环境工程专业英语课文翻译

精品文档 1 欢迎下载 第一单元第一单元 环境工程环境工程 这本书主要关于什么 这本书主要关于什么 这本书的目标是使工程和科学的学生了解学科间的研究环境问题 它们的起因 为什么它们被关注 我们怎么控制它们 这本书包括 描述环境和环境系统意味着什么 关于环境破坏基础原因的信息 理解环境问题本质和能够定量计算它们所必要的基本科学知识 目前运用在水 空气 污染问题的环境控制技术的状况 我们目前在很多关于理解和控制人类活动 自然之间复杂相互作用的科学知识上存在着相当大的空白 很多环境问题能运用目前的技术消除或减少 但因为社会缺少意愿这么做或在很多例子中因为缺乏资 源去这样做 这些环境问题没有被处理 一些重要的定义 一些重要的定义 在这本书中 它们第一次被使用 定义被以大写或印刷成黑体字的形式展示 环境环境是围绕在我们周围的物质生命的栖息地 在这儿我们能看到 听到 触摸 闻到 和品尝到 系统系统依据韦氏字典 被定义为 一组或一系列能形成一个整体或者有机整体的相互关联的事物 例如 太阳系统 灌溉系统 供应系统 世界和宇宙 污染污染被定义为 在大气 水或土地中的物质的 化学的或生物的特性的不合意的改变 这一改变有害 地影响人类或其它生物的健康 生存 或活动 当改进环境质量的目标被用来改进人类福利 环境 一词扩展成包括所有的社会 经济和文化方面的 内容 这一扩展在许多真实情况下是不可行的以及在一本被设计为一学期课程的教科书中也是不实际的 我们对环境问题的考察因此限于我们对 环境 的定义 系统的相互作用系统的相互作用 许多不同的环境问题都与水 空气或土地系统有关联 许多这些问题都只适用于这些系统中的一个 这为这些种类中的细目分类提供了充分的理由 这样的分类也更有用于及易于理解一个系统内的相关问 题 而且 这样做是明智的 这是因为由于管理上的和行政上的原因 这些有关空气污染 水供应 废 水处理和固体废物处理的子域通常由政府机构分别处理 很遗憾的是 很多重要的环境问题不仅仅限制于空气 水或土地系统 还包括系统间的相互作用 现 在举个例子 酸雨问题起源于从发电站烟囱 冶炼厂和汽车尾气中向大气排放的含硫二氧化物和氮氧化 物 接着这些气体由气流运输到广阔的区域 降雨 将它们洗去 产生了有害于水生生命 森林和农作 物的酸雨 两个有关于系统间相互作用引起的环境问题有 空气中的二氧化碳的增加的全球问题 及通 常具有地域性质的酸雨问题 环境问题环境问题 许多对我们生活标准的主要改进能被归因于科学和技术的运用 这里举一些例子 你能想出其它例子吗 生产更多及更好质量的食物 创造能避免极端环境的保护所和生存空间 快速和可靠的运输方法的建立 各种交流系统的发明 代替人类和动物体力的机器的发明 安全水的供应和废物处理 对很多传染疾病的消除 通过在发达国家运用改进的水技术对大部分水传染的疾病的消除 通过更好的生产力 带来的 闲余时间的有效性 为文化的 娱乐的活动提供机会 避免例如洪水 干旱 地震 火山爆发的自然灾害的最坏影响 精品文档 2 欢迎下载 然而 通过这些改进 已经带来了不良的负面影响 例如耕地的丧失 消失的森林 环境的污染和 抵抗控制的新生物 很多影响起初被认为只是有害的小事现在被认为是对自然和人类的潜在威胁 在农 业社会 人们基本上与自然和谐相处 栽培食物 收集木材 制造来源于土地的衣服和工具 来源于动 物和人类的废物被归还于土地作为肥料 很少有水 土地或者空气污染问题的发生 古代城市 特别是像罗马帝国的城市 有供水和处置废物的系统 古罗马的大排泄沟中的沟渠供应古 代罗马城市 大约有 1 百万人 安全水 这是最有名及在这些系统中最早建造的下水道的例子之一 古 代城市的城市技术似乎已经被那些建造城市的欧洲人遗忘了很多个世纪 水供应和废物处理被忽略 导 致了很多痢疾 霍乱 伤寒和其它水传染疾病的爆发 直到 19 世纪中期 人们 才认识到对 携带着致 病生物的 污染废水的错误处理 自从 19 世纪发生于英国 欧洲和北美的工业革命以来 日益俱增的城 市化和工业化加剧了环境问题 城市化及工业化这两个现象 都是当时不能处理的水及空气污染的基本 原因 在接着的几十年 发生于发达国家中水质及部分废水的治理技术的快速发展 导致了水污染疾病事 件的急剧减少 注意所有废物被排放进环境 因而污染了我们的水 空气和土地系统 第二单元第二单元 美国危险废物处理的历史回归美国危险废物处理的历史回归 在美国 有害物质的处理兜了很大一个圈 在 1978 年以前 即使有处理这些物质的相关法规那也是 极少的 不合理的处理这些物质使市民陷入了健康问题 水源被污染 和野生生物被破坏 随着 1978 年 的资源回收保护法的颁布 现在 工厂的设备有义务对它们所形成的废物进行负责 但资源回收保护法 的补充却一直很慢 在美国 从 1920 年开始的工业时代早期到第二次世界大战结束后的几年里 很少有人关注处理那些 在生产过程中作为副产物而被生产出来的废物的合理方法 到了 19 世纪 20 年代 被工厂的废物 产油 井的盐水 钢铁厂排出的废酸所污染的河流 溪流到处可见 