环境科学概论复习资料2016VIP

第一章 环境科学的研究对象和研究任务（一）研究对象：人类环境系统1. 环境：就是围绕于中心事物的东西（客观事物的整体）（1）自然因素：地貌、气候、土壤、植被、水文（2）社会因素：社会制度、法律、宗教、道德2. 环境的类型：自然环境、社会环境、工程环境3. 环境的特性：（1）整体性：指环境的各个组成部分和要素之间构成了一个有机整体。（2）变化性：地域分异；内部结构、外在状态不断变化。（3）开放性：指环境是一个开放系统，有物质和能量的输入和输出。（4）有限性：环境为人类发展提供的资源都不是用之不竭的；环境对污染物的容纳量也不是无限的。（5）综合性：自然环境已不是纯粹的天然环境，而是综合了一定的社会因素。（6）可调节性：自然环境是高度复杂的系统，当人类行为作用引起的环境结构与状态的改变不超过一定的限度时，环境系统的自动调节功能可以使这些改变逐渐消失使结构和状态恢复原有的面貌。（二）研究任务1.基本任务：揭示人类-环境系统的实质，研究人类 -环境系统之间的协调关系，掌握它的发展规律，调空人类与环境之间的物质和能量交换过程，以改善环境质量，促进人类与环境协调发展。2.主要任务：（1）环境的背景知识：演化规律、基本特征、环境结构（2）人类与环境之间的相互作用（3）探索污染物对人体危害的机理，为人类健康是生活服务（4）环境污染的防治与治理（三）人类环境系统的发展与环境问题1.环境问题：是指作为中心事物的人类和作为周围事物的环境之间的矛盾（人类和环境之间的消极影响就构成环境问题 ）（1）人类的生产活动对环境的影响积极对环境起改善和美化作用消极对环境起退化和破坏作用（2）自然环境限制和破坏人类的生产和活动2.不同社会时期出现的环境问题时期 生产力水平 主要环境问题 备注农业社会以前低下 过渡采集渔猎造成物种减少第一个环境问题第一次浪潮 原始农业、畜牧业 以土地破坏为特征 第二个环境问题第二次浪潮 现代农业发展 以化石能为燃料和动力。产生了全面的环境问题第三次浪潮 世界发展不平衡 转嫁污染（污染向全球发展）3八大公害事件名称 发生地及时间 中毒情况 原因马斯河谷烟雾事件1932 年 12 月，比利时马斯河谷咳嗽、呼吸短促、流泪、喉痛、恶心、呕吐和胸窒闷，数千人发病，60 人死亡SO2 转化为 SO3 进入肺部多诺拉烟雾事件1948 年 10 月，美国多诺拉咳嗽、喉痛、胸闷、呕吐和腹泻，4 天内6000 人患病，17 人死亡SO2 同烟尘作用生成了硫酸盐，吸入肺部伦敦烟雾事件1952 年 12 月，英国伦敦胸闷、咳嗽、喉痛和呕吐，5 天内 4000人死亡，历年共发生12 起，死亡近万人粉尘中 Fe2O3 使 SO2 转变成硫酸，附着在烟尘，吸入肺部洛杉矶光化学烟雾事件1943 年 5 月到 10 月，美国洛杉矶刺激眼、喉、鼻，引起眼病、喉炎。大多数居民患病，65 岁以上老人死亡 400 人石油工业和汽车废气在紫外线辐射作用下产生的光化学烟雾水俣病事件 1953 年，日本九州南部熊本水俣镇口吃不清、面部痴呆、全身麻木，最后精神失常至死亡，患者180 多人，死亡 50多人食用含有甲基汞的鱼痛痛病事件 1931 年至 1937 年 3月，日本富山县关节痛开始，最后骨骼软化萎缩，自然骨折，患者 280 人，死亡 34 人食用含镉废水灌溉的“镉米” 和含镉的水四日哮喘事件1955 年以来，日本四日市支气管炎、支气管哮喘、肺气肿，患者500 多人，死亡 36人有毒重金属微粒及吸入肺部所致米糠油事件 1968 年日本九州、爱知县等 23 个府县眼皮肿、出汗，全身红疙瘩，恶心、呕吐，肺功能下降，甚至死亡，患者 5000 多人，死亡 16 人食用含有多氯联苯的米糠油所致第二节 环境科学的内容和分科（一）环境科学的学科体系：（1）.理论地理学：环境科学的方法论、环境质量评价原理与方法、环境规划原理与方法（2）.综合环境学：宏观：全球环境学中观：区域环境学微观：聚落环境学（3）.部门环境学：与自然科学过渡：物理、化学、大气、水文、土壤环境学等与技术科学过渡：工程环境学与社会科学过渡（二）环境科学的分科：1.环境科学：环境生物学环境物理系环境化学环境生态型环境医学环境地学2.