环境多介质归趋模型简介ppt课件

环境多媒体回归模型1，2，多媒体环境模型3，3，多媒体环境模型最初由CEMC(加拿大环境建模中心)开发，用于分析和计算环境中化学物质的变化回归模型。该模型建立在质量平衡的基础上，其最重要的原理是逸度而不是浓度，从而简化了化学物质在环境中各相之间迁移和分布的数学表达式。在稳态和非稳态条件下，分别为所研究的环境相建立质量平衡方程，并通过计算得到数值或解析解。大量研究表明，多媒体环境模型是研究生态环境中污染物尤其是有机污染物的多媒体环境行为的有效手段。地球表面没有完整的单一环境介质，因为水通常包含一定量的气体和悬浮固体，大气包含一定量的水和固体颗粒，土壤包含水、气体和有机物。然而，在宏观研究中，大气、水、土壤、岩石和生物一般被分别视为单一介质，而由两种以上单一介质组成的系统称为多媒体环境。在多媒体环境中，由于复杂的物理、化学和生物过程的综合作用，排放到环境系统中的污染物在各种环境介质中进行跨介质迁移、转化和再分布。因此，为了全面深入地了解污染物在环境中的行为和生态效应，有必要从多媒体的概念出发，深入研究污染物在多媒体环境系统中的迁移、转化和降解。质量平衡和质量守恒定律是计算多介质环境模型的基础。如果已经确定了控制区域或相的体积，则可以为流入和流出该区域的污染物建立质量平衡方程。根据麦凯等人的定义，有三种类型的质量平衡方程”。1.封闭系统，稳态方程2。开放系统，稳态方程3。非稳态方程7，1。封闭系统，稳态方程。这种质量平衡方程描述了在没有流入和流出的封闭系统中，某些质量污染物在每个固定体积的环境相中的分布。根据各阶段污染物总量，各阶段污染物总量是体积和浓度的乘积。这类开放系统、稳态方程、质量平衡方程既包括污染物的流入和流出，也包括污染物的反应和产生。系统中的条件不会随着时间而改变。基本质量平衡是总投入率等于总产出率。前两类质量平衡方程是简单的代数方程，而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以下等式：dC/dt=总输入速率-总输出速率公式，dC是浓度增量，dt是时间增量，输入和输出速率单位是molh-1或gh-1。逸度是一个热力学量，表示物质从某一相脱离的趋势，其单位是压力单位(Pa)。作为判断相平衡标准的一种简单方法，它是由刘易斯在1901年提出的。用逸度代替浓度应用于多媒体环境模型简化了模型的计算，因而得到了广泛的应用。在多介质环境模型中，如果研究系统各相之间的污染物逸度相等，则系统各相之间的污染物将达到平衡。如果逸度不同，污染物将从逸度高的相转移到逸度低的相。作为一种平衡标准，逸度可用于水、土壤和水生生物。逸度和通过逸度容量的浓度之间存在线性关系：C=Zf，其中C是污染物的浓度(molm-3)，f是逸度(Pa)，Z是逸度容量(molm-3pa-1)，它是介质在给定逸度下容纳污染物的容量。z值越大，介质包含的污染物越多，污染物越容易留在介质中。高Z值的相可以吸收更多的溶质，同时保持低逸度。相反，即使z值低的相吸收了少量的溶质，也会导致溶质的大量增加。Z值的大小m(1)模型推广(2)污染物的环境迁移过程(3)模型参数(4)模型构建和计算(5)模型验证(15)。首先，应该确定研究区域的地理位置和范围。然后，明确界定研究领域所涉及的多媒体环境，划分基本环境阶段和子阶段。一般来说，真实环境系统和我们模拟的环境系统之间有一定的差距。在建立模型时，需要一系列的假设来简化真实环境系统。例如，环境系统由多个主要阶段和几个子阶段组成。在任何时刻，环境各主要相的污染物都是均匀分布的，各子相之间的逸度关系符合平衡稳态，即同一时刻逸度值处处相等；环境的主要阶段是不平衡的动态。例如，对于由四个主要环境阶段组成的环境系统：大气、地表水、沉积物和土壤。在每个环境下，主要阶段分为几个环境子阶段。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组成，沉积物和土壤都包含固体子相、气体子相和液体子相。(2)污染物的环境迁移过程污染物在环境中的迁移路径包括三种类型，即平流过程、降解过程、界面质量交换过程。平流过程中污染物的跨区域研究已成为国际环境研究的热点。由于空气和水的流动性和运输功能，许多环境问题已经发展成为全球性的环境问题。为了量化多介质环境模式中的平流输送过程，引入了平流率系数d，单位为molPa-1h-1。