质含量，便可求得相应的分 配系数。
第26页/共63页
若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp则可 表示为：
Kp = Koc [0.2 (1—f ) Xocs+f Xocf ] 式中：f —细颗粒的质量分数(d<50μm)；Xocs—粗沉积 物组分的有机碳含量；Kocf—细沉积物组分的有机碳含量。
➢极难溶于水，不易分解，但易溶于有机溶剂和脂肪，具有 高的辛醇—水分配系数，能强烈的分配到沉积物有机质和生 物脂肪中，因此，即使它在水中浓度很低时，在水生生物体 内和沉积物中的浓度仍然可以很高。
➢由于PCBs在环境中的持久性及对人体健康的危害，1973年 以后，各国陆续开始减少或停止生产。
第11页/共63页
3、卤代脂肪烃：
➢大多数卤代脂肪烃可挥发至大气，并进行光解。在地表水 中能进行生物或化学降解，但与挥发速率相比，其降解速率 是很慢的。 ➢卤代脂肪烃类化合物在水中的溶解度高，因而其辛醇—水 分配系数低，在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配的趋势 较弱，大多通过测定其在水中的含量来确定分配系数。 ➢此外，六氯环戊二烯和六氯丁二烯，在底泥中是长效剂， 能被生物积累，而二氯溴甲烷、氯二溴甲烷和三溴甲烷等化 合物在水环境中的最终归宿，目前还不清楚。
环境化学第七章 多介质环境模型
三、多介质环境逸度模型的计算 3、模型构建和计算 、 4、模型验证 、 5、模型的灵敏度和不确定性分析 、 灵敏度： 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：
第四节 代表性的多介质环境逸度模型
一、空气-水交换模型 空气 水交换模型 二、表层土壤模型 三、底泥-水交换模型 底泥 水交换模型 四、QWASI模型 模型 五、全球分布模型
一、污染物在4）在多孔介质中的扩散 ） （5）相间扩散过程 ）
二、污染物在环境中的降解反应 对于整个环境而言， 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， 去除。描述污染物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：
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、 模型描述了点源排放 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QWASI模型 、湖泊中污染物归趋的 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QWASI模型 2、河流中污染物归趋的QWASI模型 3、多段 、多段QWASI模型 模型
一、污染物在环境中的迁移过程
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 2. 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 4. 水从表层土壤渗入地下（地下水补给） 水从表层土壤渗入地下（地下水补给） 5. 空气中存在的气溶胶的输入和输出 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， 7. 底泥的掩埋
环境介质
苯并(a)芘的环境多介质迁移和归趋 苯并 芘的环境多介质迁移和归趋 模拟
将某地区的环境相分为4个主相，即大气、 水体、土壤和沉积物，下标依次为1、2、3、 4；每个主相中又部分包括气、固和水等子 相。大气中包括气相和气溶胶；水体中包 括水、悬浮物、鱼(代表水生生物)；土壤中 包括气相、固相和水相；沉积物中包括固 相和水相。根据稳态假设和质量平衡关系 可以建立涉及主相迁移量的平衡表达式，
需要收集的数据收集的数据包括模型验证的数据和用于模型输入的数据模型的计算过程共涉及到63个输入参数分为13个描述苯并a芘物理2化学性质的参数44个区域环境参数和6个表征系统输入量的参数大气和水平流过程中的输入浓度则取本地区的实测值苯并a芘在研究区域的来源当地系统向环境相中的排放和系统外大气和水的长距离平流输送工业燃油交通燃油工业含发电供热燃煤炼焦用煤家庭燃煤及天然气等