环境技术学：环境控制学环境工程学（环境污染防治工程技术、环境系统工程）3.环境社会学：环境法学环境经济学环境管理学环境规划学环境教育学环境美学环境心理学环境理论学第三节 环境科学的发生和发展1. 探索阶段：(1)大约在公元前 5000 多年，中国在烧制陶瓷时就在柴窑中采用了烟囱排烟。 (2)在公元前 2000 多年就采用陶土管修建地下排水道。(3)古代罗马大约在公元前 6 世纪修建地下排水道。(4)19 世纪中以后，随着近代自然科学近代自然世界经济社会的发展，环境问题已开始受到社会的重视。地学、生物学、物理学、医学和一些工程技术等学科的学者开始从各自的学科角度分别研究环境问题2.形成阶段：从 20 世纪 50 年代开始，环境问题逐渐的成为全球性的重大问题。当时许多生物学家、化学家、物理学家、地理学家、医学家、工程学家和社会学家等开始对环境问题共同进行调查研究。他们在运用原有学科理论和方法研究环境问题，逐渐衍生出了环境生物学、环境化学、环境地学、环境物理学、环境医学、环境工程学、环境经济学、环境法学和环境管理学等一些新的分支学科。在这些分支学科的基础上孕育产生了环境科学。 3.发展阶段：到 70 年代下半期，人们逐渐认识到环境问题还应包括人口、资源、自然保护和生态平衡以及社会环境问题。随着人们对环境、环境问题和污染防制技术的深入研究和探讨，环境科学迅速发展起来。第四节 环境的组成和结构一自然环境1自然环境：是人类赖以生存、生活和生产所必须的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、土壤、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。用一句话概括就是“直接或者间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体” 。2.自然环境包括：（1）物质空气、水、岩石、动物、植物、微生物（2）能量气温、阳光、引力、地磁力（3）自然现象太阳的稳定性、地壳的稳定性、大气运动。水循环水土演变（一）生物环境：（1）组成：植物、动物和微生物（2）关系：通过食物链联系（3）能量流动：第一性生产率：绿色植物通过光合作用合成有机质的速率。净第一性生产率：除去植物呼吸作用和代谢过程所消耗，剩余的有机质。生产率金字塔： 1/10 定律，能量由一个营养级流向下一营养级的过程中，大约有 90%的能量损耗。（二）无机环境1.非生物环境：（1）能源：太阳能、其他能源（2）气候：光照、温度、降水和风（3）介质：岩石、土壤、水和空气2.物质代谢原料：CO2、H2O、O2 、N2 等 无机盐 腐殖质、脂肪、蛋白质、碳水化合物等二社会环境1.社会环境：是指人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念和机构等。 2.关系：自然环境是社会环境的基础，而社会环境又是自然环境的发展 三工程环境1.工程环境：是人类在利用和改造自然环境中创造出来的人工环境。2.人类与自然环境的物质、能量和信息交换过程，包括以下几个方面：（1）提取：采集、狩猎、农牧业、采掘业、冶炼工业、能源工业等。（2）加工：机械加工：改变物质的物理性质而不改变其化学特性。化学加工；改变原来的化学特性（3）消费：生产消费和生活消费（4）排放：直接排放和处理后再排放第二章 大气环境第一节 大气的结构和组成一大气的结构1. 大气结构：对流层平流层中间层热成层逸散层2. 大气的组成：（1）地球表面大气主要由氧、氮和几种惰性气体组成，这些成份占空气总量的 99.9%（2）大气中的稳定成份：氧、氮、惰性气体。（3）大气中的可变成份：二氧化碳（0.033%）和水蒸气（04%） 。二大气的组成大气组成稳定的原因：大气中的主要成分氧、氮来自于光合作用和反硝化作用，经过固氮作用产生有机氮，燃烧氧化形成二氧化碳第二节 大气污染和污染物一、大气污染的发生（一） 什么是大气污染1.大气污染：指大气中一些物质的含量达到有害的程度，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象2.