事实上 所有可以想象到的废物如废油 废溶剂 废树脂都有可以在河流中找到 然而这一时期的相关法律要么是不存在 要么就是没有被执行 文献中有很多关于个人的健康问题正如鱼类与野生生物的生存环境被破坏一样的例子 其他很多在文献 中没有被提到的案例也都发生了 其它作为权宜之计而被随意倾卸的废物不论是在工厂旁边还是在乡村都可被子挖掘到 由于无知和 缺乏经济动力 各企业没有尽力抵卸那些被化学物质所污染的地下水供给 事实上 这一时期的科学家 认同土地灌溉和渗透到多孔的地下结构这些处理废物的方法 尽管这些方法可能倾向于无害物质的处理 但是它们也同样被有害物质的处理所应用 再者 没有政府法规因保护地下蓄水层而禁止这些处理方法 随着在 1966 年美国环保署的成立 处理有害化学物质的问题并没有得到改善 这个机构的首要任务 是清洁河流和溪流 不幸的是 这时在政府中没有一个有势力的人认识到这个新机构带来的问题 美国环保署在早期对很多水污染法案的执行是相当成功的 往河流和溪流中倾卸有害的化学物质的 做法被排除了 但这些同样的物质造成了其他的处理问题 很多从排水管中回收的物质要么是没有价值 要么就是价值太低以至于不划算 在一些案例中 回 收在技术上是行不通的 结果就导致了化学废物只能用方便的方法处理 作为权宜之计的倾卸点扩大了 因为没有法规限制处理 很多没有专业技术知识的人投身到废物处理这一生意之中 由于不用处理那些 化学物质 所以他们的利润相当高 在大部分案例中 化学废物被运到在私人的土地上建起的积水区 产生废物的工厂相信运走废物的人以一种可以接受的方式处理了废物 所以他们觉得安全 在大多 案例中 这是不正确的做法 乱堆放的大小规模和复杂性都增长了 当这些堆放接近公共区域或者公共水源时 一系列的问题就 出现了 在堆放附近的市民开始经历有害的健康问题 如皮疹 瘫痪 癌症和先天缺陷 在一些案例中 这些问题被归因于由化学物质引起的污染 由于这些担心 美国国会通过了一个新的解决处理有害废物过程中出现的问题的法规 这即是 1978 年的资源回收保护法 这项法案的目的是同意有害物质处理的法规 结果导致了产生大量废物的企业现 精品文档 3 欢迎下载 在不得不确保这些物质被以对于环境安全的方式处理 在资源回收保护法由很少或没有经济资源的人确立之前 很多不合理的堆放已经造成 使得清理旧 的堆放点的工作由政府接管 在这一时期 这些清理的努力效率不高 由于过去的这些问题 强制美国工业承担有害物质处理的责任的相关法规已经颁布 即由对工业界 缺乏经济动力引起的问题 由难降解物化合物和对选择政府官员的认识以及政府机构对法规的控制制任 务引起的问题 尽管现在有足够的法规来解决有害废物的处理问题 但真正的解决在 20 年或更长的时间 内都是不可能的 只有通过工业界 科学家和政府部门间的共同努力 才能最终得到解决 第三单元第三单元 什么是废物回收什么是废物回收 废物最小化废物最小化 很多时候被派去美国讨论诸如此类术语 废物 资源 减少 废物最少化 回收和污染防止 美国 环境保护署提供了以下定义 废物减少 一种减少大量废物存在过程的行动 这些包括 例如 过程调整 原料改变 提高管理 和回收 一条龙 废物最少化 产生的废物所允许最大程度减少 然后处理 储存 或者处理 它包括一些废物减少 或回收行为被一个管理者承担 因由于不是总体积或废物数量或废物毒性的减少 就威胁到人类健康和 环境的回收的现在和将来最少化目标 回收 一个废物的使用和再使用被一化学物品或工业生产过程中的原料所代替 这个包括在场和其 他地方恢复一个废物或处理的污染物的使用分数从一个废物到允许再使用 污染防止 污染可能发生在工业化生产 或当某个产品被商业或消费者使用 这个防止可能在三个 方面 改变生产 改变回收在有毒或有害的未开发的物品上 过程改变 增加影响 改善维护例如在设备改 造 更好的管理 封闭的回收全过程 或调整产出 回收依赖在有毒或有害的产品 关于这个决议在 1984 年 对于资源保持和恢复有害和废液的改善法案 美国国会建立了一个全国 的保护政策 宣布了回收重要性或消除产生有害的废物 国会拟草宣布了它是美国一个无论在那里都可行的 产生有害的废物是要尽可能迅速地被回收或消 灭全国政策 废物还是会产生应该被处理 储存 或处理进而减少现在和将来威胁到人类健康和环境 在 1990 年 国会通过了 污染防治法案 建立了一个全国的废物管理政策 开始了无论在那里都 可行的第一个污染应该被防治或回收 第二个 废物应该在一个安全的环境方式被回收 第三个 废物 应该被处理 和作为一个最后的采取 废物应该被处理或释放到环境 对于这个决议和其他的环境法案 在美国废物最少化已经成为一个重要的工作理念 废物回收 废物最少化技术 相比 对于植物一些部分 废物最少化是固定的植物和场所技术 这种技术可以使用被 生产变化 过程变化 设备改造 操作训练 回收和再使用 在操作中 废物最少化的机会是有限的 只有被有关植物的人员的智慧利用 这种技术已经被运用 最大工业行列和工业化生产过程 和能将运用于有害废物和无害废物 生产改变生产改变 通常地 