環(huán)境質(zhì)量基本模型ppt課件(已修改)
2025-05-16 05:43 本頁面
【正文】 污染物在環(huán)境介質(zhì)中主要運動形式 (三種 ) 污染物在環(huán)境介質(zhì)中的擴散作用 (三種 ) 環(huán)境質(zhì)量基本模型 — 零維模型的推導(dǎo) 不同的排污條件下，污染物濃度的求解 本章主要掌握內(nèi)容： 1. 基本概念 (1) 環(huán)境介質(zhì) ：能幫助傳遞物質(zhì)和能量的物質(zhì) ， 傳遞 過程中物質(zhì)與能量有可能有耗散 。 (2) 運動 ：事物狀態(tài)的變化 ， 如位置 、 速度 、 密度 、 形態(tài) 、 質(zhì)量 、 溫度 、 帶電量及組成成分 的變化 。 (3) 污染物 ：對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng) (特別是人體健康 )有不良 影響的物質(zhì)和能量 ， 即過量的有害物質(zhì) ， 污染物的質(zhì)量相對于介質(zhì)質(zhì)量是微量的 。 一 . 污染物在環(huán)境介質(zhì)中的運動 ? 推流遷移運動 ? 分散運動 ? 污染物的衰減和轉(zhuǎn)化 2. 污染物在介質(zhì)中各種運動 重要 (1) 推流遷移運動： 污染物遷移量 (質(zhì)量通量 )： (物質(zhì)的質(zhì)量 /單位時間 *單位面積 ， 單位如 g/m2s） y S L ux Q Δt x z uy 這段河道中的總水量 m3 圖 推流遷移運動示意圖 X軸方向通量： fx=uxc Y軸方向通量： fy=uyc Z軸方向通量： fz=uzc 質(zhì)量 uc c t L t S QC = D = D (2) 分散運動：物質(zhì)濃度總從高處向低處擴散。 污染物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的擴散作用包括 分子擴散 ， 湍流擴散 和 彌散 三種。 a. 分子擴散：由分子隨機運動引起的質(zhì)點分散現(xiàn)象，其速度與“熱”有關(guān)。分子擴散符合 Fick第一定律 (質(zhì)量通量 )， 分子擴散的質(zhì)量通量與擴散物質(zhì)的 濃度梯度成正比。 濃度梯度： 在某個方向上的濃度變化率 x y z I1X I1Z I1Y * * Δx Δc= c2 c1 x c1 c2 分子擴散和濃度梯度示意圖 因此，根據(jù) Fick定律寫出： 1x m mCcI E Exx?D= ? ? ??DX上某點濃度梯度 濃度梯度的負(fù)方向 分子擴散系數(shù) 1zmCIEz?=??1ymCIEy?=??式中： I— 三個方向 x,y,z上的污染物擴散通量； 單位：物質(zhì)的質(zhì)量 /(單位時間 *單位面積 ) Em— 分子擴散系數(shù)，各個方向同性且相同。 b. 湍流擴散：由于流體的湍流運動造成污染團內(nèi)部質(zhì)點的各種狀態(tài)的瞬時值相對于其時間平均值的隨機脈動而導(dǎo)致的分散現(xiàn)象。 * * 1C 2C12 ccc ?=DxD 湍流擴散和濃度梯度示意圖 2xxCIEx?=??2yyCIEy?=??2zzCIEz?=??根據(jù) Fick第一定律： Ex, Ey, Ez為 x, y, z 三個方向的湍流擴散系數(shù)，一般 x, y 方向的擴散系數(shù)大于 z方向的擴散系數(shù)； 為環(huán)境介質(zhì)污染物的時間平均濃度。 c. 彌散擴散：由于介質(zhì)宏觀運動 (流速 )分布不均勻造成流體形變引起的擴散。 c1 c2 1C2CxD 彌散擴散和濃度梯度示意圖 為環(huán)境介質(zhì)中污染物的時間平均濃度的空間平 均值； D為 x,y,z三個方向上的彌散系數(shù)。其余符號 意義同前。 C3xxCIDx?=??3yyCIDy?=??3zzCIDz?=??(3) 污染物的衰減和轉(zhuǎn)化 進(jìn)入環(huán)境中的污染物分為 穩(wěn)定 和 非穩(wěn)定物質(zhì) 兩類 。對于非穩(wěn)定物質(zhì) ， 由于生物或化學(xué)的作用 ， 由一種物質(zhì)變化為另一種物質(zhì) ， 對原物質(zhì)是衰減了 ， 而對于新生物質(zhì)而言則是增生了 。 衰減速度常數(shù) 單位時間、單位體積內(nèi)的物質(zhì)增量 （濃度變化速度） 以上數(shù)學(xué)模型是一階一次常系數(shù)微分方程。描述的是某物質(zhì)“濃度”變化速率，是該物質(zhì) “濃度”本身的常系數(shù)一次函數(shù)，又稱 一級動力學(xué)模型。 dC kCdt =?當(dāng)物質(zhì)量為增生時： 當(dāng)物質(zhì)量為衰減時： t c1 c2 * * t2 t1 2121ccdC cdt t t t?D?=D?21d C c d C0 k C ( c c )d t t d tD? ? ? = ?D12dC c dC0 k C ( c c )dt t dtD? ? ? = ? ?D綜合三種作用的圖像理解 E:無推流遷移僅有擴散 F:無推流遷移 有擴散 +衰減 D:推流遷移 +衰減 C:推流遷移 +
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