大气污染的发生：当污染物输入速率大于输出速率就会导致大气污染（污染源进入环境后经过化学反应、生物活动、物理沉降后排出）大气污染主要是指人类活动造成的，但大气污染决不仅仅局限于城市或工业区，污染物最终会扩散到整个大气层。由于自然环境所具有的物理、化学和生物作用过程（自然净化作用） ，天然污染源造成的大气污染，经过一定时间后会得到恢复。（二）大气污染的来源（1） 大气污染源：是指向大气排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所、设备和装置（2） 大气污染源的分类：根据污染物质的来源： 天然污染源 ：火山喷发：SO2、H2S 、CO2 、CO 、HF 及火山灰等颗粒物质。森林火灾：CO、CO2、SO2 、NO2、HC 等植物释放：萜稀类碳氢化合物等海浪飞沫：含硫酸盐和亚硫酸盐的颗粒物。 人为污染源燃料燃烧：燃料种类：煤、石油、天然气工业化生产过程：石油化工、金属冶炼交通运输过程中排放：汽车、飞机、轮船农业活动排放：农药及化肥的使用 按照污染源性状特点： 固定式污染源：污染物从固定点排出。工业、家庭流动式污染源：交通工具按排放物的空间分布点污染源：具有确定空间位置的、集中在一点或可当作一点的小范围内排放污染物的发生源，如高烟囱。面污染源：是指时空上无法定点监测的，以面状形式排放污染物的发生源，如低烟囱、民用煤炉等。（二） 大气污染物及大气污染类型1大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的物质。2大气污染物的分类按存在的物理状态可以分为：气体状态污染物固体颗粒污染物 按其形成过程 一次污染：反应物、非反应物 二次污染3.一次污染物：直接从污染源排放的污染物质，如 SO2、NO、CO 和颗粒物等（1）反应物：一些污染物，在大气环境中， 常与其他化学物质发生反应，或促进催化其他污染物之间的反应（2）非反应物：污染物在大气环境中较 稳定，不与其他物质发生反应，或反应速度很慢的污染物。4.二次污染：由一次污染物在大气中互相作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物。特点：其毒性或有害性比一次污染物更强。5.大气中的主要污染物：（三） 主要大气污染物1.气溶胶状态污染物：在大气污染中，直径为 0.002um100um 大小的液滴或固态粒子在气体介质中的悬浮体称为气溶胶状态污染物。一次气溶胶：从排放源排放的微粒（烟囱排出的烟粒、风刮起的灰尘以及海水溅起的浪花等）二次气溶胶：从源排放的气体，经过某地大气化学过程所形成的微粒（火里发电厂、钢铁厂、金属冶炼厂、化工厂、水泥厂及工业民用锅炉排放出的 H2S 和 S2O 气体，经过大气氧化过程。最终转化为硫酸盐微粒） 。2.气溶胶状态污染物危害：（1）散射作用使能见度降低（2）粒径小，通过呼吸道沉积于支气管和肺部造成人体伤害（3）长期悬浮于大气，并能远距离传输，不仅对局地空气质量有影响，对全球范围的空气质量也有影响3.总悬浮颗粒物（TSP）：TSP用标准大容量颗粒样皿（流量在 1.11.7 立方米/每分钟）在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，是分散在大气中的各类粒子的总称, 其粒径大小绝大多数在 100m 以下。（1）飘尘：能在大气中长期漂浮的悬浮物质，直径 在 10um 以下。特点：粒径小于 10m 的微粒粒径子易被直接吸入呼吸道的危害能在大气中长期漂浮大气中为其他污染物化学反映提供反应床（2）降尘：总悬浮颗粒物中直径大于 30um 的粒子，在大气中因重力作用很快沉降下来特点：因其自身的重力作用会很快沉降下来,在污染源周围可找到单位面积的降尘量 评价大气污染程度的指标之一（3）可吸入粒子（IP）：粒子直径小于 10um 的悬浮颗粒物。（4）气溶胶粒子按其来源及其物理形态可分为：（1）天然气溶胶（2）人为气溶胶（3）烟、雾、尘等（5）飞灰：系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散的较细的粒子。