D=gz (2.1)，通量N(molh-1)和d之间的关系如下：n=df (2.2)。需要解释的是，在模型中，假设环境主相的流速等于流动主物质的流速。水相的流速等于水相的流速。污染物在环境阶段或降解反应过程中的转化是多媒体环境中的重要行为。从地球作为一个大的环境系统的角度来看，只有各种降解过程才是真正去除环境中污染物的唯一途径。多介质环境模型中的反应过程主要包括水解反应、光解反应、化学氧化还原反应和生物降解反应。在环境科学研究中，描述降解反应过程的动力学表达式一般是一级或二级动力学方程，而在多介质环境模型中，一级动力学方程是最常用的。将污染物降解反应过程的通量定义为n，则：n=vck=vzkf=df (2.3)，其中v是环境相或其子相的体积(m3)，c是环境相中污染物的浓度(mol/m3)，k是反应的一级反应速率常数(h-1)，则降解速率d=vzk (mol pa-1h-1)，20，c。污染物在环境介质之间的质量交换过程包括扩散过程和非扩散过程。扩散过程包括介质中的扩散过程和介质之间的扩散过程。然而，对介质中扩散过程的研究却普遍较少。非扩散过程是污染物通过携带其他物质从一种环境介质转移到另一种环境介质的过程。非扩散过程包括挥发过程(大气-水)、吸附和解吸过程(水-沉积物、大气-土壤)和污染物从水向水生生物的迁移过程。介质间迁移率系数D值的表达式因迁移过程的不同而不同。模型参数模型的输入参数包括研究区(环境系统)的环境属性参数、污染物的理化性质参数和环境迁移参数。环境属性模型收集的环境属性参数需要涵盖以下信息：(1)各环境主相的面积、深度或高度、体积和密度；(2)主要阶段中各环境子阶段的百分比；(3)各环境相(主相或次相)的有机碳含量等。花粉的理化性质参数一般来说，与环境相关的物理化学性质包括三种类型：第一种类型是污染物分子的基本描述，如分子量、分子表面积、临界温度等。第二类与污染物迁移有关，如水溶性、蒸汽压、辛醇-水分配系数、亨利定律常数、有机碳-水分配系数和生物浓缩系数。最后，它与污染物转化或降解过程有关，如水解速率常数、生物降解速率常数和光解速率常数。污染物的环境迁移参数环境迁移参数是与前面描述的环境迁移过程相关的参数。以大气、水、土壤和沉积物四个环境相组成的环境系统为例，环境迁移参数如下表所示：25、26、4)模型的构建和计算应根据研究的特点选择合适的水平模型。例如，选择稳态非平衡过程的第三类模型和非稳态非平衡过程的第四类模型更合适。然后为每个环境阶段建立平衡方程或常微分方程。Z值和D值的计算是模型计算的一个重要过程。以水、大气、土壤和沉积物四相环境系统为例，Z值和D值的计算方法见表2.2和表2.3。模型的验证由于环境的复杂性和可变性，多媒体环境模型只能简化真实环境，模型输出只能近似模拟污染物的去向，因此模型结果的验证过程非常重要。测量数据用于验证模型结果。如果结果之间的差异在一个数量级以内，则表明模型结果能够客观地描述污染物的多媒体环境行为。如果结果偏差很大，需要调整和重新计算模型。30，多媒体模型的分类，31，对应于三个质量平衡方程。多媒体环境模型可分为：一级模型、二级模型、三级模型和四级模型。一类模型，一类模型系统是一个平衡、稳定、不流动的系统。它假设物质均匀分布在环境的各个阶段(例如大气、水、土壤、沉积物、生物等)。)并在每个阶段达到分配平衡。污染物在环境阶段的各种反应(如水解、光解、氧化和还原、生物降解等)。)并且不考虑物质的输入和输出。最简单的描述是，一定量的有机污染物在环境系统中处于平衡分布。虽然该模型系统可以给出环境中一定量污染物分布的最终信息，但过于简单和理想。33、型、型系统是平衡、稳态、流动系统。它假设污染物在每个阶段均匀分布，并且在每个阶段处于平衡状态。假设污染物以稳定状态输入，在环境阶段发生的各种反应都是主要的反应过程。考虑到系统中物质的迁移，引入了输运系数D。第一个和第二个模型都假设污染物在不同阶段达到平衡，即逸度相同。然而，在实际环境中，当污染物被排放到某个介质中时，可能没有足够的时间迁移到另一个介质中，以在被降解或迁移之前达到平衡状态。34、型、型系统是非平衡、稳态、流动系统。它假设物质在各相之间处于非平衡状态，并考虑了物质的稳态输入和输出、各相发生的各种反应以及相邻相之间物质的各种扩散和非扩散过程。系统中各相物质的逸度(f)不同，更符合实际。第四类模型，第四类模型系统是非平衡的、不稳定的和流动的系统。它假设物质在各相之间处于非平