一种无毒物质能被一种有毒的代替 像这种例子是众多的 洛克希德成功地从碱性氰化物镉电镀槽切换到酸性非氰化物电镀槽 交换板质量是相等的 减少了 全面的花费可以解决简单化废物的处理 尽管这种交换板的花费是很高的 防卫部门在测试上下已经解决了很大部分的 安全代用品 去利用金属离子代替有害溶剂 例如全 氯乙烯 二氯乙烷和三氯乙烷 结果 一些维护性的商店正在开始用水或生物可降解的溶剂代替它们的 雾气去污剂和冷溶剂槽 精品文档 4 欢迎下载 美国物理协会材料公司在其等离子体喷雾沉淀工艺的冷溶剂脱脂操作过程中会生产出两种危害性废 物 松油烯型清洁剂代替了两种有害物质 被证明了是一项环境的和经济的成功 Riker Laboratories 一种 3M 的医药植物 加上了药品添加溶剂层 溶剂排放已经潜在地超过了 空气污染的限制即将来临 一个基于水的涂料已经发展了代替溶剂的涂料 不同喷雾设备已经被安装 而产品已经通过了质量和稳定性的测试 测试是积极的 而每年 24 吨的空气污染已经被控制 美国最大的电话电信公司已经有一个到 1994 达到减少 100 的含氯氟烃废物排放和将到 2000 减少 各种有毒空气排放的目标 他们已经代替柠檬果的一种衍生物和其他有机物 被代替用来清洗有机设备 和通过使用美国最大的电话电信公司的低溶液流动品排除含氯氟化烃在电路板工业化生产过程的使用 用 d 柠檬油精代替含氯溶剂 从大约 200 000 磅到 17 000 磅溶剂排放到大气中 生产过程的改变生产过程的改变 通过一个高的水压提取工序 静电复印机每年可以从中回收 800000 磅镍和 20000 磅的铝管 而产 出 160000 磅的硒再使用 Scott 纸厂已经发展了一套为回收资源叫 预循环 的系统 纸产品许多用来做包装 因此省一大 堆本身被当作废物的材料 在填埋场 Chevron 过去常被用来处理窑池底 现在它使用离心机去分离水中的油 它再利用这些油 和被处置好的水分离 这样只是小部分的液体被填埋 在 3M 的办公系统分离部门 一部温度控制电脑已经被适应去控制开启温度 已经排除开启所产生的 废物 每年在银 纸 溶剂和劳动力上省下 533200 美元 而主要花费是 16000 美元 排放了 137 吨的废 液 而防止了 53 吨的空气污染物 设备修正设备修正 为了提高恢复或回收操作率 产生更少的废物 或提高操作效率 设备可能会被更换 在新泽西的 Bayway 一个 Exxon 部门在 16 个容器中安装了储存了在部门中使用的最有挥发性的化学品的浮顶 浮顶 是一个在液体表面被储存在容器中其余的部分的盖子 当液体改变水平高度顶部上升和下降 最小化学 雾气的构成不得不从容器排出 排除回收每年一共达 680 000 美元 价值更多的是 200 000 美元 操作经验操作经验 一般地 好的内部管理是废物最少化的关键 这个经验作为一个预防的维修计划排除了很多的废物 材料 随意马虎的内部管理习惯 例如储罐 阀门或泵的泄漏 都会导致工艺过程中化学品的溅漏而需 要采取净化和处理措施 低干净度的一部分或不适当的废酸洗液时间将减少过程中化学物产生 增加废物处理的花费和化学 品更换的花费 在一些部门中提高材料的接收 储存和处理实践 材料在使用前就不是 废物 了 设备能正确地使用在教育工作者中是非常重要的 例如 操作者适当地运用喷雾技术可能会有意想 不到的收益 采购和仓库里的管理做法可能需要改进 原材料因为放在架子上太长时间就会失去它的用途成为废 物 和供销商达成协议去回收容器 使用更少的包装 等等 可能会减少废液在工厂里产生 适当的废气分离废物流将为回收和改造提供更多机会 在价值上 经常是回收一个化学品比去购买 新材料和付更多的处理费用会更少 有时一个材料可能不会出现一个详细的目的 但可能会适合其他设 备的使用 例如 溶剂通常是用来清洗涂料设备可能会为下一个槽提供稀释剂 回收和重新利用 封闭系统排除了有害化学物质的处理 回收可以在现场和离位上都发挥作用 废物的交换即为一个 工厂的废物在另一个工厂成为有用产品提供了可能性 废物最小化 实现废物减少 为了在工业中能够实现废物最小化或减少 一些措施需要到位 首先应该有拥有权或经营许诺 这应该有一个书面政策来支持废物的最小化 在雇员热心采用之前 这种管理必须被认为是对这项目的 渴求 这个承诺得成真 能够影响生产决定 能成为评估工作的一部分 一个废物最小化的机构应该成立 尽管每个公司的不一致 确切的数目和装扮都广泛依赖于公司大 精品文档 5 欢迎下载 小 复杂性和资历源 这个机构应该由各种各样的能够为废物最小化作贡献的人来组成 包括以下的代 表或本人都应该成为机构的一分子 管理 环境工程 设备维修 处理工程 生产 安全与健康 研究和发展 质量控制 购买 发明控制 船运 收购 储藏 会计学 职员 买卖 这些团队的成员需要有规则以满足 头脑风暴 和确认机会 每一个废物流都应该被认为是一个 机会直到其他的出现 记住 废物是放错地方的资源 废物最小化项目的目的应该清楚地被定义 以便每个人都知道什么达成了 进步是怎们做到的 状 况报告应该 