流动模型是采用各环境相间达到平衡的假设,但模型中包含了进出环境相的化学物质的流动,以及环境相内化学物质的降解和生成。应用通用的衡算方程[后文将给出的式(11-3)],则有物质i在环境中的变化速率=物质i进入环境的速率-物质i离开环境的速率,即
式中,dQA/dt,dQW/dt分别是空气和水的流率,m3·s-1;k是各环境相中的化学物质一级降解速率常数,即dc/dt=-kc。上式可化简为
解方程式(10-56),得
在稳态条件下,即t→∞时,方程式(10-60)的解可简化为
[例10.6]我国自1983年起禁止使用农药DDT,但20年后在广东某城市的空气中仍测得DDT的质量浓度为4000pg[1]·m-3。现以此为例,运用上述模型计算:
(1)水体、生物体和土壤中DDT的质量浓度;在环境模型(1km×1km×1km)内DDT的总质量。
(2)假设周围环境有相同的DDT(无流入或流出情况),计算DDT质量浓度下降50%所需的时间。
降解过程为一级反应,并假设已达化学平衡,已知水中光降解速率常数为kWP=5.3×10-7h-1,水解速率kWh=5.3×10-6h-1;土壤中生物降解速率常数kSB=5.42×10-6h-1,大气和生物体中降解可忽略。其他数据见上所述。
解:(1)环境相中DDT的质量浓度
已知cA,D=4000pg·m-3=4×10-6mg·m-3,因此
cW,D=cA,D/KAW,D=4×10-6/5×10-4=8×10-3(mg·m-3)
cS,D=fCOKCOcW,D=0.02×7.185×104×8×10-3=11.50(mg·m-3)
cB,D=fBKOWcW,D=0.05×2.291×106×8×10-3=916.4(mg·m-3)
在环境模型中DDT的总质量
MD=cA,DVA+cW,DVW+cS,WVS+cB,WVB(www.daowen.com)
=4×10-6×109+8×10-3×106+11.50×1.5×104+916.4×10
=193664(mg)=0.194(kg)
(2)据假设知dQ/dt=0,kA=kB=0,因此
其中
α=KAW,DVA+VW+KSW,DVS+KBW,DVB
=5×10-4×109+106+0.02×7.185×104×1.5×104+0.05×2.291×106×10
=2.420×107(m3)
γ=kWVW+kSKSW,DVS
=(5.3×10-7+3.6×10-6)×106+5.42×10-6×0.02×7.185×104×1.5×104
=121(m3·h-1)
代入上式并整理,得
对照一级反应速率方程dc/dt=-kc,可知
DDT的半衰期为
面对复杂的环境条件和物性各异的污染物,由于受到成本和时间的限制,精确测定污染物在不同环境相分布的工作只能有限度地进行,而通过合适的模型来预测化学物质在整个环境中的归宿则是可选择的路径之一。本节介绍的模型虽然简单,但只要有足够的、高质量的基础数据,同样可以对化学物质在各环境相的分布趋势和浓度进行可靠的估算。
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