环境工程概论.ppt

环境工程概论 李磊muyushi7088 lileinjut 南京工业大学环境学院环境工程系 第一章绪论 第一节环境1环境的概念环境科学 是指以人类社会为主体的外部世界的总体 外部世界 是指人类已经认识到的 直接或间接影响人类生存与社会发展的周围事物 未经人类改造过的自然界因素 还有经过人类社会加工改造过的自然界 环境保护法 是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体 包括大气 水 海洋 土地 矿藏等等 ISO 环境是组织运行活动的外部存在 包括空气 水 土地 自然资源 植物 动物 人 以及它们之间的相互关系 2环境的分类 按照环境的主体 环境的范围 环境的要素和人类对环境的利用或环境的功能 环境的主体 1 以人或人类为主体 其它生命体和非生命物质都被视为环境要素 环境即人类生存的环境 人类环境 环境科学上的分类 2 以生物体为主体的环境 生态学中的分类方法 环境的范围 特定的空间环境 车间环境 生活区环境 城市环境 区域环境 全球环境和星级环境等 环境要素的属性 自然环境和社会环境 3环境要素 构成环境整体的各个独立的性质各异而又服从总体演化规律的基本物质组分称为环境要素 或环境基质 分为自然环境要素和社会要素 研究较多的是自然环境要素 它是组成环境结构的单元 进而组成环境系统 环境要素的特点 1 环境整体大于诸要素之和 2 环境要素的相互依赖性 3 环境质量的最差限制规律 4 环境要素的等值性 5 环境要素变化的连锁反应 4环境结构 是指环境要素的配置关系 即环境要素是怎样结合成一个整体的 环境的内部结构和相互作用直接制约着环境的物质交换和能量流动的功能 自然环境结构 大气 陆地 海洋等社会环境结构 城市 村落 道路 农田等等 5环境功能与环境效应环境功能是环境要素及由其构成的环境状态对人类生产和生活所承担的职能和作用 1 环境是人类的栖息地 各种环境要素是人类生存繁衍的必要条件 英国地球化学家哈密尔顿对人体的研究分析发现 除了原生质中主要组分和岩石中的主要组分外 人体血液中的元素平均含量与地壳中元素的含量具有明显的相关性 说明人体是地壳物质演化的产物 2 环境是人类生产劳动的对象 是人类社会存在和发展的依托 3 环境是人类生存发展的约束因素 环境具有相对的稳定性 它的系统结构会由于人类的社会活动而不断发生变化 当人类选择与和持续协调发展的活动方式时 环境的系统结构就会朝着不稳定的方向发展 从而制约人类的生存和发展 环境效应 是自然过程中或人类活动在环境系统结构和功能上所造成的变化 环境效应的分类 按起因分 自然环境效应 是以地能和太阳能为主要动力而引起的环境变化 它是环境中各种物质相互作用的结果 人为环境效应 是由于人为活动所引起的环境变化 按变化划分 环境生物效应 环境化学效应 是指在各种环境条件影响下 由物质间化学反应而引起的环境变化 环境物理效应 由于物理作用引起的环境变化效果 6环境容量和环境自净作用 环境容量 又称环境负载容量 地球环境承载容量或负荷量 是地球生物圈或某区域环境对人口增长和经济发展的承载能力 主要包括可供开发利用的自然资源的数量和环境消解废物的最大负荷量 环境的绝对容量 是指某一环境所能容纳某种污染物的最大负荷量 Wa Ws BWs 环境标准值 B 环境背景值环境年容量 某环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大容许值的情况下 每年所能容纳的某污染物的最大负荷量 环境自净 是指受污染的环境 在物理化学和生物等自然条件作用下 污染物浓度或总量降低的过程 环境物理净化 物理作用有稀释 扩散 淋洗 挥发和沉降等 环境的化学净化 化学反应有氧化和还原 吸附 凝聚 交换等等环境的生物自净作用 是指环境中的某些污染物浓度的降低或总量的减少 是由于分解和转化和富集等自然界的生物作用产生的自净结果 第二节环境问题 1 环境问题及其分类环境问题是指由于自然或人为活动使环境发生变化 从而产生不利于人类的结果 按照形成的原因可分为 原生环境问题和次生环境问题 原生环境问题是由自然力引起的环境问题 即第一环境问题 如火山爆发 地震 海啸 台风 洪涝 干旱 泥石流和山体滑坡等自然界的异常变化 次生环境问题是由人类活动引起的生态破坏和环境污染问题 即第二环境问题 环境科学中解决的主要是第二环境问题 生态破坏 主要指人类盲目开发自然资源引起的生态退化 生产力显著下降和资源浪费等方面 环境污染是指由于人类活动排放的污染物的浓度或总量超过了环境容量 使环境的化学组成或物理状态发生变化 造成环境质量下降 有害于人类和其他生物正常生存和发展的现象 又称环境公害 环境污染的类型 环境要素 大气污染 水污染 土壤污染等污染物性质 物理污染 化学污染和生物污染等污染物形态 废气污染 废水污染 固体废物污染 及噪声 辐射污染等 污染范围 全球污染 区域性污染 局部污染等等 2 环境问题的由来与发展 农业革命时期工业革命时期现实的环境问题 3 目前环境问题的特点 1 从区域性的环境问题发展到全球性的环境问题 2 从发达国家向发展中国家转移 发展中国家的环境问题 贫穷与落后 人口爆炸 债务 工业化道路是以牺牲环境作为代价的 污染转移 工业的转移 有毒废物的转移 4 我国环境问题的基本特点 1 人多资源少 土地 森林 