第一讲：环境科学与工程方法论课件.ppt

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1、第一讲 环境科学与工程方法论,潘涛 研究员 北京市环境保护科学研究院,本课程通过对北京市环科院近年来在水、气、固废、土壤等多个环境领域科研成果的介绍，向同学们讲解环境科学与工程学科的基本方法，由于时间所限，对于具体技术不做过多展开，主要目的是帮助同学们掌握解决环境问题的思路，拓宽认识环境问题的视野。,课程介绍,课程内容及考核方式,（1）环境科学与工程方法论（2）北方缺水型城市景观水体生态修复（3）河流氨氮污染机理与控制策略（4）加油站渗漏污染地下水的监测技术（5）VOCs排放清单（6）扬尘污染控制原理与技术,课程内容,（7）油汽储、运、销过程中VOCs污染控制（8）固体废弃物处置技术与管理政策

2、（9）污染场地风险管理技术（10）生态学理论与实践（11）环境风险评价与管理（12）课程论文讨论,教学学时：十二次课。考核成绩:满分100分；两次课后作业，每次25分 课程论文，50分。作业发至电子邮箱，要求最后一次课之前交齐。,成绩考核,课程论文选题方向：废水中持久性有机物控制技术河流生态健康评价研究畜禽养殖业废物资源化及防治大气中氨污染物排放清单研究城市大气中细粒子的污染防治机动车废气控制城市污水厂污泥无害化消纳农业非点源污染的危害及治理对策垃圾渗滤的控制及治理技术城市面源污染负荷估算方法,课程论文要求,课程论文要求：每人一个论文选题方向，论文题目自拟；根据选题方向撰写一篇论文，并制作10

3、分钟PPT，课堂汇报论文内容，参考文献中不得少于5篇2008年后发表的英文文献。,课程论文要求,环境科学与工程原理，美Mackenzie L.Davis&Susan J.Masten 著，清华大学出版社环境保护与可持续发展，钱易、唐孝炎 主编，高等教育出版社环境与可持续发展导论（第二版），马光 编著，科学出版社,本节参考书目,环境科学与工程的方法论,分析问题思路,环境科研的内涵,环境工程的内涵,环境科学与工程的发展历史,环境科学研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体。中国大百科全书 本法所称环境，是指影响人类社会生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因

4、素总体，大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、野生植物、水生生物、名胜古迹、风景旅游区、温泉、疗养区、自然保护区、生活居住区等。中华人民共和国环境保护法第二条,什么是环境,环境保护工作与人类文明史一样悠久。,历史回顾,古罗马时期的排水管渠,云南丽江纳西族使用的“三眼井”,环境保护大事记,公元前5000年 中国西安半坡遗址发掘证实，当时烧制陶器的柴窑已按热烟上升原理用烟囱排烟。公元前3000年 古代印度青铜熔炼炉使用高烟囱排烟。97年 罗马水道论记述了罗马的上下水道、处理水的自然沉淀池和沉沙井。1世纪 埃及 用沙滤法 净水。1559年 德国 土地灌溉法 处理城市污水。1661年 英国出版驱

5、逐烟气，阐述了伦敦烟尘污染及其治理方面的见解。公元1668年 英国发表消烟机械，论述了消烟除尘的装置和原理。18世纪 西方工业革命开始。1809年 英国 石灰乳脱除工业废气中的H2S。,环境保护大事记,1819年 英国议会召开第一次烟尘控制委员会会议，讨论减少蒸汽机车和燃煤炉排放烟问题。1822年 德国利用矿渣制造矿渣水泥。1850年 英国 用漂白粉 消毒饮用水。1852年 美国 建立木炭过滤的饮用水厂。1860年 法国 莫拉斯建成消化池，厌氧消化法处理污水。1872年 英国 史密斯在工业城市发现酸雨。1874年 英国建造了垃圾焚烧炉。1885年美国莫斯 发明 离心除尘器。1906年 美国科特

6、雷尔制成 静电除尘器。1906年 德国 化学家甘斯用粘土、砂子、苏打制成人造离子交换剂，并用于水处理。,环境保护大事记,1914年 英国 阿登和洛基特发表用活性污泥法处理污水的论文不用生物滤池的污水氧化实验。1920年 美国建成用碱液 从烟气脱硫装置。1923年 上海 建成污水处理厂。1958年 美国 在夏威夷开始精确测量二氧化碳浓度，为研究温室气体问题提供科学依据。1962年中国 马大猷教授等创建卦限消声室。1962年 美国 卡尔逊出版寂静的春天，警示化学污染带来的灾害。1966年 美国 加州 建成南塔霍湖 废水三级处理厂。1972年 罗马俱乐部增长的极限，提出2100年地球环境将面临“崩溃

