环境工程基础0绪论

赖万昌2014年9月,环境工程基础核环境篇,绪论,环境工程基本内容核能与核技术利用现状核环境相关参考书,环境工程基本内容,环境问题环境与生态、能源关系环境工程的内容、任务与方法,环境问题,环境自然环境：环绕于人类周围的各种自然因素的总和，由空气、水、土壤、阳光和各种物质资源等因素组成，是一切生物生存所依赖的物质世界。社会环境：是指人类生存及活动范围内的社会物质、精神条件的总和。广义包括整个社会经济文化体系，狭义仅指人类生活的直接环境。环境的法律定义影响人类生存及发展的各种天然的及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、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村。,自然环境社会环境,环境问题,环境分类以人类对环境的利用和改造来划分：聚落环境、地理环境、地质环境和星际环境。聚落环境是人类聚居场所的环境。地理环境是由与人类生产、生活密切相关的，直接影响人类生活的水、土、气、生物等环境因素组成的，具有一定结构的多级自然系统。地质环境主要指地表下面的坚硬地壳层。星际环境又称宇宙环境，是指地球大气圈以外的宇宙空间。环境问题环境科学与环境保护所研究的问题主要不是自然灾害问题，而是人为因素所引起的环境问题。,环境出了哪些问题？,印度博帕尔毒气泄漏案,1984年12月3日凌晨，印度中央邦的博帕尔市的美国联合碳化物属下的联合碳化物（印度）有限公司设于贫民区附近一所农药厂发生氰化物泄漏，引发了严重的后果。大灾难造成了2.5万人直接致死，55万人间接致死，另外有20多万人永久残废的人间惨剧。,马斯河谷烟雾事件,四日市哮喘事件,伦敦烟雾事件,洛杉矶光化学烟雾事件,日本水俣病事件,日本米糠油事件,美国多诺拉事件,骨痛病事件,环境问题归类,水污染问题陆地水体（河流、湖泊）溶解氧降低，水生生物死亡有毒有害废水排放湖泊富营养化、海水赤潮饮用水水源减少，水质下降工农业用水紧张,环境问题归类,空气污染问题酸雨问题汽车尾气问题城市热岛问题温室效应问题,环境问题归类,固体废物污染问题垃圾围城、白色垃圾垃圾渗滤液污染地下水垃圾焚烧的二次污染,环境问题产生原因,人口增长的压力城市化效应不合理开发利用自然资源，超出环境承载力，使生态质量恶化或自然资源枯竭。工业化的发展导致环境问题加速环境与发展的关系没有协调环境保护的法律法规缺乏完善经济高效的绿色工业技术有待建立,人口增长规模,环境问题对社会发展的影响,对人民健康的影响水、大气、噪声、微生物污染等。急性危害，慢性危害，长远危害。对资源利用的影响污染的本质：物质或能量出现在不该出现的地方。对经济发展的影响资源效率低下，成本增加。对子孙后代的影响资源浪费导致的资源匮竭，将来只有花费高代价寻找替代资源。,环境要素与环境效应,环境要素：是指构成人类环境整体的、各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分。环境要素可以分为自然环境要素与社会环境要素，习惯上指自然环境要素，包括水、大气、岩石、生物、阳光与土壤等。环境要素具有的特点最小限制律等值性整体性效应大于个体效应之和环境诸要素相互依赖、相互作用与相互制约环境效应环境物理效应环境化学效应环境生物效应,环境与生态、能源关系,生态系统是指在自然界的一定空间内，生物群落与周围环境构成的统一整体。其中生物与环境相互作用、相互制约、不断演变，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡。生态系统组成部分生产者：进行光合作用，进行有机物的合成（植物和其他光合生物）消费者：直接或间接利用植物所制造的有机物分解者：将动、植物残骸分解为无机物的微生物无生命物质：无机物、有机物，水、大气、矿物质等生态系统的功能生态系统产生能量流动,生态系统的物质流动水的循环,二氧化碳的循环,氮的循环,硫的循环,磷的循环,生态平衡,概念生态平衡是指某生态系统的生物环境和非生物环境之间以及它们内部之间通过物质循环、能量流动和信息传递，达到互相适应、相互制约、协调统一的效果，维持一种恒定状态。也就是说，生态平衡包括了生态系统中结构上的平衡和功能上的平衡两个方面：结构平衡主要指生物种类的多样性。功能平衡指生态系统中物质流动相对恒定，循环保持正常；能量输入和输出接近相等，流动基本守恒。特性生态系统的平衡是一种动态平衡。当生态系统受到一定程度的外界干扰而引起不平衡时，具有恢复平衡状态的能力，使其进入新的平衡状态，即自身调节的能力。当干扰超出其承受能力，即一定的限度，达到破坏生态规律的程度，调节就不再起作用，生态平衡就会遭到严重破坏。,环境容量问题,生态系统的自净功能水、气、固三态环境在自然条件下互相发生物质与能量交换，在生态系统中保持相对稳定的组成。由于生态系统的自身运行活力，导致污染物的浓度及总量在某一水平之下时，生态系统能够通过自身的运行机制，逐渐自动将污染物分解为无害环境。这就是生态系统的自净功能。环境容量概念污染水平超过一定限度，污染能力超过生态自净能力，将导致生态系统内的生物种类既相对数量发生质的变化，自净能力急剧下降，生态平衡被打破。不导致生态平衡破坏的最大污染水平，就是相对于某一环境的环境容量。如何维持生态平衡通过各种手段，尽量减少污染，降低污染水平，使不致超过环境容量。