灰分系含碳物质燃后残留的固体残渣（6）黑烟：通常系指由燃烧产生的能见气溶胶，是燃料不完全燃烧的碳粒，粒径约为 0.5m。常以格林曼黑度（单位级，越小表示污染度越小） ，黑烟的遮光率、沾污的黑度或捕集的质量来定量地表示黑烟（7）液滴：指在静止条件下能沉降、在紊流条件下能保持悬浮，主要粒径范围在200m 以下的小液体粒子。（8）轻雾或霜：指液态分散性和液态凝聚性气溶胶的统称。粒径范围 5100m在气象学中它相当于能见度 12km（9）重雾：指属于气体中的液滴悬浮体的总称，造成能见度小于 1km 的小水滴的悬浮体。在工程中泛指小液体粒子的悬浮体，是由液体蒸汽的凝结、液体的雾化和化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、碱雾等4.硫氧化合物：主要指 SO2 和 SO3，它们本身毒性不大，但通过二次氧化和与水结合形成硫酸烟雾和酸雨。大气中的 SO2 主要来自含硫燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼过程。 通常煤的含硫量 0.5-6%，石油为 0.5-3%。硫在燃烧中可以：（1）以无机硫化物形式存在（2）有机硫化物形式存在5.氮的氧化物（含氮化合物）造成大气污染的 NOX 主要是指 NO 和 NO2，另有 N2、N2O5、NH3 以及它们经过各种大气反应而形成的硝酸盐、亚硝酸盐（酸雨成分）铵盐和过氧乙酰硝酸酯（PAN光化学烟雾成分） 。大气中 NOX 的人为源主要是燃料燃烧，燃烧中产生的 NOX 主要是 NO，占 90%以上。（2） 燃烧源：三分之一来自固定燃烧源，三分之二来自流动燃烧源（3） 燃料燃烧生成 NOX 的两种途径： 燃料型 NOX：燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中氧化生成 NOX 温度型 NOX：燃烧时空气中的 N2 在高温下氧化生成 NOX。此外，氮原子可与火焰中的 OH 自由基反应生成 NO 和氢原子。研究发现，燃烧过程中 NO 的的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关（4） 相关概念：空燃比：空气的质量与燃料质量之比（空气质量 / 燃料质量） 。富燃料：空气与燃料的混合物中,空气量少于化学计量，此燃料混合物称为富燃料 。贫燃料：空气与燃料的混合物中,空气量多于化学计量，此燃料混合物称为贫燃料 化学计量空燃比：当燃料完全燃烧时，即无过量的 O2 时，空气与燃料的混合物称为化学计量混合物，此时的空气质量与燃料的比例为化学计量空燃比 。根据计算:燃烧 1 吨天然气产生 6.35 Kg 的 NOX；燃烧 1 吨石油产生 9.1 Kg 12.3 Kg 的 NOX；燃烧 1 吨煤产生 8 Kg 9 Kg 的 NOX。（5） 氮氧化物的天然源主要为生物源:由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的 NO 及随后缓慢氧化形成的 NO2。生物源产生的氧化亚氮（N2O）氧化形成 NOX。有机体中氨基酸分解产生的氨（NH3）经自由基（OH）氧化形成的 NOX。大气中的 NOX 最终转化为硝酸（HNO3）和硝酸盐微粒，经湿沉降和干沉降从大气中除去。（6） 碳的氧化物（含碳化合物）：碳的氧化物在大气中主要包括 CO 和 CO2:CO2 是大气中的正常组分；CO 是大气中排放量极大的污染物。（7） 作为大气污染源 CO 的主要危害在于：影响人类健康和生态环境，其表现在：引起视力下降、头痛高浓度可被血液中的血红蛋白吸收，引起心脏紧搐，供氧不足导致死亡参与光化学烟雾形成转化成 CO2 影响全球气候（8） 碳的氧化物： 一氧化碳：人为源：燃料不完全燃烧所造成。城市中 80%为汽车排放，另有锅炉，煤气工业等。天然源：甲烷氧化、海水挥发、植物排放、天然有机烃类氧化、火山喷发、森林大火等 二氧化碳人为源：来自矿物燃料的燃烧。天然源：动、植物（人类）呼吸、生物有机体腐败氧化、甲烷转化、海洋脱气等（9） 温室效应CO2 是一种无色、无味、无毒的气体，对人体无显著危害作用，在自然界的碳素循环中扮演重要角色，近代以来 CO2 急剧增高，CH4 增多温室效应：是由于大气中 CO2 的增加和 CH4 的增多引起了全球气候变暖，从而导致了一系列全球环境和生态的变化。