城市环境与城市生态学

城市环境与城市生态学,建筑与规划学院城市规划系顾康康Telmail:kangkanggu,第六章环境概论及城市环境问题,第一节环境概论第二节环境问题第三节城市环境大气污染第四节城市环境水污染第五节城市环境噪声污染,第一节环境概论,一、环境的概念,环境(Environment)是指主体(或研究对象)以外，且围绕主体、占据一定的空间，构成主体生存条件的各种外界物质实体或社会因素的总和，是生命有机体及人类生产和生活活动的载体。可以说，直接或间接影响到人类的生存与发展的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体均可理解为环境。但在关注的角度和重点上，不同学科的学者对环境的概念有着不同的理解。,第一节环境概论,一、环境的概念,自然生态学家关注的环境多是指生物的栖息地以及影响生物生长和发育的各种外部条件；社会生态学家关注的环境是指人类赖以生存的各种自然与社会因素；气象学家主要关注大气圈环境；城市规划工作者与建筑师多关注物质性的建筑环境或建成环境(BuiltEnvironment)；而现代城市生态学家所理解的环境，则既包括了自然环境(未经破坏的天然环境)，也包括了人类作用于自然界、由于生产和生活活动所发生了变化的环境(半自然、半人工化的环境)以及社会环境(如聚落环境、生产环境、交通环境和文化环境等)。,第一节环境概论,二、环境的类型,环境是一个非常复杂的体系。在分类时，一般可按环境的主体、性质和范围来划分。1按环境的主体来划分目前主要有两种划分体系，其一是以人类为主体，其他的生命物质和非生命物质都被视为环境要素，此类环境称为人类环境；其二是以生物为主体，把生物体以外的所有自然条件都称为环境，亦即生物环境。,第一节环境概论,2按环境的性质来划分按环境的性质来划分可分为自然环境、人工环境(或半自然环境)、社会环境三类。在自然环境中，其主要的环境要素可再划分为大气环境、水环境、土壤环境、生物环境和地质环境等；半自然环境(或人工环境)可再分为城市环境、乡村环境、农业环境、工业环境等；社会环境又可再分为聚落环境、生产环境、交通环境、文化环境、政治环境、医疗休养环境等。,二、环境的类型,第一节环境概论,2.1自然环境通常指水、大气、生物、阳光、岩石、土壤、植被等。地球上的气候条件按纬度、经度和高度三个方向改变着，植被也沿着这三个方向交替分布。前二者构成植被分布的水平地带性，后者构成垂直地带性。植被分布的水平地带性，包括由南至北而热量变化的纬度地带性，和由海洋至大陆中心因水分变化而形成的经向变化。,二、环境的类型,第一节环境概论,二、环境的类型,纬度地带性：因地球接受太阳辐射量的不同而引起热量的差异，从赤道的两极每移动一个纬度，气温平均降低0.50.7，根据热量的不同划分为若干个自然地理带，如赤道、热带、亚热带、温带等等，每个带的气候状况、水文特征、土壤类型以及生物种类都有明显不同。经度地带性：陆地上的降水量在同一纬度的不同地点，往往是十分悬殊的。一般是从沿海到内陆渐次减少。植被因水分状况而由东到西（按经度方向）成带状依次更替，即为植被分布的经度地带性。,第一节环境概论,在我国从东到西具有水分条件从湿润到干旱的明显变化，依次分布着三个大的植被区域：湿润森林区域、半干旱草原区域和干旱荒漠区域，反映了经度地带性。在湿润森林区域内，从我国最南端的南沙群岛到最北的黑龙江，跨越着50多个纬度，南北热量悬殊，从南到北依次分布着热带雨林区、亚热带常绿阔叶林区、温带落叶阔叶林区和寒温带针叶林区，表现了明显的纬度地带性。,二、环境的类型,第一节环境概论,二、环境的类型,垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随地形高度的不同而不同，生物和气候自平地至山顶出现垂直地带分异的规律性变化，地形每升高100米，气温下降0.50.6。,第一节环境概论,二、环境的类型,2.2人工环境人工环境是指由于人类的活动而形成的环境要素，包括由人工形成的物质、能量和精神产品，以及人类活动所形成的人与人之间的关系(上层建筑)，等。2.3社会环境社会环境是在自然环境的基础上，人类经过长期有意识的社会劳动、加工和改造了的自然物质，创造的物质生产体系，积累的物质文化等所形成的环境体系。根据社会环境所包含的要素性质也可将其分为：物理社会环境，包括建筑物、道路、工厂等；生物社会环境，包括驯化、驯养的动植物等；心理社会环境，包括人的行为、风俗习惯、法律和语言等。,第一节环境概论,三、环境的功能特性,对人类和其他生物来说，环境最基本的功能包括三方面：其一为空间功能，指环境提供了人类和其他生物栖息、生长、繁衍的场所，且这种场所是适合其生存发展要求的；其二为营养功能，提供了人类及其他生物生长繁衍所必需的各类营养物质及各类资源、能源(后者主要针对人类而言)等；其三为调节功能，如森林具有蓄水、防止水土流失、吸收二氧化碳、放出氧气、调节气候的功能。