环境工程绪论部分

1、环 境 科 学 与 工 程 导 论机械与动力工程学院 燃烧与环境技术中心 环境污染 前 言环境防护与治理 。2012年1月 广西龙江河镉污染2011年6月 渤海湾康菲溢油事件2011年9月 大连福佳大化PX 项目停产搬迁2011年上半年，浙江省台州市、德清县和广东省河源市相继发生3起因铅酸蓄电池厂污染导致的血铅超标事件2011年6月 云南曲靖铬渣非法倾倒事件中国多地大米镉超标 食物污染链持续多年 最近国内外环境热点事件 调查称中国多地大米镉超标 食物污染链持续多年新世纪周刊， 2011年2月14日 在茫茫宇宙中，太阳系家族有一颗美丽的蔚蓝色星球，那就是我们的家园 人类赖以生存的地球。 它的表面

2、大多为蓝色，那是海洋；还有白色，那是极地和高山的终年积雪；也有棕黄色和绿色，那就是陆地和陆地上的植被。我们的地球家园 但是自从有了人类的活动，地球家园就出现了日益突出的环境问题，甚至到了触目惊心的地步我们的地球家园亚洲空气污染严重亚洲开发银行报告（2006）：空气污染在亚洲城市每年造成53万人死亡。达卡、河内、胡志明市、雅加达、新德里、北京、上海等城市可吸入颗粒物严重超标。汽车排放污染大气据统计，近年来北京城区内机动车排放的CO、HC和NOx已分别占总排污量的60%、86.8%和54.7%；上海城区机动车排放的CO、HC和NOx已分别占总排污量的86%、90%和56%。工业污染水体航拍受污染的

3、松花江我国江河湖泊70被污染，75出现富营养化工业排放污染水体垃圾包围城市中国工程院院士邹德慈:“中国近2/3的城市陷入了垃圾的重重包围之中。”明天的垃圾堆哪里？纽约市2001年3月关闭了市郊的Fresh Kills垃圾填埋场，从此只好把垃圾运送到其他州去新泽西，宾夕法尼亚，甚至弗吉尼亚，最远的垃圾运送里程达300英里。目前，某些财政状况拮据的州还暂时愿意接收垃圾，只要纽约市肯出血。可是，这种日子能持久吗？加拿大多伦多市的垃圾填埋场2006年底填满了，其75万吨年产垃圾量也没有存身之地了，只好拉到美国密执安州的Wayne县来。 （对比一下，北京2008年年产生活垃圾就达到672万吨！工业垃圾还

4、没算）21世纪的以邻为壑温室效应与气候变化气候变暖带来的危害未来植被类型分布可能发生明显变化 草原和荒漠分布范围将向西部和高海拔地区扩展 海平面上升，使河口湾生态系统和海洋生物资源受到严重影响，将对海岸经济带来严重冲击 对农业影响巨大：产量波动增大，农业布局和结构改变，成本投资增加气候异常、灾害增多2011年5月29日，江西新建县南矶乡向阳村村民行走在鄱阳湖湖底草坪上。 2011年5月29日，在江西省新建县南矶乡，一艘大渔船搁浅在鄱阳湖湖底草坪上。 2011年5月31日，鄱阳湖畔落星墩矗立在干枯的河床上，四周草色茫茫。 2010年6月7日，鄱阳湖落星墩水域湖水充盈，人们只能乘船前往 南方雪灾

5、2008年中国出现大范围的低温、雨雪和冰冻灾害欧洲大雪交通几近瘫痪 2010年12月21日，在英国伦敦希思罗机场，一架飞机被拖车从停机坪上拖过。受近日强降雪影响，欧洲多个交通枢纽瘫痪。作为欧洲和美洲大陆间重要航空中转站的伦敦希思罗机场滞留旅客近万名。 地球家园面临的环境问题若1岁5000万年，则 地球92岁 首个生命60岁 最早动植物42岁 开始有人类8小时 工业革命5分钟 在这5分钟出现的环境问题：气候变暖、人口膨胀、垃圾增多、交通拥挤、河流海洋污染、森林减少、沙漠扩大、草原退化、水土流失、物种灭绝等，使地球家园环境日趋恶化： 当前： 1.25 亿人口生活在污浊的空气中； 14 亿人口的生活