与项目进程表作比较以确定是否达到预期的结果 机会优先 不是所有的废物都有同样的价值 比如说 掉得太低的水果 最容易首先被摘到 如 明显废物的实践处理 如花费 利润比率 如明显有害的物质 牵涉每一个人 教育雇员 让每个人都为废物最小化提建议 每个人 浪费 一点 可能有一个解 决方法 确认这些建议在技术和经济上的可行性 进行废物评价以确定排除产生废物的可能性 确定废物管理的花费 节省费处理 治疗和废行最小化 需要实现经北京时间和技术可行怍的研究以确是否应该 尝试某一方法 表明此工程项目可能是必要 的 向他人学习 在废物最小化这一领域已有很多文献 很多人愿意分享他们的知识 不再试图再发明 人家已经发明的东西 发展网络搭档以分意见 参加相关会议 利用技术交流中心 记住废物最小化是一个正在继续进行的过程 通过降低废物处理成本而收益 第四单元第四单元 环境分析环境分析 在一个环境系统中 环境分析包含化学 物理和生物测量的性能 这个系统不仅包含自然环境还包括 污染环境 但是这个术语 环境分析 知识逐渐用在关于污染测量领域 通常 有四种测量方法 定性分析 定量分析 目前用物种形成或品质鉴定去确认化学形成和方式在 污染中的细节 例如好像一个粒子被吸附在表面上 而且影响分析被决定于一种环境的冲击的污染物 所在的范围下特定的分析 环境分析的目的是为了制造一个可行的现实的评估 并将获得关于自然环境和污染环境的相关资讯 在污染的情况下 这包括现实或潜在的冲突 可能在其他某些方面 因此 一个污染物可能对动植物造 成毒害 它可能引起资源的污染 例如空气 水 土壤 以致他们不能被其他目的利用 对材料的污染 特别是建材 在某一区域是显然可见的 让人不愉快 例如空气中的硫氧化物的伤毁外表 未来环境 影响分析的领域将降低 像能见度降低 肮脏的天空和不愉快的气味 最后 重要的是认识 借着人类 正常的知觉不可能总是辨别到环境之间的冲突 以致发现可能需要复杂的化学或物理分析 为了能提供一个在环境分析一般领域方面具有深远意义的描述 这一领域可以从三点看法考虑 位于 被普遍运行的分析的选择的原因以下的基本概念 被普遍采用的现有技术和方法 和目前在环境分析能 精品文档 6 欢迎下载 力方面的情况 一些来自环境分析基础的哲学的概念如下 为了研究监测或快速目的 一个环境样品的收集和分析可能被进行 快速监测的分析 常常用于获得 关于一个环境问题的大概范围和性质的快速信息 可靠性 无论什么信息被试图寻找 对获得一个代表被调查的特定系统的可靠性是及其重要的 事实 上 去获得一个可靠样品可能是所有环境分析中最困难的方面之一 因为许多环境系统具有相当多杂性 和不均匀性 察觉限制 觉察限制的一种陈述是被使用的分析方式所尝试 必须总是被包含在提供所有环境分析结果 里面 这是因为相当大的混乱的存在关于 O 浓度的含义 事实上 这可能不可那说明 没有原子和 分子的存在比较 O 存在是不正确的 精确性和准确性 在报道一个环境分析也需要确切的指明等测量相关的精确性和准确性 这样 许多 环境测量 包含获得不同系统或同一系统不同条件结果的比较 以至于 有必要找出两个不同类型数字 在事实上是否不是不同条件的指示 元素 化学物的区别元素 化学物的区别 环境分析中最重要强调的一方面涉及化学元素和元素在 存在的化学物的区别 它明确地给出化学物 来自已存在环境样品中元素比简单给出元素现在浓度 当这样的概念在科学上地接受 分析方法还未达 到很容易地精确测出无机化学物痕量存在的水平 表面颗粒物表面颗粒物 污染物存在或联系凝结的状态 它有时候必要去绘出污染物是否在体积内或在表面的一部分 如此事 项 尤其是意味深长的因为物料在空气颗粒物的表面 例如立即与外部环境相通 但是那里均匀地贡献 通过这颗粒物是实质上在非常地的浓度和能产生非常地化学活性在颗粒表面 由于可以吸入空气中的颗 粒物 表面控制可以导致肺部颗粒沉积点化学物质局部浓度升高 有效性 虽然有效性分析通常不是由分析化学家进行的 确定化学物的有效性常常是必要的 为了更好发挥环境效果 一个污染物必须几乎总是进入溶质 例如空气中的颗粒物中有毒的化合物必须 被溶解在肺液在之前当地或系统效果能生产 因而 实验室范围的模拟有效地化学物特性能能提供必要 连接它存在和它最终作用 环境的作用 这最后连接分析 环境作用链涉及实际环境生产的决定 在最多例子里 这涉及生物鉴 定的一些形式或那决定毒理学的作用在生物物体的活体 对于费用 复杂性 和耗时的生物鉴定 它经 常替代化学分析 监测毒理学的作用目的 和符合一致规定标准 这样做 但是 他是必要去绘出所谓的 责任关系在水平或更多污染物物质和毒物的作用 第五单元第五单元 空气污染物的类型和来源空气污染物的类型和来源 什么是空气污染物 空气污染在一般情况下被定义为 含有一种或多种化学物质 在高浓度下对人类 其 它动物 植物或者材料有危害的气体 主要有两种类型的空气污染物 一是原发性空气污染物 指以有害 浓度进入空气的化学物质 例如超过正常浓度的 CO2气体 汽车燃烧含铅汽油排放到空气中不常见的铅化 合物 次生空气污染物是指 