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环境问题案例分析 主讲老师 林云琴环境科学与工程系 2 案例1气候变化 气候变化公约第六次缔约方大会 背景与行动 一 全球气候变化的含义 气候和地球上各种自然现象一样是不断变化 人类出现以前的气候变化是自然因素造成的 人类出现以后的气候变化既有自然因素的影响 又有人为因素的影响 20世纪70年代 科学家把 全球变暖 作为一个全球环境问题提出来 主要强调人类进入工业社会以来 由于矿物燃料的大量燃烧以及大量砍伐森林等人类活动造成CO2等温室气体增加 温室效应增强 从而导致气候变暖 联合国气候变化框架公约 第六次缔约方大会 2000年11月13日至24日 荷兰海牙举行 近万名代表参加了会议 会上气候专家发出警告 在未来100年内 全球气温将升高1 4 5 8 海平面将比目前升高9 88cm 沙漠将更干燥 气候将更恶劣 厄尔尼诺现象将更严重 全球变暖将直接影响数以亿计人们的生活 二 温室效应地球大气中的一些微量气体 它们一方面对太阳辐射 可见光为主的短波辐射 吸收极少 使其几乎无衰退地通过 另一方面地球大气 可强烈吸收地面发射的长波辐射 并同时向宇宙和地面两个方向辐射波长更长的长波辐射 其中向下到达地面的大气逆辐射将一部分热量有返回到地面 从而减少了向外层空间的能量净排放 使大气层和地球表面热起来 大气这种对地表热辐射遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用 所以称为温室效应 地面 太阳 地球大气 温室效应示意图 三 温室气体大气中能强烈吸收地面辐射产生温室效应的气体 称为温室气体 主要的温室气体有水汽 H2O 二氧化碳 CO2 甲烷 CH4 氧化亚氮 N2O 臭氧 O3 氟氯烃 CFCS 等 水汽和二氧化碳贡献最大 而甲烷 CH4 氟氯烃 CFCS 等温室气体的温室效应强度大大高于二氧化碳 CO2 四 全球气候变暖带来的危害气候变暖已经或可能导致的影响综合看大致有如下方面 引起极地和高山冰川融化 海水热膨胀海平面上升 对沿海地区和岛国的经济发展和生存条件带来重大影响 岛国图瓦卢已向澳大利亚和新西兰提出全国移民的要求 造成温度带的变化 进而导致气压和风的变化及降水的变化 从而使旱涝灾害更加剧 厄尔尼诺现象 包括反厄尔尼诺 频繁 使自然生态和农业发生难以预料的变化 很多植物的迁徙可能赶不上气候变化的速率 导致物种灭绝 农作物品种的地理分布也将发生变化 病虫害增多 农作物减产 热天气使传染病传播更广泛 疾病和死亡率增高 经济损失大 社会不安定 五 人类预防和控制全球气候变暖的措施1997年12月11日结束的联合国 气候变化框架公约 缔约方举行的第三次大会通过了 京都协议书 协议书规定 所有发达国家应在2010年把6种温室气体 二氧化碳 一氧化二氮 甲烷和三种氯化烃 排放量比1990年水平减少5 2 议定书中允许发达国家采取4种灵活的减排方式 发达国家之间可买卖超额二氧化碳额度即难以完成的 以 净排放量 方法计算本国温室气体的排放量 即从本国实际排放量中扣除本国森林与吸收的二氧化碳数量 可以采取绿色开发机制 促进发达国家与发展中国家共同减排温室气体 CDM 可以采用 集团方式 结账 例如 欧盟作为一个集团 其中有的国家超排 只要欧盟总体完成减排任务即可 案例2大气层的变化 保护臭氧层 3 一 何谓臭氧层臭氧是地球大气中一种微量气体 臭氧主要分布在大气平流层内 特别是在距地表20 30km处最为集中 故这一气层被称为臭氧层 