6、环境中没有生活污水排放装置； 12 亿人口生活在缺水地区； 12的哺乳动物和11的鸟类濒临灭绝； 每年土壤流失达200 亿吨； 森林正以每年460 万公顷的速度从地球上消失 我们正处遭遇着： 过去的环境问题尚未解决：空气污染，水污染，城市垃圾围城，区域性酸雨，南极上空臭氧空洞，全球气候变暖 新问题接踵而至： 土壤重金属污染，持久性有机污染物(POPS)，土地沙化，物种多样性锐减，核泄漏污染问题造成这些问题的根本原因 人类的生产生活方式如果中国人像如今的美国人一样消费，那意味着什么？ 假如中国的人均纸张消耗量同美国人一样，则到2030年时，中国的14.6亿人所要消耗的纸张将超过目前世界造纸总产量

7、。 美国平均每4个人有3辆车，如果中国也这么发展，到了2030年就需要11亿辆车，比目前的世界汽车总产量还要多出两亿四千万辆。这么多汽车所需要的道路和停车场总面积，相当于目前中国的水稻种植总面积。那时，中国每天需要消耗石油9800万桶，而目前的世界石油产量水平是每天8500万桶。结论很简单：这种消费方式，无论对于美国和中国都行不通！人与自然的关系对立统一 地球不属于我们；相反，我们属于地球！ “人类处于普受关注的可持续发展的中心。他们应享有以与自然相和谐的方式过健康而富有生产成果的生活的权利。” 环境与发展宣言 环境科学是研究人类环境质量及其保护和改善的科学，研究“人类与环境”系统的发生、发展

8、、调控。 环境科学的研究对象：人类环境的质量结构与演变 任务：研究在人类活动的影响下环境质量的变化规律和环境变化对人类生存的影响，以及改善环境质量的理论技术和方法。环境科学的学科分支结构Diagram人类只有一个地球,保护地球环境意味保护人类自己！留给子孙后代是满目沧桑还是青山绿水？目的意义 意识学习的目的意义、具有的意识和观念环境价值观；环境行为观；环境科技观；环境污染观；环境资源观既有发展又有保护，可持续发展平衡意识忧国忧民忧患意识；保护环境，利人利己，人人有责责任意识；观念Diagram1认识到人类与地球、自然、生态的和谐关系；人类活动对环境造成的危害；2了解到人类生存必须的水、大气、海

9、洋、动植物等生活空间所面临的环境问题；3了解国内外环境问题的产生和发展过程；通过学习，使我们能够：4了解环境污染问题的治理最新技术；5建立起全新的绿色技术和环境保护思想和理 念通过学习，使我们能够： 工程是一种职业，它运用自然科学知识，利用物质和能源的性质，创造有用的结构、机械、产品、系统及工艺 科学家发现事物，工程师使他们有用。 环境工程：通过健全的工程理论与实践来解决环境问题，包括学 习 方 法分析能力综合资料原因分析创新思维与众不同解决问题逻辑思维数据支持得出结论科学反思深入思考科学求证批判思维不断怀疑提出问题学 习 方 法课程内容及参考书课程内容主要包括： * 绪论（环境、生态、人）；

10、 * 能源利用与环境保护 * 水资源与水污染控制 * 大气污染与控制（全球气候变暖、机动车尾气控制） * 固体废物的处理与回收利用 * 噪声污染与控制 * 辐射污染及其防护 * 环境质量评价与环境监测 * 室内空气污染参考书：朱蓓丽环境工程概论（2011） 刘震炎、张维竞等环境与能源科学导论（2005） 王建龙译 环境工程导论（2010） 杨志峰 等 环境科学概论(2010) 课程成绩组成: 平时成绩40 % （考勤，作业，讨论） 期终成绩60 % 第一节 环境概述什么是环境？环境的一般概念:定义一个物系，物系之外的相关物称之为环境。环境科学中的环境概念:除了人之外的一切客观存在。 -自然环境

11、：直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体。由空气、水、土壤、阳光和各种矿物质资源等因素组成，一切生物离开了它就不能生存。 -人工环境：在自然物质的基础上，通过人类长期有意识的社会劳动，加工和改造自然物质，创造物质生产体系，积累物质文化等所形成的环境体系。环境包括： 本课程阐述的环境工程的内容所提及的环境均为“自然环境”。自然环境物质能量自然现象空气水岩石、土壤动植物、微生物气温阳光引力地磁力太阳的稳定性地壳的稳定性大气力量水循环水土演变等自然因素地质构造情况地震、火山活动海啸自然环境的构成人工环境的构成人工环境综合生产力技术进步人工构造物人工产品和能量政治体制社会行为宗