在大气中由气体成分之间发生化学反应所产生的有害化学物质 在空气不 流动时期 一座城市或者某一区域 所喷设出的高含量污染物将会造成严重的空气污染性物质 例如一些 人口非常稠密的城市的地理位置 像洛杉矶和墨西哥城的地理位置 使得它们经常特别易受空气流动停 滞和污积物增加的影响 在仅从浓度来决定严重空气污染物方面 我们必须十分小心 测量的浓度自身并未告诉我们有关污 染物造成的危害的信息 因为临界浓度 协同作用和生物放大效应都是决定因素 下面是 11 类主要的空气污染物 1 碳氧化物 CO CO2 2 硫氧化物 SO2 SO3 精品文档 7 欢迎下载 3 氮氧化物 N2O NO NO2 4 烃类 含有 C 和 H 的有机化合物 CH4 C4H10 C6H6 5 光化学氧化剂 O3 PAN 一类过氧酰基硝酸脂 和各种醛类 6 颗粒物 悬浮在空气中的固体颗粒和液滴 烟 粉尘 烟炱 石棉 金属颗粒 例如铅 铍 镉 石油 盐雾 硫酸盐 7 其他无机化合物 石棉 氟化氢 HF H2S NH3 H2SO4 HNO3 8 其他含碳有机化合物 杀虫剂 除草剂 各种醇 酸和其他化学物质 9 放射性物质 氚 氡 来自化石燃料和核电站的具有放射性的物质 10 热 11 噪音 下面表格概况了这些主要污染物的来源 污染物 来源污染物来源 碳化合物 NO 森林火灾和有机物的腐烂 化石燃料的不完 全燃烧 大约占总量的三分之二 和其它来 自汽车或是炉灶的有机物 香烟烟雾 烃类 汽车和炉灶中化石燃料的不完 全燃烧 工业溶剂和漏油的蒸 发 烟草烟雾 森林火灾 植 物腐烂 占 85 CO2 有机体的有氧呼吸和化石燃料的燃烧石棉 石棉开采 建筑中防火绝热的 喷漆 制动片的变质 硫氧化物 SO2和 SO3 家庭 工业 发电站等含硫煤和石油的燃烧 含硫物质的冶炼 火山爆发 金属和金属 化合物 开采 工业过程 燃煤 汽车 尾气 H2S 化学工业 石油提炼 NH3 化学工业 石油提炼 颗粒物 粉尘 烟炱 油 森林火灾 风侵蚀 火山爆发 燃煤 农场 矿井施工 道路建设 和其他垦荒活动 大 气中的化学反应 汽车搅动起来的粉尘 汽 车尾气 发电站和工厂煤的燃烧 H2SO4 大气中三氧化硫与水蒸气的反 应 化学工业 杀虫剂 除草剂 农业 林业 蚊子防治 HNO3 大气中三氧化硫与水蒸气的反 应 化学工业 氮氧化物 NO 和 NO2 机动车辆 工业和化石燃料发电站的高温燃 料的燃烧 闪电 噪音 汽车 飞机 火车 工业和建 筑 光化学氧化剂烃类和含氮物质在阳光下的反应 其他无机化 合物 HF 石油提炼 玻璃刻蚀 铝合金 和肥料的生产 第六单元第六单元 关于大气和生态环境的效应关于大气和生态环境的效应 CO2在全球热平衡中的角色是公认的 因为 CO2可以吸收热能 减少大气发射率 也就是说 CO2辐射 红外长波和可见光的能力 这种能力被定义为 温室效应 温室效应 主要是由具有强烈红外吸收波 段的水蒸气和 CO2引起 当然 大气中这些气体中任一种或是两种水平的改变 都将会影响被温室捕获的 热量和红外长波 和决定全球气候 直至 1890 为止 大气中 CO2含量已经由 290ppm 增至 322ppm 其中 25 的增长发生在过去十年 自 1958 年起 大气中 CO2含量的年增长率为 0 7ppm 年 如果照此趋势 到 2035 年 CO2的含量将有望翻倍 这种结果将可能导致中纬度地区温度上升 2 4 度 同时伴随着极地地区 巨大的潜在升温 人类活动排放的 CO2 引起气候温室效应的增长 在相当大程度上影响着全球性气候变暖 通过延长 农作物的生长季度 短期温度上升是有益的 然而 持续的全球变暖将会对全球农业产生不良影响 国 精品文档 8 欢迎下载 家研究院的报道宣称 与气候变暖有关的大气 CO2水平的增长将会造成农耕地区的巨大变迁 这些变化包 括 1 干旱 半干旱地区的增加 2 干旱和可耕作地区将向极地发展 3 夏季温度过高 中纬 度重要的高生产率作物 例如玉米和大豆不适宜 在北半球的许多区域 这些改变的净效应将会减少 可耕作地区 破环现有农业形态 当然 这也可能导致严重的经济破环和数十亿人的苦难 CO2引起的全球变暖 最严重的危害是极地冰冠融化 紧接着海平面上升 淹没沿海平原 这种情形 对于地球上面大量人口集中地区 将是毁灭性的后果 然而 基于目前和预测 CO2在大气中的增长 这种 极端的后果至少在未来几个世纪不会发生 而 50 年内农耕区域的改变将是极有可能的 虽然从大气 CO2已经提高的水平来看 全球变热已经被气候模范所预言 但是温度的上升并没有被经 验观察到 的确早在 1940 年 地球表面温度实质上是下降的 这些现象初步使得一些气象学家排除了 C02对全球变暖的影响 然而 在对气候改变的深入理解表明 接下来 50 年大气中 CO2的增长将确切导致 全球变暖 CO2对于气候的影响的证实已经被气候和全球平均表面温度的自然波动混淆了 气象记录仅仅适合于 过去几个世纪 虽然它们表明平均表面温度和气候发展趋势 但是他们碰巧又于工业化的增长和污染相 一致 因此 他们不能充分表明自然气候波动的特性 