环境化学_多介质环境模型

1、湖泊中污染物归趋的QWASI模型 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 3、多段QWASI模型
五、全球分布模型
三、底泥-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 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。
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 换、底泥中的反应、灌溉。
四、QWASI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 染物在湖泊和河流中的多介质环境行为。
三、多介质环境逸度模型的计算
1、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： （1）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 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。 （3）环境主相之间处于动态不平衡状态
2、模型输入参数 （1）环境参数 （2）污染物的性质数据 （3）污染物排放信息
环境的组成非常复杂，由一系列彼此相连的环境介质或
环境相来组成，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。 多介质环境系统：具有两种或两种以上环境介质的系统。 均相：如浅塘中充分混合的水，无浓度梯度、温度梯度； 非均相：性质不均一 (如土壤、沉积物)
二、稳态和平衡
稳态（stable）：所研究体系中各个相的性质和状态是恒定
的，不随时间变化。
平衡（equilibrium）：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净迁移的趋势。
注意稳态和平衡的区别。
三、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， 或者说是物质脱离某一相的倾向的大小，用 f 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。 对理想气体与稀溶液，有： c=Z× f c：污染物的浓度，mol· m-3 f： 逸度，Pa Z：逸度容量，mol· m-3· Pa-1
Z值的计算，见下表。
三、逸度
环境相 空气 水 辛醇 类脂 气溶胶 有机碳 有机质 Z值/（ mol· m-3· Pa-1 ） ZA = 1/(RT) ZW = 1/KH = ZA/KAW ZO = ZWKOW Z L = ZO ZQ = KQAZA ZOC = KOCZW(ρoc/103） 各符号的物理意义 R：摩尔气体常数 T：绝对温度 KH：亨利定律常数KAW：气/水分配系数 KOW ：正辛醇/水分配系数 KQA ：气溶胶/空气分配系数 KOC：土壤吸附系数，L· Kg-1 ρoc:有机碳的密度，103 Kg· m-3
ct c0 exp(kt b)
t 12 0.693 / k
第三节 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
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
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。 质量平衡方程分为三类： 1、封闭系统，稳态方程
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)
f I / GiZi
f 表示污染物达到平衡时的逸度，i 代表空气、水等环境相。 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
停留时间为：τ= 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 间的长短，反映了污染物在环境中的持久性。
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： 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） 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 7. 底泥的掩埋
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
三、逸度
根据估算Z值的方法，遵循以 f 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。
例题见教材p298页。
第二节 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
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
1、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 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： p299-300
一、污染物在环境中的迁移过程
（2）相内湍流或涡流扩散 （3）非稳态扩散 （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，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 一级反应动力学：
dc / dt kc
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。
土壤中有四个相：空气、水、有机质、矿物质。
1、降解过程 2、渗滤过程 3、挥发沉降
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：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
第四节 代表性的多介质环境逸度模型
一、空气-水交换模型
二、表层土壤模型
三、底泥-水交换模型
四、QWASI模型
五、全球分布模型
一、空气-水交换模型
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 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。
该模型中考虑四个传质过程： 1、空气-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 3、污染物随降雨的湿沉降 4、污染物随气溶胶的湿沉降
ZOM = KOMZW(ρoM/103） KOM：有机质分配系数，L· Kg-1 ρoM:有机质的密 度，103 Kg· m-3 ZMM = KMMZW(ρMM/103） ρMM:矿物质的密度，103 Kg· m-3 KMM：矿物质分 配系数，L· Kg-1
矿物质
生物相
ZB = LZL
L：类脂的体积分数