此外，各类环境要素包括河流、土壤、海洋、大气、森林、草原等皆具有吸收、净化污染物，使受到污染的环境得到调节、恢复的功能。但这种调节功能是有限的，当污染物的数量及强度超过环境的自净能力(阈值)，则环境的调节功能将无法发挥作用。,第一节环境概论,由于人类环境存在连续不断的、巨大的和高速的物质、能量和信息的流动，在人类活动的干扰与压力下，表现出具有整体性、有限性、不可逆性、隐显性、持续反应性和灾害放大性等重要的特性。,第一节环境概论,1整体性人与地球环境是一个整体，地球的任一部分或任何一个系统，都是人类环境的组成部分。各部分之间存在着紧密的相互联系、相互制约关系。局部地区的环境污染或破坏，会对其他地区造成影响和危害。所以人类的生存环境及其保护，从整体上看是没有地区界线、省界和国界的。2有限性不仅是指地球在宇宙中的有限性，而且也指地球的空间和资源有限性。人类环境的稳定性有限、纳污能力有限，对污染物的自净能力也十分有限。在人类生存和自然环境不致受害的前提下，环境可容纳污染物质的最大负荷量称为环境容量。当人类生产和生活活动产生的污染物质量超过环境容量或环境的自净能力时，就会导致环境质量恶化，出现环境污染。这正说明了环境有限性的特征。,第一节环境概论,3不可逆性人类环境系统在其运动过程中，主要存在着物质循环和能量流动两个过程。前者是可逆的，但后者则不可逆转，因此根据热力学理论，整个过程是不可逆的。所以环境一旦遭到破坏，利用物质循环规律，可以实现局部的恢复，但不能彻底回到原来状态。4隐显性除了事故性的污染与破坏(如森林大火，农药厂事故等)可直观其后果外，日常的环境污染与环境破坏对人们的影响，往往有一个潜伏期，其后果的显现，需要经过一个时间过程。如日本由汞污染所引起的水俣病，经过30年时间才显现出来；又如DDT农药，虽然已经停止使用多年，但已进入生物圈和人体中的DDT还得再经过几十年才能从生物体中彻底排除出去。,第一节环境概论,5持续反应性大量的事实告诉人们，环境污染不但影响当代人的健康，而且还会造成世世代代的遗传隐患。目前，我国每年出生有缺陷婴儿约300万，其中残疾婴儿约30万，这与环境污染密不可分；历史上黄河流域生态环境的破坏，至今仍带来无尽的水旱灾害。,第一节环境概论,6灾害放大性实践证明，在特定条件下，某方面不引人注目的环境污染与破坏，经过环境的作用以后，其危害性或灾害性，无论从深度和广度，都会明显放大。如河流上游小片林地的毁坏，可能造成下游地区的水、旱、虫灾害；燃烧释放出来的S02、C02等气体，不仅造成局部地区空气污染，还可能造成酸沉降，毁坏大片森林，大量湖泊不适宜鱼类生存。或因温室效应，使全球气温升高，冰川溶化，海水上涨，淹没大片城市和农田。又如由于大量生产和使用氟氯烃化合物，破坏了大气臭氧层，结果不仅使人类白内障、皮肤癌患者增加，而且太阳中能量较高的紫外线也杀死地球上的浮游生物和微小生物，割断了大量食物链的始端，以致有可能会对整个生物圈造成毁灭性危害。,第一节环境概论,四、生态环境要素与生态环境质量,1生态环境要素生态环境要素是指构成人类生态环境系统的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分，又被称为生态环境基质。生态环境要素组成生态环境结构单元，生态环境结构单元又组成生态环境整体或生态环境系统。,第一节环境概论,2生态环境质量生态环境质量是指在一个具体的环境内，生态环境的总体或生态环境的某些要素对人类的生存繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是反映人类对生态环境评定的一种概念。具体的又可分为大气环境质量、水环境质量、声环境质量、土壤环境质量、绿化环境质量等。,四、生态环境要素与生态环境质量,第一节环境概论,(1)综合作用各种生态环境因子在环境中不是孤立的，而是彼此联系、互相促进、互相制约的，任何一个单因子的变化，必将引起其他因子不同程度的变化及其反作用。生态环境因子对生物的作用不是单一的，而是综合的。如温度是一二年生植物春化阶段中起决定作用的因子，但是也只能在适宜的湿度和良好的通气条件下才能发挥作用；如果空气不足、湿度不适，萌芽的种子仍不能通过春化阶段。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,(2)主导作用在诸多生态环境因子中，必有一个生态环境因子对生物起决定性作用，称为主导因子。主导因子发挥的作用称为主导作用。主导因子发生变化时会使其他因子也发生变化。如以土壤为主导因子，可将植物分成多种生态型，有喜钙植物、嫌钙植物、盐生植物、沙生植物；以生物为主导因子，表现在动物食性方面的可分为食植动物、食肉动物、食腐动物、杂食动物等。