化学品多介质逸度模型软件研究进展

因化学品而产生的环境和健康问题日益引起人们的广泛关注,由于大多数化学品存在剂量-效应关系,使得化学品的暴露水平直接影响其在环境介质中的生态效应,多介质模型可以预测化学品在环境各介质中的浓度水平,为预防和控制化学品的生态风险提供理论支撑.本文详细调查了近年来基于逸度理论开发的多介质模型软件的应用状况,分析和总结了常用逸度模型软件的功能、特点、应用领域等,并展望了化学品多介质模型逸度软件的发展趋势,以期为化学品的环境风险评价和环境管理提供技术参考.     

预测沉积物-水微宇宙系统中化学品浓度变化的多介质模型

沉积物-水微宇宙系统是经济合作发展组织(Organisation for Economic Co-Operation and Development,OECD)颁布的化学品测试准则中推荐的试验系统之一,可用来测试化学品对底栖生物的慢性毒性。为了在试验前对化学品的浓度变化进行预测,进而确定试验方法,以摇蚊慢性毒性试验系统为例,采用环境多介质模型的建模方法,构建了一种可通过化学品理化性质和试验系统参数,对化学品在沉积物-水试验系统中浓度变化进行预测的模型。结合试验数据和文献资料,给出了模型中试验系统参数的推荐取值,并使用Matlab软件中的Simulink工具对模型进行编程和求解。以此模型为基础,给出了模型在3个方面的应用,即预测蓄积时间、预测平衡时间以及拟合试验数据。对80种已有或假想化学品的蓄积时间和平衡时间进行了计算,得出的范围分别为1~204 d和1~73 d。此外,适当修改模型结构和模型参数,也可将其应用于其他暴露场景中。但使用模型对化学品浓度进行预测时发现,模型仅对沉积物中化学品浓度的预测结果较为准确,而对水中化学品浓度的预测结果与实测值相差1~2个数量级。模型对浓度的预测精度未来仍需进一步提高。上述研究结果完善了沉积物-水微宇宙系统试验方法。     

反映我国空间分异特性的多介质环境逸度模型的构建及十溴二苯醚的归趋模拟

化学品的浓度水平、排放量都与具体的地理位置密切相关,发展具有空间分异特性的多介质环境逸度模型,可更加准确地描述化学品的多介质环境归趋.本研究基于我国的区域环境属性,建立了 50 kmx50 km分辨率的空间分异Ⅲ级多介质环境逸度模型.以阻燃剂十溴二苯醚(BDE-209)为例,模拟和预测了 BDE-209在我国的多介质环境中的分布.结果表明,上海、山东和广东等东部地区大气与土壤中BDE-209浓度较高,陕西、山西等中西部地区水与沉积物内BDE-209浓度较高.BDE-209在大气、水、土壤和沉积物中的平均浓度分别为2.02×10-6 μg·m-3、6.64×10-6μg·m-3、1.93 μg·kg-1 和3.65×10 μg·kg-1.土壤和沉积物是BDE-209主要的汇,其含量占其环境总量的98.65％.所构建的具有空间分异特性的多介质环境逸度模型,适用于持久性有毒化学物质在我国环境中的归趋模拟,有助于化学品的环境风险预测与管理.     

面向化学品风险预测的计算毒理学软件比较研究

化学品风险评价是进行化学品环境管理和污染防治的前提,其关键在于化学品环境暴露和危害性数据的获取。仅采用实验测试获取相关数据的效率较低、成本高,难以满足数以万计的化学品风险评价的需求。以定量构效关系(QSAR)模型为代表的计算毒理学技术,可实现化学品环境暴露与危害性参数的高通量预测,是填补相关数据缺失的重要方法。近年来,计算毒理学领域发展了一批面向化学品环境暴露和危害性参数预测的软件工具,集成了数据和模型资源,在化学品管理活动中发挥了重要作用。本研究共搜集了国内外25款计算毒理学软件,通过文献资料调研和软件试用,从开发背景、预测终点、预测方法、功能与信息完整度和内嵌模型预测性能等方面对软件进行分析比较。分析表明,化学品管理法规支持、多方合作和数据共享,是计算毒理学软件开发的重要基础条件。现有计算毒理学软件在预测终点覆盖度、预测结果可靠性、软件实用性和可拓展性方面仍有提升空间。未来相关软件的开发需要结合深度学习等先进建模技术,增强软件的预测性能并扩大其应用范围,使之成为化学品风险综合评价和决策分析的实用工具。     

