实验方法与模型开发
沉积物实验分析
从两座被洪水破坏的房屋内收集了沉积物，并分析了金属和有机污染物。采用微波辅助酸消解法提取金属，基于EPA方法3051和6020，采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行分析。在丙酮/己烷中超声提取有机污染物，采用EPA 3550B和8270C方法进行气相色谱-质谱(GC-MS)分析。关于这两种分析的进一步细节可在其他地方获得(10)。
气相建模
沉积物和气相之间的污染物分布受沉积物含水量和比表面积以及物种蒸汽压和分子量等特性的控制。为了确定气相中可能的最大浓度，采用了最坏情况建模方法。最坏情况的方法假设沉积物完全被水饱和，从而使尽可能多的挥发性和半挥发性物质进入气相。这个热力学平衡模型是有用的，因为它设定了感兴趣的物质的气相浓度的上限。沉积物-空气分配用亨利定律常数和沉积物-水分配系数来描述。沉积物-空气分配系数KSG (atm kg/mg)由式1给出:
^sw，其中Ksw (L/mg)为泥沙-水分配系数，由式2给出:
KSW = focKoc (2)
foc为沉积物有机碳分数，Koc (L/kg)为沉积物物种有机碳分配系数。
从文献和标准参考文献中获得了所有物种的物理化学性质。这些参数，连同关于沉积物组成的实验数据，能够计算所有感兴趣的化合物的气相浓度。
在计算单个物种的气相浓度时，可以使用两个单独的方程，这取决于输沙量(wAS)的实测值与计算出的临界输沙量(wAC)的比较。临界输沙量是沉积物中与最大可能汽相浓度(由物种的饱和蒸汽压给出)保持平衡的浓度。泥沙负荷的实测值超过了计算的临界值，这意味着存在足够大的污染物量，使得气相浓度与纯冷凝相物质处于平衡状态。
为了完整起见，这里将列出计算跨多个阶段的单个污染物浓度的方程，但将不进行推导。模型的完整发展和方程的推导可在其他地方获得(12)。计算汽相浓度和模相浓度的最终方程见表I。
气溶胶建模
气相污染物分解成富含有机物的气溶胶，如霉菌孢子，可能是某些类别污染物的重要汇。最令人担忧的是雾化的霉菌阶段，因为它能够被返回的居民吸入，可能会增加对某些有毒化学物质的大规模接触。
我们通过考虑辛醇作为霉菌孢子的有机和生物部分的代表，开始建模分析。辛醇-空气分配系数K0a可以用来描述有机污染物在颗粒相和气相之间的分配。根据K0a定义模气相分配系数(KMG)，孢子有机碳分数foc为:
Kmg (|ig/m3模具/¿ig/m3空气)可以用于预测颗粒质量负荷，使用先前模型预测的汽相浓度结果。模型参数包括有机碳分数(foc)和孢子湿密度，以提供孢子污染物负荷的保守估计。需要提醒读者的是，模型预测并不是污染物质量负荷的绝对测量，而是应该作为在广泛范围内评估被淹房屋内多个阶段的污染物分布的第一近似。计算霉菌孢子负荷的方程见表I。
表一、室内污染物多相浓度计算公式。
WAS < wAC |
是> wAC |
|
汽相 |
wasKsgMWa |
p ?mwa |
RT |
RT |
|
模具的电影 |
y»asKSGKMGVfilmMWA |
pTmwakmg |
RTmjUm |
RTpmM |
|
霉菌孢子 |
^ ASKSGKMCCMvapMWA |
PTMWACMvapKMG |
RTPmold |
RTpmM |
请注意。MWa = A种的分子量;KMG =模气相分配系数(定义如下);mfl|m & Vfl|m =模膜质量和体积;CMvap=霉菌气溶胶汽相浓度;Pmoid =修正后的模具湿密度
单位为:[ig/m3(蒸汽);Mg /kg(模膜);ng/m3(霉菌孢子)来源:经文献12允许转载。版权所有2008年美国学会土木工程师．
请注意。MWa = A种的分子量;KMG =模气相分配系数(定义如下);mfl|m & Vfl|m =模膜质量和体积;CMvap=霉菌气溶胶汽相浓度;Pmoid =修正后的模具湿密度
单位为:[ig/m3(蒸汽);Mg /kg(模膜);ng/m3(霉菌孢子)来源:经文献12允许转载。版权所有2008美国土木工程师学会。
电影建模
除了雾化的霉菌孢子外，气相污染物还可以在气相和生长在墙壁和其他内部表面的霉菌膜之间进行分配。化学上，我们假设霉菌孢子和霉菌膜是由相同的物质组成的(相当于假设该膜是霉菌孢子的集合，如前所述(13))。因此，这里可以应用与气溶胶相相同的建模方法，唯一的区别在于颗粒相和薄膜相的代表体积。根据直接观察和风暴后拍摄的大量受损洪水房屋的图像(14)，我们保守地估计室内霉菌表面覆盖面积为10平方米。当然，有些结构的模具表面覆盖面积比我们估计的要大得多。薄膜厚度由Diamond等人广泛研究的城市有机薄膜的典型厚度估算(15-17)。他们报告的薄膜厚度范围从29-250纳米，70纳米薄膜是平均厚度(16,17)。因此，我们考虑的模膜体积约为7* 10”8立方米。模膜载荷的计算公式见表一。
目前，很少了解挥发性或半挥发性有机化学分配在无论是霉菌膜或雾化的霉菌孢子。这里采用的平衡方法是第一近似技术，旨在探测某些类别的化合物可能具有的模具相的亲和力。显然，在这个领域需要更详细的实验分析，这些数据可以用来形成更精细的平衡分布模型的基础。
整体质量分布
基于蒸汽、气溶胶和薄膜模型的结果，以及实验沉积物分析，可以获得家中所有阶段污染物的全球质量分布。按污染物质量划分阶段可以作为该地区研究人员、急救人员、返回居民和恢复工作人员的有用工具，通过突出显示在特定阶段哪种污染物可能最普遍。
质量分布模型是通过拉瓦锡物种质量平衡方法构建的，该方法考虑了随沉积物进入家庭的污染物质量，以及污染物在所有四个室内相(沉积物、蒸汽、气溶胶、薄膜)中的最终平衡分布。每个阶段的物种质量与污染物总质量的比率给出了每个物种/污染物类别在多个室内阶段的相对分布。关于本文描述的所有模型的进一步发展细节可在其他地方获得(11,12)。
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