12、教信仰文化和地方因素等内核（1000千米）外核（2430千米）地幔（2900千米）地壳（平均35.4千米）大气圈（10001400千米）地球环境的圈层结构特性中华人民共和国环境保护法所称环境，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、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、城市和乡村等。”联合国环境规划理事会提出的环境概念（1982）： 经济文化发展计划必须慎重考虑到地球的生命支持系统中各个组分和各种反应过程之间的相互关系。必须考虑到环境系统的稳定性的极限环境的定义 在自然原因或人类活动作用下引起全球环境或区域

13、环境质量的恶化，出现了不利于人类生存和发展的问题。主要包括： 自然环境问题（原生或第一环境问题） 人为环境问题（次生或第二环境问题），如自然资源的不合理开发利用，人口激增、城市化和工农业高速发展。 环境科学与工程所关心的主要是第二类环境问题是人类经济社会的发展与环境关系不协调作用的结果。（环境污染、环境破坏、公害）环 境 问 题第一阶段：环境问题的萌芽（工业革命以前）。人类是天然食物的采集者和捕食者，主要是利用环境和适应环境，尚不是改造环境，没有大规模开发和利用自然环境。第二阶段：环境问题的发展恶化阶段（工业革命开始到20世纪30年代前）。蒸气机的发明和广泛应用，大工业的日益发展，工业企业大量

14、无节制地排放废水废气，造成环境污染事件如英国1873、1880、1882、1891、1892多次发生有毒烟雾事件。第三阶段：环境问题的第一次高潮（20世纪的30年代到70年代），震惊世界的八大公害事件，是人类污染环境自食其果的真实写照。第四阶段：环境问题的第二次高潮（20世界80年代至今）。人口激增，都市化速度加快，能源消耗巨大，环境问题突出。污染严重，生态破坏范围大。环境问题的发展过程时间事件名地点原因后果1930马斯河谷烟雾事件比利时马斯河谷SO2,SO3数千人病，死60人1948多诺拉烟雾事件美国宾州SO2,金属微粒镇上近1半人病，死17人1880-18921952-1962多次伦敦烟雾

15、事件英国伦敦烟尘，SO2,Fe2O3死10000人病10000，死4000人1936-1950洛杉矶光化学烟雾事件美国洛杉矶汽车尾气，PbO等人畜植物若干受害受损1953-1956水俣事件日本九州汞及其有机物排入水体病20000人，死43人1931-1972富山事件日本富山县含镉废水排入水体若干人受害，死81人1955四日事件日本四日市石油废水，SO2,Pb等6400病，死36人1968米糠事件日本九州多氯联苯5000人病，死16人震惊世界的公害世界（1）全球性环境问题 全球气候变暖；臭氧层破坏；大面积酸雨；淡水资源枯竭等。（2）区域性环境问题 生物多样性锐减；土壤退化及沙漠化；森林面积锐减等

16、。（3）突发性严重污染事故 海上溢油事故；核电站泄漏事故；农药泄漏事故；油库爆炸 事故等。 。当前重大环境问题： 其一：满足现代人的需要。人类应坚持与自然相和谐的方式追求健康而富有生产成果的生活。 其二：保存子孙后代发展的潜力。当代人不应该凭借手中的技术和投资，以耗竭自然资源、污染环境、破坏生态的方式剥夺或破坏后代人应当合理享有的同等发展和消费的权利。 我们共同的未来 世界环境与发展委员会1983年环境与可持续发展可持续发展的基本思想 也就是说：“既要考虑当前发展的需要，又要考虑未来发展的需要，不要以牺牲后代人的利益为代价来满足当代人的利益。” 江泽民可持续发展的思想实质 尽快发展经济满足人类