南京地区PCB52多介质迁移归趋行为模拟及环境风险评价

运用多介质逸度模型对PCB52在南京地区空气、水体、土壤和沉积物中的浓度分布与多介质间的迁移、归趋行为进行模拟研究并分析PCB52在研究区域环境多介质间的迁移通量,确定其在环境中的主要迁移过程;结合文献中的监测数据,对模型的可靠性进行验证;对模型的输入参数进行灵敏度分析;通过模拟浓度与实际浓度的对比,表明模型在该地区具有很好的适用性。结果表明,环境系统达到平衡时,PCB52在沉积物中的含量占其在环境系统总含量的96.12%;PCB52从环境系统中的消失途径主要为空气平流输出和空气降解;环境温度和空气平流输入是影响化合物在环境相中浓度分布的最主要因素。此外,PCB52初步的生态风险评价表明其对生态环境未构成严重威胁,但潜在危害仍不容忽视。     

持久性有机污染物在陆生食物链中的生物积累放大模拟研究进展

借助环境模型模拟污染物在多介质间的迁移、归趋行为和生物积累放大,既是生态和健康风险的评估基础,又是研究污染物环境过程的一种重要的方法和手段。利用生物积累模型研究持久性有机污染物(POPs)在食物链中的生物富集和生物积累放大对于生态及健康风险评价具有重要意义。重点介绍了国内外关于POPs在陆生食物链中的各类生物积累模型及应用,包括原理、模型的特点和优势及不足之处,并对模型的改进提出了相应的建议。基础环境参数不足、实验数据缺乏和物种特异性是制约此类模型发展的主要原因。     

化学品环境归趋模型及应用

环境归趋模型是化学品管控的重要工具.环境中化学品归趋模型的开发和应用逐渐增多,然而有关应用化学品归趋模拟的模型综述报道较少.本文汇总了目前已用于模拟化学品归趋的模型清单,结合模型结构特点,将化学品归趋模型分为四类:以源排放估算为基础的化学品归趋模型、以环境多介质模型为基础的化学品归趋模型、以水文水质模型为基础的化学品归趋模型及化学品综合管理模型.介绍了模型的基本原理和发展历程,概述了各种模型特点和不同环境条件下模型的应用情况,并进一步探讨化学品归趋模型的应用前景和发展趋势.文章以期为目前化学品归趋模拟研究提供更清晰的现状分析,为化学品归趋模型的选择提供参考.     

基于集成学习算法构建有机化学品鱼体生物富集因子的QSAR预测模型

生物富集因子(BCF)是评价化学品生物累积能力的重要参数.目前全球市场上使用的化学品数量已超过了35万种,但是只有一千多种化学品具有BCF值.定量构效关系(QSAR)模型被认为是一种有效填补数据空缺的方法.目前大多数预测BCF的QSAR模型为单一模型,而集成模型可能会对BCF的预测效果有所改进.本研究建立了一个全面的鱼...     

构建基于GHS标准的黑头呆鱼(Pimephales promelas)急性毒性二元分类模型

鱼类急性毒性参数是进行化学品生态风险评估、分类标签等工作不可或缺的毒性指标。本文选取634个有机化学品对黑头呆鱼(Pimephales promelas)的急性毒性数据,并依据"全球化学品统一分类和标签制度"(GHS)中推荐的分类标准,将急性毒性值小于和大于100 mg·L-1的物质分别划分为有毒物质和无毒物质。以分类结果为建模指标,构建了基于欧几里德距离的K最近邻(k NN)二元分类模型。评估结果表明,模型训练集和验证集的预测准确度(Q)、敏感性(Sn)和特异性(Sp)参数均大于0.7,说明模型具有较好的预测能力。因而,在化学品分类标签工作中,可使用该模型预测缺失的鱼类急性毒性类别。     

化学品环境暴露评估模型研究进展

各国政府高度重视化学品生产使用引发的环境问题,研发了一系列环境暴露预测模型,包含了点源暴露到面源暴露各种排放模式,局部暴露、区域暴露及洲际暴露的各种预测尺度,筛选评估到确认水平的不同评估层级,用于评估化学品的潜在风险。本文从模型功能、机理出发,综述了化学品环境暴露评估涉及的排放估计、水/土/气、多介质以及食物链评估模型,以期为推动我国化学品环境暴露模型的研发提供参考。     

化学品环境暴露评估模型研究进展

各国政府高度重视化学品生产使用引发的环境问题,研发了一系列环境暴露预测模型,包含了点源暴露到面源暴露各种排放模式,局部暴露、区域暴露及洲际暴露的各种预测尺度,筛选评估到确认水平的不同评估层级,用于评估化学品的潜在风险。本文从模型功能、机理出发,综述了化学品环境暴露评估涉及的排放估计、水/土/气、多介质以及食物链评估模型,以期为推动我国化学品环境暴露模型的研发提供参考。     

