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1、环境工程原理,参考书目 谭天恩主编,化工原理，化学工业出版社,1984 柴诚敬主编,化工原理(上,下册),高等教育出版社,2005 蒋维钧等编著,化工原理(第二版)清华大学出版社,2003 余国琮主编,化学工程辞典(第二版),化学工业出版社,2003 郭仁惠 主编 ，环境工程原理，化学工业出版社2008 张柏钦主编 ，环境工程原理，化学工业出版社,2008 周集体主编 ，环境工程原理，大连理工大学出版社，2006,第一章 绪 论,一、环境问题与环境学科的发展一）、环境问题的产生及面临的环境问题环境 (Environment泛指； Surroundings周围，环境，侧重物质的；circumst
2、ance境况，情况,情形,环境；setting安装，调整，背景，环境 环境：是一泛指名词。环者绕，围绕，境者疆，疆土。当今对环境的概念有不同的理解，提法多种。某一特定生物体或生物群体以外的空间，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,社会环境人们生活的社会经济制度和上层建筑的环境条件。如经济基础、政治制度、法律制度、教育、文化艺术。 自然环境人们赖以生存和发展的物质条件，即自然界。包括：空气、水、土壤、动植物等。各组成不同，又可分为不同的地理环境：大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈、地质和宇宙环境。 我们这里所说的环境主要是人类生存环境，主要指自然环境，尤其是生物圈。,环境
3、问题是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化，以及这种变化对人类的生产、生活和健康造成的影响。或 环境问题是指全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的各种现象 人类在改造自然环境和创建社会环境的过程中，自然环境仍以其固有的自然规律变化着。社会环境一方面受自然环境的制约，也以其固有的规律运动着。人类与环境不断地相互影响和作用，产生环境问题。 环境问题多种多样，归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾害引起的原生环境问题，也叫第一环境问题。如地震、洪涝、干旱、台风、崩塌、滑坡、泥石流等。一类是人类活动引起的次生环境问题，也叫第二环境问题和“公害”。次生环境问题一般又分为环境污染和
4、生态破坏两大类。,人类不但在环境中生存，还同时利用和改造着环境。 近百年来，人类这种利用和改造环境的活动是巨大的： 现代工农业的迅猛发展; 资源、能源被大量开发利用; 大型工程的兴建; 人口过分增长并集中于城市等.已对环境变化产生了深远的影响，自然环境条件受到直接或间接、近期或长远的、明显或缓慢的污染和破坏，严重威胁着生物体和人类更好地生存。,环境破坏的原因：,环境破坏带来的影响危害：,(1) 威胁人类的健康与安全：空气污染引起呼吸道病，放射性及毒物污染导致癌症，噪声破坏听力。 (2) 自然环境破坏加剧：水体破坏导致水生生物死亡，饮用水质下降，植被破坏引起水土流失，洪涝、干旱发生的频率剧增。
5、(3) 生态系统失衡：生物灭绝，土壤沙漠化，气候变暖或变坏。所以，环境保护是有关人类生存的重要问题。,环境污染的产生，有自然的原因(如火山爆发、森林火灾、地震等) ；但绝大部分是人类活动的后果，目前亟待解决的全球性的环境问题有： （十大环境问题: 温室效应、酸雨肆虐、森林锐减、水土流失、水危机、土地荒漠化、臭氧层遭破坏、物种灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染。),1.气候变暖：（Greenhouse Effect, 大气中的CO2、CH4、N2O、 CFCs (氯氟烃)、氟化碳（PFCS）六氟化硫（SF6）及其它等温室气体含量增高所致）CO2含量增高的原因：化石燃料完全燃烧后排放出大量的CO2。大
6、量的森林被砍伐。从而使大气中的浓度不断提高，超过自然界的平衡能力，出现了温室效应。CO2为三原子气体，能够让太阳短波辐射通过，但却可以强烈地吸收长波辐射，就像温室中玻璃保温一样，使地表大气温度提高。气候变暧的后果：森林、湿地、极地冰土破坏；物种灭绝加速；海水升温，海平面上涨，沿海淹没；引起气候异常，海洋及大气环流变化、洪涝、旱灾。,二） 目前存在的环境问题,根据IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会 ）报告：过去100年全球平均气温升高了0.74，最近50年有加速之势；海表面温度在升高，陆地表面温度升高得更快；海平面在持续上升，北半球雪盖和极冰、冰川和冻土正在持续减少。 从现在开始到2100