在过去一千年气候波动更有效的记录来自格陵兰 冰层氧同位素的研究 这些氧的同位素研究表明全球表面温度的周期性波动 80 年或是 180 的周期是很 明显的 从 1900 年至 1940 年 前半周期幅度与气象数据一致 基于来自格陵兰冰层所测定的氧同位素 数据 所显示的气候变化的观察 目前温度下降的趋势将在接下来十年封顶 紧接着转向全球变暖 在 自然变暖期间 由 CO2引起的升温将对全球变暖有重大影响 在 21 世纪初期 地球表面将会比过去 100 任何时候都温暖 虽然 CO2被确定引起气候变暖 但是来自世界碳预算 人类活动产生的 CO2过程 和各种相对重要的 汇和源 仍然存在不确定性 许多关于这个问题的研究都认为 所有观察到的大气中 CO2的增长都来自化 石燃料的消耗 这种形式排放的 CO2有一半仍然留在大气中 另一部分被认为是被海洋和陆生生物群所消 耗 一些科学家的计算显示 相对于陆生生态群储藏从 5 到 20 来自矿物燃料的 CO2 海洋是主要的 CO2 汇聚处 然而其他一些科学家认为陆地生物群事实上是主要的 CO2来源 他们声称本世纪热带森林的大面积破 环 频繁的陆地转化为农业耕地 已经导致陆生生物群储存 CO2的量的降低 另外 森林砍伐也加速了土 壤腐殖质的腐烂 并将 CO2释放到大气中 因此 陆地生物群事实上可能是 CO2的净来源 而并非认为的 是储存地 那么所有多余的 CO2一定是被海洋所吸收 这个结论现在被许多海洋学家所争议 他们认为短 期内海洋运行太慢而不能转化多余的 CO2 关于消耗机制的不确定性显著地使确定世界碳量平衡和预算将 来大气中的 CO2浓度问题复杂化了 一些气候模式预测大气中 CO2浓度的增倍将导致中纬度地区表面温度上升 2 4 度 而这些机制又是相 当原始的 因为他们没有考虑各种反馈机理 例如 全球变暖将会引起多云天气 从而减少辐射 反作 用于升温 另一方面 海平面温度的增加将会导致 CO2吸收和保持力的下降 结果 更高的升温将会发生 除了这些反馈机制之外 大多数气候模式都没有考虑由其他吸收带引起的温室效应潜在机理 而这 些潜在机理将会对全球变暖产生重点影响 氯氟烃对全球变暖的贡献占据 CO2的一半 痕量气体如 N2O CH4和 NH3也存在红外吸收波段 同样有利益全球温室效应 由于人类的活动 这些气体在大气中的 浓度将会有所上升 例如 农业肥料的使用将引起大量 N2O 和 NH3从施加肥料中释放出来 甲烷则来自化 石燃料的燃烧 目前全球每年化石燃料的排放率是 4 3 基于这些物质的散发 到 2035 年大气中 CO2将有望翻倍 化石燃料释放的 CO2和人类活动产生的气体导致了全球气候的潜在变化 而这些变化使得全球政治在面对 能力需求的增长和限制 CO2的排放的问题中显然两难的境地 大气中 CO2持续增长将会产生对人类自身不 良的气候改变 许多气象学家和科学家相信这种威胁是真的 然而 正如臭氧层的潜力 大气 CO2增加的 水平所造成的气候改变只是理论上的 许多人同意基于从气候所做出的预测还是相当原始的 第七单元第七单元 气体污染控制的常规技术气体污染控制的常规技术 精品文档 9 欢迎下载 控制工业来源颗粒物的排放的主要方法是利用旋风分离器 静电除尘器 布袋过滤器和洗涤器 除了 这些常规设备外 颗粒层过滤器和平板过滤器也已经在一定程度上得到应用 对于该类设备及其与常规 设备的结合的研究已经开始进行了 例如荷电液滴洗涤器 旋风分离器旋风分离器 旋风分离器是一种气流沿切线进入并通过一个螺旋轨道最后排出的圆锥形的容器 这种螺旋运动产生 离子力使颗粒物向容器边缘运动并聚集在容器壁上然后落到容器底部 离心力是引起颗粒物在旋风分离 器中分离的主要力 旋风分离器一般有两种类型 大径低效分离器 多管式小径高效分离器 大的分离器的效率会比较低 特别是颗粒物小于 50 m 时 但是 这种分离器成本较低 常在 1 3 英寸水柱压力降下运行 多管式分 离器的效率能达到超过 90 但是成本较高并且运行的压力降在 3 5 英寸水柱之间 它们更容易受到堵塞 和腐蚀的影响 较大的分离器经常用于当气流里充满产物的一部分时的过程 像在煤干燥器 紫花苜蓿 脱水器和碾磨作业里 它们被广泛应用于谷物运输 锯木 沥青制造装置和清洁剂制造中 布袋过滤器布袋过滤器 布袋过滤器系统 例如 布袋除尘器 通常由编织的合成纤维或玻璃纤维制成的管状布袋组成 布袋 里面含尘气体通过纤维使颗粒物在纤维的过滤作用下累积在上游 留在布袋里的尘土定时敲下并让它掉 入收集漏斗以便清除 布袋过滤器通常有较高的除尘效率 超过 99 5 压力降通常在 4 6 英寸水柱之间 必需的过滤面积 经常基于 11 5 3 0 cfm 气体 ft2布的气布比的 利用玻璃纤维的布袋除尘器的最高运行温度是 550 F 然而 也可能存在最小温度限制使得气体温度维持在高于露点 50 F 至 75 F 之间 进口粉尘浓度 在 0 1 10 0 grains ft3气体之间 在某些工厂里高浓度的含尘气体要先用预洗涤装置分离 例如低效 旋风分离器 布袋分离器已经在很多工业领域中得到广泛应用 