基于环境逸度模型的化学物质暴露与风险评估研究进展

工业化学品通过各种迁移转化过程后在环境区间中广泛分布,同时新化学品正被大量的生产并进入环境,使得对于化学品管控的需求和压力不断增加。基于这一背景,多国政府颁布了相应的政策法规对化学品进行管控。除了用相应的政策法规进行预先管控之外,使用基于逸度概念的多介质环境模型来表征化学品的行为与归趋是一个相对简单而有效的方法,不仅适用于环境中存在的现有化学品的暴露评估,也成为各国化学品管理中对新化学品的环境暴露进行预测的有力工具。本文综述逸度概念与方法、相关环境模型、建模过程、应用验证等方面的国内外研究进展,希望能够对我国化学品环境暴露评估与风险评估的模型构建、优化与方法应用提供信息和借鉴。     

含特殊官能团有机物分配系数预测的多参数线性自由能关系(PP-LFERs)研究

利用多参数线性自由能关系(PP-LFERs)模型预测有机物的有机碳-水分配系数(Koc)是一种高效经济的估算方法.基于广泛收集的文献中165种(18类)化合物的lg Koc和分子结构参数(E、S、A、B、V)值,通过多元线性回归方法,用建模组132种化合物构建了两种预测多种类有机物lg Koc的PP-LFERs模型:EV模型和简化的V模型.它们的复相关系数分别为0.92和0.87,标准误差分别为0.37和0.49.用验证组33种化合物对模型进行了验证的结果表明,两种模型均具有较好的预测性和稳健性.在数据集中包括有8种典型的高氟和硅氧烷类化合物,对于硅氧烷类化合物,EV模型和V模型的实测值和预测值的均方根误差分别为0.38和0.16;对于高氟类化合物,两模型的均方根误差分别为0.66和0.75,说明了模型对这两类化合物预测的准确性.最后,从分子间作用力角度分析了有机物的吸附机理,得出空穴作用和色散作用是非极性化合物吸附的主要动力,而在极性化合物中,空穴作用和氢键作用最为显著.     

多孔介质中三氯乙烯的非线性吸附-对流-弥散模型

研究三氯乙烯(TCE)在含水层中的迁移转化规律,对评价其在环境中的影响、预测其在环境中的行为规律及确定相应的修复技术有着重要的意义.TCE在细砂中的等温吸附规律研究采用批试验和模拟柱试验方法.批试验结果采用四种不同的非线性等温吸附模型进行拟合.结果显示,Linear-Langmuir-Freundlich (LLF) 模型的拟合效果最佳,且该模型能较好地描述表面吸附和分配作用.利用经典对流扩散模型,将以KCl为示踪剂的柱试验结果采用非线性最小二乘法反演模拟柱中的纵向弥散度;利用非线性吸附对流扩散模型,将TCE的模拟柱试验结果采用遗传算法反演吸附参数;结果显示Langmuir等温吸附模型描述柱试验中的吸附模式最好.即批试验与柱实验中的吸附模式是不同的.该结论表明必须重新审视非平衡吸附理论在运移模型中的适用性,以及该理论适用的前提条件.在试验结果和模型反演获得的参数基础上确定的TCE在多孔介质中运移的一维非线性吸附-对流-扩散模型,能够很好地揭示TCE在多孔介质中的运移规律,且模型中的阻滞系数是质量浓度的非线性函数.     

多组学技术应用于化学品风险评估的研究进展

随着进入到环境中的化学品种类和数量日益增加,化学品风险评估面临着越来越大的挑战.传统的化学品风险评估方法依赖于动物实验,无法对大量化学品的毒性进行高效检验与预测,并且缺少对机制的研究.多组学技术是多种高通量组学技术的联合应用,主要包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等,可以更加快速、准确地分析化学品毒性,预测化...     

基于管理成熟度的大型水利水电工程环境绩效评价研究

借鉴项目管理成熟度模型的研究方法,构建了大型水利水电工程环境管理成熟度模型,对模型的组成、内容和评价方法进行了定义.结合大型水利水电工程施工过程中的生态环境影响因素分析,建立了大型水利水电工程的环境绩效评价体系,并采用数据包络分析(DEA)动态评估模型进行了环境管理成熟模型评价.案例研究表明,大型水利水电工程环境绩效评价结果能较好的反映出工程施工期间的环境管理成熟度水平,并能反映持续改进方面的环境贡献,研究成果对于改善我国大型水利水电工程建设对生态环境的影响及制定相关政策具有重要意义.     