多介质归趋模型
我们把某种物质在各种介质中的持续 和运移统称为该物质在介质中的环境 归趋, 这种归趋不仅取决于农药本身固 有的性质(如蒸气压、水溶度、生物活 性等) , 而且还与外部的环境因素(如介 质性质和气候条件等) 密切相关，综合 考虑这些得出的一种模型即称为多介 归趋模型。
பைடு நூலகம்
归趋模型的背景
进入环境中的有机物，对动植物的危害性。 如果其进入环境后，可被分解为毒性小或 无毒，则对这类有机物处理得当，那么， 它就不属于禁用或严格控制之列，不但不 属于污染物，而且还是工农业生产的资源。 因此，研究水、土环境中各种有机毒物的 预测模型是一个十分重要的问题。预测归 趋模型可以帮助我们预测污染物在环境中 浓度的分布及通过各种迁移转化过程后的 最终归趋。
主讲人： 主讲人：eric 2011.1.4
一、环境介质的定义 二、多介归趋模型的介绍 苯并(a)芘归趋模型 三、苯并 芘归趋模型 四、环境多介质模型的发展
环境系统分析环境问题的模型化ppt课件
u——河流平均流速 h——河流平均水深 u*= （g h s）1/2 （其中：g— 重力加速
35
注意：降维简化后，其边界条件也 必须做相应的变动。
36
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
度。 d．按物质的输移特性分： 平流模型，可忽略扩散项时。 扩散模型，可忽略平流项时。
13
e．按反应动力学的性质可分为： 纯输移模型 纯反应模型 输移及反应模型 生态模型
14
5. 数学模型的建立步骤（5步）
观测数 据组Ⅰ
模型结 构选择
参数 估计
检验与验 证
模型 应用
图2-2
观测数据组Ⅱ
原因：①建模时作过一些假定。 ②原始数据误差可能使参数估计 产生误差。
灵敏度分析：模型参数变动时造 成的影响。首先变动一个参数， 其余参数保持不变，然后检查目 标函数的变化程度，若变化不大， 17
二、环境系统现象模型推导基本原 理
所谓现象模型我们指的是环 境现象的物理模型（客观），而 不是经验模型（非物理模型）。 为了建立环境系统的现象模型， 需要以下两方面的知识：
对环境系统内部结构和行为已掌 握清楚，应用已知的科学知识进行描 述。
10
c．“灰箱”理论
介于上述两者之间，对系统内部结构 和行为的主要部分清楚，其他部分不清楚， 是“白箱”与“黑箱”理论相结合的一种 方法。
d．数理统计和分析的理论
对属于“黑箱”但又不能进行实验 的系统，采用数理统计和分析的方法建立 系统模型的理论和方法。在环境系统预测 模型中应用居多。
8
C、污染物治理和给水、排水、水资 源利用等方面应用 如：城市污水处理流程优化、污染 治理最佳运行控制、给排水管网系 统的优化、多目标水资源开发等。
35
注意：降维简化后，其边界条件也 必须做相应的变动。
36
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
度。 d．按物质的输移特性分： 平流模型，可忽略扩散项时。 扩散模型，可忽略平流项时。
13
e．按反应动力学的性质可分为： 纯输移模型 纯反应模型 输移及反应模型 生态模型
14
5. 数学模型的建立步骤（5步）
观测数 据组Ⅰ
模型结 构选择
参数 估计
检验与验 证
模型 应用
图2-2
观测数据组Ⅱ
原因：①建模时作过一些假定。 ②原始数据误差可能使参数估计 产生误差。
灵敏度分析：模型参数变动时造 成的影响。首先变动一个参数， 其余参数保持不变，然后检查目 标函数的变化程度，若变化不大， 17
二、环境系统现象模型推导基本原 理
所谓现象模型我们指的是环 境现象的物理模型（客观），而 不是经验模型（非物理模型）。 为了建立环境系统的现象模型， 需要以下两方面的知识：
对环境系统内部结构和行为已掌 握清楚，应用已知的科学知识进行描 述。
10
c．“灰箱”理论
介于上述两者之间，对系统内部结构 和行为的主要部分清楚，其他部分不清楚， 是“白箱”与“黑箱”理论相结合的一种 方法。
