核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為

1、第5章 放射性物質(zhì)在地面水體中的行為 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為水體的污染定義： 水體因接受過(guò)多的雜質(zhì)而導(dǎo)致其物理、化學(xué)、及生物學(xué)特性的改變和水質(zhì)惡化，從而影響水的有效利用，危害人體健康的現(xiàn)象。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為1. 一般化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)，如pH、堿度、硬度、陰陽(yáng)離子、總含鹽量等；2. 有毒化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)，如重金屬、氰化物、PAHs、農(nóng)藥等；3. 有關(guān)氧平衡水質(zhì)指標(biāo)，如溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、總有機(jī)碳(TOC)等。水質(zhì)與水質(zhì)指標(biāo) (water quality a

2、nd index)水質(zhì)指標(biāo)分三類(lèi)： 物理指標(biāo) 化學(xué)指標(biāo) 生物指標(biāo)1. 感官物理性狀指標(biāo)，如溫度、色度、氣味、渾濁度、透明度等；2. 其他物理性狀指標(biāo)，如總固體、懸浮固體、溶解固體、可沉固體等。包括細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)、各類(lèi)病原細(xì)菌、病毒等。水質(zhì)，即水的品質(zhì)，是指水與其所含雜質(zhì)共同表現(xiàn)出來(lái)的物理、化學(xué)和生物學(xué)的綜合特性。通常用水質(zhì)指標(biāo)來(lái)衡量水質(zhì)的好壞。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為水污染的污染源核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為常見(jiàn)的四大水污染源核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為工業(yè)對(duì)水的污染源主要有：1）未經(jīng)處理的工業(yè)廢水；2）礦山污水；3）把固

3、體工業(yè)垃圾堆放在水邊。 工業(yè)廢水排放量大、污染面廣、含污染物多且成分復(fù)雜，不易凈化，處理困難。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為未經(jīng)處理的工業(yè)污水核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 農(nóng)業(yè)廢水的排放難控制，極易造成農(nóng)藥污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化等。農(nóng)業(yè)對(duì)水的污染源主要有：1）過(guò)量使用化肥、農(nóng)藥、除草劑的農(nóng)田污水2）養(yǎng)殖場(chǎng)排放的畜禽污水3）水土流失核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 淮河淮南段境內(nèi)一養(yǎng)豬場(chǎng)將垃圾直排淮河 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 生活對(duì)水的污染源主要有：1）把生活垃圾倒在水邊； 2）未經(jīng)處理的生活污水；3）把餐飲泔水直接或間

4、接排入水體中；4）車(chē)油泄漏和在河邊洗車(chē)核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為未經(jīng)處理的生活污水任意堆放垃圾，經(jīng)雨水帶入河水中核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 城市生活污水的排污口核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 把剩飯菜排向下水道核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為過(guò)量使用洗衣粉過(guò)量使用洗潔精核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為汽車(chē)漏油會(huì)污染地下水在河邊洗車(chē)會(huì)污染水源核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為水污染特點(diǎn) 1、各類(lèi)工業(yè)與大型企業(yè)密集在城市，排入城區(qū)河段的污染物數(shù)量極大，故一般流經(jīng)城市的河流污染都很?chē)?yán)重； 2、

5、海洋污染，其中以石油污染最為突出； 3、污染物種類(lèi)越來(lái)越多，其中毒物、劇毒物、長(zhǎng)期殘留物特別令人關(guān)注； 4、陸地水體中，河流流速大稀釋與自?xún)裟芰?qiáng)，污染較輕，較易恢復(fù)；湖泊交換能力弱，污染物能長(zhǎng)期停留，易使水質(zhì)惡化和引起富營(yíng)養(yǎng)化； 5、地下水遭受工業(yè)廢水和城市污水日益嚴(yán)重，而且一旦污染，不易恢復(fù)，甚至不能恢復(fù)； 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為水體中放射性物質(zhì)的來(lái)源1、放射性廢水的排放是地面水體放射性污染的主要來(lái)源；2、大氣中氣載放射性物質(zhì)的沉積、污染地面上的徑流也是一個(gè)來(lái)源之一。5.1 放射性物質(zhì)在地面水體中的行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 放射性物質(zhì)進(jìn)

