一般来说，野外现场调查是区域环境化学研究中最基本和最重要的工作。但是，也必须指出，通过现场调查，只能了解该区域环境中各种物理、化学和生物化学作用的结果，而不能确切地了解这些反应发生的过程，由于发生在自然界中的过程十分复杂，受控于多方面的因素，且多种作用交织在一起进行，因此，在较深人的环境化学研究中，单一的现场调查是远远不够的，必须在现场或实验室内辅以简单的或复杂的模拟实验，才能揭示其内在的规律性。

在环境化学工作中，人们十分重视模拟实验。模拟实验就是在现场模拟观测某一过程，或在实验室内模仿建造某种特定的经过简化的自然环境，并在人工控制的条件下，通过改变某些环境参数理想地再现自然界中某些变化的过程，从而得以研究环境因素间的相互作用及其定量关系。

环境化学研究中的模拟实验，按进行实验的场合可分为“现场实验模拟”与“实验室实验模拟”；按所研究问题的性质可分为“过程模拟”、“影响因素模拟”、“形态分布模拟”、“动力学模拟”及“生态影响模拟”等；按模拟的精确性可分为“比例性模拟”和“形态分布模拟”；按实验的规模和复杂程度可分为“简单模拟”和“复杂模拟”（或称“综合模拟”）；还可以做出其他一些划分。模拟实验研究在推动科学发展和揭示客观世界规律性方面有巨大的作用。

1．模拟实验研究的设计及条件控制

模拟实验研究能否获得良好的结果与模拟研究的设计是否合理密切相关。经验表明，合理周密的设计应紧紧为研究目的服务。下面举一简单实例予以说明。

一些学者做了酚、腈睛污水自净机制的模拟实验研究。在进行模拟研究之前，通过现场调查（河道水团追踪测量），查明某焦化厂排出的酚、睛污水在河道中有很强的自净能力，其自净过程符合负指数函数关系：

cB＝cAe-kt或cB=cAe-kd(8-1)

式中cA—某水团在A点的酚（或腈）的浓度；

cB—水团流到B点的酚（或腈）的浓度；

t—水团自A点流至B点的时间；

d—A,B两点间的距离；

k—自净系数。

按一般原理分析，含酚废水的自净途径可能有微生物分解、化学氧化、挥发作用及底v泥吸附等。鉴于所研究河段终年排放同类污水，且无其他污水或河流支流汇入，故假定底泥已经对酚饱和吸附。

实验的目的在于查明微生物分解、化学氧化和挥发作用在不同条件下所进行的强度，即明确这三种机制的净化量在总净化量中所占的比例。实验设计必须为这个目的服务。
这一实验装置中的关键问题是能否保证分别测量出通过这三种机制各自净化掉的酚的量。

将从焦化厂排水口取回的含酚废水分别置入两套实验装置中的曝气瓶中，一组加入HgCl2进行灭菌，另一组保持原废水中的微生物。然后在接近河流温度的条件下，按照一
定的气流量（模拟水流过程中与空气接触）进行曝气实验。

按照一定的时间间隔分别取曝气瓶中的水测定其酚的减少量。

在曝气过程中挥发出的酚可用一定浓度的Na2CO3溶液吸收，然后按照相同的时间间隔测定Na2CO3溶液所吸收的酚的量。

在这一实验装置和实验步骤中，经一定时间的曝气作用以后，未灭菌曝气瓶废水中酚的减少量减去灭菌曝气瓶废水中酚的减少量即可视为是由微生物分解引起的酚的自净量。这部分酚的自净量约占未灭菌废水（原废水）中酚的自净量的60%。

吸收于Na2CO3溶液中的酚量可视为是由挥发作用引起的酚的自净量。这部分酚的自净量占未灭菌废水中酚减少量的40%，几乎占灭菌废水中酚减少量的100％。灭菌废水中酚的减少量减去吸收于Na2CO3溶液中的酚量可视为是由化学氧化作用引起的酚的自净量。这部分酚的自净量接近于零。本模拟实验充分说明在酚的自净过程中单纯的化学氧化作用十分微弱，而生物化学氧化过程和挥发作用在酚的自净过程中具有十分重要的意义。

2．酸雨的形成及危害模拟实验

(1)实验目的了解酸性大气污染和酸雨的形成及它们的危害。

(2）实验用品玻璃水槽、玻璃钟罩、喷头、小型水泵、小烧杯、胶头滴管、浓硫酸、浓硝酸、一亚硫酸钠、稀盐酸、碳酸钠、铜片、昆虫、绿色植物、小草鱼和pH试纸。

(3）酸性大气污染的形成及危害模拟实验步骤①取少量Na2SO3于杯1中，加2滴水，加1mL浓硫酸。

②取少量铜片于杯2中，加1ML浓硝酸。

③取少量Na2CO3粉末于杯3中，加2mL稀盐酸。

④迅速将贴有湿润pH试纸的玻璃水槽罩在反应器上，做成封闭气室。观察气室中动、植物的变化。

⑤实验完毕后，用吸有NaOH溶液的棉花处理余气。

⑥利用上述动、植物在无污染的封闭气室中做相同的对比观察实验。

(4)观察现象及解释

①湿润的pH试纸变红，pH=4;