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,(3)直接作用和间接作用区分生态环境因子的直接和间接作用对生物的生长、发育、繁殖及分布很重要。环境中的地形因子，如起伏、坡度、海拔高度及经纬度等对生物的作用不是直接的，但它们能影响光照、温度、雨水等因子，因而对生物起间接的作用，这些地方的光、温、水则对生物生长、分布以及类型起直接作用。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,(4)作用的阶段性由于生物生长发育的不同阶段对环境因子的需求不同，因此因子对生物的作用也具有阶段性，这种阶段性是由生态环境的规律性变化所造成的。如光照长短在植物的春化阶段并不起作用，但在光周期（指一天中白昼与黑夜的相对长度）阶段则很重要。有些鱼类不是都终生定居在某一环境中，根据其生活史的各个不同阶段，对生存条件有不同要求。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,(5)不可代替性和补偿性环境中各种生态环境因子对生物的作用虽然不尽相同，但都各具其重要性，尤其是作为主导作用的因子，如果缺少，便会影响生物的正常生长发育，甚至导致疾病和死亡。所以，从总体上说生态因子是不能代替和补偿的，但在局部是能补偿的。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,如在一定条件下的多个生态环境因子的综合作用过程中，由于某一因子在量上的不足，可以由其他因子来补偿，同样可以获得相似的生态效应。如植物在进行光合作用的过程中如果光照不足，可以靠增加二氧化碳的量来补足；软体动物在锶多的地方，能利用锶来补偿壳中钙的不足。但生态环境因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，不能以一个因子代替另一个因子，且因子之间的补偿作用也不是经常存在的。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,(6)拮抗作用拮抗是各个因子在一起联合作用时，一种因子能抑制或影响另一种因子起作用。以生物因子微生物为例，青霉菌产生的青霉素能抑制革兰氏阳性菌和部分革兰氏阴性菌；在酸菜、泡菜和青饲料制作过程中，由于乳酸菌的旺盛繁殖，产生大量乳酸，使环境变酸而抑制腐败细菌的生长。两种或多种化合物共同作用于生物体时，由于化合物间产生的拮抗作用，可使其毒性低于各化合物毒性之总和。如有机汞和硒在金枪鱼中共存时，可抑制甲基汞的毒性。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,(7)协同、增强和叠加作用这几种作用主要是环境中非生物因子中的化合物对生物的毒性作用引起的。协同作用：两种或多种化合物共同作用时的毒性等于或超过各化合物单独作用时的毒性总和。叠加作用：两种或多种化合物共同作用时的毒性为化合物单独作用时的毒性总和。一般化学结构相近、性质相似的化合物，或作用于同一器官系统的化合物，或毒性作用机理相似的化合物共同作用时，生物效应往往出现叠加作用。增强作用：一种化合物对某器官系统作用并无毒性，但与某种化合物共同作用时，使后者毒性增强。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,(8)净化作用净化作用是指部分生态环境因子能以物理、化学和生物的方法消除水、气、土中的污染物。净化作用可分为物理净化、化学净化和生物净化三类。物理净化作用有稀释、扩散、淋洗、挥发、沉降等。如大气中的烟尘可以通过气流的扩散、降水的淋洗和重力的沉降等作用而得到净化。化学净化作用有氧化还原、化合和分解、吸附、凝聚、交换、络合等。如水中铅、锌、磷、汞等重金属离子与硫离子化合，生成难溶的硫化物而沉淀。,五、生态环境要素的作用特征,第一节环境概论,生物净化作用有生物的吸收、降解作用等，使污染物的浓度和毒性降低或消失。如绿色植物能吸收二氧化碳，放出氧气；树木和草地对大气中的氧化硫、氧化氮、氯气及氟气等有毒气体和尘埃有一定的阻挡、捕集、吸收作用，植物越稠密，净化作用越大。,五、生态环境要素的作用特征,第二节环境问题,狭义：环境问题是由人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题。广义：由自然力或人力引起生态平衡的破坏，最后直接或间接影响人类生存和发展的一切客观存在的问题。,一、基本概念,第二节环境问题,环境问题分为两类：原生环境问题，又称第一环境问题。指由自然灾害引发的环境问题。次生环境问题，或第二环境问题，是由人类活动造成的。