温室效应的影响：冰山融化，海平面上升，陆地下沉气候变迁自然灾害频发生态物种锐减 等（9）碳氢化合物：含 C1-C8 的可挥发的所有碳氢化合物烃类甲烷：厌氧细菌的发酵；自然界淹水土体有机质的分解；原油和天然气的泄漏；天然源植物释放非甲烷：人为源：汽油燃烧、有机物焚烧、溶剂蒸发、石油蒸发、废物提炼（10） 含卤素化合物：大气中以气态存在的含卤素化合物主要有三类： 卤代烃：卤代脂肪烃（DDT、666） 、卤代芳香烃 其他含氯化合物：氯气、氯化氢 氟化物：氟和氟硅酸、氟化氢、氟化硅（11） 其他有害物质铅及铅化物镉及镉化物：氢氧化镉腐蚀眼睛、皮肤、胃肠道、呼吸道，皮肤接触可引起灼伤，吸入可引起迟发几小时的肺水肿，严重病例有死亡危险。长期或高浓度接触可引起肾脏和血液损害，能影响嗅觉氟及氟化物（四） 大气污染类型：能源性质（煤炭型、石油型、退合型、特殊型） 、气候条件、污染物化学特性（还原型、氧化型）不同，会导致不同的大气污染类型1. 大气污染类型的分类根据燃料性质或大气污染物的组成分煤炭型：煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、SO2 等，一次污染物经过化学反应生成硫酸盐类气溶胶等二次污染物.石油型：汽车排气、石油冶炼等排放 NOx、O3 。混合型：煤、石油等及工厂排放各种化学物质。特殊型：特殊工业企业排放的特殊气体。 根据污染物的化学特性（1）还原型（煤炭型）：主要是 SO2 、CO、颗粒物等，逆温下形成还原型烟雾。（2）氧化型(汽车尾气型)：主要是 CO、NOx、HC 等一次污染物经阳光 照射、光化学反应形成 O3、醛类、酮类、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物。第三节 大气污染的危害世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。 ”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡 工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。因此，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难一大气污染对人体和健康的伤害1.大气污染物主要通过三条途径危害人体：一是人体表面接触后受到伤害，二是食用含有大气污染物的食物和水中毒，三是吸入污染的空气后患了种种严重的疾病。各种大气污染物是通过多种途径进入人体的，对人体的影响又是多方面的。而且，其危害也是极为严重的。 二大气污染危害生物的生存和发育1.大气污染主要是通过三条途径危害生物的生存和发育的：是使生物中毒或枯竭死亡，是减缓生物的正常发育，是降低生物对病虫害的抗御能力。植物在生长期中长期接触大 气的污染，损伤了叶面，减弱了光合作用；伤害了内部结构，使植物枯萎，直至死亡。各种有害气体中，二氧化硫、氯气和氟化氢等对植物的危害最大。大气污染对动物的损害，主要是呼吸道感染和食用了被大气污染的食物。其中，以砷、氟、铅、钼等的危害最大。大气污染使动物体质变弱，以至死亡。大气污染还通过酸雨形式杀死土壤微生物，使土壤酸化，降低土壤肥力，危害了农作物和森林。 三大气污染对物体的腐蚀大气污染物对仪器、设备和建筑物等，都有腐蚀作用。如金属建筑物出现的锈斑、古代文物的严重风化等。 四大气污染对全球大气环境的影响大气污染发展至今已超越国界，其危害遍及全球。对全球大气的影响明显表现为三个方面：是臭氧层破坏是酸雨腐蚀是全球气候变暖五酸雨：亦称酸性沉降，它可分为“湿沉降”与“干沉降”两大类，前者指的是所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面者，后者则是指在不下 雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质而言1.概念