7、”，对工业化发展模式发出警告。,环境保护大事记,1972年 联合国人类环境会议在斯德哥尔摩召开，来自世界113个国家和地区的代表，共同商讨人类环境问题，是人类第一次将环境问题纳入世界各国政府和国际政治的事务议程。1974年 美国 罗兰特提出氟利昂破坏臭氧问题。1976年 中国 马大猷教授等研制成小孔消声器。1985年 英国 发现南极上空臭氧空洞。1992年 巴西 世界183个国家代表团和70个国际组织出席，102位国家元首讲话，通过里约环境与发展宣言、21世纪议程两个纲领性文件，各国签署了气候变化框架公约。,环境工程学科起源于水的净化。1854年，伦敦霍乱流行，一名叫约翰.斯诺的医生发现霍乱是

8、由不洁净饮用水引发的。同时期，英国的威廉巴德医生也发现了伤寒、霍乱等疾病与不洁净饮用水源有关系。公众对水质净化的要求促进了“卫生工程”的兴起。随着工业文明的发展，各种大气污染事件、土壤污染事件不断出现，环境工程的领域得到拓展，不仅包括净化水，还包括空气污染、固体废物管理以及环境保护的其他方面。,环境工程的发展,环境科学是20世纪70年代中期才逐渐形成的一门学科，有人认为环境科学起源于蕾切尔卡逊（Rachel Carson）的寂静的春天（Silent Spring）一书。之后逐渐形成环境化学、环境生物等分支学科。,环境科学的发展,科学研究和工程实践是相辅相成的关系。西方有句古语：科学家发现事物，

9、工程师使它们有用（Scientists discover things.Engineers make them work.）。李政道教授1987年曾对物理学科的概括了两条定律：第一定律：没有实验家，理论家趋于浮泛；第二定律：没有理论家，实验家趋于摇摆。这两条也适用于解释环境科学与工程的关系。,环境科学与环境工程,主要的环境问题,环境问题是伴随着人类经济和社会发展活动而产生的，特别是与城市化、工业化和农业集约化有着十分密切的关系。当人类使用火，开始农业耕种，人类对自然施加的影响便开始了，所以“环境问题”是起源于史前时期的。工业革命以来，人类干预和改造自然的能力超越了以往任何时期，向环境排放污染物

10、的急剧增加和开采资源对生态系统的严重破坏，导致地球环境状况不断恶化。,环境问题,由自然力引起的原生环境问题称为“第一环境问题”。由人类活动引起的次生环境问题称为“第二环境问题”。第二类环境问题又可分为：（1）环境污染（2）生态破坏,环境问题,环境污染是指有害物质或因子进入环境，在环境中扩散、迁移、转化，超过了环境容量和环境自净能力，使环境系统的结构和功能发生变化，对人类及其它生物的生存和发展产生不利影响的现象。如大气、水体和土壤等的污染。,环境问题,生态破坏是指人类开发利用自然环境和自然资源的活动超过了环境的自我调节能力，使环境质量恶化或自然资源枯竭，影响和破坏了生物正常的发展和演化以及可更新

11、自然资源的持续利用。如水土流失、土地沙漠化、盐渍化及生物多样性的锐减等。,环境问题,水污染大气污染土壤污染固体废弃物噪声污染,全球主要的环境问题,全球变暖臭氧层破坏生物多样性锐减荒漠化水土流失,水污染是指水体因某种物质的介入而导致其物理、化学、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。,水污染,（1）什么是水污染,水污染,悬浮物耗氧有机物植物性营养物重金属酸碱污染,石油类难降解有机物放射性物质热污染病原体,（2）水污染物种类,水污染,水俣病事件19531956年，日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放含汞废水，无机汞在海水中转化甲基汞，被鱼

12、、贝类摄入，并在鱼体内富集，当地居民食用含甲基汞的鱼而中毒，截止1972年有180人患病，50多人死亡。,（3）水污染事件,水污染,骨痛病事件19551972年，日本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放含镉废水。当地使用被污染的河水灌溉稻米，米中富集镉。镉能够置换骨骼中的钙，人长期食用这样的“镉米”，导致患者出现了骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆易折等病症。截止1968年5月，确诊258例，死亡128例。,（3）水污染事件,大气污染是指进人大气层的污染物的浓度超过环境所能允许的极限，改变正常大气的组成，破坏其物理、化学和生态平衡体系，使大气质量恶化，从而危害人类生活、生产、健康，损害自然资源

