《2022年逸度模型 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年逸度模型 .pdf（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、逸度模型化学品进入环境后，会在各个环境介质之间扩散、迁移、转化，以不同的途径和方式影响环境及人类的健康。因此，研究化学品在环境中的分布和归趋是十分必要。应用数学模型研究化学品在环境生态系统中的分布与归宿是环境模拟技术中的热点之一。环境数学模型是评价化学品在多介质环境中行为的一种有效工具，它可以简化并模拟真实的自然环境，预测出污染物在进入环境后的迁移转化行为和最终归趋，预测结果还能够为环境管理部门从事环境污染评价、环境质量评价、污染物风险评价，选择污染控制措施，以及实施环保工作提供理论上的指导和依据。目前应用最广泛的环境多介质模型是加拿大多伦多大学环境研究中心Donald Mackay 教授提出
2、的逸度模型，该模型因其结构简单、所需参数少、容易计算、结果表示直观、计算方法可推广到任意数目的环境介质等特点，已成功用于描述化学品全球、区域及本地(包括湖泊、河流等)环境行为，为环境部门对有毒化学品的有效管理与控制提供可靠的决策工具。近年来，由于计算机软硬件技术的快速发展，基于建立的化学品环境暴露水平预测模型，通过计算机语言研发出预测评估软件，可以很大程度上提高效率和准确率，为化学品环境风险评价和环境管理工作提供了有效的支持工具。一、逸度模型理论基础逸度(f)是一热力学量，它表征物质脱离某一相的倾向性，对于理想气体或低压下的近似理想气体，逸度等同于气压或分压，其单位为压力单位(Pa)。1979
3、年，逸度这一概念首先由Donald Mackay 引入化学品在环境各相中的分布与预测模型研究，其基本思想是利用逸度(f)结合传输系数(D)，推导出化学品在各介质之间的质量守恒方程式，根据系统方程组解出物质在各介质中的浓度分布，最后模拟化学品在环境中的归趋。根据多介质环境系统的条件，逸度模型通常用、级不同水平的系统来估算化学物质在环境各相的分配、迁移及转化，如表1 所示。表 1 逸度模型分类模型级别系统类别系统特征I 级模型封闭稳态平衡系统平衡、稳态、非流动II 级模型开放稳态平衡系统平衡、稳态、流动III 级模型开放稳态非平衡系统非平衡、稳态、流动IV 级模型开放动态非平衡系统非平衡、非稳态、
4、流动名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -级模型环境系统中物质总量不变，系统内既没有任何化学反应，又没有化学物质的输入和输出，只有相间传质使系统达到平衡；级模型中物质以恒定速率排入环境系统，系统内有任何化学反应、物质的输入和输出以及相间传质，但物质总量保持不变。、级模型都是基于环境各介质达到相平衡的假设。然而，在真实环境中，污染物在进入某环境介质以后，不一定有足够时间被降解或在迁移之前被转移到其它环境介质中去达到平衡状态。级模型系统内物质排放稳定，各介质之间处于非平衡状态(即存在逸度差)，与实际情况较相符；级模型系统内物质的排放不稳定，各介质之间处于非平衡状态
5、，级逸度模型较全面地考虑了物质在整个环境系统中的迁移、转化过程，该系统很好地描述了化合物在环境系统中的动态行为。相对于、级模型，、级模型系统更接近真实环境。逸度表示物质自某一相中逃逸的趋势。两个接触的相中某溶质达到平衡,表示两相中该溶质逃逸的趋势相等,即逸度相等。这比用化学势相等来表示相平衡,数据容易取得,因而使用比较方便。在物理化学教科书中说到逸度时,只讨论了气相的问题。理想气体的化学势表达为=(T)+RTInP式中：0(T)标准状态的化学势，只与温度T 有关；R气体常数P某气体的分压对于非理想气体，化学势的公式变为=(T)+RTInf此时，压力改为逸度f 表示，f 与 P 的关系是Tf=y
6、 P式中：y溶质气体的摩尔分数?逸度系数。在环境条件下，气体密度较小，?接近于 1。则Tf=yPP总压力 PT乘以 y 即为该溶质的分压P。对于水象，其中溶质的逃逸度可表示为f=xSP式中：x摩尔分数 溶质的活度系数PS纯溶质的蒸气压。根据拉乌尔定律，纯溶质x 为 1，也为 1，于是 f=PS 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -下面引入逸度容量Z 的概念，为溶质逸度和浓度之比，将浓度与逸度联系了起来，在两相的热平衡问题上，各相有自己不同的热浓度，平衡时温度相等。热浓度与温度之比，即为热容量。热容量越大，热就取向与在此相积累。而逸度类似于热容量，逸度容量越大
7、，质量就趋向于在此相积累。fCZ环境的各相有自己的逸度容量。对于大气环境，浓度nPCVRT由于这时 p 与 f 相近，则有fCRT因此大气逸度容量ZA=C/f=1/RT。水溶液的逸度容量，首先要考察活度系数，由于 In=K(1-x)2，当 x 很小时，In接近于以常数 K，因此使逸度 f 与浓度有不变的比例常数，即逸度容量：w1=fpCCZHH式中为亨利常数。由于C 可以用摩尔分数 x 与水的摩尔体积Vw 表示，所以wwwx1=fSZVVP式中 PS溶质蒸气压。当然这里必须是真溶液，溶质如果是难溶的胶体则不适用此式。此外，溶质在环境温度时是固态，则要用克拉贝隆方程校正所需的热力学常数。吸着相也