17、日益增长的基本需要，但经济发展不应该超出环境的容许极限，经济与环境必须协调发展，保证经济社会能够持续发展。可持续发展的形成过程 20世纪5060年代，对发展的理解就是努力使经济增长，以国民生产总值的增长为目标。 20世纪6070年代，人们认识到发展离不开经济增长，但是经济增长不是完全意义上的发展。许多国家以“经济社会发展计划”代替“国民经济发展计划”。20世纪8090年代，提出了可持续发展的思想 实现可持续发展的基本途径1、将环境保护纳入综合决策，转变传统经济增长模式。2、积极发展循环经济，大力推进清洁生产，实现污染治理从末端处置向源头和过程的转变。3、发展和完善环境保护法律和政策，把环境原则

18、贯穿各类经济活动领域中。4、认真实施ISO14000环境管理系列标准。5、改变消费观念，推行绿色消费方式。6、提高全民环境意识，建立可持续发展的新文明。环境与可持续发展循环经济环境友好的经济发展模式传统工业经济：高投入、高消耗、高排放自然资源粗放生产过度消费大量废弃末端治理开放式的经济流程循环经济：按照生态规律组织生产、消费和废物处理过程自然资源清洁生产绿色消费再生资源封闭式的经济流程通过不断加重地球生态系统的负荷来实现经济增长实现资源消耗减量化，把经济活动对自然环境的影响控制在尽可能小的程度循环经济的三大原则3R原则减量化原则（reduce) 要求使用较少的原料和能源，特别是控制使用有害于环

19、境的资源进行生产再使用原则（reuse) 要求制造的产品和包装容器能够以初始的形式被多次和反复使用，而不是一次性产品再循环原则(recycle) 产品在完成其使用功能后能够变为可利用的资源，包括原级再循环和次级再循环。 原级循环废品用来生产同类型产品，如报纸再生 次级再循环废物资源化后作为其它类型产品的原料清洁生产发展循环经济的重要手段1989年联合国环境规划署给清洁生产的定义： 清洁生产 将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险。对生产过程，包括节约原材料和能源，革除有毒材料，减少所有排放物的排污量和毒性；对产品来说，则要减少从原料到最终处理产品的整个生

20、命周期对人类健康和环境的影响。 清洁生产包括清洁生产过程，清洁的产品和清洁的能源，是循环经济的重要手段之一。我国的可持续发展行动计划我国发展循环经济的总体战略目标：20052010 建立比较完善的促进循环经济发展的法律法规体系、政策支持体系、技术创新体系和有效的机理约束机制；20112020 基本建成具有循环经济特征的经济社会体系，建立起完善的循环型社会的管理体系和政策法规体系；20212050 全面建成人、社会、自然和谐统一的循环型社会。第二节 自然环境以自然界事物为主题的外部空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和；人类赖以生存和发展的物质基础；包括阳光、空气、水、土

21、壤、生物等要素以及大气圈、水圈、土壤圈、生物圈及岩石圈等圈层。地球表层系统的Gaia假说：地球自我调节理论内核（1000千米）外核（2430千米）地幔（2900千米）地壳（平均35.4千米）大气圈（10001400千米）地球环境的圈层结构特性大气圈生物圈岩石圈水圈土壤圈大气圈：地球表面由各种气体、水汽和多种悬浮物及其它杂质组成的复杂流体系统，是生命活动长期参与作用的结果。水圈：由大气圈、海洋、陆地水体（河流、湖泊、冰川）、土壤和岩石缝隙以及生物体中的气、液、固态水组成的连续圈。岩石圈：地球内部圈层的最外层，人类生存环境的底层，分为地壳和上地幔顶部。土壤圈：覆盖于地球表面的一个断断续续的圈层，也

22、是一个运动着的物质和能量系统。由固相、液相和气相物质以及生物体组成，各部分之间相互作用的复杂体系。生物圈（生态系统）：地球上所有生物及其生存环境的总称。生态系统中的物质循环生产者：能进行光合作用制造有机物的绿色植物，也包括光能合成细胞，单细胞藻类和化能自养菌。消费者：直接或间接利用绿色植物所制造的有机物质作为食物或能量来源的生物。分为若干等级，构成食物链分解者：各种具有分解能力的微生物。包括各种细菌真菌和一些微型动物无生命物质：生态系统中各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素，包括水、大气和矿物质等。开放的动态系统生态系统的组成：一个简化了的陆地生态系统一个简化了的陆地食物网一个简化了的池塘