又可分为环境污染和生态环境破坏两类。,第二节环境问题,环境污染定义：由于人类活动引起的环境质量下降，而有害于人类及其他生物的正常生存和发展的现象。其产生有个由量变到质变的发展过程。当环境中某种能造成污染的物质的浓度或其总量超过环境自净能力，就会产生危害。,一、基本概念,第二节环境问题,环境污染的分类：按环境要素：大气污染、水体污染、土壤污染。按污染物性质：生物污染、化学污染、物理污染。按污染物形态：废气、废水、固体废物、辐射、噪声。按污染产生原因：生产污染（工业污染、农业、交通污染等）、生活污染。按污染分布范围：局部性、区域性、全球性。,第二节环境问题,1、历史上的八大公害事件（1）马斯河谷烟雾事件：1930年12月1-5日，比利时马斯河谷工业区，其中以心脏病、肺病患者死亡率最高。许多家畜也未能幸免于难，纷纷死去。这次事件曾轰动一时，虽然日后类似这样的烟雾污染事件在世界很多地方都发生过，但马斯河谷烟雾事件却是20世纪最早记录下的大气污染惨案。（2）多诺拉事件：1948年10月26-31日，美宾州多诺拉镇。多诺拉城有许多大型炼铁厂、炼锌厂和硫酸厂。1948年10月26日清晨，大雾弥漫，受反气旋和逆温控制，工厂排出的有害气体扩散不出去，全城14000人中有6000人眼痛、喉咙痛、头痛胸闷、呕吐、腹泻。17人死亡。,二、环境问题的产生与演变,第二节环境问题,（3）1943年洛杉矶光化学烟雾当时该市250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油。汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应，形成浅蓝色烟雾，使该市大多市民患了眼红、头疼病。1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病。（4）伦敦烟雾事件自1952年以来，伦敦发生过12次大的烟雾事件。1952年12月58日，4天内就有4000人死亡。祸首是燃煤排放的粉尘和二氧化硫。烟雾逼迫所有飞机停飞，汽车白天开灯行驶，行人走路都困难。烟雾事件使呼吸道疾病患者猛增，5天内有4000多人死亡，两个月内又有8000多人死去。,第二节环境问题,（5）日本四日市哮喘事件石油冶炼产生的废气导致居民长年累月地吸入这种被二氧化流及各种金属粉尘污染的空气，哮喘病人817人，死亡10多人（6）水俣事件：1956年发生在日本熊本县水俣镇。该市含汞的工业废水污染了水体，致使水俣湾的鱼中毒，人食鱼后也中毒，称为水俣事件。19531956中毒者283人，60人死亡。,第二节环境问题,（7）富山骨痛事件：1955至1972年日本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了重金属“镉”。人长期饮用这样的河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，就会得“骨痛病”。病人骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折。共有患者130人，其中65人死亡。（8）1968年日本米糠油事件：先是几十万只鸡吃了有毒饲料后死亡。人们没深究毒的来源，继而在北九州一带有13000多人受害。这些鸡和人都是吃了含有多氯联苯的米糠油而遭难的。病人开始眼皮发肿，手掌出汗，全身起红疙瘩，接着肝功能下降，全身肌肉疼痛，咳嗽不止。这次事件曾使整个日本陷入恐慌中。患病者超过5000人，死亡16人。,第二节环境问题,2近年的污染事故（1）意大利塞维索化学污染事故。1976年7月10日，农药厂爆炸极毒化学品泄漏，附近居民迁走，1.5公里范围内的植物被深埋。几年后当地畸形儿出生率增加。（2）美国三里岛核电站泄露事故。1979年3月28日，宾州三里岛核电站发生严重失水，但使周围50英里范围内约200万人处于极度不安之中。人们停工、停课，直接损失10多亿美元。（3）墨西哥液化气爆炸事故。1984年11月19日墨西哥石油公司的液化气供应站发生爆炸，死1000多人，伤4000，3万人无家可归，周围50万居民奉命逃难。,第二节环境问题,（4）印度博帕尔农药泄露事故，1984年3月，美国联合碳化物公司博帕尔市农药厂极毒化学物，甲基异氰酸脂储罐爆裂外泄，受害面积40Km2，受害人数20万，死亡人数6000。（5）前苏联切尔诺贝利核电站泄露事故，1986年4月26日。4号反应堆爆炸，造成放射性污染，周围13万居民紧急疏散，50天的补救才控制住，官方公布损失达35亿美元。（6）莱茵河污染事故，1986年11月1日瑞士巴塞尔赞化学公司仓库起火，大量有毒化学药品随灭火用水流入莱茵河，靠近事故地段的河流生物绝迹，100英里处大多数鱼类死亡，300英里的井水不能饮用。