它保存了大气中约90 的臭氧 低层大气中的臭氧主要由闪电等原因造成 由于这些作用并不经常 所以对流层臭氧含量也很少 对流层与平流层臭氧存在一种联系 即上部大气臭氧浓度的减少会使到达低层的紫外辐射增加 这种紫外辐射的增加将加速光化学反应的速率 从而在低层大气生成臭氧 对流层中的臭氧 对人类是有害的 它是当前城市大气光化学烟雾污染的主要物质 吸入量稍超剂量就会出现呼吸困难 咳嗽 眼睛过敏反应等症状 二 保护臭氧层的意义臭氧层是地球的天然屏障 臭氧层能有效地吸收对人类健康有害的紫外线 UV B段 从而保护了地球上的生命 臭氧层被大量损耗后 吸收紫外辐射的能力大大减弱 导致到达地球表面的紫外线B明显增加 这将直接导致人类疾病的增加和免疫功能的衰退 引起整个生态系统破坏 造成一系列不堪设想的恶果 但是20世纪70年代以来 科学家们不断发现被誉为地球 生命之伞 的臭氧层遭到破坏 南极已出现臭氧 空洞 三 臭氧层被破坏的原因大多数科学家认为 人类过多使用氟氯碳类物质是臭氧层破坏的一个主要原因 人工合成的含氯和含溴的物质破坏臭氧层 被称之为破坏臭氧层物质 ODS 即英文QzoneDepleptingSubstance的缩写 典型的是氟氯化碳 英文间称CFCS 俗称氟利昂 以及哈龙 Halon 影响臭氧浓度的物理化学过程 四 人们在为拯救臭氧层做哪些努力由于臭氧层损耗对人类生存 地球上的生态系统将产生直接的破坏性影响 而且通过研究已经知道氟氯化碳 哈龙等是破坏臭氧层的主要物质 因此科学家呼吁国际社会尽快采取行动保护我们共有的臭氧层 国际社会 关于消耗臭氧层物资的蒙特利尔议定书 简称蒙特利尔议定书 在1997年通过了议定书的伦敦修正案 根据修改后的议定书规定 发达国家到1994年停止使用哈龙 少数必要场合除外 1996年1月停止使用氟氯化碳 四氯化碳 甲基氯仿 发展中国家1999年7月1日将CFCs的年生产量和消费量分别冻结在1995 1997年3年的平均水平上 可延续至2010年全部停止使用这些消耗臭氧层物资 案例3水资源短缺 黄河断流 一 水资源与水危机水资源 指在目前技术和经济条件下 比较容易被人类利用的补给条件好的那部分淡水量 即大陆上由大气降水补给的各种地表水 地下淡水水体的动态量 水危机 随着人口剧增和社会经济的发展 人类对水资源过度利用以及不恰当地改造措施导致水资源的破坏以至枯竭 水资源的短缺已经导致了地区性的水危机 并有可能成为全球性危机 目前 世界上有80个国家约15亿人口面临淡水不足 其中29个国家的4 5亿多人生活在缺水状态中 水危机给全球政治 经济 和平发展带来巨大的挑战 据预测 到2025年世界上无法获得安全饮用水的人数将增加到23亿 到2050年年底 全世界90亿总人口当中的大约70亿将可能面临用水短缺 二 河流断流河流断流是指自然的或人为的原因导致河流干涸 使河流的一个断面内没有可以流动的水 全日断流 河流在某一断面的日平均流量等于零 间歇断流 日平均流量不为零 但一日内某些时段流量等于零 断流天数 全日断流与间歇断流天数之和 水文年鉴整编规定 造成断流的原因主要有 持续干旱 过度开发水资源 因水工建筑物的控制 使正常的水资源供应中断等 三 黄河断流的原因1 黄河水资源时空分布不均 2 黄河流域降水量降低 3 黄河流域水资源利用过度 4 黄河水资源管理不当 四黄河断流的影响1 导致生态环境退化黄河断流导致黄河流域特别是黄河三角洲湿地生态环境将恶化 从而造成生态系统 生物种群和遗传基因多样性的丧失 并进一步危及渤海生态系统的平衡 2给工农业生产 人民生活带来严重影响黄河沿岸居民饮用水 