13、，给正常的工农业带来不良后果的大气状况。,大气污染,气溶胶状态：粉尘、烟、雾,（1）什么是大气污染,大气污染,（2）几种主要的大气污染物,颗粒物质：是指除气体之外的包含于大气中的物质，包括各种固体、液体和气溶胶。常用TSP、PM10、PM2.5表示。硫化物：常以二氧化硫和硫化氢的形态进入大气。大气中的硫约2/3来自天然源，人为源主要来自煤和石油的燃烧。氮氧化物：包括一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮、五氧化二氮。人为活动排放的氮氧化物主要来自石油燃烧和生产、使用硝酸的过程。碳氧化物：主要是一氧化碳和二氧化碳，主要是含碳物质的不完全燃烧。碳氢化合物：碳氢化合物石油烷烃、烯烃和

14、芳烃等复杂多样的物质组成。大部分来源于植物的分解，人类排放的量虽然小，却非常重要，是光化学烟雾的主要成分，主要来源于石油燃料的不充分燃烧和石油类的蒸发过程。,从污染源排入大气中的污染物质，在与空气混合过程中会发生种种物理、化学变化，依其形成过程的不同，可以分成一次污染物和二次污染物。,大气污染,（3）一次污染物和二次污染物,煤烟型污染酸雨光化学烟雾,大气污染,（4）大气污染类型,历史上著名的煤烟型污染事件1930年.比利时.马斯河谷事件1948年.美国.多诺拉烟雾事件1952年.英国.伦敦烟雾事件1961年.日本.四日哮喘病事件,大气污染,（a）煤烟型污染,“酸雨”学名“酸沉降”。酸沉降是指大

15、气中的酸性物质通过降水（如雨、雾、雪）等迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接迁移到地表。前者是湿沉降，后者即是干沉降。,大气污染,（b）酸雨,大气污染,（b）酸雨,大气污染,（b）酸雨,（b）酸雨,大气污染,光化学烟雾是在一定条件下（如强光、低风速和低湿度等），大气中的碳氢化合物（CH）和氮氧化物（NOx）等一次污染物发生化学反应，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的高氧化性混合气团。,大气污染,（c）光化学烟雾,大气污染,历史上著名的光化学污染事件1943年.美国.洛杉矶光化学烟雾事件1970年.美

16、国.加利福尼亚州光化学烟雾事件1971年.日本.东京光化学烟雾事件1997年.智利.圣地亚哥光化学烟雾事件,机动车尾气是光化学烟雾的主要污染源,（c）光化学烟雾,土壤污染是指人类活动所产生的污染物质通过各种途径进入土壤，其数量超过了土壤的容纳和同化能力，而使土壤的性质、组成及性状等发生变化，并导致土壤的自然功能失调，土壤质量恶化的现象。土壤污染危害途径：土壤植物人体 土壤水人体 土壤空气人体,土壤污染,（1）什么是土壤污染,土壤中主要污染物：有机污染物重金属放射性元素病原体微生物,土壤污染,污染来源：废水和固体废弃物农药和化肥牲畜排泄物和生物残体大气沉降物,（2）土壤污染物种类,固体废弃物是指

17、在社会的生产、流通、消费等一系列活动中产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。具有较大危害，不能排放的而置于容器的液体、气体废弃物也属于固体废弃物管理范畴。,固体废弃物,城市固体废物工业固体废物危险废物,（1）固体废弃物定义,污染大气污染水体污染土壤占用大量土地资源影响环境卫生和景观,固体废弃物,（2）固体废弃物危害,噪声的来源交通噪声 工业噪声 建筑施工噪声 社会生活噪声,噪声污染,凡是不需要的，使人厌烦并干扰人的正常生活、工作和休息的声音统称为噪声。,（1）噪声定义,噪声污染,声级在3040dB是比较安静的环境，超过50dB就会影响睡眠和休息，70dB以上

18、干扰人们谈话，长期在90dB以上的噪声环境中工作和生活，会严重影响听力和导致其他疾病的发生。噪声污染特点：影响范围有限 不会在环境中积累 噪声源停止发声后，噪声污染立即消失,（2）噪声危害及特点,噪声污染,（2）噪声危害及特点,1961年，美国空军F-104喷气战斗机在俄克拉马荷马市上空作超音速飞行实验，飞行高度为10km，每天飞行8次，6个月内使一个农场的1万只鸡被飞机的轰响声杀死6000只。,2011年北京市城区道路噪声现状图,全球变暖,（1）全球变暖的趋势,海平面上升：淹没部分岛屿及沿海城市陆地。研究表明，过去的100年里，全球平均气温上升了0.20.5，全球海平面上升了1025cm，全