专家门估计莱茵河将死亡1020年。,第二节环境问题,1、臭氧层耗损。大气中的臭氧可以吸收掉太阳紫外辐射中绝大部分对生命有伤害的紫外辐射，从而使地球上一切生命免受过量太阳紫外辐射的伤害而得以正常生存和繁衍。人类活动中产生的一些化学物质，主要是氯氟烃类化合物，聚四氟乙烯等在强烈太阳紫外辐射作用下会使臭氧分子遭到破坏。,三、全球十大环境问题,第二节环境问题,1992年底南极上空的臭氧空洞达317x104km2,几为欧洲面积1998年南极上空的臭氧空洞达2720 x104km2,比美洲还大。中国上空19781987年间臭氧损失1.73%。1987年9月16日，24个国家在加拿大蒙特利尔签署了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，开始了全球性保护臭氧层的具体行动。1991年我国政府正式加入了蒙特利尔议定书，并郑重宣布2010年全面淘汰氟里昂。,第二节环境问题,主要危害：增加紫外线，增加皮肤癌的发病率。人类如果不采取措施，预计到2075年，由于紫外线的危害，世界将有1.54亿人患皮肤癌，农作物减产7.5%；光化学烟雾发生率将增加30%。,第二节环境问题,全球臭氧监测,第二节环境问题,2、温室效应及全球变暖适于地球生命存在的湿润而温暖的气候是由于大气中的温室气体，如CO2，CH4，CFCS，水蒸气及其他吸收红外线的气体，阻挡了地球辐射热的散发，起到地球大气的吸热保温作用（温室效应）的结果。人类活动尤其是大量化石燃料的燃烧，使大气层的组成发生惊人变化，红外吸热的温室气体在大气中的浓度正以空前的速度增加，从而导致全球气候变暖。,第二节环境问题,3、酸沉降危害加剧大气中含有的酸性物质转移到大地的过程统称为酸沉降。酸雨ph值低于5.6，造成酸雨的大气酸性污染物随气流成为穿越国界长距离移动的大气污染问题。“空中死神”，植物叶面，土壤酸化，江河湖泊酸化，腐蚀各种建筑材料和古迹，直接影响人体健康。,第二节环境问题,4、生态系统简化，生物物种消失。80年代每天至少有一种生物灭绝；90年代每小时1种，2000年有10万种物种消失。近来生物物种消失加速，每天约有50-100种物种灭绝，这是自恐龙消失以来物种灭绝最快的时代，而地球上现存的野生生物种类一旦灭绝，就没有再出现的可能。5、森林锐减森林是陆地上最大的生态系统。全世界每年损失森林面积18002000万公顷。,第二节环境问题,6、土壤退化是指土壤在物理、化学和生物学方面的性能变劣而导致其生产力降低的变化过程。沙漠化和土壤侵蚀是导致土壤退化的重要原因。土地资源丧失，1975年世界人均耕地0.32ha，每公顷养活2.6人；2000年下降到0.15，每公顷养活0.6人,第二节环境问题,7、淡水资源危机2000年世界用水量是1975年的3倍。全球淡水资源可为80亿人口提供足够的淡水，平均到2030年就进入水资源危机阶段。2050年将亏损2300亿立方；2070年稳定的淡水资源将被全部用光。,第二节环境问题,8、海洋环境污染污染的70%来自陆地，污水携带污染物通过江河进入海洋，10%污染来自船舶垃圾和石油流入海洋，另有船舶航行中的事故性排放及海底油田的开发和自然因素、人为战争等，对海洋资源的过量开采也对海洋环境造成危害。9、固体废料污染包括工业固体废弃物、生物垃圾、化粪池和污水渣等。10、有毒化学品污染,第二节环境问题,全球环境公报2000GEO-2000要点：全球二氧化碳的排放在1996年达到239亿吨，是1950年的4倍如果没有蒙特利尔的协议，到2050年臭氧将增加5倍1996年，全世界4630种哺乳动物中的25%；9675种鸟类的11%将灭绝。如果继续目前的消费情况，到2025年地球上2/3的人将生活在缺水的环境中。全世界50%的珊瑚礁受到人类的威胁。全球农药的应用每年导致3.55百万人中毒全球20%的干旱土地受到人为活动的影响而导致土壤退化，造成10亿人口生活在危机中。,第二节环境问题,全国范围环境问题分析：1、长期生态失调，灾害频繁。2、水资源分布不均。3、土地资源承载不均，人口超载。从全国土地资源生产力总量，合理承载9.5亿。4、林草植被遭到破坏、生态功能衰退、水土流失加剧、土地沙化严重。水土流失面积占国土的37%；荒漠化土地占国土的27.8%。5、江河断流、湖泊干枯、地下水位下降严重。19771985年自然湖泊减少19%。6、生物多样性锐减,四、我国的环境问题,第三节城市环境的大气污染,大气污染：指大气中的一些物质的含量远超过正常本体含量能对人体、动物和其他物体产生不良影响时的大气状态。,一、概念,第三节城市环境的大气污染,1、自然污染源：火山灰、SO2，森林火灾，有些针叶树散发的萜类有机污染物。,二、大气污染源,自然污染源火山喷发,第三节城市环境的大气污染,森林大火,第三节城市环境的大气污染,2、人工污染源（1）工业排放。