淡水 人均资源少 2 能源结构的不合理 煤烟型大气污染严重 3 不合理的工业布局 中小型企业多 工艺落后 资源能源浪费大 管理水平低 环境治理措施跟不上 4 经济落后及资金短缺 需要大量资金治理污染 5 环境保护意识淡薄 5 目前全球面临的主要的环境问题 1 人口问题 是首要问题 2 资源问题 森林减少 淡水资源匮乏 3 生态破坏 土地退化 水土流失 土地沙漠化 生物物种的消失 4 环境污染 臭氧层减少 酸雨 温室效应 海洋污染 5 垃圾成灾 6 有毒有害化学品污染 粪便污染 1900 1940 1980 2000 微生物污染耗氧有机物 温室气体黑碳 气溶胶有机金属污染物持久性有机物污染二次污染 微污染核废料工业危险废弃物 面临全球最严峻 最复杂的环境问题 SO2 颗粒物光化学烟雾酸雨重金属氮磷富营养化垃圾 第三节环境保护 环境保护的发展历程限制阶段 八大公害事件 制订法律 污染治理治理阶段 行政 法律 经济 局部治理综合防治阶段 环境评价制度 污染物排放总量控制规划管理阶段 可持续发展的理念 2 环境保护运动三次重要的国际会议 联合国人类环境会议联合国环境与发展大会可持续发展首脑会议 3 提高公众的环境意识 环境意识 是指人对自然和环境的态度 主要包括 对自然界及其发展规律的认识 对人类与生态环境之间关系的理解 在与环保有关问题上的行为趋向 对环保活动的参与程度 环境意识的表现形式 自我保护型 反对公害型 自然崇拜型 绿色文明型影响环境意识的因素 文化教育 经济发展水平 政策与管理 舆论与宣传与集体行动 提高公众环境意识的对策等等 第二章环境与健康 第一节地球化学性疾病在地壳表面的局部地区出现各种化学元素分布不均匀的现象 致使各种化学元素之间的比例失调 使人体从环境中摄取的元素量过多或过少 超出人体能适应的变动范围 从而引发某些地方性疾病 即为地球化学性疾病 我国典型的地球化学性疾病有地方性甲状腺肿 克山病和地方性氟中毒等 一 地方性甲状腺肿 分布区域广 缺碘 缺碘性和高碘性甲状腺肿 缺碘性多见于山区 丘陵地带 自然环境中缺碘引起的 高碘性见于海滨地区 二 克山病 一种心肌坏死为主要症状的地方病 病因初步认为与缺硒有关 稀土金属 无可靠的治疗方法 三 地方性氟中毒 世界性的疾病 与环境中的氟的含量有关 氟斑牙和氟骨症 是由当地岩石 土壤中氟含量过高 造成饮水和食物中氟含量过高引起的 第二节环境污染与健康 一 环境污染物环境污染物是人们在生产生活过程中排入大气 水和土壤中 引起环境污染或导致环境破坏的物质 按来源分为 生产性 三废 生活性 污水垃圾 放射性 核工业 按性质分为 化学性 物理性 生物性 如果环境异常变化超出人体正常生理调节的限度 引起人体某些功能和结构发生异常或病理性变化 能使人体发生病理性变化的环境因素为环境致病因素 二 环境污染影响健康的特点 1 影响范围大 2 作用时间长 3 作用途径多样 4 污染物浓度大 作用复杂 三 环境污染对健康的危害 环境污染物通过空气 水和食物等介质侵入人体 会直接或间接影响人体健康 引起感官和生理机能的不适 产生亚临床和病理的变化 出现临床体征或存在潜在的遗传效应 发生急性或慢性中毒或不适 1 大气污染大气污染对健康的影响 取决于大气中有害物质的种类 性质 浓度和持续时间 还有个体的敏感性 飘尘 降尘的危害不同 有害气体在化学性质 毒性和水溶性等的差异 造成危害程度的不同 有刺激性作用的有害气体刺激呼吸道粘膜表层的神经末梢 引起一系列不适反应 无刺激作用的有害气体危害性更大 城市大气中的苯并荜浓度和煤烟量与肺癌死亡率有正相关性 一些污染物的三致作用 致癌 物理因素 紫外线 X射线 电离辐射等生物因素 病毒等化学因素 工业污染 药物等 致畸 工业城市的畸胎率高于农村 射线 病毒感染 药物 有毒化学物等 可疑致畸物有 巴豆 咖啡因 奎宁 二甲基亚砜 氯仿 四氯化炭 苯等化学物质 致突变 环境污染物能引起生物体细胞的遗传信息和遗传物质发生突然改变的作用 亚硝胺类 苯并毕 甲醛 苯 砷 铅 黄曲霉素等 大气中的有害物资对眼睛 皮肤有刺激作用 恶臭 引起感官的不适反应 大气污染物降低能见度 减弱太阳辐射强度 腐蚀建筑物 恶化生活环境 2 水污染未经处理的或处理不当的废水或生活污水进入水体 超过水体的自净能力 造成水体污染 引起急性和慢性中毒 甲基汞 水俣病 镉中毒 骨痛病 农药中毒等等 发生三致作用 POPs 在水底富集 以水为媒介的传染病 细菌性肠道传染病 间接影响 感官性 妨碍水体的正常的功用 3 土壤污染它是各种废弃物的收容和净化处理的场所 土壤污染主要指土壤中收容的有机废物或重金属等污染物过多 超过了土壤的自净能力 通过病原体污染 污染水体和农作物 绿色食品 4 生物污染由有害微生物及其寄生虫等引起的 食物被农药污染 食物腐烂等等 生育功能障碍 黄曲酶毒素等危害 食品化学添加剂的危害日益严重 四 污染物对人体作用的机制 1 环境污染物在人体内的转归毒物的侵入和吸收 通过呼吸道 消化道 脂肪组织毒物的分布和蓄积 经人体吸收后经血液进入人体各个器官和组织 生物蓄积和放大作用 靶器官 某种毒物首先在某一器官中蓄积并达到致毒作用的临界浓度 脑 甲基汞 甲状腺 碘 骨骼 镉 农药 脂肪 肝脏 砷和汞 生物转化 很少一部分直接排除体外 绝大部分经过酶的代谢 氧化 还原 水解等化学过程改变毒性 增强其水溶性 以便排出体外 