d．数理统计和分析的理论
对属于“黑箱”但又不能进行实验 的系统，采用数理统计和分析的方法建立 系统模型的理论和方法。在环境系统预测 模型中应用居多。
8
C、污染物治理和给水、排水、水资 源利用等方面应用 如：城市污水处理流程优化、污染 治理最佳运行控制、给排水管网系 统的优化、多目标水资源开发等。
环境多介质归趋模型简介共42页文档
谢谢！
环境多介质归趋模型简介
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自ห้องสมุดไป่ตู้ 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
第七章 有机毒物的环境行为和归趋模式
'
若考虑有机污染物总浓度为CT，则 其中，
k vm k v w
'
dC T dt
k vm C T
式中，αw——有机物可溶解相分数
一、亨利定律
对于溶解平衡： X (g )
X (a q )
[ G ( aq ) ] K H p G (1)
液相中浓度/mol· -1 L
kT t
1 2
当C
C 0时，
t1
2
ln 2 kT
0 . 693 kT
（一级反应半衰期，与浓度无关）
(二)吸着的影响
颗粒物 有机物（解吸） 水 有机物（吸着）
设单位体积水体中颗粒物的浓度为Pkg· -1， L 有机物在颗粒物上的平衡浓度为Cs’ug·kg-1， 则单位体积水体中有机物在颗粒物上的平衡浓度为Cs/ug · -1 = L Cs’×P 设单位体积水体中有机物的平衡浓度为Cw/ ug · -1 L 分配系数
k h [ C ]( pH 一定时）
一级反应
讨论：1）pH较小时，以酸性水解为主
k h k A [ H ] lg k h lg k A pH
2）pH较大时，以碱性水解为主
kh kB Kw [H ]
lg k h lg( k B K w ) pH
3）pH适中时，以中性水解为主
i
R i k i '[C ]
RT
kT
R
k [ E ][ C ] k '[ C ] k
i i i
T
[Hale Waihona Puke ] k Vm kb k
若考虑有机污染物总浓度为CT，则 其中，
k vm k v w
'
dC T dt
k vm C T
式中，αw——有机物可溶解相分数
一、亨利定律
对于溶解平衡： X (g )
X (a q )
[ G ( aq ) ] K H p G (1)
液相中浓度/mol· -1 L
kT t
1 2
当C
C 0时，
t1
2
ln 2 kT
0 . 693 kT
（一级反应半衰期，与浓度无关）
(二)吸着的影响
颗粒物 有机物（解吸） 水 有机物（吸着）
设单位体积水体中颗粒物的浓度为Pkg· -1， L 有机物在颗粒物上的平衡浓度为Cs’ug·kg-1， 则单位体积水体中有机物在颗粒物上的平衡浓度为Cs/ug · -1 = L Cs’×P 设单位体积水体中有机物的平衡浓度为Cw/ ug · -1 L 分配系数
k h [ C ]( pH 一定时）
一级反应
讨论：1）pH较小时，以酸性水解为主
k h k A [ H ] lg k h lg k A pH
2）pH较大时，以碱性水解为主
kh kB Kw [H ]
lg k h lg( k B K w ) pH
3）pH适中时，以中性水解为主
i
R i k i '[C ]
RT
kT
R
k [ E ][ C ] k '[ C ] k
i i i
T
[Hale Waihona Puke ] k Vm kb k
最新环境生态学课件4生态系统的物质循环ppt课件
因此，从地球意义上看，这类循环是比较完全的循环。
2.沉积型(sedimentary type)
许多矿物元素其贮存库在地壳里。 过程：经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出
来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。 然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素
