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1、生态环境材料学,主讲教师:王振峰,第二章 材料与生态环境系统,第1节 材料在国民经济中的作用第2节 材料资源的分布和循环特性第3节 材料与当代资源问题第4节 材料与当代环境问题第5节 材料系统与自然系统第6节 材料工业可持续发展的障碍,第3节 材料与当代环境问题,材料生命周期排放污染物直接和间接地涉及所有环境问题，已经被人们接受。随着科学进步，对环境的潜在影响也不断被认识。生态环境材料的任务之一是研究生命周期过程中材料，对环境污染和对生态环境的破坏控制在最低限度的措施。材料和环境之间的关系存在动态性。,引言,海洋污染 大气O3 层的破坏温室效应引起全球的气候变化 生物多样性减少酸雨蔓延 大气污
2、染 固体废气物污淡水资源缺乏:世界上有3/5 的居民难以得到安全的饮用水森林覆盖率锐减:7641.5 公顷，年减 2000万公顷。沙漠化:沙漠化面积多达40亿公顷（41013 M2），每年约增600万公顷。,2.3.1 十大环境问题,2.3.2 环境污染的影响范围,全球性:例如温室效应，臭氧层破坏，生物多样性锐减，海洋污染等；地域性:例如酸雨，富营养化，地域性人体危害等；地区性:例如噪声，臭味等。,2.3.3 材料生产、加工、使用、废弃对环境的影响,排放大气污染物造成水体污染造成海洋污染排放固体废弃物其它影响,1994年材料工业排放废物统计,2.3.3.1 大气污染,大气污染按国际标准组织（I
3、SO）作出的定义：大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进人大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。而人类生产活动是造成大气污染的主要原因。接触污染空气的健康后果是严重的，在全球范围内，估计因室外空气污染造成的死亡人数为万万，相当于年死亡总人数的.1，而对健康的影响范围更大。大气污染物按其来源可分为一次污染物和二次污染物，一次污染物是指直接由污染源排放的污染物，二次污染物为大气中一次污染物之间或一次污染物与大气的正常成分之间发生化学作用生成的污染物。大气污染物按其存在状态可分为颗粒污染物和气态污染物。人类生产活动是造成大气污
4、染的主要原因。,中国大气污染物来源中，燃料燃烧占，工业生产占，交通运输占；中国原材料行业能源消耗约占工业能耗的40%。因此，材料在生产、加工使用过程中的问题的环境污染问题，必须引起足够的重视。,大气污染物的形成和分类,.2 水体污染,水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活的作用。,无机无毒物:包括沙粒、矿渣一类的悬浮物，酸、碱、氮、磷等植物营养物。这类污染物，可造成水体富营养化、水体值和硬度变化、妨碍水体的自净能力。无机有毒物:主要有氰化物
5、，主要来自电镀废水、高炉的煤气的洗涤、冷却水、化工厂的含氰废水等；砷，来自工业含砷废水；重金属毒性物质，汞、镍、铬、镉等，主要采矿和冶炼产生的废水、废气和矿渣。重金属毒性物质进人人体造成积累性中毒，最终造成危害。有机无毒物:这一类无毒物多属于碳水化合物、蛋白质脂肪等自然生成的有机物在厌氧微生物作用下生成甲烷、二氧化碳，与好氧微生物作用放出硫化氢、硫醇等。在一般情况，有机无毒物转化，要消耗氧会使水体溶解氧浓度急剧下降导致鱼类及水生生物死亡。有机有毒物:多数是人工合成的有机物质，来自高分子材料、农药、染料和石油化工生产过程和使用过程排放的污水，种类繁多其中危害最大的为有机氯化合物和多环有机化合物。
6、这类污染物都有害于人体健康和生物生长，严重的可以致癌,水中污染物种类,1999年全国废水排放总量401.1亿吨，包括材料工业在内的工业废水排放量197.3亿吨，占总污水排放量的亿吨，占49.2%。工业污水水质成分复杂，而且随行业、生产工艺、原料的变化而变化，排放量差异也较大，例如造纸、化工、人造纤维等污水排放量最大，而水泥、塑料加工、机械制造等污水排放量很少。面对水资源匾乏，防治水污染成为材料工业最重要的环境问题之一。,2.3.3.3 海洋污染,随着工业迅速发展和海洋运输业的扩大，以及经各种途径进人海洋的废水、废物、有毒化学品、溢油也日益增加，超过了海洋的自净能力，造成越来越严重的海洋污染,海
7、洋环境污染及危害,水产资源破坏和海洋污染对人的危害:近海水产资源包括养殖业和渔业破坏比较严重，外海渔场也遭受不同程度的损害。对人体的危害主要是被污染的鱼类和藻类通过食物链迁移、转化、富集进人人体，直接危害人体健康。尤其对近海渔民的健康已经产生不良影响。人工合成固、液废弃物污染:从陆上或海洋运输大量排放人工合成废弃，长年积累已经超过海洋环境自净能力，例如测定海洋塑料粒子分布，超过万个m2有个海域（檀香山海域，美拉尼西亚海域），我国东海区达到万个2。人工合成固、液体废弃物污染导致海鸟海洋动物死亡和海洋生态系统紊乱。近海富营养化:大量工业污水和农田退水排入近海，海水中无机氮和无机磷增加，使藻类群落“