生物转化 肝脏 肾脏 胃肠等 生物代谢过程发生两种反应 代谢失活 解毒 激活反应 中毒 毒性增强 排泄 生物转化后通过人体器官排出体外 2 人体对致病因素的反应 潜伏期 前驱期 临床症状明显期 转归期 3 污染物对人体作用的影响因素 剂量 必需元素过高过低 可能引起肌体病理性变化 中毒阈值 作用时间 摄入量 污染物的半衰期 作用时间 多种因素的联合作用个体的敏感性 健康状况 年龄 生理状况 遗传因素等等 第三节居住环境和健康 1 居室内的化学性污染生活燃料的污染生活燃煤的污染厨房污染 实际上厨房里有很多致癌物质 能使人罹患癌症 已知女性癌症的增多 可能与厨房内的油烟有关 食油加热过高 冒烟 可产生有害的致癌物质 尤其是油炸食品时 满厨房油烟 危害极大 厨房内不仅油烟可致癌 而且反复加热的油 炸食品用油 也含致癌物质 有的家庭主妇为了节省点油 炸鱼用过的油反复使用也不弃掉 殊不知这里面含有很多致癌物质 3 4苯并芘 厨房内另一个致癌因素是燃料的燃烧 科学研究发现 常用燃料都产生致癌物质3 4苯并花 而且产生的数量还非常多 烟雾对呼吸道刺激可引起咳嗽 咳痰 喘 刺激眼睛引起流泪 结膜炎 预防措施 让厨房通风 是使吸入致癌物质减少的关键 在农村 不少农户家是在凉棚中做饭 这四处通风的简易厨房倒是防癌的最好厨房 城市中注意炒菜时不要将油烧得过热 一般4 5成热即可 少吃油煎食品 或改用微波炉 加上抽油烟机排油烟 就可大大减少污染 保障健康 室内环境监测中心和健康医疗中心根据多年的实践 总结室内环境污染造成危害的 种表现为 每天清晨起床时 感到憋闷 恶心 甚至头晕目眩 家里人经常容易感冒 虽然不吸烟 也很少接触吸烟环境 但是经常感到嗓子不舒服 有异物感 呼吸不畅 家里小孩常咳嗽 打喷嚏 免疫力下降 不愿意进入新装修的房子 家人常有皮肤过敏等毛病 而且是群发性的 家人共有一种疾病 而且离开这个环境后 症状有明显变化和好转 新婚夫妇长时间不怀孕 又查不出原因 孕妇在正常怀孕情况下发现胎儿畸形 新搬家或者新装修的房子里 室内植物不易成活 叶子容易发黄 枯萎 特别是一些生命力最强的植物 新搬家后 家养的宠物猫狗甚至热带鱼莫名其妙地死掉 而且邻居家也是这样 一上班就感觉喉疼 呼吸道发干 时间长了头晕 容易疲劳 下班后便没事了 而且同楼其他工作人员也有这种感觉 新装修的家庭和写字楼房间或新买的家具有刺鼻 刺眼等刺激性异味 而且超过一年气味仍不散 目前 以净化甲醛为主要目的的室内环境污染净化治理产品市场已经形成 我国市场上消费者可选用的室内环境甲醛净化治理产品可以划分为以下六类产品 空气净化器类 对室内甲醛等污染物质有一定吸附作用的空气净化器 生物和化学净化剂类 在装修工程进行中和装修以后使用 可以有效降低人造板和空气中的游离甲醛 固体吸附类 可以对室内甲醛等有害气体进行吸附和催化分解 甲醛封闭剂类 可以涂刷于未经封闭处理的家具内壁板和人造板 防止甲醛释放和减少人造板的甲醛释放量空气新风机类 通过热交换系统进行室内环境的通风换气 排除室内的甲醛等有害物质 提高空气质量 植物净化类 在室内种植吊兰 芦荟 绿萝 常春藤等植物降低室内甲醛的浓度 吸烟的污染 吸烟者吸烟的过程是烟草在不完全燃烧过程中发生的一系列化学反应的过程 香烟燃烧时放出的烟雾中92 为气体 主要有氮 二氧化碳 一氧化碳 氰化氢类 挥发性亚硝胺 烃类 氨 挥发性硫化物 腈类 酚类 醛类等 另外8 为颗粒物主要有烟焦油和尼古丁 吸烟时大约有10 的烟雾进入体内 经气管 支气管到达肺部 一小部分可进入消化道 进入体内的有害物质最终进入血液循环 引起各系统 组织 器官发生病变 其严重程度取决于开始吸烟的年龄 吸烟量的多少以及持续吸烟时间的长短 吸烟是导致肺癌 喉癌 口腔癌等多种癌症和心血管病 慢性支气管炎 肺气肿 胃溃疡等多种疾病的危险因素 吸烟与肺癌有明显的因果关系 香烟烟雾中含有大量的致癌物和促癌物 长期吸入可导致肺癌 喉癌 咽癌 口腔癌 食道癌 肾癌 膀胱癌等 干热的烟雾长期刺激呼吸道引起阻塞性肺通气功能障碍 是造成慢性支气管炎和肺气肿的主要原因 吸烟也是冠心病 动脉粥样硬化的主要致病因素 此外 吸烟可引起消化性溃疡 视力下降 视神经萎缩 女性月经紊乱 痛经 男子阳痿 早泄甚至不育等 青少年由于机体各组织 器官还未发育完善 吸烟将产生更加严重的后果 吸烟不仅对本人有害 对被动吸烟者的危害不亚于吸烟者本人 据世界卫生组织报道 发展中国家每年约有100万人死于吸烟 发达国家每年约有200万人死于吸烟 约1 3 1 2的吸烟者因为吸烟而早逝 因此吸烟与健康已成为全球共同关注的公共卫生和个人卫生问题 生活用品的污染 铝及铝制品来源 含铝净水剂 含铝膨化剂 茶叶 含铝药剂 铝制生活用品 危害 无直接毒性 对中枢神经的损害 老年性痴呆 干扰磷的代谢 影响吸收钙 骨质软化症 其他物品 洗衣粉 洗发剂 洗涤剂 化妆品等 塑料制品 涂料和杀虫剂等 干电池 汞的靶器官是神经系统和肾脏 铅影响肾功能 性功能 贫血 消化系统功能障碍 2 物理因素的影响 室内小气候 空气流通日常保护自然采光噪声 超标严重 危害 听力 消化系统 心血管系统 血压值与噪声正相关 神经系统 内分泌系统 免疫系统 视力等等 辐射电磁辐射 组织温度升高 蛋白酶变性 工作效率和记忆力减退 无力 嗜睡 头晕等 放射线辐射 氡 肺癌建筑材料电视 X射线 氡是一种无色无味的天然放射性气体 