农业灌溉用水短缺 农业 城市用水出现危机 五黄河流域水资源的管理措施全流域水资源统一管理 统一调度 对引水量实行有效的监督和控制 案例4森林资源 长江上游天然林的保护 一 我国天然林保护的形势形势 天然林大面积破坏 原始林向次生林演替 林木生长稀疏 林相残破 已丧失了原有天然林物种丰富 结构复杂 生物量高和自我维持能力强的功能 从全国来看 天然林生态系统已支离破碎 天然林保护形势严峻 原因 中国曾是一个森林资源十分丰富的国家 由于在较长的一段时间里 以 木材生产为中心 的指导思想 重伐轻造 加之以粮为纲 人口增加 农民毁林开垦和国家对林业的扶持政策不落实等等 导致 二 森林及森林资源森林 实际上是指森林生态系统 它既包括了地上部分的生物群落 也包括了土壤及其这里的生物系统 以及树木冠层以内的大气所构成的综合体 并且认为这个综合体内的所有生命与非生命成分之间 在以物质循环和能量流动为纽带的联系中 构成了一个有机整体 与其它生态系统类型不同的是 这个系统内的生产者必须是以树木和其它木本植物为主体的 森林资源的内涵森林资源是以多年生木本植物为主体并包括以森林环境为生存条件的动物 植物 微生物在内的生物群落 它具有一定的生物结构和地段类型并形成特有的生态环境 在进行科学管理及合理经营的条件下 可以不断地向社会提供大量的物质产品 传统的有形产品 非物质产品和以生态效益为基础的各种服务 以促进社会经济的持续发展与环境的改善和健康 故 森林资源是由森林生态系统的各个组成成分以及这些成分构成一个完整的整体后所直接和间接提供的 属于自然资源的范畴 但和其它类型的自然资源有所不同的是 森林资源在一定的限度内 可以再生和重复使用 森林资源有直接性也有间接性 有显现的形式也有潜在的形式 因此 森林资源实际上是更多的提供了一种环境 一种服务与一种工具 人们可以利用这种环境和工具开发出更多的资源和创造出更美好的生活 三 森林的重要功能森林生态系统是地球上陆地生态系统的主体 在维持地球与生态平衡中起着关键的无法替代的作用 它是人类赖以生存和发展所必需的环境条件 随着社会经济的发展和人们认识的提高 人们发现森林的生态功能价值将随着社会的发展越来越显现 是人类持续发展所必不可少的 1 森林的净化和更新大气作用 1 吸收CO2放出O2的作用 2 减尘滞尘作用 3 吸收SO2作用 4 杀菌作用 5 减少噪音作用 6 其它净化作用 2 调节气候 增加淡水资源的作用森林在生存和发展的过程中能不断地改变当地的气候条件 对光 温 水等气候因子进行调节和分配 为自己创造有利的生存环境 这种特殊的森林小气候环境也是人类非常需要的 3 保育生物多样性的作用森林是保育生物多样性的场所 是地球上生物繁衍最活跃的区域 尤其是热带雨林 它养育着五百万以上不同种类的动植物 所以森林是地球上的基因库 是保育生物多样性的重要地区 4 生态环境的监测作用 四 森林资源的保护与开发原则凭借客观实际 以生态经济理论为尺度来衡量林业 改变林业指导思想 经营方式 管理方法 通过科学地利用森林的可再生性 取得更多的连续不断的木材 以及包括木材效益在内的比原来大出几倍 几十倍的生态和社会效益 案例5大气污染 我国重庆地区的酸沉降 一 三大全球性大气环境问题酸沉降与臭氧层破坏 全球气候变化一起并称三大全球性大气问题 二 酸沉降与酸雨酸沉降指大气中的酸性物质 主要是H2SO4 HNO3及其前体物SOX NOX等 通过降水 包括雨 雪 霜 雹 雾 露等形式 或在气流作用下直接迁移到地表造成污染的现象 前者称为湿沉降 后者称为干沉降 湿沉降习称酸雨 一般指Ph 5 6的形式的降水 