19、球陆地降雨量增加了1%。影响农业生产：包括增加作物病虫害、影响作物生长、导致浴场变化、影响畜牧繁殖能力。,全球变暖,（2）全球变暖的危害,二氧化碳（CO2）甲烷（CH）一氧化二氮（N2O）臭氧（O）氟氯碳化合物（CFCs）二氧化碳占温室气体的 83%。,全球变暖,（3）引起全球变暖的物质,全球变暖,（4）阻止全球变暖的技术手段,臭氧层位于距地面2050公里高度的平流层，因为只有当氧分子分解为氧原子时，才能生成臭氧，而只有在这个高度才会出现175200纳米波长的太阳光，具有分解氧原子的能力。臭氧的活性也很高，波长为250310纳米的太阳光又可以将其分解，所以臭氧实际上在2050公里的上空不断生成

20、、分解，从而达到化学平衡。,臭氧层破坏,（1）什么是臭氧层,氟利昂，几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称。,（2）破坏臭氧层元凶-氟利昂,臭氧层破坏,氟利昂在大气中的平均寿命达数百年，在对流层时，氟利昂相对稳定；在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，氟利昂会在强烈紫外线的作用下被分解，解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。,在反应中氟里昂分子起到催化剂的作用。,（2）破坏臭氧层元凶-氟利昂,臭氧层破坏,平流层超音速飞机排放的大量氮氧化物也是消耗臭氧的主要元凶。据估计，一架美制波音707型飞机的氮氧化物年排放量可达3600吨，一架英法合制的协和式飞机的氮氧化排放量可达1000吨。

21、,氮氧化物起到催化作用。,（2）破坏臭氧层元凶-氮氧化物,臭氧层破坏,1984年，英国科学家首先发现南极上空存在“臭氧空洞”。臭氧层被大量损耗后，吸收紫外线辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的危害。据分析，平流层臭氧减少1%，全球白内障的发病率将增加0.60.8%，即意味着因此引起失明的人数将增加1万到1.5万人。,臭氧层破坏,（3）臭氧层破坏的危害,土壤及其他地表组成物质在水力、风力、冻融、重力和人为活动等作用下，被破坏、剥蚀、转运和沉积的过程。中国水土流失强度分为：微度、轻度、中度、强度、极强度、剧烈 等六级。,水土流失,（1）什么是水土流

22、失,除了降雨、地形、植被覆盖度等自然原因外，以下人为因素加剧了水土流失情况：开矿过渡开垦、坡地耕作 植被的破坏,水土流失,（2）水土流失的成因,在自然力作用下，形成1厘米厚的土壤需要100400年时间。水土流失不断淤积河道、湖泊，影响航运和蓄水。导致土壤退化，全国每年表土流失量相当于损失氮、磷、钾养分相当的4000万吨化肥。,水土流失,（3）水土流失危害,荒漠化是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素所造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化。,荒漠化,（1）什么是荒漠化,荒漠化的主要原因是气候因素和过度放牧。1、气候原因 1）干旱多风 2）植被贫乏和土壤脆弱地区的暴雨 2、人为原因 1）

23、过度放牧 2）不合理耕作 3）水资源不合理利用 4）开采资源、修筑道路等人类活动荒漠化的结果是土地退化，生产力下降，成为风沙源。,荒漠化,（2）荒漠化原因及危害,环境问题比较复杂，其他还有电磁辐射问题、放射性污染问题、光污染、热污染，以及生物多样性锐减等。,其他问题,我国的环境法规体系,宪法关于环境保护的条文环境保护基本法环境保护单行法环境保护行政法规环境保护部门规章环境保护地方性法规及规章环境标准环境保护国际公约,我国的环境法规体系,我国的环境标准体系分为分为“五类三级”。,标准体系,“三级”是指国家、地方、行业。,地方标准只有环境质量标准和污染物排放标准两类地方标准的制定应严格于国家标准，从执行上来说地方标准优先于国家标准执行污染物排放标准分为跨行业综合性排放标准和行业性排放标准，两者不交叉执行，有行业性标准的执行行业性标准，没有的执行综合排放标准标准分为强制性标准和推荐性标准，凡是被强制性标准引用的非强制性标准，也必须强制执行,标准体系中的几点注意,强制性国家标准 GB 推荐性国家标准 GB/T指导性技术标准 GB/Z地方标准DB,认识标准号,END!,