吸人人体后会很快变成具有放射性的同位素镭 使人致癌 世界上有1 5的肺癌患者与室内的氡气污染有关 氡气常从污染的大气中以及混凝土 石块 油漆 砖瓦 涂料等材料中进入居室 在目前家庭装修中用的涂料 喷漆家具以及壁纸等材料都含有氡等有害物质 散发的气体带有浓烈的刺激味 因此 我们在追求良好的居住条件时 千万要预防氡之类的 无形杀手 一般来说 应从三个方面预防 一是慎选建材 对从地下采掘的诸如花岗石之类的材料可检测其放射物质的强度 并尽量让其在露天多存放一段时间 用煤渣砖建住房 除考虑其价廉外 也要考虑其含放射性物质多的弱点 在家居装修中 应尽量少用各类石料 油漆 涂料等 装修完毕 不要急着注入 应尽量多通风 让各种气体尽量散发 最好是油漆 涂料等干燥 各种气味几乎没有时再住人 二是改善条件 注意换气 居室要经常开窗户 切忌长期封闭 特别是新建住房和新装修的住房要坚持长期开窗 增加室内空气流动程度 如果通风不良 要安装换气设备 从而降低有害气体浓度 三是增加户外活动时间 在户外活动 既可呼吸新鲜空气 增强肌体抗病能力 又可减少育害气体的侵蚀 尤其是老弱病残和婴幼儿在搬进新居时 更要减少在室内的活动时间 晚上睡觉或必须在室内活动时 一定要主意通风和换气 手机的危害 匈牙利科学家发现 经常携带和使用手机的男性的精子数目可减少多达3成 令生育能力下降 研究还显示 把手机系在腰带或放在裤袋危险最大 研究显示 那些把手机系在腰带或放在裤袋内的男性面对最大的危险 经常使用手机的男性的精子数目减少会近3成 许多余下的精子也会出现不正常的活动 进一步降低生育能力 与以前的研究结果不同 研究员这次相信手机在待机状态也可造成损害 虽然手机不在使用中 但它也会不断发射讯号 跟最近的无线电杆保持联络 以前的研究一直假定这些发射的时间太短 不会造成损害 但研究员称 有关结论仍需进一步加以证实 并找出手机损害精子的原因与机制 问世仅15年难确证但英国诺丁汉大学的荣誉退休物理教授查利斯说 并无手机对健康造成损害的确凿证据 手机已存在约15年 但许多严重疾病需更长时间才会出现病征 这是研究无法显示的 当人们使用手机时 手机会向发射基站传送无线电波 而无线电波或多或少地会被人体吸收 这些电波就是手机辐射 一般来说 手机待机时辐射较小 通话时辐射大一些 而在手机号码已经拨出而尚未接通时 辐射最大 辐射量是待机时的3倍左右 这些辐射有可能改变人体组织 对人体健康造成不利影响 睡觉时别放枕边专家介绍 手机辐射对人的头部危害较大 它会对人的中枢神经系统造成机能性障碍 引起头痛 头昏 失眠 多梦和脱发等症状 有的人面部还会有刺激感 在美国和日本 已有不少人怀疑因手机辐射而导致脑瘤的案例 去年7月 美国马里兰州一名患脑癌的男子认为使用手机使他患上了癌症 于是对手机制造商提起了诉讼 因此 人们在接电话时最好先把手机拿到离身体较远的距离接通 然后再放到耳边通话 此外 尽量不要用手机聊天 睡觉时更不要把手机放在枕边 莫把手机当胸饰很多人爱把手机挂在胸前 因为这样使用方便 而且手机款式越来越时尚 许多女孩子喜欢把手机当饰物 但是研究表明 手机挂在胸前 会对心脏和内分泌系统产生一定影响 即使在辐射较小的待机状态下 手机周围的电磁波辐射也会对人体造成伤害 心脏功能不全 心律不齐的人尤其要避免把手机挂在胸前 有专家认为 电磁辐射会影响内分泌功能 导致女性月经失调 还会影响正常的细胞代谢 造成体内钾 钙 钠等金属离子紊乱 手机中一般装有屏蔽设备 可减少辐射对人体的伤害 含铝 铅等重金属的屏蔽设备防护效果较好 但爱美的女性偏爱小巧的手机 这种手机的防护功能有可能不够完善 因此 最好不要把手机挂在胸前 第三章生态环境与生态保护 第一节生态系统与生态环境一 生态系统是指一定空间范围内 生物群落与其所处的环境所形成的相互作用的统一体 是生态学的基本功能单位 在系统内 生物与环境相互作用相互影响 相互制约 不断进行物质和能量的交换 并在一定时期处于动态平衡状态 一 生态系统的组成1 生物 生产者 绿色植物 自养生物 光合作用将太阳能转化为化学能 无机物转化为有机物 消费者 直接或间接以生产者所制造的有机物为食物和能量来源的生物 动物和某些寄生菌类 分解者 具有分解能力的微生物 以动植物残体和排泄物中的有机物为食物和能量来源 把复杂的有机物分解为简单的无机物 供生产者重新利用 2 非生物环境部分是生态系统中生物赖以生存的物质和能量及活动场所 是除了生物以外的所有环境要素的综合 包括空气 阳光 水 土壤和无机矿物质等 生物与非生物环境构成一个有机的统一体 沿着一定的途径不断进行物质和能量的交换 保持相对的平衡 二 生态系统的结构1 营养结构 各组成部分间建立起来的营养关系 以食物关系为纽带 把生产者 消费者 分解者联系起来 食物链 食物网 由二者所构成的营养结构是生态系统物质循环和能量流动的基础 2 形态结构 群落中的植物的种类 数量及其空间为位置是生态系统的骨架 是生态系统结构的主要标志 三 生态系统的类型 陆地生态系统淡水生态系统海洋生态系统 二 生态环境除人类种群以外的不同层次生物所组成的生命系统为主体的外部条件 生态是指生物的状态 动态和势态 状态是指各种不同的生物在生态系统中的相对状态关系 包括食物链 水平分布和垂直层次中的相对位置和作用 动态是指生物状态随时间的推移所发生的有规律或无规律的变化 