包括采矿作业 食品加工 谷物运输 肥皂 清洁 剂 塑料制造加工以及众多其他工业 一些工业生产使用大型布袋除尘器运作 例如碳黑 水泥 电弧 炉 炼铁炉以及有色金属冶炼作业 布袋过滤净化气体适用于干燥颗粒物少的情况或水在工业废气中是蒸汽状态的情况 尽管系统是否良好 地运转视气流的特性和颗粒物的分离量而定 但标准过滤器或布袋除尘器能运行达到 99 的效率 运作单 元主要由包含一排排的过滤袋或过滤管的过滤单元组成的 湿式洗涤器湿式洗涤器 湿式洗涤器利用水喷雾来收集和分离颗粒物 湿式洗涤器的种类很多 但一般归类为低能或高能洗涤 器 压力降在 1 6 英寸之间的低能洗涤器大概由简单喷雾塔 填料塔或冲击式板式塔组成 水需要 3 到 6gal 1000ft3 的气体 收集效率可以超过 90 95 低能洗涤器在焚烧炉 化肥生产 石灰窑和铸铁车间 中得到了广泛的应用 高能洗涤器 或是文丘里管 用收缩 扩大管截面的方法给气流提供高速 与上面注入的水流接触 高 速供给提高了吸收效率 高达 99 5 但是压力降会达到 10 60 英寸水柱之间 这就要求有一个高能输入 的引风机 文丘里洗涤器经常应用于炼钢炉 造纸厂和炼铁炉中 湿式洗涤器能达到高的吸收效率 但可能会涉及用沉降池对液体废物的处理问题 它们也使气液饱含水 蒸汽从而产生混合蒸汽雾 涉及湿式洗涤的主要机理是 1 颗粒物与液滴结合从而增大它的尺寸 这 样它们会更容易被吸收 2 在液膜中堵积并将其冲走 静电除尘器静电除尘器 静电除尘器的气体清除尤其适合容易带电的气流和包含液态或者固态的带电物质 去除方法为使载满 微粒的气体通过由高压电极和接地捕集板产生的静电区域 气体被高压电极电离 同时气体离子的相互 作用使颗粒物带上电荷 接着颗粒物移动到与它相反的极性的收集板上 然后中和 因此静电的操作原理需要三个基本的步骤 1 颗粒子物质的电能交换 2 带电颗粒子物质在接 地板的收集 而且 3 通过机械刮除或者用水冲洗收集表面颗粒物质的清除 精品文档 10 欢迎下载 第八单元第八单元 大气污染控制的新技术大气污染控制的新技术 生物过滤 对生物过滤 对 VOCVOC 排放的新的大气污染控制技术 排放的新的大气污染控制技术 通过微生物生物来处理环境中的不必要组分的观念已经在污水降解领域得到了几十年的应用 然而直 到最近 美国利用微生物技术来去除环境中的其他污染物才得到了重视 而且虽然生物修复技术已在被 合成有机物污染的土壤和地下水治理得到了成功的应用 但现在美国的环保专家确很少利用生物系统来 控制大气污染物的实际经验 实际上 这个国家几乎没有环境的专家似乎意识到好几个欧洲国家 最显 著的是荷兰和德国 生物过滤 即从固相反应器气流中空气污染的生物去除法 是一种充分确立的空 气污染控制技术 在欧洲 生物过滤技术已经成功的应用于控制臭味和对人类有害作用的无机和有机的空气污染 空 气毒物 和从各种各样的工业和社会部门排出的可挥发性有机物 VOC 西德在生物过滤技术的发展大部 分是发生在 19 世纪 70 年代末和 80 年代 而且这种发展是由增加的要求调整的迫切性和联邦政府的财力 支持共同发展起来的 欧洲的经验已经证明 生物过滤较已有的空气污染技术有着经济的和其他方面的 优越性 特别是用于仅含有低浓度 典型的是甲烷浓度小于 1000ppm 易被生物降解的空气污染物 原则上微生物过滤技术为什么到现在没有在美国得到认可 只是在一部分领域内得到了应用 看上 去好像是由于缺少管理计划 政府对科研和发展的很少支持还有缺少英文写作的文献 更确切的说 在 美国大部分州关于管理计划还没有涉及到 没有以全面的方式 对从小源头排放的毒物 可挥发性有机 物和臭味进行控制 而且政府组织在研究生物降解在这些来源的实用性上给予了很少的财政支持 最后 尽管有一些重要的文献已用英文出版 但大部分最近的技术报告却是用德语出版的 尽管有现在的障碍 生物过滤技术在不久的将来的美国仍有可能得到广泛的应用 除了 现有的装 置大规模的工程现在还处在计划阶段或者建设阶段 例如第一个在加里福尼亚大规模用于控制 VOC 的系 统 由南岸空气质量控制区共同资助的一个用生物过滤法处理在洛杉矶附近一个铸造厂排放乙醇的系统 正在计划中 在其他地方也将会提供对这个系统性能更详细的分析 现在的这篇文章的主要目的是提供一个对生物过滤技术一个全面的综述来更广泛的传播这种 APC 新 技术 并且鼓励在美国合适的地方实施这种技术 很多涉及到发展和运用的生物过滤更复杂技术和工程 方面问题 就不能在这里讨论了 然而 我们会明确和总结这种文献还会给出更详细的文献 我们还注 意到 除了生物过滤技术 其他的生物 APC 系统现在在欧洲应用到了有机废气 包括 生物洗涤器 和 滴液池 文献中与这种相关的技术我们没有讨论 在其他文献中可以找到 带有臭味尾气的生物处理方法 可以从文献中找到在 1923 年当 Bach 讨论的控制从污水处理厂排放 的硫化氢基本概念 关于这种概念的报道始于 19 世纪 50 年代的美国和西德 Pomeroy 在 1989 年因为土 