是大气污染的主要来源，主要来自各种燃料的燃烧。据70年代的资料每年排放的有害气体6.14108吨；一座燃煤火力发电厂（1000兆瓦）每年排放废气为165.235106Kg，其中主要是：硫的氧化物达到84%，其次为氮氧化物13%固体颗粒2.7%其余为CO,CH化合物，醛类。,第三节城市环境的大气污染,主要工矿企业排放的污染物：火力发电厂：烟尘，SO2，NOx,CO化工：氮肥厂，烟尘，NOx,CO，氨，硫酸铵汽溶液化纤厂：烟尘，硫化氢，SO2,甲醇，丙酮。农药厂：甲烷，砷，醇，氨，氯气。合成橡胶厂：丁二烯，苯乙烯，乙烯，异丁烯，氯化钾，乙硫烷。石油化工：CO2,H2S,氰化钾，NOx，烃类，氯化物，建材：水泥厂烟尘，水泥尘。化工厂排放的废气危害较大，但他们易溶于水，有的可以回收再利用。,第三节城市环境的大气污染,（2）家庭燃烧排放。一般排放时间集中，烟囱低，燃煤的质量差造成污染的面积广。如取暖锅炉：1吨煤排放SO2170kg;CO22.7kg;CO23.6kg;粉尘11kg.而质量较好的煤，排放的粉尘只有9kg。（3）交通运输污染源。主要是汽油、柴油燃烧。以小汽车为例：每燃烧1kg汽油排放铅化合物2.1g;SO20.25g;CO169g;NOx21.1g;CH化合物33.3g。,第三节城市环境的大气污染,二、主要大气污染物,第三节城市环境的大气污染,1、颗粒污染物：指各种烟尘，烟雾，灰尘。直径0.1微米到0.5毫米。根据其粒经的大小可分为：降尘：10微米，在重力作用下能降落；飘尘：10微米，一般在100.25微米间能在大气中漂浮，难以去除。大气中颗粒物的形成：物理过程，通过机械过程使较大的块状物粉碎进入大气；化学过程：2SO2+O2+2H2O2H2SO42NH3(气)+H2SO4(NH4)2SO4(固体)CaO+H2SO4CaSO4(固),第三节城市环境的大气污染,大气中每立方米大气中含有10微克颗粒一般认为是干净的；一般城市中含有的颗粒量为60220微克/立方米；严重污染区可达到2000微克/立方米。一般城市上空，致癌的多环芳烃的含量约为20微克/立方米；煤炉排出的烟气中可超过100微克；香烟烟气中约100微克,第三节城市环境的大气污染,2、含硫化合物：大气中主要的含硫化合物为H2S;SO2;SO3;硫酸烟雾（细小的硫酸滴悬浮形成的）等；SO2是主要的污染物，常用作大气污染的主要指标。SO2主要来自化石燃料的燃烧，排放量的增加十分迅速。1968年为146.2109kg1973年为150109kg,第三节城市环境的大气污染,3、碳的氧化合物主要是CO2CO4、氮的氧化物主要有氧化亚氮N2O、NO、NO2其中NO，NO2是大气中的污染气体统称为NOx,主要来自人类活动。全世界年排放量约为86106kg。其中煤、石油的排放量占一半。城市环境中大气氮氧化物的浓度过高，是形成光化学烟雾的主要物质。,第三节城市环境的大气污染,5、碳氢化合物，是大气中的有机污染物，包括烷、烃、烯烃、芳烃等多种。其中甲烷的比例较高。甲烷是嫌气条件下水体沉积物中的有机物分解产物，现确认为温室效应气体之一；另外植物也能排放一些碳氢化合物，如蒎烯；蒎烯；异戊二烯等。碳氢化合物中有些是致癌物质，如氯乙烯，2、4苯并芘等，对人类的健康危害甚大。,第三节城市环境的大气污染,6、氧化剂，大气中氧化能力特别强的一类污染物，主要是臭氧，过氧化物，过氧硝酸酯。大气中的臭氧平均浓度0.010.03ppm；光化学烟雾时浓度可高达0.20.5ppm。7、卤素及化合物。主要来自生产卤素及其化合物的化工厂排放的废气，包括氯、氟、氟化氢、氯化氢等，也是形成酸雨的成分。目前最引人注目的是氟氯甲烷CF2Cl2，即氟里昂制冷剂，当它泄露进入大气后，由于是化学惰性化合物而不易降解，结果随大气运动扩散使全球大气中含量均匀。其垂直向的扩散可达大气的平流层，受高能紫外光作用发生光化学反应，破坏臭氧层，成为平流层中极大危害的污染物。,第三节城市环境的大气污染,大气中的一些污染物吸收光照的光子而获得能量引起化学反应，形成光化学烟雾。又因其1946年首次出现在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟雾（伦敦型烟雾）。光化学污染：是含有碳氢化合物和氮氧化物等一次性污染物的城市大气由于阳光辐射而发生光化学反应，生成二次污染物，包括醛类、臭氧、过氧化乙酰硝酸酯（PAN),这些中间产物与最终产物的特殊混合物为光化学烟雾。这些一次污染物和二次污染物的混合物具有很强烈的氧化能力，属于氧化型烟雾。