势态是指生物在生态系统物质和能量及信息交换过程中所引起的特殊地位和作用以及在与其环境的相互关系 第二节生态因子及其生态作用生态因子即环境因子 包括自然环境要素和社会环境要素 生物因子和非生物因子 非生物环境因子对有机体的影响为作用 有机体对环境的影响为反作用一 温度二 光和辐射三 水四 空气五 土壤 第三节生态系统的功能表现在生物生产 能量流动 物质循环 信息传递一 生物生产 生态系统中的生物不断从环境中的物质吸收能量 转化为新的物质能量形式 从而实现物质能量的积累 保证生命的延续和增长 即为生物生产 初级生产和次级生产 二 能量流动开始于光合作用 被绿色植物利用的太阳能为1 太阳能转化为化学能 三 物质循环1 水循环2 炭循环3 氮循环四 信息传递1 物理信息 声 光 色 2 化学信息 3 行为信息 第四节生态平衡与生态系统的稳定性一 生态平衡在一定时期内 生产者和消费者分解者之间保持一种动态平衡 种类和数量的稳定性 二 生态平衡的基础1 相互依存相互制约 物物相关 相生相克2 物质循环转化与再生规律3 物质输入与输出的动态平衡规律4 生物与环境间适应与补偿的协同进化规律5 环境制约的有效极限规律 三 引起生态系统失调的因素1 自然因素2 人为因素生物种类结构的改变 环境因素的改变 信息系统的破坏 第五节生态环境的保护一 主要内容1 预防和治理环境污染2 防止环境破坏3 保护有特殊价值的自然环境二 我国生态环境保护1 现状2 保护我国生态环境 第四章水污染与控制 一 水危机1 水在地球上的分布 地球上的水有97 3 贮存在海洋中 其余不到3 则分别分布在大气 地球其他表面和地表以下的地壳中 淡水资源的3 4存在冰川和冰帽中 而大多数的冰块集中在两极极地 极少被利用 可供人类利用的淡水资源仅占地球总水量的0 3 而且其在陆地上的分布极不平均 目前全球人均供水量比1970年减少了1 3 因这在这期间地球上又增加了18亿人口 按照水文学家的估算 年人均拥有水量为1000 2000m3的国家可定为水紧张的国家 当该数字下降为不到1000m3时 那么就可定为缺水国家 目前共有2 32亿人口所在的26个国家被列为缺水国家 其中不少国家人口增长率非常高 所以它们的水问题也日益加深 2 我国水资源特点和开发利用中存在的问题 一 水资源特点 1 总量不丰富年降水量为60000亿立方米 占全球的5 占世界第三位 我国拥有的地面水径流量为27210立方米 仅少于巴西 俄罗斯 加拿大 美国和印尼 居第六位 我国人均水资源占有量只有2300立方米 约为世界平均水平的1 4 排在第121位 是世界上13个贫水国家之一 2 空间分布不均衡我国的降水量从东南沿海向西北内陆递减 全国有45 的土地处于降水量小于400mm的干旱和半干旱地带 东西差异明显 东南的耕地总面积占全国的64 左右 径流占全国的96 西北36 的耕地只占4 由于气候变暖 西北冰川熔化速度加快 储量以1 25 的速度递减 加剧了西北地面水的紧缺 大约有90 的地面径流量和70 的地下渗流量分布在全国面积的36 5 的南方 而北方只有大约10 的地面径流量和30 以下的地下渗流量 3 时间分布不均匀我国大部分地区受季风气候的影响 降水主要集中在夏季 汛期四个月的降水 南方占全年降水量的50 而北方及西南各省占70 80 冬春少雨 夏季多雨 雨季和丰水年 洪涝灾害 旱季和少雨年 缺水问题严重 二 水资源开发利用中存在的主要问题 1 水资源供需矛盾突出 20世纪末660个城市中 300多个城市缺水 严重缺水的有110个 农村有5000万人饮水困难 近6000公顷的耕地是没有灌溉设施的干旱地 近1亿公顷的草场缺水 全国各地几乎每年都有可能发生旱灾 2 用水浪费严重 加剧水资源短缺 农业没有防渗设施 漫灌 使水的利用率仅为20 40 而国外农田灌溉水的利用率多为70 以上 工业耗水过高 不仅浪费水资源 同时增大污水排放量和水体污染负荷 城市用水中的跑冒滴漏等现象严重 3 水污染减少淡水资源七大水系污染呈加重趋势 按综合污染指数排序 全国七大流域污染程度由重到轻的顺序为 辽河 海河 淮河 黄河 松花江 珠江 长江 淡水湖泊和城市湖泊为中度污染 滇池和太湖等污染严重 90 以上的城市水域污染严重 50 的城市的饮用水源地不符合饮用水水质 我国主要七大流域水质类别比例现状 4 盲目开采地下水造成地面下沉十几个城市发生地面下沉 京津唐地区沉降面积近8500平方公里 华北地区形成了世界上最大的漏斗区 为5万平方公里 沿海地区 使海水入侵地下淡水层 加速地下水的污染 针对我国44个城市地下水的调查表明 有42个城市地下水已受到污染 并已发现数百种有害有机污染物 全国地下水水质超标面积大于200平方公里的城市占11 1 超标面积在100 200平方公里的占18 5 超标在20 100平方公里的占48 2 饮用水安全问题目前受到极为广泛的注意 据对长江下游沿江城市自来水浓缩物的细胞染色体试验 多呈阳性反应 提示了城市饮用水确实潜在安全性问题 5 河湖容量减少 环境功能下降围湖造田 使许多天然小型湖泊消失 近40年 我国湖面减少了130万公顷以上 损失350亿的淡水资源 不仅损失淡水资源 减弱湖泊的防洪排涝的能力 减少湖泊的自净能力 破坏湖泊的湖泊的环境功能 造成湖区气候恶化 水产资源和生态平衡遭到破坏 我国湖泊 水库 富营养化的急剧恶化趋势 云南滇池在80年代初期还处于三类水体 