②10min后，小昆虫落地，死亡；

③3h后，小鱼开始死亡；

④2天后，植物苗开始枯黄、卷叶，最后死亡。

以上现象的化学反应方程式为：

Na2SO3＋H2SO4一→Na2SO4+SO2↑＋H2O

Cu+4HNO3（浓）一→Cu(NO3）2+2NO2↑＋2H2O

Na2CO3+2HCl一→2NaCl+CO2↑＋H2O

以上反应产生的SO2、NO2及CO2均为酸性气体，使pH试纸呈红色。在受污染的环境中，动、植物难以存活。在无SO2、NO2及CO2酸性气体存在的封闭气室的对照实验中，
同样的动、植物一星期后仍存活。

(5)酸雨及危害模拟实验步骤与现象解释

①实验步骤（见图8-3)在小烧杯中放入少量Na2SO3，滴加1滴水后，加入2mL浓硫酸，立即罩上玻璃钟罩，同时罩住植物苗和小鱼（底部一瓷盘内）。少许几分钟后，经钟罩顶端加水使形成喷淋状，观察现象，最后测水、土的pH值。

②现象及解释

a．酸雨过后，约lh小鱼死亡；

b．植物苗经酸雨淋后3天死亡，水pH=4；土壤pH=4。

以上现象的化学反应方程式为：

Na2SO3＋H2SO4一→Na2SO4+SO2↑＋H2O

玻璃钟罩内的SO2气体经降水形成酸雨，使动、植物受到危害。表明酸雨使水、土壤酸化，危害生态环境。

在无酸雨的对照实验环境中生长的动、植物一星期后仍存活。

3．同位素示踪技术在模拟实验中的应用

在环境化学模拟实验研究中，经常采用同位素示踪技术。因为此项技术可以确切地表明某元素或某污染物在环境各部分之间的具体迁移过程和归宿。

例如，国外学者应用此技术研究了汞、福、硒由陆地向水生生态系统的迁移过程。该实验是在模拟实验装置中进行的，实验装置由一内垫有薄塑料板的金属池子（(0.3m×0.3m×0.3m）构成。实验装置内包括陆生生态系统和水生生态系统两部分，前者为模拟的河滩地，由土壤、枯枝落叶层、高等植物和苔鲜组成；后者为模拟的河流，由水(60L)、沉积物和水生生物（鱼、蜗牛、水芹）构成。河滩地上接受的降水可以径流的方式汇入河流。在模拟实验装置内保持一定的光照（长日照），温度为18-211C，湿度为70％一100％。

使用1.05×106Bq（贝可，为放射性同位素衰变过程中放射性强弱的单位，每秒内有1个原子核发生衰变为1Bq）的115Cd、含4.07×106Bq的203Hg的煤烟尘和3.7×106Bq的75Se作示踪剂，将其配于人工降水中。模拟降水的速率为2.5cm／周。

此实验的持续时间为：115Cd的实验3周，在3周中，每周采集土壤、植物、水和鱼的样品各2次，供分析用；203Hg的实验139天，前5周，每周取样l次，以后每月取样1次；75Se的实验56天，取样安排与203Hg的实验相同。

实验结束后用物质平衡法计算这三种示踪剂在陆生生态系统和水生生态系统中各部分的分布。实验结果表明，这三种元素在生态系统中的迁移和分布是有区别的。115Cd的绝大部分(94％~96％）残留于陆生生态系统中，其中70％的115Cd存在于土壤中。115Cd在植物中的积累是缓慢的。降水中的115Cd有4％经陆地转移到水生生态系统中，其中3％的115Cd保留在沉积物中。115Cd进入鱼体比进人蜗牛慢得多。

实验证明，煤烟尘中203Hg是能被淋溶的，对生物群落有影响。203Hg总量的50％左右被淋溶到水生生态系统中，而进入水生生态系统中的99％的203Hg则保留在沉积物中。203Hg在鱼体中的积累比在蜗牛中的积累要高。

75Se的行为更接近于115Cd，加人的75Se有75％残留在土壤中，9％保留在沉积物中（占进入水生生态系统的绝大部分）。75Se从陆生生态系统转入水生生态系统的速率与115Cd相似，比203Hg慢一些。