6、入水體后將伴隨著各種物理、化學(xué)及生物過(guò)程。 物理過(guò)程：水的流動(dòng)導(dǎo)致污染物質(zhì)在水中的彌散及固體顆粒狀污染物在水中的沉積與再懸浮。 化學(xué)過(guò)程：放射性物質(zhì)在水中的水解、絡(luò)合、氧化還原、沉淀、溶解等過(guò)程。 生物過(guò)程：水生物對(duì)放射性物質(zhì)的吸收、吸附、代謝及轉(zhuǎn)化等作用。 水體的放射性污染對(duì)人可能造成內(nèi)照射及外照射兩種輻射。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為放射性物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化 通過(guò)沉淀-溶解、氧化-還原、配合作用、膠體形成、吸附-解吸等一系列物理化學(xué)作用進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化，參與和干擾各種環(huán)境化學(xué)過(guò)程和物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，最終以一種或多種形態(tài)長(zhǎng)期存留于環(huán)境，形成永久性的潛在危害。 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放

7、射性物質(zhì)在地面水體中行為5.1.1 地面水體的分類(lèi)和組成 a 水的分布 b 環(huán)境水：自身的循環(huán) 與外界的作用 c 環(huán)境水的組成： 水、懸浮物、膠體物質(zhì)、溶解物質(zhì)。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為地面水體海洋、江河、湖泊、 沼澤等水域；地下水環(huán)境水環(huán)境水降水核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為海洋：97.3%（咸水）冰川：2.1% （固體淡水）地下水：0.6%地表水：0.01%大氣水和生物水：0.001%能夠被人類(lèi)直接利用的水不足1%核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為a 水體本身的循環(huán) - 蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)

8、、降水、徑流、入滲 b 水體與其周?chē)镔|(zhì)廣泛接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 天然水中夾有環(huán)境物質(zhì) 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 水中所含的雜質(zhì)，按其在水中的存在狀態(tài)可分為三類(lèi)：懸浮物質(zhì)、溶解物質(zhì)和膠體物質(zhì)。 懸浮物質(zhì)是由大于分子尺寸的顆粒組成的，它們借浮力和粘滯力懸浮于水中； 溶解物質(zhì)則由分子或離子組成，它們被水的分子結(jié)構(gòu)所支承； 膠體物質(zhì)則介于懸浮物質(zhì)與溶解物質(zhì)之間(見(jiàn)圖)。 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為5.1.2 放射性物質(zhì)在地面水體中的化學(xué)形態(tài) 放射性物質(zhì)在水體中的存在狀態(tài)因其來(lái)源不同而異，進(jìn)入水體后發(fā)生物理化學(xué)

9、變化使?fàn)顟B(tài)發(fā)生變化。 存在狀態(tài)形式有：溶存狀態(tài)、膠體狀態(tài)、微粒狀態(tài)三種。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為放射性物質(zhì)在水體的存在狀態(tài)影響因素: 放射性物質(zhì)來(lái)源 放射性物質(zhì)存在的水體 海洋面積大且水量多，人們對(duì)海洋中放射性物質(zhì)研究得比較多。 在海洋中，89Sr、90Sr、137Cs、226Ra等以離子狀態(tài)存在； 55Fe、59Fe、232Th以膠體存在； 51Cr、 54Mn、60Co、64Cu 、 95Zr、106Ru、 144Ce 以溶存、膠體和微粒狀態(tài)存在。 它們存在的狀態(tài)與水體的pH值、水體的組成及放射性物質(zhì)在水體的深度等因素有關(guān)。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體

10、中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為5.1.3 放射性物質(zhì)在地面水體中的化學(xué)反應(yīng) 1、氧化還原反應(yīng) 環(huán)境水中含有許多無(wú)機(jī)及有機(jī)氧化劑和還原劑。水中主要的氧化劑有溶解氧、Fe3+、Mn4+和S6+，其作用后本身依次轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O、Fe2+、Mn2+和S2-。水中主要還原劑有種類(lèi)繁多的有機(jī)化合物、Fe2+、Mn2+和S2-，在還原物質(zhì)的過(guò)程中，有機(jī)物本身的氧化產(chǎn)物是非常復(fù)雜的。 水體中的氧化還原反應(yīng)主要取決于水中的氧化還原電勢(shì)E和pH值。 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為天然水中的氧化-還原平衡核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放