十几年后的90年代后期全湖范围已急剧恶化到劣五类水体 陷入重富营养状态 按照上述急剧恶化趋势分析 我国本世纪前十年内不仅是湖泊富营养化面积进一步增加 可能将出现全国大范围的富营养化灾害 二 水的循环 一 自然循环水在太阳能的作用下 通过海洋 湖泊 河流等水面及土壤表面 植物径叶的蒸发和蒸腾作用形成水汽 上升到空中凝结成云 在风的推动下 移至各处 在适当的条件下又以雨雪雹的形式降落下来 分为两路流动 一是地面径流 二是地下渗流 两路水流相互交流转换 最终汇入海洋 同时 一部分水又经过蒸发和蒸腾作用进入大气圈 为水的自然循环 每年自然循环的水占地球总水量的万分之三 降水到达地面后 约有56 的水被蒸腾蒸发所消耗 34 形成地面径流 10 形成地下水 二 社会循环人类社会为了满足生活和生产的需求 从各种天然水体中取用大量的水 经使用后成为生活污水和生产废水 被排放出来流入天然水体 水在人类社会中构成一个局部的循环体系 三 水污染 一 水体 水体是河流 湖泊 沼泽 水库 地下水 冰川和海洋等储水体的总称 环境科学中的水体是包括水中的悬浮物 溶解物质 底泥和水生生物等完整的生态系统或综合自然体 二 水体污染水体污染是指排入水体的污染物在水体中的含量超过了该物质在水体的本底含量和水体的自净能力 从而破坏水体原有的用途 我国水污染防治法中的定义 水体因某种物质的介入 而导致其化学 物理 生物或放射性等方面特性的改变 从而影响水的有效利用 危害人体健康或者破坏生态系统 造成水质恶化的现象 1 水的污染有两种 自然污染 自然原因造成的 如特殊地质条件使某些地区某种化学元素的大量富集 天然植物的腐烂过程中产生某种有害物质 以及降雨淋洗大气和地面后挟带的各种物质流入水体等 都会影响当地的水质 通常把因自然原因而造成的水中杂质含量称为自然本底值或背景水平 人为污染 是人类生活和生产中产生的废物对水的污染 包括生活污水 工业废水 农田排水和矿山排水等 此外废渣和垃圾 大气都可使水体造成污染 2 水污染的分类 化学性污染1 无机污染物质 酸碱无机盐 酸碱污染可使水体的pH发生变化 抑制或杀灭细菌和微生物的生长 妨害水体的自净作用 还会腐蚀船舶 影响渔业 破坏生态平衡 无机盐会提高水的硬度和增加水的渗透压 降低水中的溶解氧 对水中的生物产生不利影响 2 无机有毒物质 主要指重金属 通过食物链富集 促使人体发生严重或慢性疾病 3 有机有毒物质 主要指各种有机农药 多环芳烃 芳香胺等 主要来自农田排水或某些工业废水 焦化 染料 塑料等 自然界本来没有的人工合成的物质 化学性质稳定 很难被生物降解 三致效应 4 需氧污染物质 生活污水和某些工业废水中所含的炭水化合物 蛋白质 脂肪和酚醇等有机物质可在微生物的作用下分解 在分解过程中消耗氧气 为需氧污染物质 如排入水体过多 会消耗大量的溶解氧 影响水生生物生长 水的溶解氧耗尽后 有机物质进行厌氧分解产生大量的硫化氢 氨 甲烷 硫醇等难闻物质 使水质变黑发臭 使水质恶化 它是目前水体中最大量 最经常和最普遍的一种污染物质 5 植物性营养物质 氮磷 含量较高时 对一般河流影响不大 但对湖泊 水库 港湾 内海等水流缓慢的水域会因此使藻类等浮游植物及水草大量繁殖 水体的富营养化 大量繁殖的藻类使鱼类等水生生物的生活空间减少 藻类死亡腐败后又分解出大量的营养物质 促使藻类进一步发展 使水体外观呈红色或其他色泽 通气不良 溶解氧下降 水质恶化 严重的导致水草丛生 湖泊退化 6 油类污染物质 影响水质 破坏海滩 危害水生生物 物理性污染 1 悬浮物质污染 是指水中含有的不溶性物质 包括固体物质和泡沫等 影响水体外观 妨害光合作用 对生物不利 2 热污染 冷却水 水温升高 溶解氧降低 水中某些有毒物质毒性增加等 危及鱼类和水生水温的生长 3 放射性污染 原子能工业的发展 使放射性废水废物增多 造成一定的放射性的污染 4 生物性污染 生活污水 医院污水和某些工业废水 带入病原微生物 随水流而传播 三 水体污染源1 点源 工业污染源和生活污染源工业废水的特点 悬浮物浓度高 需氧量高 pH值变化大 有毒有害成分多样 温度高 含盐量高等等 生活污水的特点 是指居民在日常生活活动中所产生的废水 主要指生活废料和人的排泄物 其中包括厨房洗涤 淋浴 洗衣等废水及冲洗厕所的污水 水质稳定 但浑浊 深色且具有恶臭 呈微碱性 植物营养性物质含量高 大量洗涤剂 多种微生物 2 面源农业污水和灌溉水 四 水质指标水中所含杂质按照其在水中存在的状态可分为 悬浮物质 溶解物质 和胶体物质 悬浮物质是由大于分子尺寸的颗粒组成的 靠浮力和粘滞力悬浮于水中 溶解物质是由分子或离子组成的 被水的分子结构所支撑 胶体物质介于悬浮物质和溶解物质之间 水质是指水和其中所含有的杂质所共同表现出来的物理学 化学和生物学的综合特性 水质指标是表示水中的杂质的种类 成分和数量 是判断水质的具体衡量的标准 物理性水质指标1 感官物理性状指标温度 色度 嗅和味 浑浊度 透明度等2 其他物理性指标总固体 悬浮固体 溶解固体 可沉固体 电导率 化学性水质指标1 一般化学性指标pH 碱度 硬度 阳离子 阴离子 总含盐量 一般有机物质2 有毒化学性指标重金属 氰化物 多环芳烃 农药3 氧平衡指标DO COD BOD TOD生物学水质指标细菌总数 总大肠杆菌数 病毒 病原细菌 1 固体 在一定温度下将水样蒸发至干时所残余的固体物质的总量 