化学品正辛醇空气分配系数定量预测模型研究

正辛醇-空气分配系数是描述化学品在空气和环境有机相之间分配的一个关键参数,对化学品分配、迁移、转化规律和生态效应评价具有重要意义。采用量子化学方法对309个化合物进行结构优化,采用遗传算法筛选最优结构描述符,运用多元线性回归和神经网络算法构建化学品正辛醇-空气分配系数预测模型。模型方程表明影响化学品正辛醇-空气分配系数的3个参数为分子中非氢原子个数(Nsk)、3D-MoRSE描述符(Mor12u)、氮原子和氧原子数目(n HDon)。拟合结果显示,多元线性回归模型决定系数R2和标准误差分别为0.911和0.880,神经网络模型决定系数R2和均方根误差分别为0.839和0.830。基于杠杆(leverage)法评价模型的应用域,结果表明模型具有较强的稳健性、预测性和拟合能力。通过定量结构-活性关系(QSAR)预测技术可弥补正辛醇-空气分配系数测试数据的缺失,减少测试费用和评估数据的不确定性。     

基于EFDC的滇池藻类模型参数敏感性时空特征

分析大型浅水湖泊藻类模型参数敏感性时空特征,可以提高模型率定效率和模拟精度,还可通过模型参数时空敏感性认识藻类生理特点的时空变化.基于环境流体动力学模型(Environmental Fluid Dynamic Code,EFDC),构建滇池藻类模型,选取13个藻类模型参数对计算网格进行参数敏感性分析,并基于K-means聚类法对网格聚类,分析参数在4个时期的空间敏感性特征及其时间差异性.结果表明:(1)1月份参数敏感性在空间上被聚为2类,呈现南北分布,其差异主要由藻类最大生长速率(PMc)及低温限制参数(KTG1c)敏感性不同导致;3月份参数敏感性的空间差异消失,叶绿素消光系数(KeChl)最敏感,其次为藻类最大生长速率参数(PMc);7月份由于磷营养盐吸收(KHPc)和水动力条件相关参数(WSc)敏感性不同,参数敏感性在空间上被聚为3类,呈北部、湖心、湖岸分布;10月份水华转向衰退,温度相关参数(TMc1、KTG1c)敏感性提高,水温的限制作用最早在湖心区显现.(2)参数敏感性的时间差异大于空间差异,其时间差异主要由温度变化引起,而空间差异主要由湖体水动力条件和磷营养盐浓度的空间分布不同引起,其中水动力条件为主导因素.以上结果表明,滇池藻类模型参数敏感性在水温、水动力和营养盐的作用下呈现时空异质性,在进行敏感性分析时,要注意这些因子的变化对结果的影响.(图6表1参30)     

量子化学在化学品环境污染研究中的应用

化学品的大量生产和使用对环境和人们构成生态和健康风险.近年来量子化学研究方法广泛应用于化学品环境污染过程与归趋研究,理论计算结果均得到传统实验研究的较好验证.因此,本文综述了量子化学计算在化学品环境污染研究中的诸多应用.文章首先简介了量子化学基本原理及计算内容,阐述了小分子基态及激发态、生物大分子和无机大分子的量子化学计算方法及在化学品环境污染领域中的应用,结合过渡态理论,半定量计算可以得到化学品在环境中发生的迁移转化行为,从而为化学品环境管理和风险评估提供基础数据和理论依据.     

全氟辛烷磺酸在大连区域环境多介质中的归趋模拟

阐明污染物的环境归趋对于其污染控制和生态风险评价具有重要意义。本文构建了三级环境多介质逸度模型,研究全氟辛烷磺酸(PFOS)在大连区域环境多介质中的分布及其迁移规律。结果表明,PFOS在大气、水、土壤和沉积物相的模拟浓度分别为5.10 pg·m-3、22.60 ng·L-1、2.25μg·kg-1和0.34μg·kg-1,与实测值较为一致。环境相间的迁移主要是大气向土壤中迁移和土壤向水中的迁移,水和土壤是大连区域PFOS的主要的汇。PFOS在大气和水相的平流输入为主要的污染来源,而大气的平流输出是其主要的输出途径。灵敏度分析表明,有机碳分配系数、溶解度、水和气相平流输入、土壤中水的径流速率以及温度是影响模型结果的主要参数。不确定分析则表明,整体参数的变化对水体输出结果影响最大,对沉积物影响最小。本研究较好地模拟了PFOS在大连区域环境多介质中的迁移和归趋,可为其污染控制和生态风险评价提供科学依据。