近年来 国际上倾向与将酸雨的含义扩大 将干沉降也归于对酸雨范畴 使酸沉降 酸雨 三 酸雨的来源和成因根据酸性物质形成的途径和降水的形式 可以将酸雨的成因分为云中致酸和云下致酸 云中致酸指在云的形成过程中大气中的致酸物 主要为SOX NOX和酸性细粒子 和氧化剂进入云水 在云水中不断反应生成酸性物质从而使云水酸化 云下致酸则指雨水离开云基后冲刷近地层大气 吸附大气污染物并在雨滴中不断反应生成酸性物质而使雨水酸化 与此同时 大气中存在的碱性物质 如Ca2 和其他碱性粗粒子以及碱性气体NH3 对降水的酸性起一定的中和作用 因此 酸雨形成是一个十分复杂的过程 受酸性物质排放量 大气颗粒物 土壤特征 大气输送能力 气温 降水 太阳辐射等因素的综合影响 酸雨物质形成到飘降附着过程 在影响降水酸化的物质中 含硫化合物和含氮化合物的天然排放源包括海浪溅沫 地热排放气体与颗粒物 火山喷发 闪电生成 生物产生释放以及有机质分解等 但是大气中大部分硫和氮的化合物是人为活动产生的 化石燃料利用造成的SOX与NOX的排放 是产生酸雨的根本原因 大气中的Ca 和NH3主要来源于土壤颗粒 有机物的分解释放和氮肥挥发 我国的酸雨是硫酸型的 四 我国酸雨污染区主要分布在南方的原因 A 南方含硫化合物的排放量比北方大B 北方排放的大量含硫化合物被大气远距离输送到南方 在大气中转化 沉降C 南方土壤大多偏酸性 因此土壤和水体对酸化的缓冲能力弱 对酸沉降污染比较敏感 生态系统较易受到酸沉降的危害D 南方大气颗粒物多来自燃煤排放 来自于土壤的颗粒物明显比北方少E 主要原因在于南方大气中碱性阳离子浓度特别是钙离子浓度低 对大气中酸性物质的缓冲能力远低于北方 F 南方植被覆盖率高 对大气颗粒物吸附力强 是造成南方大气颗粒物中钙离子浓度低的重要原因G 南方大气湿度大 温度高 太阳辐射强 因此有利于大气中酸性前体物的转化H 就全国范围来看 长江以南地区一般大气扩散力弱 对大气污染物的稀释能力较北方地区差I 北方的许多因素均不利于降水酸化 因此不会出现酸雨区 五 重庆酸沉降现状产因及危害带来的酸雨控制措施现状 重庆是我国酸雨发生最早 污染最严重的地区之一 重庆酸雨频率高 降水pH值低 最低甚至达到pH2 85 危害 高浓度SO2和严重的酸雨污染造成重庆大面积森林衰亡 一些水体酸化 建筑材料受到严重腐蚀 人群呼吸道疾病发病率及肺癌死亡率明显上升 重庆市已经成为世界上酸沉降污染的重灾区 产因 重庆地区的酸沉降主要与局地高浓度大气污染有密切关系 对高硫煤的依赖导致大量SO2的排放 地形闭塞 大气扩散能力弱 对污染物的输送和稀释能力差 大气颗粒物中碱性阳离子浓度低 对酸化的缓冲能力弱 是造成重庆严重酸沉降污染的几个重要原因 酸控 1998年国务院批准了国家环保局提出的酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案 重庆被列为国家酸沉降控制的重点区域之一 控制重庆酸沉降最重要的是控制SO2的排放 关键是要调整和优化能源结构 优化产业结构和分区布局 加强火电厂等重点污染源的烟气脱硫 提高民用气化率 坚持 高低结合 总量控制 案例6河流的污染 淮河治污的艰难 一 淮河流域污染源主要特点1 淮河流域许多企业属于耗水量大 污染严重 经济效益较差的行业 它们大部分使用那些来自城市工业淘汰的简陋设备 工艺落后 又没有治理设施 使大量高浓度废水直接排入水体 2 沿淮的工业结构极不合理 小造纸 小化工 小酿造厂等 又称十五小 星罗棋布 往往是一个小厂便能污染一条河 二 淮河流域治理难点1 淮河的污染非一朝一夕而成 