严格说来水中除了溶解的气体外 其他一切杂质 有机 无机 各种生物体都为固体物质 按照溶解性可分为 溶解固体 悬浮固体 按照挥发性分为 挥发性固体 固定性固体 可沉固体 将1升水样在一锥形玻璃筒内静置1小时后的悬浮物质数量 mg L 2 色度 分为真色和表色 真色是由于水中所含溶解物质或胶体所致 即除去水中悬浮物质后所呈现的颜色 用水和天然水 表色包括溶解物质 胶体物质和悬浮物质共同引起的颜色 废水和污水 澄清或离心 3 浑浊度 水中的不溶解物质对光线透过时所产生的阻碍程度 一般 不溶解物质越多混浊度越高 但无定量关系 光学效应 与不溶解物质的数量 浓度 颗粒物的尺寸 形状等有关 4 硬度 由于能与肥皂作用生成沉淀和与水中某些阴离子化合生成水垢的两价金属离子的存在而产生的 重要的致硬金属为钙离子和镁离子 暂时硬度和永久硬度 5 化学需氧量 COD在一定严格的条件下 水中各种有机物质与外加的强氧化剂 重铬酸钾 高锰酸钾 作用时所消耗的氧化剂的量 以氧的mg L表示 重铬酸钾耗氧量 有机物和无机还原性物质 高锰酸钾耗氧量 OC 水中不含氮的有机物质在测定条件下易被氧化 而含氮的物质很难分解 适用于测定天然水和不含氮的有机废水 6 生物化学需氧量 BOD在有氧条件下 水中可分解的有机物由于好氧微生物的作用被氧化分解而无机化 该过程所需要的氧量为生物化学需氧量 以氧的mg L表示 BOD5 7 总有机炭TOC 废水中有机物全部转化为二氧化碳的量 在900 950的高温下燃烧水样 测量所产生的二氧化碳的量 即为水样的总有机炭值 以炭的mg L表示 减去无机炭的量 8 总需氧量TOD 水样中的有机物在900高温下燃烧变成稳定的氧化物时所需要的氧量 低于理论值 9 pH值10 细菌数 以每毫升水样中细菌总数及一升水中含有大肠菌数的多少表示水体被细菌污染的程度 11 有毒物质 金属和无机有毒物质 五 水质标准每一种功能的用水都有一定的水质要求 针对不同的用途 建立相应的物理化学和生物学质量标准 对水中的杂质加以一定的限制 水质标准 1 饮用水水质标准 生活饮用水卫生标准 GB5749 85 原则 流行病学安全可靠 防止水性传染病 化学组成对人体无害 在毒理学 心理学多应无害 使用应方便 硬度 含铁量过高等危害 2 地面水环境质量 地面水环境质量标准 GB3838 88 依据使用目的和保护目标 划分为五类 类 适用于源头水 国家自然保护区 类 集中式生活饮用水水源地一级保护区 珍贵鱼类保护区 鱼虾产卵场等 类 集中式生活饮用水水源地二级保护区 一般鱼类保护区及游泳区 类 一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区 类 农业用水区及一般景观要求水域 同一水域兼有多种功能的 依最高功能划分类别 不同功能的水域执行不同的标准值 3 污水综合排放标准 GB8978 1996 该标准对向地面水体和城市下水道排放的污水 分别规定了执行的级别标准 按污染物的性质分为两类 一类污染物是指能在环境和动植物体内蓄积 对人体健康产生长远不良影响者 如汞 铬 铅 砷等 一律在车间或车间处理设施排放口采样 二类污染物是指长远影响小于一类者 在排污单位排放口采样 两类污染物的采样浓度必须达到标准要求 六 水体自净作用进入水体的污染物 通过一系列的物理化学和生物学变化 污染物质被分离分解 污染物的浓度逐步降低 经过一段时间后 水体基本上或完全恢复到原来的状态 该自然净化的过程为水体自净 1 物理过程 稀释 扩散 挥发 沉淀等 2 化学和物理化学过程 氧化 还原 吸附 凝聚 中和等反应3 生物学和生物化学过程 进入水体的有机物质 由于水中微生物的代谢活动而被分解氧化并转化为无机物的过程 生化自净 水中氧的来源 1 水体和废水中原来含有的氧 2 大气中的氧向含氧不足的水体扩散溶解 直到水体中的溶解氧饱和 3 水生植物的光合作用放出氧气 溶于水中 水体中氧被消耗的同时 又得到补充和恢复 水体的耗氧和复氧过程 当河流接纳废水后 近邻排入口的各点 DO逐渐减少 有机物多 耗氧速率大于河流的复氧速率 随着河流中有机物的逐渐氧化分解 耗氧速率降低 在排入口下游某点出现耗氧速率和复氧速率相等的情况 此时DO含量最低 为最缺氧点 再往下游 复氧大于耗氧 如果不再接纳新的污染 河水中的DO会逐渐恢复到废水排入前的水平 如果河流受到的有机物质污染的量低于其自净能力 氧垂曲线的最缺氧点的DO大于零 否则该段将处于无氧状态 七 防止水体污染的基本途径 解决废水问题的基本原则 1 革新工艺 减少用水量 清洁生产 2 循环回用 一水多用 清洁生产 3 综合利用 化害为利 资源化措施 4 适当处理 安全排放 末端处理 无害化 5 加强对水体及污染源的监测和管理 八 水处理的方法1 饮用水处理的基本方法地面水为饮用水源时 工艺 混凝 沉淀 过滤和消毒 地下水时 一般只需消毒处理即可 但对含污染物多的地区的地下水 含铁锰 有机物等 需要多道程序处理 活性碳纤维 臭氧氧化 超声波处理等深度处理 工业给水 软化 除盐 冷却等 2 废水的处理按照处理方法的性质可分为 物理法 利用物理作用分离废水中悬浮物质 不改变其化学特性 沉淀法 气浮法 筛网过滤 蒸发浓缩 离心 超滤 反渗透等 化学法 利用化学作用处理水中的溶解性物质和胶体物质 中和 氧化还原 混凝 电解法 