化学污染物在环境中的分布

对包括迁移和分布在内的化学污染物的各种环境行为很难作出可靠的预测，而现场实测工作又难以控制条件且耗资巨大，所以一般是先提出一种迁

移模型，然后通过实验室工作，对每个单一过程进行研究，并获得必要的参数，然后再反过来验证原先模型的准确性。

目前已提出过许多种可用于阐明化学污染物环境分布的模型。现以某非极性有机污染物为例，介绍一种处理问题的最简模型。建立这种模型仅需具备污染物在各圈层间的相间分配系数数据，而这些系数可通过实验测定或从污染物的基本物理化学性质参数予以估算。虽然这种模型过于简化，但却可作为进行动力学模型研究的先导性工作。

图 2-27 所示的是一个简化的自然生态系统。V 代表限定空间的总体积， M 代表污染物总量，以％V 和％M 分别表示某一圈层相对于总体系的体积百分数和进入该圈层污染物的质量百分数。

在解决污染物于各圈层分布问题时先提出如下几个假设：①每一圈层中的介质是均匀的，污染物在其中分布也是均匀的；②污染物一旦进入环境， 即迅速迁移，随后达到分配平衡；③污染物在迁移过程中来不及发生降解， 只是在达到分配平衡之后方始发生降解。

释入环境的污染物在各圈层中的分配情况表示如下：

化学污染物在环境中的分布 - 图1

以上各分配平衡常数都可通过实测或计算得到。

（1）K 和 K ’为吸附平衡常数，在本质上都关系到水中污染物在固相物

质表面的吸附-解吸平衡过程。对这两个分配平衡常数可作类同的处理。常见的吸附等温线方程有多种，在此比较适用的是经验性的弗里德里胥方程：

x = K c 1 （2 - 4）

m a w n

式中 x——处于吸附平衡时的污染物的被吸附量； m——吸附剂的量； cw——水相中污染物的平衡浓度；

1 − −非线性系数；

n

Ka——吸附平衡常数。

1

污染物在环境体系中浓度很低，可取 n = 1，所以

x

m = Ka cw

这里的 Ka 是可以通过实验测定的（参见 4.6.2）。

  1. Kd 和 Kd’为溶解平衡常数，都关系到污染物在液-气两相间的溶解- 挥发平衡过程，对这两个分配平衡常数可作类同的处理。在平衡条件下，

Kd=cw/ca （2-5）

式中，cw 和 Ca 分别表示水相和大气中污染物的平衡浓度，cw 实际上也就

是污染物在水中的溶解度。

利用理想气体方程，很容易将上式转换为可供实际计算的下列表达式：

Kd =

Tc w

120pM

（2 - 6）

式中 T——绝对温度p——污染物的蒸气压（Pa） M——污染物的分子量。

根据上式，在已知污染物性能参数的情况下，就可通过计算求得 Kd 或K ’ 。

  1. BFBF 为生物浓集因子，关系到污染物在环境介质和生物体内摄取一排泄平衡过程，BF 值通常用鱼作试验求得。在此定义

BF = cb

cw

（2－7）

式中 Cb 和 cw 分别为污染物在生物体内和在水中的平衡浓度，一般情况下，BF＞1。对很多有机疏水性污染物，生物浓集因子 BF 与其在正辛醇-水相间的分配系数 Poct 之间有很好的相关性。这是因为这类污染物在生物体脂类中的溶解能力与在正辛醇中相接近的缘故。图 2-28 所示是四氯乙烯等七种化学物质对于鳟鱼的 BF-Poct 相关曲线，并可用以下公式表达：

lgBF=0.542 lg Poct+0.124

污染物的 Poct 很容易通过实验求得（一些有机物的 Poct 值列举在附录四），再由以上相关公式求得 BF 值。

在达到分配平衡时，上述各平衡常数可分别用以下公式表达（ρ表示密

度）：

K = % Mss / (% Vss )ρss  μg对象物 / g沉积物

a %M / (%V )ρ  μg对象物 / g水 

w w w  

BF =

% Mf (%Vf )ρf

μg对象物 / g鱼

% M (% V )  g对象物 / g水

w w ρw  μ 

K = % Mw / (% Vw )    μg对象物 / L水

d % M / (% V )  g对象物 / L大气

a a  μ 

K ' = % M sw / (% Vsw )  μg对象物 / L土壤水

d % M / (% V )  μg对象物 / L大气 

a a 

K ' =

% Ms / (% Vs )ρs

  μg对象物 / g土壤

a %M

/ (% V )

 g对象物 / g土壤水

sw sw

ρsw  μ 

联立以上五方程，并假定ρs=ρss=2.5，

ρsw=ρw=ρf=1，可以求得在达到分配平衡后污染物在各圈层中的质量分布表达式，如污染物在水系中分配的质量百分数为

  % Vss 

 % Vf 

1  % Va 

'  % Vsw 

' '  % Vs  

−1

% M w

= 100 ×Ka   2.5 + BF

 +   + Kd 

 + Ka

  • Kd   2.5 + 1

  % Vw 

 % Vw  Kd  % Vw 

 % Vw 

 % Vw   

相似地可导出用于计算％Ma、％Ms、％Mf、％Mss、％Msw 的表达式。此外， 如已知散入环境中污染物的总量，则还可以计算出污染物在各圈层中的浓度大小。