一条河跨多省 上中下游矛盾错综复杂 2 淮河流域人口膨胀 水资源短缺 财政困难 人们难以割舍带来不薄收益的污染企业 3 治理淮河最大的困难还在于资金和技术 治污工程投资巨大 往往是企业投资 社会受益 上游投资 下游受益 一旦着手治理 需要有人研制 提供有关设备 需要治理单位给予政策上倾斜 以免使其在竞争中处于不利地位 所以 有的明明知道污染害人害己 却仍在制造污染 而在造纸 味精等工业废水处理方面 至今世界上也没有成熟的技术可供借鉴 三 淮河流域污染治理关键1 要治理淮河污染 首先要改变观念 正确认识发展工业和环境之间的关系 2 减少工业污染源 尽量采用重复用水及循环用水系统 使废水排放量减至最少 3 兴建一批城市污水处理厂和工业点源污染治理项目 进行污染综合防治 处理城市污水 实现污水资源化 使之成为城市第二水源 对缓解水资源供求矛盾 防止水污染和水质衰退有重大意义 案例7湖泊的污染 太湖的富营养化问题 一 湖泊水体富营养化工业及城市排放的大量污水 农田里化肥等经雨水冲刷而最后汇集到河湖里 给湖泊带来大量营养物质 这些营养物质中 主要有氮 磷和碳等 适量的营养物质对湖泊生物是有益的 但是营养物质过量的倾注入湖泊 将改变原有的面貌而走向它的反面 蓝藻的发生 就是由于湖泊中营养物质过盛 即所谓的 富营养化 条件下 氮 磷等营养物质增加 一些浮游生物急剧繁殖 水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主 蓝藻的大量出现是富营养化的征兆 随着富营养化的发展 最后变为蓝藻为主 蓝藻中有不少有胶质膜 有些种甚至是有毒的 不是鱼类的良好食料 加上阳光强烈照射 无风 水温升高 水流不畅通 浮游生物在短期内大量繁殖 占据水体空间所致 这种富营养化常常发生在缓流水体 如发生在湖泊称为水华 当水体中动植物死亡后 它们的机体沉积在湖底 积累形成底泥沉积物 残存的动植物残体不断分解 由此释放出的营养物质又被新的生物体所吸收 所以 在已经富营养化了的水体 即使断绝外界营养物的来源 也不易使水质达到净化 二 富营养化危害浮游生物 藻类 急剧繁殖和死亡的过程中水中的氧气大量减少 由于水中大量缺氧致使鱼类窒息死亡 所以在发生水华时 水面上常有死鱼现象 由于水体缺氧 水体常常处于厌氧状态 有机物会分解产生CH4 H2S等还原性气体 危害将更加严重 三 富营养化主要污染源根据污染源的空间形状不同 可以把造成太湖污染的污染源分为点源污染和非点源 以点状的形式集中排放的工业废弃物 或从污水处理厂排放的称为点源污染 工业废水和生活污水是重要的点源污染 从田间和果园冲刷下来的农化肥和畜禽养殖产生的废水 通过径流进入河流 湖泊或渗入地下水 用这种方式把的污染物冲刷下来 被称之为非点源污染 案例8农药的危害与特征 DDT的危害 一 农药对人类发展的贡献有效防止了农业病虫害 促进粮食产量增加 二 农药带来的环境问题1 农药在土壤中的迁移2 农药在农产品中的残留3 农药在生物链上富集放大 三 控制农药危害的措施1 环境友好型农药2 科学的使用农药3 加强农药的管理 案例9城市管理的新课题 垃圾的资源化处理 一 垃圾的来源垃圾指居民及城乡各部门在生活 商业 公务活动中排出的废弃物 不包括工 农业生产中产生的固体废弃物 二 中国城市垃圾现状近年来 我国城市垃圾量平均每年以10 速度递增 全国城市垃圾 粪便无害化处理量只占清运量的3 6 我国的城市垃圾每天人均约1kg 城市人口的不断增多 全国约有60亿t垃圾积存尚待处置 各大中城市甚至农村乡镇都陷入了垃圾重围 