返回环境。 一部分保留在土壤中供植物吸收利用； 一部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，经过
概念:
物质循环是指环境中的无机物被绿色植物吸收转化 成有机物后沿着食物链被多次利用后，又被分解者 分解成无机物返回到环境中去。
生态系统中的物质循环又称为生物地化循环 (biogeochemical cycle)。
物质循环与能量流动的关系:
环境
生产者
分解者
植食者
肉食者
能量流动 生态系统中的能量流与物质流 特征的比较
磷素随水土流失进入水域或水体的富营养化，殃及鱼类等水生生 物。
有毒物质的循环
某种物质进入生态系统后，在一定时间内直接 或间接地有害于人或生物时，就称为有毒物质或污 染物。 有毒物质种类主要包括： 有机物：如酚类和有机氯农药等；
无机物：如重金属、氟化物、氰化物等。
进入生态系统的途径：
被人们直接抛弃到环境； 通过冶炼、加工制造、化学品的贮存与运输进入生态 系统； 通过日常生活、农事操作等过程进入生态系统。
沉降、淀积和成岩作用变成岩石， 当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。
特点：
这类循环是缓慢的，并且容易受到干扰，成为“不完 全”的循环。
沉积循环一般情况下没有气相出现，因而通常没有全 球性的影响。
气体型循环和沉积型循环虽然各有特点，但都受到能 流的驱动，并都依赖于水的循环。 生物地化循环过程的研究主要是在生态系统水平和 生物圈水平上进行的。
2.沉积型(sedimentary type)
许多矿物元素其贮存库在地壳里。 过程：经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出
来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。 然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素
返回环境。 一部分保留在土壤中供植物吸收利用； 一部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，经过
概念:
物质循环是指环境中的无机物被绿色植物吸收转化 成有机物后沿着食物链被多次利用后，又被分解者 分解成无机物返回到环境中去。
生态系统中的物质循环又称为生物地化循环 (biogeochemical cycle)。
物质循环与能量流动的关系:
环境
生产者
分解者
植食者
肉食者
能量流动 生态系统中的能量流与物质流 特征的比较
磷素随水土流失进入水域或水体的富营养化，殃及鱼类等水生生 物。
有毒物质的循环
某种物质进入生态系统后，在一定时间内直接 或间接地有害于人或生物时，就称为有毒物质或污 染物。 有毒物质种类主要包括： 有机物：如酚类和有机氯农药等；
无机物：如重金属、氟化物、氰化物等。
进入生态系统的途径：
被人们直接抛弃到环境； 通过冶炼、加工制造、化学品的贮存与运输进入生态 系统； 通过日常生活、农事操作等过程进入生态系统。
沉降、淀积和成岩作用变成岩石， 当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。
特点：
这类循环是缓慢的，并且容易受到干扰，成为“不完 全”的循环。
沉积循环一般情况下没有气相出现，因而通常没有全 球性的影响。
气体型循环和沉积型循环虽然各有特点，但都受到能 流的驱动，并都依赖于水的循环。 生物地化循环过程的研究主要是在生态系统水平和 生物圈水平上进行的。
有机污染物的环境行为和归趋模式PPT课件
例:
有机化合物在虹鳟肌肉中的logBCF与logKOW有关 log（BCF）= 0.542logKOW + 0.124
log（BCF）与溶解度相关 虹鳟： log（BCF）= -0.802logSW –0.497
13
第13页/共16页
有机毒害污染物归趋模式
挥发作用
（有机物质）溶解态→气相 挥发速率依赖于毒害有机物质的性质和水体的特征。
水解作用
水解速率与pH有关
光解作用
（1）直接光解 （2）敏化反应 （3）氧化过程
14