8、爆发”性地增长形成“赤潮”“褐潮”或“绿潮”。近海造成海域的嫌气环境，也产生2等还原性有毒气体使海洋生物大量死亡，给海洋渔业、水产业带来巨大损失。,2.3.3.4.固体废弃物,ISO14021中将废物定义为：生产者或使用者不再使用并且弃之于或释放于环境中的任何东西。固体废弃物是指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程中提取有用的组分之后而被丢弃的固态或泥浆状物质。固体废弃物分类方法很多，按其来源可分为：矿业废弃物、工业废弃物、城市垃圾、农业废弃物和放射性废弃物。材料生命周期排放的固体废弃物几乎涉及所有各类废弃物。,2006年全国工业固体废物产生量151541万吨，其中工业固体废物综合利用量
9、92601万吨工业固体废物处置量42883万吨，工业固体废物贮存量22398万吨，工业固体废物排放量1302万吨。全国危险废物产生量1084万吨，其中，危险废物贮存量267万吨，危险废物排放量20万吨，危险废物处置量289万吨。,2.3.3.5.环境的其他影响,温室效应臭氧层破坏酸 雨光污染噪声污染电磁波污染放射性物质污染,a)温室效应,人类大量使用化石燃料（煤炭、石油和天然气），加上各种生产和消费活动，排放大量温室气体，导致温室效应。使地球大气增温的微量气体组分，称为温室气体。主要温室气体有CO2、N2O、氯氟烃（）等。其中CO2的作用占、占、占，所以CO2的大量增加是造成全球变暖的主要因素
10、。,联合国政府间气候变化问题研究小组年研究报告:CO2浓度从工业化时代之前的增加到今天的，其中约来自化石燃料的燃烧，预计年将达到。年，全球平均气温增加.，远远高出了 年的预计（.）；近年成为过去年来气温最高的年；这种情况还会继续恶化。,年月，有个国家参加的联合国环境与发展大会通过了气候变化框架公约1年月在日本，多个国家政府首脑就全球气候变化问题达成了世界性协议京都议定书，希望在气候变化导致严重后果发生之前，采取一致的行动，控制气候变化的发展趋势。年我国签署了京都议定书。,b)臭氧层破坏,世纪年代以来，全球臭氧层损耗已经是客观存在的事实，人类活动排放到大气的某些化学物质与臭氧发生作用如：CCl4
11、、CH4、N2O等，但破坏作用最大的为CFC(氟利昂)和哈龙（Halons）等是主要原因。主要用做致冷剂、泡剂、喷射剂和清洗剂等，材料工业中大量使用发泡剂制造塑料泡沫材料，在大气中相对稳定，寿命长达年，年生产的约万吨，其中万吨排放到大气中 经过近年排放的积累，即使立即停止排放，对臭氧层的破坏也要延续年。臭氧层的破坏将给人类健康和生态环境造成严重的危害，包括引发和加剧白内障、皮肤癌和传染性疾病。人体免疫能力下降，加速材料老化，农作物减产，破坏海洋浮游生物，影响对流层大气组成和空气质量等。,c)酸 雨,酸雨是区域性环境问题，在发达国家和发展中国家都对生态环境造成重大破坏。目前我国是二氧化硫最大排放
12、国，1999年我国二氧化硫排放量达到1857.4 104吨，工业排放量1159 104吨，占.。酸雨和二氧化硫的污染控制成为我国大气环境问题的突出热点，其中包括材料工业在内的工业源控制成为重点。燃煤产生的二氧化硫在大气中会氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶通过降水迁移到地表对水体、森林和土壤有重要影响，每年二氧化硫排放量万吨。据对我国 1个省、自治区估算，生态损失达亿元，造成农作物损失.91亿元。,D)噪声污染,环境噪声的来源主要有由机械振动、摩擦、撞击和气流扰动而产生的工业噪声，由汽车、火车、飞机、拖拉机、摩托车等行使过程中产生的交通噪声，以及由街道或建筑物内部各种生活设施、人群活动产生的生活噪声
13、等。工业噪声中，材料的生产和使用所产生的噪声占主要份额。如金属材料的生产和加工，无机材料如水泥、陶瓷材料的粉碎和研磨等，都产生大量的噪声，影响环境和居民的日常生活。,e)电磁波污染,所谓“电磁波污染”主要指由电磁波引起的对人体健康的不良影响，不包括电磁波对电子线路、电子设备的干扰。常见的电磁波污染源有计算机设备、微波炉、电视机、移动通讯设备等。这些电子器件通过机壳和屏幕向空间发射电磁波，从而污染环境。据报道，波长在300MHZ300GHZ的微波辐射以及低频磁场对人体的影响最大。1988年制定了 GB917588：环境电磁波卫生标准。,f)放射性物质污染,放射性污染主要指在生产和使用具有放射性物
14、质的过程中，由于辐射作用对环境造成的不良影响。放射性污染多与核能使用及核科学试验有关，核电站运行过程中的核废料排放，废旧核设备的替换与放置等。因此，放射性污染主要是在能源和材料加工和使用过程中造成的。除了突发性的放射性物质泄漏引起的放射性污染外，一般情况下，放射性污染的区域性较强，多与核电站和核科学研究地区有关。由于放射性污染的危害性较大，又与核材料或核燃料的加工和使用密不可分，在材料对环境的影响研究中，放射性污染的影响不可忽略。,g)光污染,除了以上提到的各种环境影响外，光污染问题近年来也提到了议事日程上来，特别是城市建筑中玻璃幕墙、大型建筑的外墙贴装饰性瓷砖，以及金属表面装饰性镀层的反射光污染问题，影响居民的日常生活，并容易诱发交通事故。因此，材料科学工作者在考虑材料的环境影响时，不得不分析因使用材料造成的光污染问题。,课后思考：,1.布手帕和纸面巾2.刀叉和筷子3.4.棉布和化纤布5.汽车汽油和乙醇N.钢铁和水泥,