,能源与环境,能源的使用现状不可再生能源逐渐枯竭两次石油危机能源使用中的污染问题燃煤电厂烟尘污染酸性气体排放温室气体问题（CO2，NOX)水污染问题废渣问题,环境治理中的能源投入污染物收集、输送设备污染物处理能耗污染治理相关企业能耗节约及合理利用能源就等于保护环境节能途径结构节能；管理节能；技术节能节能技术提高能源的转化率；提高能源的利用效率绿色能源计划太阳能利用风能发电潮汐发电生物质能地热利用,环境保护与可持续发展,什么是可持续发展可持续发展，是指满足当前需要，同时不削弱子孙后代满足其需要之能力的发展。两要素当前需要子孙后代发展能力,为什么将环境保护列为我国的一项基本国策？环境破坏阻碍经济发展的势头已经出现生态平衡一旦破坏，再次恢复十分困难环境与发展密不可分坚持可持续发展的良性发展道路,我国在环境保护中采取了哪些措施？将环境保护纳入综合决策，转变传统经济增长模式完善环境立法与监督机制积极发展循环经济，推行清洁生产调整产业结构，减少产业污染与能耗提高全民环境意识，加强环境教育改变消费观念，推行绿色消费方式,环境工程的内容、任务与方法,环境工程概念环境工程是通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生问题。环境工程主要解决内容提供大气污染控制与治理工业实现；提供安全、可口和充足的公共给水；处理与循环使用废水和固体废物；建立城市和农村符合卫生要求的排水系统；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社会和环境所造成的影响。环境工程所涉及的是公共卫生领域里的工程问题，例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。,环境工程的对象将对象概括描述三种环境系统：水资源系统、空气资源系统和固体废物管理系统。如果介质是空气、水或土壤之一，则限于以上三个系统之一的污染问题称为“单介质（single-medium）问题”。许多重要的环境问题并不限于简单的某一系统之中，通常涉及到空气、水和土壤等多种介质，这些问题称为“多介质（Multimedia）问题”。以下针对三种环境系统简介污染治理的任务。,废水处理任务与方法,最简单形式的废水管理子系统由六个部分组成，如右图。废水来源主要有工业废水和生活污水。当工业废水会影响到城市废水处理厂的正常运行时必须进行预处理。处理方法：针对具体水质及规模采用不同的物理、化学、及生物处理手段。,典型城市污水处理系统示意流程,大气污染治理通过气固分离、气体吸收、气体吸附、催化净化、生物净化等工程化手段处理大气污染的常见有害污染物。大气污染治理一般采用源头控制。,固体废弃物处理与利用一方面以工业化手段进行固体废弃物处理，另一方面坚持物尽其用的原则，尽量将固体废弃物加以利用。坚持废物处理的无害化、减量化与资源化及3R原则（reduce,reuse,recycle）,固体废物管理的简化方框图,发展简史核能利用核辐射和放射性同位素利用核辐射环境影响,核能与核技术利用现状,1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。1898年居里夫人与居里先生发现新的放射性元素钋。1902年居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。1905年爱因斯坦提出质能转换公式。1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。1935年英国物理学家查得威克发现了中子。1938年德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。,发展简史,1945年8月6日和9日美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。1954年苏联建成了世界上第一座核电站奥布灵斯克核电站。在1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。二战时，原子弹诞生了。人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开对核能应用前景的研究。,发展简史,2000年世界核电状况,核能利用,2008年1-11月，中国核力发电行业实现累计工业总产值228亿元，比上年同期增长了5.13%；实现累计产品销售收入223亿元，比上年同期增长了12.15%；实现累计利润总额105亿元，比上年同期增长了78.86%。中国正在加大能源结构调整力度。积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。中国能源结构仍以煤炭为主体，清洁优质能源的比重偏低。中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2010年中国核电装机容量约为2000万千瓦，2020年约为4000万千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。,中国核能发展的趋势,中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。