第14页/共16页
生物降解作用
生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物
有机物生物降解存在两种代谢模式
生长代谢和共代谢
影响生物降解的因素
有机化合物本身的化学结构、微生物的种类、环境因素（如温度、pH、反应体 系的溶解氧等也能影响生物降解有机物的速率）。
颗粒物的吸附半衰期
t1/2 = （Kp[p] + 1）ln2 / KT
9
第9页/共16页
有机毒害污染物归趋模式--稳态浓度
（消失）总速率为RL→
RT（转化过程和挥发过程消失总速率RT ） + 稀释速率(RD) + 输出速率(RO)
达到稳态当状R态I（。输入 速率）等于RL（消失总速率）时，有机毒物
有机毒害污染物环境行为形态过程酸碱平衡吸附作用迁移过程沉淀溶解作用对流作用挥发作用沉积作用有机毒害污染物环境行为转化过程生物降解作用光解作用水解作用氧化还原作用生物累积过程生物浓缩放大作用独立迁移转化过程研究1单一过程从水环境消失速率之和为消失总速率2每种过程速率为一级反应过程总速率也是一级反应
有机毒害污染物归趋模式
8
有机化合物在虹鳟肌肉中的logBCF与logKOW有关 log（BCF）= 0.542logKOW + 0.124
log（BCF）与溶解度相关 虹鳟： log（BCF）= -0.802logSW –0.497
13
第13页/共16页
有机毒害污染物归趋模式
挥发作用
（有机物质）溶解态→气相 挥发速率依赖于毒害有机物质的性质和水体的特征。
水解作用
水解速率与pH有关
光解作用
（1）直接光解 （2）敏化反应 （3）氧化过程
14
第14页/共16页
生物降解作用
生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物
有机物生物降解存在两种代谢模式
生长代谢和共代谢
影响生物降解的因素
有机化合物本身的化学结构、微生物的种类、环境因素（如温度、pH、反应体 系的溶解氧等也能影响生物降解有机物的速率）。
颗粒物的吸附半衰期
t1/2 = （Kp[p] + 1）ln2 / KT
9
第9页/共16页
有机毒害污染物归趋模式--稳态浓度
（消失）总速率为RL→
RT（转化过程和挥发过程消失总速率RT ） + 稀释速率(RD) + 输出速率(RO)
达到稳态当状R态I（。输入 速率）等于RL（消失总速率）时，有机毒物
有机毒害污染物环境行为形态过程酸碱平衡吸附作用迁移过程沉淀溶解作用对流作用挥发作用沉积作用有机毒害污染物环境行为转化过程生物降解作用光解作用水解作用氧化还原作用生物累积过程生物浓缩放大作用独立迁移转化过程研究1单一过程从水环境消失速率之和为消失总速率2每种过程速率为一级反应过程总速率也是一级反应
有机毒害污染物归趋模式
8
多介质环境污染PPT课件
我们几乎可以到处看到污染物控制的跨介质问题， 一般的城市污水二级生物处理 厂中，由于曝气而使挥 发性有机污染物从水体转移到土地中，从而引起土壤和 地下水的污染。应用麻石水膜除尘技术来处理烟道气中 的灰尘时，会将污染物从气相转移到水相，当这些水排 出之后又会导致地表水的污染 。
上面列举的这些问题并不是说所有的污染控 制措施都是无效的，它们至少可以使局部环境得 到改善，但这种改善常常是以牺牲其它部分的环 境质量为代价的。到目前为止，人们所能想出的 污染控制的最好方法是在生产工艺过程中减少污 染物的 产生或循环利用物料，在考虑到污染物的 跨介质迁移、转化和降解前提下，可以获得处理 污染物的最小风险的途径，但绝对不是消灭污染 的方法 。
多介质环境的特殊性质：
• 跨介质迁移：污染在多介质中的分布是通过跨介
质迁移来实现
• 界面效应：多介质环境的界面不仅是污染物跨介
质迁移的通道，而且也是污染物或微小生物的高 富集区。跨介质迁移涉及到介质与介质间的界面 效应，除此之外，界面效应还往往表现出污染物 在界面附近的转化与在单介质环境内部的转化不 同的性质。
引入亨利定律常数H和H’（有量纲和无量纲）可推 导出；
kv
1 L
1 kL
RT Hk g
• kv:挥发速率常数[m/h] • L:水深[cm] • R:气体常数[为8.2×10-5 ] • T：绝对温度[k] • H：亨利定律常数[atm·m3 /mol]