市区和近郊可供填埋的土地锐减 城市垃圾问题已成为市政建设一大难题 三 垃圾产生的危害1 卫生问题 每堆垃圾都是一大污染点和致病源 尤其到夏天 恶臭弥散 蚊蝇成团 老鼠成群 贫困的拾荒者常在巨大的垃圾堆翻拣食物和用品 他们无法及时消毒和杀菌 造成传染病的蔓延 2 有时直接威胁人的生命安全 垃圾堆的爆炸时有发生 垃圾威胁还有国际性 在我国的北京 上海 江西甚至东北各省也都有类似的洋垃圾问题 垃圾漂浮物对水工作业的危害特别严重 轻者造成机组不能满负荷运转 重者还须停机清除污物 3 威胁水资源以及粮食 蔬菜的生产 难腐烂垃圾统统倒进坑中或附近的洼地及闲置树林中 城镇某些单位的垃圾就近抛入田间地头 加重了农村垃圾污染 在村庄稠密的近郊区 垃圾渗沥水污染了水源 进而污染了粮食 蔬菜和水果的生产 而城乡日益增进的物资交换 导致这种危害必将殃及城区 四 垃圾的资源化利用垃圾是放错了地点的原料 任何垃圾都有利用价值 作为垃圾本身既是一笔巨大的财富 又是一个在技术上 管理上有难度的问题 当前我国许多城市对垃圾的处置采取 减量化 无害化 资源化 的方针和目标 1 垃圾的重复利用美国国家环保局 EPA 介绍 1990年与1988年相比 垃圾资源化有相当进展主要靠重复利用 减废努力将会使废物增长速度大大减慢 政府多次动员 号召人们重复利用垃圾 因而各类垃圾都在减少 2 热能利用垃圾供热一直都是垃圾产业的重要内容 各国都把垃圾开发的重点放在焚烧获取能源上 垃圾的热值对于获取能源极为重要 一般垃圾热值达到2600kj kg即可回收到热能 在国外 垃圾焚烧技术由于占地面积小 能充分用于发电 烧结后的炉渣还可以制砖 而且操作简便 早已广泛使用 然而垃圾焚烧发电也存在一些严重问题 最为突出的是垃圾燃烧分解产生的有毒物资 如二恶英 的二次污染问题 这是垃圾热能利用的同时要关注解决的问题 3 垃圾制肥料垃圾制肥古已有之 在我国农村现在仍很普遍 是利用垃圾资源的重要途径 新的制肥技术是对分拣后的垃圾进行快速生物发酵处理 并添加微量元素 植物生长调和微生物菌类 深加工成颗粒状的 有机 无机复合肥 问题 垃圾的分拣 如果堆肥垃圾不是有机物 得到的堆肥产品品质较低 4 垃圾填埋气的资源化最常用的方法 填埋法存在的主要问题是产生填埋气 LFG 主要成分是甲烷和二氧化碳 还包括一些微量成分 成为爆炸隐患 但是填埋气又是一种宝贵的可再生的资源 利用得当除可作为燃料用于发电 锅炉燃气外 近年来用作车辆燃料也获得成功 LFG不能直接用与车辆燃料 必须进行净化 目前填埋发气电的技术已经比较成熟 工艺操作便捷 填埋气燃烧完全 排放二次污染气体较少 案例10材料与环境 废塑料的污染与防治 一 塑料污染的定义塑料对环境的污染主要有视觉污染和潜在的生态污染 视觉污染指散落在环境中的废塑料制品对市容市貌的破坏 给人们的视觉造成不良的刺激 生态污染则指废旧塑料制品进入自然环境后难以降解而带来生态方面长期的深层次环境问题 二废塑料对人体健康及环境的危害1 塑料生产及制品对人的危害聚氯乙烯塑料中残存的氯乙烯单体能引起肢端骨溶解症怪病 许多塑料化学成分相同但加工方式有异的化学纤维摩擦产生的电荷难以在组织表面消失 产生静电效应 刺激神经 使人感到不舒服而且带来恐惧感 静电有强吸尘作用 这些尘土载有许多病毒 细菌 刺激皮肤 引起皮炎 还分解衣料产生甲醛及酸性物质 导致皮肤过敏 产生湿疹等 2 塑料对动物的危害动物体内无法消化和分解塑料 因此 误食后很快就会引起胃部不适 行动异常 生殖功能障碍 严重者可能由于废塑料影响各种器官 3 塑料对土壤的危害农田中的废农膜 农作物及城市草地上的废