从核电发展总趋势来看，中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行，当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，近期发展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“永远”解决能源需求的矛盾。,中国核能发展的趋势,核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，暂时没有其他的用途。核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。,核能的优点,核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。,核能的缺点,放射源，是特指除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性物质。各种放射性同位素以不同的半衰期（每衰变一半所需的时间）自发地衰变时，衰变能除了由或、或+射线携带外，大部分情况下还能发射或X射线。利用放射性同位素发射各种射线这一特点，已经开发出许多令人拍手称奇的用途，并且渗透到工业、农业、医学、环境、科研等各个领域。,放射性同位素利用,放射源的应用始于1901年，不过，直到1940年的近40年的时间内，主要局限于镭源的医疗应用。40年代后，密封源的种类以及数量不断增长，应用领域也迅速拓宽。时至今日，放射源已广泛地应用于医疗、研究、工农业以及一些消费品中。除了在工业射线照相和一些辐照器中使用的组合源的体积较大外（还有一些特殊的应用，如避雷针），大多数放射源的尺寸都很小。通常用作辐照器的密封源含有60Co和137Cs、中子源含有241Am等。密封源的应用行业和企业包括：核设施、辐照中心、科研院校、医疗机构、地质和煤田勘探与开采、石油开采与炼油、公路与桥梁建设、机械制造与安装、建材（尤其是水泥厂）、纺织、卷烟、造船、电力、制药、育种、造纸、冶金、仪表和钟表制造、电影制片、木材、塑料、面粉、饲料加工、电缆、荧光灯生产等。,放射性同位素利用,放射性药物影像诊断照相机发射型计算机断层扫描仪（ECT）正电子发射计算机断层扫描仪（PET）骨密度仪放射源治疗近距离治疗远距治疗体外放射免疫分析,放射性同位素在医学上的应用,核仪表核子秤料位计测厚仪核子湿度密度仪放射性测井射线照相（探伤）机其它应用通过辐射接枝交联技术进行改性，得到新的高分子化合物；利用放射性同位素210Po、238Pu等制作的放射性静电消除器，具有结构简单、安装容易、使用方便和不用电等优点；利用放射性同位素发出的射线使空气电离，中和静电而达到消除静电的目的，可清除唱片、幻灯片、照相底片、摄影镜头等上的灰尘。,放射性同位素在工业上的应用,辐射育种进行辐射育种的辐射可以是X射线、射线和中子，用得最多的是60Co源。X射线和射线辐照时，一般使用的剂量范围为1.31023.5102Gy；对于中子辐照，一般使用的剂量范围为10101013n/cm2。农药、化肥示踪农副产品的辐照保鲜辐照保鲜用源主要为60Co，活度3.71014Bq（1万Ci）以上。刺激生物体生长,放射性同位素在农业上的应用,放射性同位素在食品加工中主要用于灭菌保鲜。辐照过的酒可提高醇香度，相当于放置几年或几十年。用放射性同位素辐照过的猪肉，保鲜期延长而味道不变。,放射性同位素在食品加工中的应用,50,源从容器中发射出来采用遥控设备源在曝光期间无屏蔽可手动或自动操作,伽马探伤装置（发射型伽马探伤）,51,三个主要部件：X线管控制板高压电缆,X射线探伤设备,通过探测器测量穿过被检查物质的射线量。典型采用GBq的137Cs,密度测量仪,核子秤,54,CT诊断装置,55,PETScanners,辐射源在核医学中的应用,核能与核技术利用的广泛应用，给人类带来巨大利益的同时，也存在巨大的安全隐患和环境问题。1979年美国三哩岛核电站泄露事故、1986年苏联切尔诺贝利核电爆炸事故、2011年日本福岛核电泄露事故造成了人员伤亡和严重的环境污染，核与辐射安全和环境保护问题引起全球的关注与重视。,核辐射环境影响,核辐射利用的环保对策我国主要通过行政、法律、经济、技术和教育五个方面的措施来强化核辐射利用的环境保护。在行政措施方面，严格实施对于核设施的环境影响评价制度及评审程序，严格实施“三同时”制度及建设过程中的检查和建设后的验收。在法律措施方面，国家正在不断地完善相关的法律体系，2003年l0月实施了放射性污染防治法，目前正在草拟和组织修订相关的法律法规。国家环保局还会同有关部门制定了一系列有关核废物管理的环境政策。,在经济措施方面，我国借鉴国外的经验，对核废物管理也将采取“谁污染谁付费”的原则，将把废物的贮存、处理、处置费用纳入到电费之中。在技术措施方面，我国采用与国际上一致的基本要求。在教育方面，培养相关的专业技术人才，对在岗的核从业人员进行系统的培训，确保核辐射利用的高效、安全生产，也保护工作人员自身。,在国际上，为了减小核辐射利用对环境的影响，相应地出台一些环保公约，其中最重要的是“乏燃料管理安全和放射性管理安全联合公约”，它是当事国之间有关放射性废物安全管理，以及保护个