H=Pvp/s
• Pvp:化学物的蒸汽压[atm] • S：溶解度[mol/m3 ]
N＝kg(Cg –Csg)=kL (CsL-CL)
• kg气膜中的交换系数［cm/s］ • kL液膜中的交换系数［cm/s］ • Cg化学物在气膜外边界气相中的浓度［g/cm3］ • Csg化学物在气膜内边界气相中的浓度［g/cm3］ • CL化学物在液膜内边界液相中的浓度［g/cm3］ • CsL化学物在液膜外边界液相中的浓度［g/cm3］
上面列举的这些问题并不是说所有的污染控 制措施都是无效的，它们至少可以使局部环境得 到改善，但这种改善常常是以牺牲其它部分的环 境质量为代价的。到目前为止，人们所能想出的 污染控制的最好方法是在生产工艺过程中减少污 染物的 产生或循环利用物料，在考虑到污染物的 跨介质迁移、转化和降解前提下，可以获得处理 污染物的最小风险的途径，但绝对不是消灭污染 的方法 。
多介质环境的特殊性质：
• 跨介质迁移：污染在多介质中的分布是通过跨介
质迁移来实现
• 界面效应：多介质环境的界面不仅是污染物跨介
质迁移的通道，而且也是污染物或微小生物的高 富集区。跨介质迁移涉及到介质与介质间的界面 效应，除此之外，界面效应还往往表现出污染物 在界面附近的转化与在单介质环境内部的转化不 同的性质。
引入亨利定律常数H和H’（有量纲和无量纲）可推 导出；
kv
1 L
1 kL
RT Hk g
• kv:挥发速率常数[m/h] • L:水深[cm] • R:气体常数[为8.2×10-5 ] • T：绝对温度[k] • H：亨利定律常数[atm·m3 /mol]
H=Pvp/s
• Pvp:化学物的蒸汽压[atm] • S：溶解度[mol/m3 ]
N＝kg(Cg –Csg)=kL (CsL-CL)
• kg气膜中的交换系数［cm/s］ • kL液膜中的交换系数［cm/s］ • Cg化学物在气膜外边界气相中的浓度［g/cm3］ • Csg化学物在气膜内边界气相中的浓度［g/cm3］ • CL化学物在液膜内边界液相中的浓度［g/cm3］ • CsL化学物在液膜外边界液相中的浓度［g/cm3］
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精选ppt
10
二、逸度
逸度(fugacity)是一热力学量，它表示 物质脱离某一相的倾向性的大小，其单位 为压力单位(Pa)。作为判别各相间平衡标准 的一种简便方法，于1901年G．N．Lewis 提出。用逸度代替浓度，应用到多介质环 境模型中，简化了模型的计算，因而得到 了广泛应用。
3/10/2021
大量研究表明，多介质环境模型是研究生态环 境中污染物，特别是有机污染物多介质环境行为的 有效手段。
3/10/2021
精选ppt
4
一、多介质环境
在地球表面不存在完全的单一的环境介 质，因为水中往往含有一定量的气体和固体 悬浮物，大气中含有一定量的水和固体颗粒 物，土壤中则含有水分、气体和生物。但在 宏观研究中，一般将大气、水体、土壤、岩 石和生物分别看作单介质，而把由两种以上 的单介质构成的体系称为多介质环境。
3/10/2021
精选ppt
12
Z值越大，介质所能容纳的污染物越多， 污染物越易滞留在该介质中。高Z值的相 能够在保持低逸度的情况下吸收更多的溶 质。相反，低z值的相即使吸收少量溶质也 会导致，的大大增加。z值的大小主要取决 于以下几个因素：所研究的污染物的性质； 所研究的环境介质的性质与环境介质的温 度。
3/10/2021
精选ppt
17
（二）污染物的环境迁移过程
污染物在环境中的迁移途径包括三类，即： • 平流过程 • 降解过程 • 界面质量交换过程。
3/10/2021
精选ppt
18
a.平流过程
污染物的跨区域研究已经成为当今国际环境问题研 究的热点，由于大气和水等介质的流动性和平流输送功 能，使得很多环境问题发展成了全球性环境问题。在多 介质环境模型中，为了定量化平流输送过程，引入平流 速率系数D，其单位是mol·Pa-1h-1。
环境多介质归趋模型
3/10/2021
精选ppt
1
多介质环境模型简介