壤床概念和成功的描述了在加里福尼亚土壤床装置而得到了美国第 2793096 号专利 在 1959 年前后 土 壤层也应用在了西德城市污水处理厂来控制进来污水总管里的臭味 在美国 关于生物过滤法处理硫化氢的第一个系统研究 是由 19 世纪 60 年代的 Carlson 和 Leiser 主持的 他们的工作包括在西雅图附近的污水处理厂成功的安装了几个土壤过滤器 证明了生物降解而 不是用吸收来处理臭味 在随后的几十年里 美国的几个研究人员进一步的研究了土壤床的概念 证实了在很多大规模应用 中的有用性很多的这些技术归功于 Hinrich Bohn 在对土壤床理论和可能应用的 15 多年的研究 在美国 成功的土壤床应用包括控制从炼油厂发出的臭味和从喷雾罐释放出来的丙烷和丁烷 虽然已经证实土壤床可用相当低的投资和操作费用来控制某些类型的臭味和挥发性有机化合物 但 是 土壤的低生物降解能力和相当大的占地要求现质量土壤床在美国的应用 据估计 在美国和加拿大 的生物过滤装置和土壤层装置总数不会超过 50 个 而且大部分都是应用在臭味的控制上 气体和蒸汽控制技术 气体和蒸汽控制技术 p48 49p48 49 吸收吸收 吸收是一个扩散的过程 它涉及由于两相间的污染物的浓度梯度而导致的分子从气相向液相的传递 这本质上是单向的物质传递 任何形式的吸收都发生在包围着填料 或网孔 的液膜表面上或当气体是 精品文档 11 欢迎下载 分散相时 在泡沫的表面上 吸收塔设计的主要目标是以最低的消耗达到所需的物质传递 吸收是一个单元操作 它会受到通常会影响物质传递的所有因素的促进 当然 这些因素就是界面面 积 两相间的湍动接触 停留时间的增加 重复接触 高的溶解度 高的扩散系数 低的液体粘度 和 大的负吉布斯自由能变 在活性洗涤 的情况下 所有这些不同的因素都会影响物质传递速率 因为它 们都直接影响浓度梯度 在最好的操作情况下 污染物被轻易地溶解在液相中 如果可能的话 还与洗 涤剂发生一个不可逆反应 这样就能让污染物完全移除而不必担心在吸收液清除 pH 值调整和回收利用 中发生二次释放 吸附吸附 吸附是指一种化合物 吸附物 被吸附固体 吸附剂 的所有表面 既包括内表现也包括外表面 从 气相中捕集并保留在其上面 它的机制涉及一个连续的 扩散控制的 依赖于表面区域的过程中的一种 气体通过一个固体床的渗流 它与深床过滤有很多相似点 除了污染物是被首先捕集在上游表面的 吸 附效率依赖于选择性和高的捕集效率 这通常要求气相到表面间有一个较高的传质递度 捕集吸力属于 范德华力 毛细凝聚有助于吸附捕集 但一般影响很小 在一些吸附剂中 表面氧原子的非共用电子对 有助于氢键的形成 晶体结构的表面缺陷也可以促进捕集并有助于吸着物的保持 燃烧燃烧 燃烧被定义为快速高温的气相氧化 要使效率高 必须让污染物与氧气有足够长时间的高温接触来引 发反应 任何燃烧操作的最终目的都是把污染物氧化成二氧化碳 水 二氧化硫 和地氧化氮 其机理 包括随着包含的化合物的不同而不同的快速的链式反应 这些反应不会以燃烧过程造成不利影响 除非 它们被中断 在那种情况下 部分氧化产物会从燃烧器的流出液中释放出来 很多这些化合物比它们的 母体化合物有更强的毒性或危害性 例如由于含氧有机物的不完全氧化而形成醛 像丁酸部分氧化形成 丁醛 想尽可能减少这种情况发生就要通过量空气 高于通过化学计算所要求的值 任何氧化反应的延 续都取决于让可燃混合物 废气 空气和助燃气 保持在可燃的范围内 应该维持自燃的条件 如焚化 炉状况和油 气混合物的构成 这样 如果混合物被送进火焰区 它就会自然地点燃 如果包含在废气中 的燃料量足够高 那么增补燃料只需要被用于点燃燃烧物或使系统达到操作温度 那样 由于燃烧气的 燃烧值 焚化将会扩展开来 用氧化的方法控制大气污染用氧化的方法控制大气污染 p60 62 p60 62 VOCs 挥发性有机物 的最终命运很可能就是在引擎或焚化装置的炉子中被作为一种燃料 或者在一 个生物处理装置中 以或者在大气中 形成臭氧和微粒 被氧化成 CO2和 H2O 含有 VOCs 的气流 如果 它因浓度太高而不能排放到大气中 但又还没有高到足以被富集起来重新利用 那它在排入前就会先被 氧化 不论是在一个焚化炉中在高温下进行或者在低温下通过生物氧化而进行 燃烧燃烧 有些大气污染物主要是由燃烧后产生的物质危害性更小甚至远远小于原始物质的物质组成 这类物 质的离子大多数是碳 氢 氧 氮和硫的化合物 正如其它一些物质一样 大多数 VOCs 都属于此类 因 此这里的处理方法主要考虑 VOCs 但也可以应用于其它物质 通过燃烧法 把这些物质从有害或者令人 讨厌的形式转化为无害或不那么令人讨厌的形式 可能是最经济和最实际的解决 VOC 排放问题的方法 一些有趣的例子如下 1 2 3 在反应方程式 1 和 2 中 一氧化碳 被公认为对人体健康有害 和苯 一种活性烃 烟雾前体物并且是致癌物质 被转化为危害性较小的物质 反应式 3 可能看起来 不属于这里 因为 SO2是一种重要的污染物 对它 我们有一个国家性的控制计划 但是 高浓度的 H2S 硫