汽提 萃取 吹脱 吸附 离子交换 电渗析等 生物法 利用微生物的作用 使废水中的呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害物质 好氧生物处理和厌氧生物处理 好氧又分为 活性污泥法 生物膜法 生物氧化塘 污水灌溉 土地处理系统等 按照不同的处理程度 可分为 一级处理 只除去废水中较大的悬浮物质预处理二级处理 去除废水中呈溶解和胶体状态的有机物质 生化处理法 一般废水能达到排放标准 生化处理三级处理 营养性物质 氮磷 生物难降解物质和溶解性盐 深度处理 第二节物理处理法 物理法是利用废水中污染物的物理性质 如比重 质量 尺寸 表面张力等 将废水中悬浮物 漂浮物分理出来 采用的处理方法与设备有 筛滤截留法 筛网 格栅 滤池与微滤机等 重力分离法 沉沙池 沉淀池 隔油池与气浮池等 离心分离法 离心机与旋流分离器等 一 筛滤是去除废水中粗大的悬浮物和杂物 以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法 筛滤的构件包括平行的棒 条 金属网 格网或穿孔板等 1 格栅格栅是由一组平行的金属栅条框架制成 斜置于污水流经的渠道上或泵站集水池的进口处 用以阻截大块的悬浮物或漂浮物 是一种对后学处理构筑物或水泵机组起保护作用的设备 1 按其形状可分为平面格栅和曲面格栅两种 2 按栅条的间隙可分为粗格栅 50mm 100mm 中格栅 10 40mm 和细格栅 3 10mm 三种 一般新设计的污水厂采用粗 中两道格栅 2 筛网由金属丝织物或穿孔板构成 一些工业废水中产生的含有的较细小悬浮物 如纤维 纸浆和藻类等 不能被格栅所阻截 也难以用沉淀法去除 工业上常用不同尺寸的筛网去除和回收该类悬浮物 主要有振动筛网 水力筛网 转鼓式筛网 转盘式筛网和微滤机等 二 沉淀法它是利用废水中悬浮颗粒和水的比重差异 借助重力沉降作用将悬浮颗粒从废水中分离处理的方法 1 根据悬浮物的性质 浓度及絮凝性能 沉淀可分为四种类型 自由沉降 当悬浮物浓度不高时 沉淀过程中 颗粒之间互不碰撞 呈离散状态 各自独立的完成沉淀过程 颗粒的形状 尺寸和质量不发生改变 下沉速度不受干扰 絮凝沉降 干涉沉降 当悬浮物的浓度约在50 500mg L时 在沉降过程中 颗粒之间可能发生互相碰撞产生絮凝作用 相互黏结 使颗粒的粒经 质量随着沉降深度的增加而逐渐变大 沉降速度不断加快 拥挤沉降 成层沉降 区域沉降 当悬浮物浓度大于500mg L时 在沉降过程中 相邻颗粒之间互相妨碍 干扰 沉速大的颗粒无法超越沉速小的颗粒 各自保持其相对位置不变 并在聚合力的作用下 颗粒群结合成一个整体而成层沉降 并与澄清水之间形成一个清晰明显的液 固界面 沉降过程即为界面下沉的过程 压缩沉降 颗粒在水中浓度很高时会相互接触 上层颗粒在重力作用下可将下层颗粒的间隙水挤压出界面 使颗粒群被压缩 常发生在沉淀池底部的污泥斗中或污泥浓缩池中 活性污泥在二沉池及浓缩池的沉淀与浓缩过程中 实际上都顺次存在着四个类型的沉降过程 各类沉淀时间的长短不一 2 沉淀池按照沉淀池中水流方向的不同 沉淀池可分为平流式 竖流式 辐射式 斜板和斜管式沉淀池 1 平流式 长矩形的池子 水通过进水槽和孔口流入池内 经挡板消流稳能后均匀地分布在池子的整个宽度上 水在池子中缓慢流动 悬浮物逐渐沉向底部 清水溢过沉淀池末端的溢流堰 经出水槽流出池外 共有流入区 流出区 沉淀区 缓冲层及污泥区等五部分组成 流入区 由设有侧向或槽底潜孔的配水槽 档水板组成 起均匀布水与消能作用 流出区 由流出槽与挡板组成 流出槽设自由溢流堰 溢流堰严格水平 即可保证水流均匀 又可控制沉淀池水位 缓冲层 避免已沉淀污泥被水流搅起以及缓解冲击负荷 污泥区 贮存 浓缩和排泥作用 2 竖流式 为圆形池 废水由中心管进入池内后 水由中心管的下口进入池中 通过反射板的拦阻向四周分布于整个水平断面上 缓缓向上流动 悬浮物借重力沉降于沉底 为了池内水流分布均匀 池径不宜过大 一般采用4 7m 不大于10m 沉淀区呈柱形 污泥斗呈截头倒锥体 3 辐射式 呈圆形或正方形 直径在20 30米以上 最大可达100米 池周水深2 5 5米 可用初沉池或二沉池 水由中心管管壁上的孔口流入 在穿孔板的作用下 均匀地沿池子半径向四周辐射流动 由于过水截面不断增大 因此流速逐渐变小 颗粒的沉降轨迹是向下弯的曲线 可使更多的颗粒沉入池底 沉淀池类型的选择 要综合考虑以上因素 1 水量的大小 2 水中悬浮物质的物理性质及其沉降特性 3 处理厂的总体布置与地形地质情况等 4 斜板和斜管式 普通沉淀池的缺点是悬浮物的去除率不高 40 70 和体积大 占地面积大 两个方面措施 一是改变悬浮物的沉降性能 投加混凝剂 助凝剂 二是改进沉淀池的结构 斜管沉淀池 浅池沉降原理 理想沉淀池的公式uo Q A表明 其中uo为颗粒的沉降速度 Q为水量 A为沉淀池表面积 其中水量不变 增大A 则可减小uo 就有更多的悬浮物沉淀下来 提高了沉淀效率 另外 t H uo 其中t为沉淀时间 H为有效水深 在uo不变的条件下 有效水深减小 沉淀时间按比例缩短 减小了沉淀池的体积 若将水深为H的沉淀池分隔为n个水深为H n的沉淀池 则当沉淀区的长度为原来长度的1 n时 即可处理与原来沉淀池相同的水量 且达到完全的处理效果 所以沉淀池越浅 越能缩