多介质环境污染ppt课件演示文稿
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多介质环境污染 Pollutants in A Multimedia Environment
多介质环境污染
• 多介质环境污染研究的意义 • 多介质环境概念 • 多介质环境污染研究遵从的基本原理和研
究情况简介 • 污染物在多介质环境中的转化过程 • 多介质环境与污染控制
一、多介质环境污染研究的意义
<1> 水－气介质中物质的传输 • 污染物从水中挥发——双膜理论 双膜理论的基础时假定污染物通过液相边界层的 物质通量和通过水－气界面的通量相等。根据 费克（Fick）定律，污染物从水中挥发出来的质 量 通量可表达为
N=kΔC
• N质量通量 ［g/cm2.s］ • k一级交换常数［cm/.s］ • ΔC化学物跨过膜的浓度差［g/cm3］
如果污染物在大气中的浓度很低，上式可写成
d Cw Rv kv Cw dt
解上述微分方程有
• CW0 ：污染物在水中的初始浓度；可以利用测定
初始浓度和各不同时刻CW来求出 kv
C w C w0 e
kvt
< 2 > 大气复氧
氧气由大气进入水体的过程称之为大气复氧过程， 是水－气界面物质迁移的过程 大气复氧速率
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。
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］
在应用时，风的影响，水温，二次环流和水体污染 对 f 都有影响，应注意校正 。
< 3 > 水体表面微层污染物的行为
水体表面微层是水体与大气相互作用的重要界 面，其厚度一般认为是几十到几百微米。它对大 气与水体之间通过水体界面进行的物质，能量和 信息交换产生明显的影响。 关于水体表面微层的研究，主要集中在表面微 层化学物的富集、生物的毒性效应、光化学反应 以及各种过程的动力学模型，对于水体表面微层 的结构和作用机理的研究还不够。
同时
V 32 k L 23.51( 0.673 ) L M
18 k g 1137.5(V1 V ) M
0.969
cm/h
cm/h
在上述中： • V：河水流速[m/s] • V1：风速[m/s] • M：化合物分子量
• 这时可求出质量通量
P N k L Cw H
环境介质的属性
• 物质的属性 • 容量的属性 • 动态演化的属性
多介质环境：
具有两个以上单介质的体系称为多介质环境。通 常，在水中会含有一定量的空气和固体悬浮物， 在大气中有一定量的水和固体颗粒物，即使在土 壤和密实的岩石中也会存在一定量的水分和气体 物质。但从宏观上看，我们还是把大气、水体、 土壤、岩石和生物分别作为单介质来处理。
R0 = f (Cs—C)A
• R0 ：大气复氧速率[g/h] • Cs：O2在水中的饱和浓度[g/h] • C：水中O2 的浓度[g/h]
• A：水体表面积[m2] • f：O2在水－气界面的交换系数[m/h]
实践中，f 的值用经验公式 比如
f 0.百度文库35U
0.969
H
1.673
• u ：水体平均流速[m/h] • H：水体平均深度[m]
南开大学进行表面微层的研究较早，我们曾设计了 表面微层采样器，1994年在“环境化学”上发表了 “水体表面微层的环境化学研究”，还研究了 在湖 水表面微层中的富集现象（1994年中国环境科学，11 （1）发表）。还研究了邻苯二甲酸二丁酯（DBP）, 邻苯二甲酸二异辛醇（DEHP）和阴离子表面活性剂在 表面微层中的富集，富集系数在1－11之间，也研究 了酞酸酯在表面微层中的光降解。结果发表在：“环 境化学”99年.18（2），水体表面微层中酞酸酯的光 降解研究，“环境科学”99.20（4），有机污染物在 水体表面微层的富集行为。
引入亨利定律常数H和H’（有量纲和无量纲）可推 导出；
1 1 RT kv L k L 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 ]
• kL：液相中质量迁移系数
kL
H ' kg kL H ' kg kL
cm/h
• Cw ：污染物在水中的浓度 • P：化学物分压
如果污染物在水中向大气的挥发是一级动力学过程
d Cw P RV k v C w dt H
• RV ：挥发速度 • kv ，P，H，Cw 同上，t是时间（h）
1. 环境污染问题不可能离开多介质 2. 环境化学研究的重点领域
3. “多介质环境”的概念提出引起科学界的
密切关注
二、多介质环境概念
• 环境:
见图 2
环境一般是指围绕人群的空间及其中可以 直接或间接影响人类生存和发展的各种因 素的总体，是一个非常复杂的系统。 • 环境介质: 具体的环境单元世界，应当看作是由物质、 能量和信息三部分。将其中的物质部分称 之为环境介质，将能量和信息部分称之为 环境因素。
• 非线性作用：通过界面传输污染物时，污染物通 •
过界面时传输，相对于它原来所在的介质中的传 输有可能加快或减慢，这就是非线性特征。 协同效应
三、多介质环境污染研究遵从的 基本原理和研究情况简介