23、生态系统生态系统中的物质循环的类型水循环碳循环氮循环硫循环气体型循环沉积型循环有毒有害物质循环水循环：物质循环的核心，是物质循环的驱动力江河湖海植物叶面地表大气雨、雪、冰雹蒸发蒸腾遇冷降水地表径流、吸收、渗入碳循环图：生物有机体（50） 无机环境(CO2,碳酸盐）氮的循环：生物，大气，矿物质如果固定氮多于返回的氮?硫的循环: 生物有机体蛋白质和氨基酸的基本成分； 自然界元素S、SO2、硫酸盐、硫化物生态系统中的能量流动地球上一切生物所需的能量来自于太阳。 生物将太阳能收集和储存起来并在利用后散逸到空间去这一过程。能量流动是单向性的能量流动通过食物链和食物网的方式进行课堂讨论一块地一年的作物产量

24、可供M个农民食用。如果将作物的一半饲养牲畜后再一并供农民食用，问此时养活的人口数是第一种情况下的多少倍？生态学环境科学的重要理论基础生态学：研究生物与它所存在的环境之间以及生物与生物之间相互关系的作用规律及其机制。是环境科学重要的理论基础。生态学关于环境污染方面的研究包括三方面： 1、环境污染的生态效应研究环境污染对生物的影响 2、环境污染的生物净化研究绿色植物对空气、土壤的净化、生物对水体污染的净化作用的 3、环境污染的生物监测和生物评价判断环境污染生态系统中的信息传递营养信息：通过营养交换的形式，把信息从一个种群传到另一个种群，或从一个个体传递到另一个个体，食物链就是一个营养信息化学信息：

25、生物在特定条件或者生长发育阶段分泌出的某些特殊化学物质，这些分泌物不提供营养，仅在个体或者种群之间传递某种信息。物理信息：鸟鸣兽吼，颜色声音等行为信息：有些动物可以通过自己的行为向同伴发出识别、威胁、求偶、挑战等信息。生态平衡： 一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断进行着，并在生产者、消费者和分解者之间保持着一定的和相对的平衡状态，即系统的能量流动和物质循环能长期地保持稳定，这种平衡的状态称为生态平衡。生态系统平衡包括结构平衡、功能平衡、能量物质输入输出平衡，是一种动态的平衡。环境的自净作用生态系统内部具有一定限度的自动调节能力，当系统的某一部分出现机能的异常，就可能被其他部分的调

26、节所抵消，这一过程是通过环境中的物理化学和生物化学一系列变化实现的，这个过程称为环境的自净作用系统的组成成份越多样，能量、物质循环途径越复杂,调节能力越强。思考题你是否赞成Gaia假说？若不赞同，你对地球如何形成现今的环境条件有何看法？为保护生物圈和维持生态系统的平衡，你认为人类在利用和改造自然时应该怎么做？对现在出现的某些局部不平衡人类应该如何挽救？第三节 人工环境植物人类动物植物人类动物三级消费者二级消费者一级消费者生产者有机体自然环境城市环境农村环境不同类型环境系统的组成结构示意图城市：以人为中心的，以一定的环境条件为背景，以经济为基础的社会、经济、自然综合体，是经过人类创造性劳动加工形

27、成的符合人类自身需要的社会活动场所，是人类占绝对优势的自然经济社会复合生态系统。城市环境特点：人口密集、组成复杂、限制因子多、城市景观城市化：工业化导致人口膨胀；单个城市的区域扩大；城市特有的生活方式、组织结构和文化；市政服务与管理体系；流动人口；我国的城市化特征：国际化、连棉化、郊区化 人口按几何级数增长。旧石器时代，人口增加1倍需要3万年，工业革命随着生产力的提高，人口增加1倍缩短为150年，1830年世界人口达10亿，1930年人口翻一倍仅用了100年，而1960年世界人口已突破30亿，1999年已突破60亿，预计到2030年世界人口将达到120亿。第四节 人与环境环境与人体健康 1、环境与人体的平衡关系：2、环境污染与人体健康： 急性危害： 慢性危害： 远期危害： 致癌作用；致突变作用；致畸作用环境与人口：人口膨胀人口膨胀招聘会印度街道资源短缺温室效应光化学烟雾臭氧层破坏酸雨水污染沙漠化环境问题人类文明还能继续发展前进吗？如何继续？人口膨胀资源短缺环境破坏4月22日美: 蕾切尔.卡逊 我们长期