8、应有逸度容量ZS。令 为单位吸附剂上溶质的吸附量，那么吸着分配系数可以表示为：PKCC 为未吸着的溶质浓度。根据定义sfSCZCS为以体积为单位的吸着的溶质浓度，它与的关系用密度(对土壤底泥)或吸附剂浓度联系起来SC又由于 f P=HC，故名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -=PSPKZHHK同理，吸着于生物体上的逸度容量ZB为BBKZH式中：KB生物吸着分配系数(生物浓度因子)生物群体密度最后，对于纯溶质来讲，它的逸度容量ZP如下，式中 Vs为溶质的摩尔体积1=fPSSCZV P下面在表 2 中归纳出各种逸度的定义与单位。表 2 区域(要素)Z 的定义(摩
9、尔/米3巴)大气1/RTR=8.314 巴米3/摩尔 K水1/H 或 CB/PBCB=水中溶解度()PB=蒸气压(巴)H=亨利定律常数固体吸附剂(土壤、沉积物、颗粒物)KP/HKP=分配系数(斤/公斤)=密度(公斤/升)生物群KP/H KB=生物浓缩因子(斤/公斤)=生物群体密度(公斤/升)纯溶质1/PBVBVB=溶质摩尔体积(米3/摩尔)二、常用的逸度模型软件及比较目前在上述逸度模型的基础上，研究人员相继提出了多个不同的多介质逸度模型，这些模型都已经实现软件化并提供给最终用户，用于相关的科学研究，例如：SimpleBox、QWASI(Quantitatative water air sedi
10、ment interaction)、CalTOX、ChemCAN、EQC(EQuilibrium Criterion)、ChemRange(Find chemical system by specifying a property value range)、BETR(Berkeley Trent)、CHEMGL、GREATER(Geo referenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers)XtraFOD（Xenobiotics transfer in the primary FOOD chain）、2-FUN(Full
11、-chain and UNcertainty Approaches for Assessing Health Risks)、Impact 2002(Impact assessment of Chemical Toxics)、LOTOS-EUROS(Long Term Ozone Simulation-European 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -Ozone Simulation)、CliMoChem(Global Dynamic Multicompartment Model)等。这些模型的相似性大于差异性，当给予同样的输入数据时，这些软件会产生同样的
12、结果，其主要差异在于软件中模型涉及的区间及子区间的数量及在计算机处理能力方面。下面将针对上述这些常用的多介质模型软件的功能、特点、应用领域、发展方向等展开深入的讨论。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -表 3 不同模型间对比基本特征影响类别暴露途径化学品介质空间范围稳态动态敏感性与不确定性分析人口特征SimpleBox 嵌 套 式 多 介质归趋模型生态毒理学未考虑有机物空气、两种水相、沉积物、3 种土壤和两种植被相区域洲际全球稳态动态都涉及未考虑QWASI 地表水生态毒理学未考虑有机物无机物空气、水、底泥当地稳态非稳态都涉及未考虑CalTOX 环境多介质归趋
13、模型生态毒理学未考虑有机物大气、表层水、植物、沉积层、表层土壤、根际土壤、渗流区土壤区域洲际全球稳态动态未涉及未考虑ChemCAN 稳态的环境多介质模型人体毒性吸入、接触、食入、针刺、破损皮肤有机物非挥发化合物空气、地表水、土壤、底泥、地下水、沿海水域、陆地植物区域稳态未涉及未考虑ChemRange 化学品的归趋生态毒理学未考虑不使用金属和离子化合物表层土壤、海洋表层水和对流层空气全球稳态动态未涉及未考虑EQC 环境多介质模型生态毒理学未考虑有机物空气、水、土壤、底泥区域全球稳态敏感度分析未考虑名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -基本特征影响类别暴露途径化学
14、品介质空间范围稳态动态敏感性与不确定性分析人口特征BETR 环境多介质归趋模型生态毒理学未考虑有机物上层大气、下层大气淡水、淡水沉积物土壤、沿海水和植被区域洲际全球稳态动态都涉及未分类ChemGL 化学品的归趋和暴露评估生态毒理学未考虑有机物无机物空气边界层、自由对流层高空层、表层水、表层土壤地下土壤、底泥、地下水、植物的叶子和根当地稳态动态都涉及未分类GREAT-ER 化学品的归趋和暴露评估生态毒理学未考虑有机物空气、水、土壤、底泥和植物当地稳态动态都涉及未分类XtraFOD 化学品的归趋和暴露途径分析人体毒性吸入、食入皮肤接触有机物无机物空气、水、沉积物、3 个土层、植被未说明动态都涉及分 年 龄性别2-FUN 多介质模型与药物动力学生理模型结合人体毒性吸入、食入皮肤接触有机物无机物空气、地表水、地下水植物、动物未说明动态都涉及分 年 龄性别名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -