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1、云南省环境科学研究院 郭慧光,环境科学技术研究和选题,1、环境科学,研究人与环境相互关系的一门学科；研究人与环境关系的发生、发展、预测和调控技术；环境科学是人类科技近代（60年来）新兴的涉及到多学科科学与技术相互交叉协调的综合性科学。,1.1 环境科学的形成,人类社会的发展过程中，由于人口的剧增；人类社会和自然生态内部的、之间的各种不协调发展等多方原因，导致出现了微观到宏观的多个层面上，不利于人类社会发展的环境问题，从而催生了环境科学与技术这一新的科技领域。,1.3环境和环境问题,从人和环境的关系学角度考察，可以把赖以生存的自然环境分为五个大的圈层环境（圈层学说）。 大气圈：地表以上150km
2、或更远些有空气分子的一个圈层，又分对流层（地表以上20km）；平流层（2080km间）；电离层（80 150km间）；其中30 55km范围内由松散臭氧分子构成的空气层又称为臭氧层。 水圈：地表及地表上下各种形态的水（分子）所构成的一个圈层，海洋占地表70.8%的面积；海水体积约13.7亿km3，占地球总水量的97.2%。,1.3.1圈层说,土壤圈：指岩石层以上，大气圈以下所有的土壤构成的带有生命活动的一个有机圈层，该层包括有岩石、水、空气、生物体的各种组分。 生物圈：岩层以上，土、水、气环境中全部生活着的有机体构成的生物圈层。 岩层圈：覆盖在原始地壳上的层层叠叠的岩层，是一部地球几十亿年演变
3、发展留下的“石头大书”，地质学上叫做地层。,五个大的圈层环境,1.3.2环境问题,自人类起源就伴之出现了人与环境之间的关系，就开始出现了对人而言的环境问题。随着人口的增加，环境问题的量和质都在增加，例如，西亚美索不达米亚、黄河流域的历史性生态毁坏；英国工业革命带来了大气、水环境的污染；日本的水俣病、痛痛病；洛杉矶的光化学烟雾,人类面临的环境问题出现在四个方面：,粮食危机：人口剧增，地球人口拥挤、资源匮乏等所致。 能源、资源危机：资源的掠夺性开发致淡水资源、土地资源、渔业资源、生物资源等锐减和匮乏。 环境危机：资源掠夺性开发致污染物质大逃逸进入环境导致环境的污染与破坏。如全球气候变化、海水和淡水
4、严重污染、农业土壤和生态环境遭污染、大气臭氧层空洞、全球变暖致海面上升等等。 生态危机：资源掠夺性开发致物种加速灭绝、森林破坏、土地沙化、酸雨问题等。 1986年肯尼亚内罗毕的世界环境大会归纳了全球的十大环境问题,1.4环境科学的史命和分支,环境科学在环境问题与矛盾的发展中应运而生，这一科学使命赋予了它的历史任务是： （1）探索全球环境的演化与变化发展规律（结构、形式、机理） （2）揭示人与环境之间的关系，解决人与环境和谐发展的问题 （3）探索环境变化对人类生存的影响，约束人类行为（如研制各种环境标准、控制污染排放的质和量等） （4）研究创新环境污染控制的工程技术和体系,1.4.1环境科学的使
5、命,启示：,当代全球环境问题教育了我们，只有把自然生态系统和人类社会系统作为一个整体来研究，才是科学发展观的基本思想方法；才可能揭示和和环境之间生态和谐的真谛。人不可能创造人和自然相互对立的逆向演替；人只可能以生态文明、可持续发展的思路和方法去建设人与自然的和谐大世界。,1.4.2环境科学的分支,就当前我们的认识，环境科学主要是运用自然科学、工程技术和社会科学的理论、技术和方法研究人和环境问题，所以从自然和社科综合角度可以将环境科学的一级子学科列于以下：环境物理学、环境化学、环境生物学、环境地学、环境医学、环境工程学；环境管理学、环境经济学、环境法学、环境教育学、环境心理学,环境物理学：环境声
6、学、环境光学、环境热学、环境电磁学、环境空气动力学 环境化学：环境无机分析化学、环境有机分析化学、环境污染化学、环境地球化学 环境生物学：环境动物学、环境植物学、环境微生物学、环境生态学、自然环境保护科学 环境地学：环境地质学、水环境学、环境海洋学、环境土壤学、污染气象学 环境医学：环境病学、环境毒理学、环境监测医学 环境工程学：大气污染防治工程学、水污染防治工程学、固体废物处置工程学、噪声控制工程学、环境污染防治工程学、环境评价学 环境管理学：包括行政的、法律的、科学技术的、经济的、人文教育的等多类环境管理科学。 环境经济学、资源环境经济学、生态环境经济学、环境效益经济学、环境费用与转移支付
7、、环境生态布局 环境法学： 环境教育学： 环境心理学：,一级子学科下的二级子学科又可如下细分：,1.5环境科学的任务,当前环境科学技术领域在不断地深化与发展，就目前人们的认知，环境科学技术的主要任务（或说研究内容、研究方向）有四： (1)探索全球范围环境的演化规律。 (2)揭示人与自然之间的关系，如资源的合理开发利用、人类生产与消费过程物质能量的迁移转化及物质平衡，可更新资源的永续循环利用 (3)探索环境变化对人类生态的影响，制定环境标准 (4)研发微观到宏观多层面环境污染综合防治技术和管理措施。,2 环境污染与防治,环境科学所指的环境是指人类赖以生存的所有因素和条件的综合体。“因素”如光、电
8、、能、CO2、H2O、O、N、P等。“条件”如天、地、气象、水文、生物、土壤等。,2.1基本概念,什么是环境？,生态系统和生态平衡,生命界与非生命界之间通过物质和能量的交换、转移，在一定程度上构成了一个开放式的稳定系统，称之为“生态系统”。生态系统内物质能量的生产、贮运、交换都保持有一定的相对的平衡关系，这种规律性关系称为“生态平衡”。,环境污染和环境破坏,环境生态系统在平衡状态下保有一系列不明外来因素和条件冲击的缓冲能力，通过物化、生化多种方式转化外来负荷的冲击，以修复系统自身的平衡，这一过程是系统自身的“自净”能力和“抗逆”能力；而当外来因素的冲击、外部条件的逆变，超出了系统的自净和抗逆能
9、力的，环境生态系统就发生了“环境污染”和“环境破坏”，又统称“公害”。,2.2环境污染与防治的有关领域（未涉及环境破坏）,（1）全球气候变化 全球气候变化是一个环境条件和环境要素互动的变化过程。地球表面CO2逐年递增，改变了空气构成比例的巨变；全球变暖又加剧了“温室效应”，全球海平面升高，农、林业病、虫、害加剧，全球干旱化增强等等。所以目前开展节能减排行动是全人类都亟需的防治手段，我国全民开展节能减排，各级政府大力推选淘汰“落后产能”，改变传统的耗能产业结构，构建新型低碳社会乃是百年、千年大计。,2.2.1大气环境污染与防治,（2）主要常见的大气环境污染物 尘常见的有煤尘和粉尘，以粒径大小分类
10、时，粒径10微米者称为降尘；粒径10微米者称飘尘；以来源分时，燃煤产生煤尘；非燃烧产生粉尘，其中由风所致的又称扬尘。防治主要是密闭生产、机器人采掘、增强地面复盖等。 硫化物类（SOx）主要来自于石化燃烧、火电、冶炼、制硫等行业。防治在于脱硫回收和用新产业结构和技术改变各产业行业现状（节能减排、替代燃烧等）。 氮氧化物类（NOx）：主要来自于石、化燃烧，高温氮氧化，内燃机、硝酸氮化物生产，冶炼，有机物中间体生产等行业和雷电过程。防治主要是改变燃烧条件和预混、气化、液化、燃烧器增压等等。 碳氧化物（COx）源自于不完全燃烧全球每日约排CO约2亿吨，CO2约1.5亿吨。防治主要在于改变燃烧结构，以新
11、型清洁能源替代石化能源,碳氢化物（CxHx）源于不完全燃烧、有机化学生产（如石油裂解）。主要防治方法类同碳氧化物类。 在大气污染综合防治方面除污染源治理和植树等生态治理之外，合理的工农业布局、工业区部局、城乡布局和产业结构布局以及淘汰落后产能的布局，都是十分重要的。 恶臭：指难闻的臭味，恶臭味迄今有4000多种，对人和生物有危害的有硫醇类、氨、硫化氢、甲硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酪酸、酚等几十种。有的恶臭物随废水和废渣排入水体还导致更严重的水体污染，恶臭涉及几十到几百公里范围，恶臭物质多来自于有机化的生产过程，其发臭机理与其化学过程分子结构的位置有关。恶臭的治理在于改进工艺流程，增加高温、催化
12、燃烧、吸附、淋洗等多种工艺技术等等。,2.2.2水环境污染与防治,水体或水环境所指为河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等地表贮水体系的总称，也包括土壤水、大气水。水体的自净功能乃在于通过化学和生物作用将大分子、高分子物质分解为水、无机盐等，并产生CO2，其自净过程需耗氧，将其化学和生物作用所耗氧的量作为判别水体自净能力或污染程度的综合性指标称之为化学耗氧量（COD）、生化耗氧量（BOD），以5日生化耗氧量为通用指标称BOD5；水体所含的氧量称溶解氧（DO）。,耗氧污染物：又称需氧污染物，来自于生活活动和工农业生产活动，有人类进化之前的自然界自身也就不断有耗氧污染物产生 。目前最普遍采用
13、的治理方法是各种污水废水处理工艺技术的工厂化处理；再就是用顺其自然的原理采用自然净化工艺或组合工艺。如活水工艺、湿地公园、氧化塘、田塘等。,按水环境污染物特性及其防治方法分列于下：,富营养污染物：引起水体富营养化污染的主要是氮氧化物类（如NH4+、NO2-、NO-）、磷化物类（如H2PO4、HPO4、）。有机物类（如生活营养源、粪尿、碳化物）。一般清洁的水体中总磷浓度在0.010.1mg/L以下；总氮应在0.3mg/L以下，对水体富营养污染物的防治除上述耗氧污染物所介绍的方法之外，全球有很多技术方法可因地制宜地采用多种物理的、化学的、物化的、生化的技术治理。总体而言，对水体富营养化污染的治理应
14、从系统总体考虑，从污染的点源、面源、内源三个层面入手，从管理系统入手，采用总量控制的系统规划到系统计划的科学方法才有可能成功治理，全面合理调整布局工农业、工业区、城乡和产业结构、淘汰落后产能，才能成功地、综合地防治水体污染。,氰化物：主要来自于电镀、焦化、洗煤气、选矿等生产行业。由于氰化物对生物和人体致毒性很强，对于低浓度含氰废水（0.01-1.00 mg/L）采用前述生物或生化处理方法外，高浓度含氰废水只能先作回收处置。 油类：来自于船舶泄漏，工业排放、采油业、大气沉降等。现全球每年约有1000万吨油类排入水体。对其治理的方法主要是围隔回收，对于10-30mg/L以下的含油废水可用生物或生化
15、方法处理，施用分散剂的方法已受到反对。 酚类：主要来自于焦化、树脂、绝缘材料、玻纤、制药、石化等生产行业。排入水体的酚有挥发的和不挥发的二类。对于高浓度含酚废水可先采用萃取、蒸脱、吸附、离子交换、化学沉淀等方法回收。对低浓度的（1000 mg/L以下）含酚废水则采用生物或生化方法处理。,酸、碱及各种无机污染物：除了碳同非金属结合的化合物以外的各种元素及化合物都称为无机污染物。如各类重金属、非金属盐类构成了主要的水体无机污染源。水无机污染物来自于各种工农业生产活动的排放。水环境无机污染的治理方法很多，如物理法、物化法、化学法、生化法、生物法等许多种类。一般在污染源分类时，将重金属及其盐类对水环境
16、的污染单分作一大类型，主要泛指金属和类金属及其盐类，常见的有汞、镉、铅、砷、铬、铍等等。 农药及洗涤剂污染物：（略） 生物病菌、病毒污染物：（略）,土壤污染指污染物（水、气、固三态）进入土壤并积累到一定程度（超出土壤的自净能力）时，引起土壤环境质量恶化的现象。土壤污染来自于多方如废气、废水、固废、农药化肥、生物残体或排泄物等。,2.2.3 土壤污染防治和固体废物问题,土壤污染的防治:,在防治措施方面可采用综合生物防治（酶降解、生物净化，如蚯蚓、铁角蕨等多种动、植物吸收净化等）；施加抗污抑制剂改变污染物迁移转化方向以加速氧化、沉积变性等；增施有机肥、腐殖酸类土壤还原剂，改进土壤吸附能力，强化土壤氧化和污染的沉淀等；改变耕作制度（如旱改水、水改旱等），科学管水、深翻、克土等等。,主要在于控制和消除污染源。,固体废物：,来自于多种工农业生产活动和人类生活活动是“放错了地点的原材料”。按危害性质分类可分为危险固体废物和一般固体废物。目前最难于处置的是危险固废。包括我国在内实施分类管理和处置，有国家的危险废物清单，按其不同法规要求加以分类处置。对于所有固体废物而言都应遵循国际循环经济运行原则（