11、射性物質(zhì)在地面水體中行為、絡(luò)合反應(yīng) 環(huán)境水中含有多種無(wú)機(jī)和有機(jī)配位體： 無(wú)機(jī)配位體： OH、Cl、CO3 2- 、F、S 2- 有機(jī)配位體： 土壤中的腐殖質(zhì)，動(dòng)植物組織的天然降解產(chǎn)物，如氨基酸，以及洗滌劑、清潔劑、EDTA、農(nóng)藥和大分子環(huán)狀化合物。 不同水體所含配位體的種類(lèi)和含量也不同。淡水中的主要配位體為 ；海水中的主要配位體為Cl- 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為水環(huán)境中的配位作用-腐殖質(zhì)配合作用 腐殖質(zhì)-有機(jī)高分子物質(zhì)（分子量在300到30000以上） 環(huán)境中最主要的天然螯合劑 （根據(jù)腐殖質(zhì)在堿和酸溶液中的溶解度）（1）腐

12、殖酸 溶于稀堿液不溶于酸部分，分子量由數(shù)千到數(shù)萬(wàn)。（2）富里酸 溶于酸又可溶于堿的部分，分子量由數(shù)百到數(shù)千。（3）腐黑物 不能被酸和堿提取的部分。 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為腐殖酸和腐黑物： 碳：50%60%， 氧：30%35%， 氫：4%6%， 氮：2%4%富里酸 ： 碳和氮：44%50%和1%3%。氧：44%50% （不同地區(qū)和不同來(lái)源的腐殖質(zhì)其分子量組成和元素組成都有區(qū)別）腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 苯環(huán)、羧基、醇基和酚基核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 富里酸結(jié)構(gòu)式 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 腐殖質(zhì)對(duì)重金屬的配合作用核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第

13、5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為天然水pH4時(shí)，腐殖質(zhì)中-COOH的H解離，發(fā)生（B）、（C）、（E）；天然水pH7時(shí)，腐殖質(zhì)中-OH的H解離，發(fā)生（A）、（D）；腐殖質(zhì)中分子量小的與重金屬配合作用強(qiáng)，配合物溶解度高，富里酸腐殖酸胡敏素核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 3、吸附 水體中存在一定量的懸浮物微粒及膠體，它們具有發(fā)達(dá)的表面，且常常還含有離子交換基團(tuán)或帶有電荷，可吸附水體中的放射性物質(zhì)。這種吸附作用與微粒的粒度、組分、表面電荷狀況以及水體的性質(zhì)有關(guān)。環(huán)境水中的大部分膠體帶有負(fù)電荷，只有少數(shù)膠體帶正電荷。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章

14、放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為水環(huán)境中顆粒物的吸附作用 表面吸附、離子交換吸附和專(zhuān)屬吸附 由于膠體具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用，膠體表面積愈大，所產(chǎn)生的表面吸附能也愈大，膠體的吸附作用也就愈強(qiáng)，屬于一種物理吸附。 由于環(huán)境中大部分膠體帶負(fù)電荷，容易吸附各種陽(yáng)離子，在吸附過(guò)程中，膠體每吸附一部分陽(yáng)離子，同時(shí)也放出等量的其他陽(yáng)離子，因此把這種吸附稱(chēng)為離子交換吸附，屬于物理化學(xué)吸附。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 專(zhuān)屬吸附是指吸附過(guò)程中，除了化學(xué)鍵的作用外，尚有加強(qiáng)的憎水鍵和范德華力或氫鍵在起作用。 專(zhuān)屬吸附作用

15、不但可使表面電荷改變符號(hào)，而且可使離子化合物吸附在同號(hào)電荷的表面上。 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為吸附等溫線(xiàn)： Henry等溫線(xiàn) 直線(xiàn)型，等溫式： G = k c Freundlich等溫式： G = k c 1/n Langmuir等溫式： G = G0 c/（A + c） 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為第三、四章習(xí)題1、對(duì)大型核設(shè)施的環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)通常包括運(yùn)行前本底調(diào)查、運(yùn)行中常規(guī)監(jiān)測(cè)和事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)，分別簡(jiǎn)述這三個(gè)階段的基本監(jiān)測(cè)內(nèi)容？2、測(cè)定某一受210Po放射性污染的試樣，由蓋革計(jì)數(shù)管測(cè)得的計(jì)數(shù)率為256次/秒，經(jīng)過(guò)276天后再測(cè)，其計(jì)數(shù)率為64次/秒