多介质模型的建立 多介质模型的分类
多介质环境模型的应用
3/10/2021
精选ppt
2
多介质环境模型
3/10/2021
精选ppt
3
多介质环境模型最初是由CEMC(加拿大环境建 模中心)开发并用于解析计算化学物质在环境中的变 化归趋的模型。模型建立在质量平衡的基础上，模 型建立的最重要原则是逸度代替浓度，从而简化化 学物质在环境相间迁移和分配的数学表达式。在稳 态或非稳态条件下，对所研究的环境相分别建立质 量平衡方程，通过计算得出数值解或分析解。
D=G×Z (2．1) 而对流通量N(mol·h-1)与D的关系如下：
N=D × f (2．2) 需要说明的是模型中假定环境主相的流量与流动主体物 质的流量相等。如水相的流量等于相中水的流量相等。
3/10/2021
精选ppt
19
b.降解过程
污染物在环境相中的转化或降解反应过程是多介质环
境的重要行为，从地球这个大环境体系而言，只有各种
精选ppt
11
在多介质环境模型中，如果污染物在研究系统各 相之间的逸度相等，则污染物在系统各相间达到平衡； 如果逸度不同，则污染物会从逸度高的相向逸度低的 相移动。作为平衡标准，逸度可应用于水、土壤及水 生生物等。逸度和浓度之间通过逸度容量存在线性关 系：
C=Z×f 式中C是污染物的浓度(mol·m-3),f是逸度(Pa)，z是逸 度容量(mol·m-3·pa-1)，是在给定的逸度下，某一介质 所能容纳污染物的能力。
3/10/2021 环境主相之间处于不平精选衡ppt 动态。
16
例如，对于一个由大气、地表水、沉积物 和土壤四个环境主相组成的环境系统。每 个环境主相下面又分为若干个环境子相。 大气由气体和颗粒物两个子相组成，地表 水由悬浮颗粒物和水两个子相组成，沉积 物和土壤都包含固相子相、气相子相和液 相子相。
多介质环境，划分基本的环境相和子相。
一般而言，真实的环境系统和我们模拟的环
境系统之间存在一定的差距，在构建模型时，
需要用一系列的假设来简化真实的环境系统，
比如：
环境体系由多个环境主相和若干子相组成；
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，即
逸度值在同一时刻处处相等；
3/10/2021
精选ppt
5
在多介质环境中，由于存在复杂的物理、 化学和生物过程的联合作用，排放到环境系 统的污染物发生跨介质迁移、转化，并在各 环境介质间进行重新分配。因此全面而深刻 地认识污染物在环境中的行为及生态效应， 需要从多介质的概念出发深入研究污染物在 多介质环境系统中的迁移转化和降解。
精选ppt
7
1.封闭系统，稳态方程
这类质量平衡方程描述了在没有流入和 流出的封闭系统内，一定质量的污染物 在各固定体积的环境相中的分配情况。 根据污染物的总量等予各相中污染物分 量和来列方程，而各相中污染物量是体 积和浓度的乘积。
3/10/2021
精选ppt
8
2.开放系统、稳态方程
这类质量平衡方程，系统中既有污 染物的流入、流出，也有污染物的反应 与生成。系统内的条件不随时间改变。 基本的质量平衡就是总输入速率等于总 输出速率 非稳态方程
前两类质量平衡方程是简单的代数等式，而在 非稳态条件下的质量平衡方程是微分方程。最简单 的方法是列出如下方程：
dC／dt=总的输入速率一总的输出速率 式中，dC是浓度增量， dt是时间增量，输入、
输出的速率单位为mol·h-1或g·h-1。
3/10/2021
3/10/2021
精选ppt
13
多介质模型的建立
3/10/2021
精选ppt
14
（一）模型概化 （二）污染物的环境迁移过程 （三）模型参数 （四）模型构建和计算 （五）模型验证
3/10/2021
精选ppt
15
(一）模型概化
首先应该确定研究区域，包括研究区域的地
理位置和范围。然后要明确研究区域所涉及的
3/10/2021
精选ppt
6
质量平衡
质量守恒定律是多介质环境模型计算的基础。如果 已经确定了控制区域或相的体积，就可以对流入和 流出这一区域的污染物建立质量平衡方程。根据 Mackay等人的定义，质量平衡方程有三类”。
1. 封闭系统，稳态方程 2 . 开放系统、稳态方程 3. 非稳态方程
3/10/2021