,三、大气污染物的光化学反应,第三节城市环境的大气污染,第三节城市环境的大气污染,（1）形成光化学烟雾的主要初级化学反应二氧化氮的吸光解离NO2+hvNO+O(3P)O(3P)为基态氧原子，或称3重态氧原子，反应生成的基态氧原子与空气中的氧生成臭氧：O2+O+MO3+MM为第三种物质，一般为O2N2；这是大气中唯一的臭氧来源产生的臭氧与空气中的氧化氮反应并不断循环O3+NONO2+O2上述3步反应形成了大气中NONO2和O3的循环。,光化学烟雾的化学反应形成过程：,第三节城市环境的大气污染,（2）氧化氮向二氧化氮的转化化石燃料主要排放的氮氧化物中主要的是氧化氮，光化学烟雾的关键物二氧化氮的转化如下：在大气条件下氧化氮可通过臭氧、氧原子、及其他氧化剂如和HO2.RO2等过氧化剂自由基的作用而被氧化。2NO+O22NO2NO+O+MNO2+M该反应很慢，只有在机动车排放体系中氧化氮压力相当高时才能发生，在大气稀释情况下不是主要的。经研究认为形成光化学烟雾是产生的二次污染物HO2.RO2等自由基可能是使氧化氮氧化的活性物质。NO+HO2NO2+HO2,第三节城市环境的大气污染,综上所述:光化学烟雾的形成过程是由一系列复杂的链式反应组成，以NO2的光解生成氧原子的反应为引发，导致臭氧的生成，由于碳氢化合物的存在促使NO向NO2的快速转化，在此转化中自由基起了重要的作用，致使不需要消耗臭氧而使大气中的NO向NO2的转化，而NO2又继续光解产生臭氧，如此链式反应直到NO或碳氢化合物消失为止。所产生的醛类、臭氧和PAN（过氧乙酰硝酸酯）等为最终产物。,第三节城市环境的大气污染,四、影响大气污染的因素,1、气象因素（1）风和湍流。湍流，指流体在不同尺度的不规则运动，大气的湍流就是风的无规则阵性摆动。湍流的结果使各部分得到充分的混合，使污染物逐渐分散稀释，这个过程称为大气扩散。近地层的湍流取决于两种因素：机械因素：即机械湍流，主要取决于风速的分布和地面的粗糙度，空气流过粗糙的地表随地面的起伏抬升或下沉，产生垂直方向的湍流，风速愈大、机械湍流愈强。热力因素：热力湍流，是垂直方向上由于温度变化的结果。,第三节城市环境的大气污染,（2）温度层积，即垂直方向上的温度梯度。,气温垂直方向上的递减有3种方式：a气温随高度递减，出现在风速不大的晴朗白天，地面受太阳辐射，贴近地面的空气增温混合较弱。B气温基本不随高度变化，出现在阴天，风速较大，下层空气混合较好，气温分布较均匀。C气温随高度递增，风速较小的晴朗夜间，即出现逆温。,第三节城市环境的大气污染,大气的稳定度：大气中某一高度上的气体在垂直方向上的稳定程度。如果一个气团在作垂直运动，在上升或下降时会出现3种情况：,（1）垂直运动的气块受外力作用离开原来的位置，当外力作用消失后继续上升，且加速前进，这是大气处于不稳定状态。（2）上述的气块当外力消失后即减速，或最后回到原来的位置，则大气处于稳定状态。（3）上述气团如失去外力的作用则停止在这一位置，则大气处于平衡状态。,第三节城市环境的大气污染,（3）逆温辐射逆温，无风小风少云的夜晚，强烈有效辐射使地面和近地面层的大气强烈冷却降温，上层空气降温慢，出现逆温，全年均可产生，秋冬最高，高度可达200-300米地形逆温，由于局部地区的地形形成，主要在盆地和谷地，日落后山坡散热快，使坡面的大气温度比谷底要低，冷气团沿斜坡向下滑，使谷底盆地的暖气流被抬升，形成了上部气温比底部气温高的逆温现象。下沉逆温，在高压控制区，高空具有大规模的下沉气流，由于下沉气流的绝热增温作用，致使下沉运动的终止高度出现逆温，特点是范围大，不连接地面，出现在某一高度。锋面逆温，冷暖两种气团相遇产生锋面，冷气团位于暖气团下面而形成。,第三节城市环境的大气污染,2、地理因素城市下垫面中高层建筑、体型大的建筑，都能造成气流在小范围内产生湍流，阻碍污染物扩散而停留在某地段，加重污染，一般是在背风区，风速下降局部地区产生涡流，不利与气体扩散。城市的热岛效应也影响大气污染，热岛效应造成城乡间的局部环境差异，郊区空气向市区辐合，市区低层的热空气受到较强的扰动，从而使市区底层的大气趋于中性或不稳定，而上层大气仍保持稳定状态，构成了城市夜间特有的混合层。这种混合层的厚度有时可达200-300米，处于混合层顶部的污染排放物弥漫地面，产生污染危害。,第三节城市环境的大气污染,对人体的危害，通过直接呼吸，饮水、饮食，以及皮肤接触三种方式，进入体内，呼吸为主要方式。(1)急性中毒，浓度急剧增高造成急性中毒，如伦敦的烟雾事件，当时测得大气中的SO2浓度为3.5mg/m3;颗粒浓度4.5mg/m3,死亡原因为气管炎，心脏病。(2)慢性中毒，在低浓度但长期连续地作用，一般患病率升高，慢性呼吸道疾病与大气污染有密切关系，因SO2NOx氟化物等在低浓度情况下引起支气管收缩，减弱呼吸功能诱发呼吸道疾病。例如大气中CO浓度为10ppm时心肌梗塞患者发病率增高，超过50ppm严重心脏病就会死亡；,五、大气污染的危害,第三节城市环境的大气污染,大气烟尘和SO2在一定居民组中的预期影响（WHO）,（3）致癌，主要致癌污染物有10种，如多环芳烃，脂肪烃类，金属类（砷、镍）等。