1.原理 • 经典力学原理 • 统计热力学原理 • 动力学原理 • 系统学原理 • 不确定性原理
2. 研究情况简介
多介质环境污染
• 多介质环境污染研究的意义 • 多介质环境概念 • 多介质环境污染研究遵从的基本原理和研
究情况简介 • 污染物在多介质环境中的转化过程 • 多介质环境与污染控制
一、多介质环境污染研究的意义
<1> 水－气介质中物质的传输 • 污染物从水中挥发——双膜理论 双膜理论的基础时假定污染物通过液相边界层的 物质通量和通过水－气界面的通量相等。根据 费克（Fick）定律，污染物从水中挥发出来的质 量 通量可表达为
N=kΔC
• N质量通量 ［g/cm2.s］ • k一级交换常数［cm/.s］ • ΔC化学物跨过膜的浓度差［g/cm3］
如果污染物在大气中的浓度很低，上式可写成
d Cw Rv kv Cw dt
解上述微分方程有
• CW0 ：污染物在水中的初始浓度；可以利用测定
初始浓度和各不同时刻CW来求出 kv
C w C w0 e
kvt
< 2 > 大气复氧
氧气由大气进入水体的过程称之为大气复氧过程， 是水－气界面物质迁移的过程 大气复氧速率
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。
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］
在应用时，风的影响，水温，二次环流和水体污染 对 f 都有影响，应注意校正 。
< 3 > 水体表面微层污染物的行为
水体表面微层是水体与大气相互作用的重要界 面，其厚度一般认为是几十到几百微米。它对大 气与水体之间通过水体界面进行的物质，能量和 信息交换产生明显的影响。 关于水体表面微层的研究，主要集中在表面微 层化学物的富集、生物的毒性效应、光化学反应 以及各种过程的动力学模型，对于水体表面微层 的结构和作用机理的研究还不够。
同时
V 32 k L 23.51( 0.673 ) L M
18 k g 1137.5(V1 V ) M
0.969
cm/h
cm/h
在上述中： • V：河水流速[m/s] • V1：风速[m/s] • M：化合物分子量
• 这时可求出质量通量
P N k L Cw H
环境介质的属性
• 物质的属性 • 容量的属性 • 动态演化的属性
多介质环境：
具有两个以上单介质的体系称为多介质环境。通 常，在水中会含有一定量的空气和固体悬浮物， 在大气中有一定量的水和固体颗粒物，即使在土 壤和密实的岩石中也会存在一定量的水分和气体 物质。但从宏观上看，我们还是把大气、水体、 土壤、岩石和生物分别作为单介质来处理。
R0 = f (Cs—C)A
• R0 ：大气复氧速率[g/h] • Cs：O2在水中的饱和浓度[g/h] • C：水中O2 的浓度[g/h]
• A：水体表面积[m2] • f：O2在水－气界面的交换系数[m/h]
实践中，f 的值用经验公式 比如
f 0.百度文库35U
0.969
H
1.673
• u ：水体平均流速[m/h] • H：水体平均深度[m]
南开大学进行表面微层的研究较早，我们曾设计了 表面微层采样器，1994年在“环境化学”上发表了 “水体表面微层的环境化学研究”，还研究了 在湖 水表面微层中的富集现象（1994年中国环境科学，11 （1）发表）。还研究了邻苯二甲酸二丁酯（DBP）, 邻苯二甲酸二异辛醇（DEHP）和阴离子表面活性剂在 表面微层中的富集，富集系数在1－11之间，也研究 了酞酸酯在表面微层中的光降解。结果发表在：“环 境化学”99年.18（2），水体表面微层中酞酸酯的光 降解研究，“环境科学”99.20（4），有机污染物在 水体表面微层的富集行为。
引入亨利定律常数H和H’（有量纲和无量纲）可推 导出；
1 1 RT kv L k L 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 ]
• kL：液相中质量迁移系数
kL
H ' kg kL H ' kg kL
cm/h
• Cw ：污染物在水中的浓度 • P：化学物分压
如果污染物在水中向大气的挥发是一级动力学过程
d Cw P RV k v C w dt H
• RV ：挥发速度 • kv ，P，H，Cw 同上，t是时间（h）
1. 环境污染问题不可能离开多介质 2. 环境化学研究的重点领域
3. “多介质环境”的概念提出引起科学界的
密切关注
二、多介质环境概念
• 环境:
见图 2
环境一般是指围绕人群的空间及其中可以 直接或间接影响人类生存和发展的各种因 素的总体，是一个非常复杂的系统。 • 环境介质: 具体的环境单元世界，应当看作是由物质、 能量和信息三部分。将其中的物质部分称 之为环境介质，将能量和信息部分称之为 环境因素。
• 非线性作用：通过界面传输污染物时，污染物通 •
过界面时传输，相对于它原来所在的介质中的传 输有可能加快或减慢，这就是非线性特征。 协同效应
三、多介质环境污染研究遵从的 基本原理和研究情况简介
1.原理 • 经典力学原理 • 统计热力学原理 • 动力学原理 • 系统学原理 • 不确定性原理
2. 研究情况简介