16、，求210Po的半衰期；問(wèn)再過(guò)270天后的計(jì)數(shù)率應(yīng)為多少？3、污染源的東側(cè)為峭壁，其高度比污染源高得多，設(shè)有效源高為H，污染源到峭壁的距離為L(zhǎng)，峭壁對(duì)煙流擴(kuò)散起全反射作用。試推導(dǎo)吹南風(fēng)時(shí)高架連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散模式？當(dāng)吹北方時(shí)，擴(kuò)散模式又將如何變化？4、什么是煙囪的有效高度？煙羽抬升受哪些因素影響？5、推出高斯擴(kuò)散模式中高架點(diǎn)源擴(kuò)散的地面濃度濃度分布C（x,y,0，H）表達(dá)式。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為5.2 放射性物質(zhì)在地面水體中的輸運(yùn)、彌散和遷移5.2.1 放射性物質(zhì)在河流中的輸運(yùn)和彌散1、輸運(yùn)彌散的機(jī)制 輸運(yùn)彌散過(guò)程中與下列因素有關(guān)： 分子擴(kuò)散，物質(zhì)分子在水體中不規(guī)則的隨

17、機(jī)運(yùn)動(dòng)即布朗運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致物質(zhì)遷移； 湍流擴(kuò)散，污染物質(zhì)在水中呈湍流狀態(tài)，由此導(dǎo)致污染； 剪切流彌散，當(dāng)河寬方向橫斷面上水流速度分布不均勻時(shí)，水的流動(dòng)狀態(tài)； 對(duì)流擴(kuò)散，水體不同深度處水溫與密度往往呈層分布，不同深度水層之間溫度與密度的差異形成鉛直方向上的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，由此導(dǎo)致的污染物擴(kuò)散遷移。核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為2、輸運(yùn)彌散的基本方程 污染物質(zhì)在河流中的彌散混合過(guò)程包括隨水流運(yùn)動(dòng)的平流輸運(yùn)及在水流、河寬及水深三個(gè)方向上的擴(kuò)散，根據(jù)濃度梯度擴(kuò)散理論及質(zhì)量平衡原理，污染物在流動(dòng)水體中的濃度分布同樣可采可描述為： 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)

18、根據(jù)地面水體的具體條件對(duì)該方程作出合理和必要的簡(jiǎn)化，如不考慮傳輸過(guò)程中新的污染物源匯項(xiàng)、核素向水底的沉積及其他因素造成的污染物濃度的增加或耗減，則增減項(xiàng)S=0;若在均勻平穩(wěn)的水流場(chǎng)中不存在y、z方向上的二次流組分，則v=w=0,則方程式可簡(jiǎn)化為：核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為3 污染物在河流中的輸運(yùn)與彌散過(guò)程a水深方向彌散混合b 河寬方向彌散混合河流混合稀釋示意圖核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為4連續(xù)點(diǎn)源的彌散模式污染物若以恒定的排放速率排入均勻平穩(wěn)流場(chǎng)的河流中，排放開(kāi)始后不久，水中個(gè)點(diǎn)污染物濃度分布將保持恒定，即 ，河水的流速及擴(kuò)散系數(shù)亦為恒定值，可得核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為(1)橫向混合均勻前 在橫向混合均勻前的混合過(guò)程河段中，由于垂向混合距離很短，計(jì)算中一般假設(shè)污染物在水深方向已與河水混合均勻 。污染物只是在河寬與水流方向上彌散，而且在河水流速不大小的情況下，沿水流方向的平流輸運(yùn)對(duì)彌散過(guò)程所起的作用遠(yuǎn)大于同意方向上湍流擴(kuò)散的影響 。因此可得 核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放射性物質(zhì)在地面水體中行為2）窄河流在有限寬度的河流中，按全反射條件估算，設(shè)排放口坐標(biāo)位置為 考慮河岸對(duì)污染物彌散的多次反射 的邊界條件下，得出二維條件下彌散方程解為核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第5章放