吸烟是肺癌的主要原因，美国调查肺癌的患者8085%归于吸烟。,第四节城市环境水污染,一、水体的自净作用及水体污染1、水体自净作用，如河水，指水体中的污染物质在河水向下流动过程中自然降低现象。其机制：物理净化：污染物质由于稀释、扩散、沉淀等作用而使河水污染物质浓度降低的过程。化学净化：污染物质由于氧化、还原、分解等作用生物净化：由于水中生物活动，尤其是微生物对有机物氧化分解的作用。,第四节城市环境水污染,2、水体污染,污染物进入水体后，其含量超过水体的自净能力，使水质变坏、水的用途受到影响，这种情况就称水体污染。水体污染的表现，改变颜色，混浊，散发臭味，某些生物减少、死亡，而某些生物聚增。但有时水污染不能用感官识别，必须通过仪器分析。,第四节城市环境水污染,二、水体污染物及来源人类活动造成水体污染的3个主要方面：1、工业废水，成分比较复杂，按性质一般可分为（1）无机物的废水：如冶金、建材、化工、无机酸碱生产等（2）含有机物的废水：如食品、塑料、炼油、石油化工、皮毛等（3）含大量无机、有机物的废水：如炼焦、氮肥厂、合成橡胶、制药、皮毛、人造板、皮革厂等,第四节城市环境水污染,城市环境的主要水污染源、污染物,第四节城市环境水污染,2、生活污水，包括厨房、厕所、浴室，地表径流夹杂的各种垃圾、废物等。我国一些城市的生活污水水质：,第四节城市环境水污染,3、农业退水，农业中80-90%的灌溉水通过土壤或排灌系统进入地表水或地下水，含有农药化肥成为典型的面状污染源。,第四节城市环境水污染,三、水体污染的主要污染物1、无机无毒物，酸、碱、无机盐，其破坏了水体的自然缓冲作用，抑制细菌和微生物的生长，防碍水体自净，腐蚀管道，船舶，改变水体的pH，改变水中的生物种类。2、无机有毒物，具有强烈的生物毒性，排入水体影响鱼类，水生生物的生长，并通过食物链进入人体，具有明显的积累性。,第四节城市环境水污染,如重金属，原子排序在2183的过渡元素。汞：电器、电解、涂料、农药、造纸、医药等废水。农药中的有机汞可能从土壤转入水体，毒性更大。有机汞，如烷基汞（CH3C2H5Hg）;甲基汞(C6H5Hg)等，容易进入组织并有很高的积累作用；无机汞在水中微生物的作用下转化为有机汞，随后进入生物体，通过食物链逐渐浓缩，最后进入人体。镉（Cd）电镀，电池，颜料工业。毒性大，为人体新陈代谢不需要的元素，但蓄积性强，动物吸收的镉很少能排出，在饮用水中超过0.1mg/L就产生蓄积作用，引起贫血、肝病以至死亡。,第四节城市环境水污染,铅（Pb）蓄电池、油漆、颜料等，含铅汽油使用后污染空气，进入水体。人体每天若摄取量超过0.31.0mg，超过部分不能排出就可能在体内积累，长期会发生铅中毒，表现贫血、神经炎、肾炎等。铬（Cr）电镀、制革、照相、颜料，6价铬具有强烈的毒性，CrO3CorO42-等易溶于水；有强的氧化性，对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀性，摄入量达2.5mg/kg体重时可发生毒物性胃炎，尿毒症死亡。砷（As）砒霜，长期饮用含有0.2mg/L的水慢性中毒，肝肾炎症，神经麻痹，皮肤溃疡，致癌等。,第四节城市环境水污染,3、耗氧有机物，污水中经常含有大量的有机物，在水体中经微生物最终分解成简单的无机物，这个过程需要消耗水中的氧，而在缺氧条件下就发生腐败分解，恶化水质。另外水中有机物使水中细菌繁生。采用的指标：生物化学需氧量：(Bio-chemicaloxygenDemandBOD)，在人工控制条件下使有机屋在微生物作用下进行生物氧化，在一定期间内做消耗的溶解氮的数量，可以间接放映反应有机物的含量。如果进行生物氧化的时间段为5天，称5天生物耗氧量（BOD5）,相应的有BOD10BOD20。化学需氧量（COD）指用化学氧化剂来氧化水中的有机污染物所需要的氧量，COD愈高，表示水中污染物含量愈高，目前常用的氧化剂为高锰酸钾或重铬酸钾。,第四节城市环境水污染,总有机碳（TotalOrganicCarbon,TOC）评价水体需氧量的综合指标，因为BOD5测试的时间长。该指标的测定是在特定的燃烧器中，以铂为催化剂在900OC的温度条件下使水样汽化燃烧，然后测定气体中CO2的含量来确定水样中的含碳量，减去无机碳素的含量可得TOC。总需氧量（Totaloxygendemand,TOD）水中有机物除有机碳外，还含有氢、氮、硫等元素，他们的全部氧化需氧量为TOD。测定方法：在含有一定量氧气的氮气流中注入一定量的水样，装入具有铂催化剂的燃烧管，900OC条件下燃烧，有机物因燃烧而消耗部分氧，然而用氧电极测定剩余的氧，求得TOD，一般测定一次仅几分钟。,第四节城市环境水污染,4、有机有毒物煤