7、年，全球平均气温的“最可能升高幅度”是1.84，海平面升高幅度是18厘米59厘米 近100年来，中国平均地表气温明显升高，升温幅度约为0.50.8；近50年中国增暖尤其明显，我国平均地表气温增加1.1，增温速率为0.2210年，明显高于全球或北半球同期平均增温速率。(自1905年以来中国地表年平均气温明显增暖,升高幅度约为0.79,增温速率约为0.08/10 a,比同期全球或北半球平均略高.但是,20世纪80年代初以来的增温似乎不比3040年代明显,而20世纪5060年代地表气温的变冷却比全球或北半球显著得多 ),温室气体种类和特征,京都议定书附件A给出了人类排放的温室气体主要有6种，即二氧化
8、碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、和六氟化硫（SF6）。其中对气候变化影响最大的是CO2。它产生的增温效应占所有温室气体总增温效应的63，在大气中存留期最长可达200年,正常雨水的pH=？什么是酸雨? 正常雨水的pH= 5.6 ，弱酸性。酸雨：pH5.6的雨水、冻雨、雪、雹、露等大气降水。 产生原因：化石燃料燃烧、金属冶炼排放的酸性物质SO2，NOX，经过大气化学、物理过程形成硫酸和硝酸。酸雨成分中硫酸占6070，硝酸占30，盐酸占5，有机酸占2。,2. 酸 雨,据统计，全球每年排放进大气的二氧化硫约1亿吨，二氧化氮的5000万吨，
9、所以，酸雨主要是人类生产活动和生活造成的。 目前，全球已形成三大酸雨区: (1)我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积达200多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。我国酸雨区面积扩大之快、降水酸化率之高，在世界上是罕见的。(2)以德、法、英等国为中心，波及大半个欧洲的北欧酸雨区; (3)包括美国和加拿大在内的北美酸雨区,2010年第一次全国污染源普查：中国二氧化硫排放总量达到2320万吨,氮氧化物排放总量1797.70万吨,我国以外的这两个酸雨区的总面积大约1000多万平方公里，降水的pH值小于0.5，有的甚至小于0.4。,50年代以前，酸雨
10、只在局部地区出现。70年代初，北欧、英国和西德，酸雨造成的环境酸化程度超过正常值的10倍以上，1974年科西嘉岛，pH2.4。1982年美国15个州的降水pH4.8。我国70年代末发现酸雨。目前酸雨面积已扩大到国土面积的30以上。主要分布于长江以南、青藏高原以东及四川盆地。长沙，pH3.54。北方地区也有一些城市，如青岛、图们、太原等。目前，我国与日本已成为步北欧、北美后的世界第三大酸雨区。,后果：水体过度酸化，影响鱼类生存；破坏植物叶面腊质，影响新陈代谢；引起人类疾病和死亡；腐蚀建材、金属品、文物古迹。【 2010年 , 根据国家环保局统计，目前我国每年排放的SO2超过 2320万t，因酸雨
11、造成的损失每年超过 4500亿元，相当于每吨SO2造成的损失近 2W元。,在酸雨区，酸雨造成的破坏彼彼皆是，触目惊心，如 在瑞典的9万多个湖泊中，已有2万多个遭到酸雨危害，4千多个成为无鱼湖。 美国和加拿大许多湖泊成为死水，鱼类、浮游生物、甚至水草和藻类均一扫而光。北美酸雨区已发现大片森林死于酸雨。 德、法、瑞典、丹麦等国已有700多万公顷森林正在衰亡。 我国四川、广西等省有10多万公顷森林也正在衰亡。 世界上许多古建筑和石雕世术品遭酸雨腐蚀而严重损坏，如我国的乐山大佛、加拿大的议会大厦等。最近发现，北京芦沟桥的石狮和附近的石碑，五塔寺的金刚宝塔等均遭酸雨浸 蚀而严重损坏。,臭氧层可吸收太阳紫
12、外辐射的99%，保护人类及生物。 原因: 主要是排放到大气中的氯氟烃类(氟里昂)易被氧化，使O3失氧；N2O也有类似作用。 后果：皮肤癌和白内障增加臭氧层被破坏，使得太阳紫外线照射到地球上的量增多，如青藏地区白内障患者(失明)比例很多; 杀死鱼苗; 破坏植物的光合作用。海拔高，则紫外线到达地面过程中衰减的量就少,3. 臭氧层破坏臭氧层被破坏，减少。氯氟烃类、N2O的作用使 O3,臭氧的形成,早期地球大气层的气体，主要是以二氧化碳（CO2）、水气（H2O）、氮气（N2）等气体为主，后来海洋中藻类大量繁殖，光合作用的结果使得大气中的氧气（O2）开始增多，氧气受到紫外线的照射产生臭氧（O3）。,臭氧
13、是无色、有毒、有刺激味的气体，在对流层中含量较少。 大部分的臭氧分布在地球表面上空10到50公里处(平流层中) 。 其中距地表25公里附近高空臭氧的浓度最大，称为臭氧层,臭氧層,臭氧的功能,吸收紫外線，減少生物直接遭受紫外線的照射，陸地上的生物便能在此一保護傘下，順利的生長與繁殖。透過水的保護，最早的生命出現在海洋中。 陸地上一直到四億多年前有了臭氧層後，蘚苔、蕨類、昆蟲、兩生類、爬蟲類等生物才陸續出現在陸地上，讓大地生命開始蓬勃發展起來。,臭氧層的破壞,1985年，科學家發現南極上空的臭氧濃度有減少的現象，尤其是每年十月更是明顯，臭氧濃度只有正常濃度的四分之一左右。,從人造衛星所拍攝的圖片顯
14、示，南極上空臭氧濃度減少，此即俗稱的臭氧洞。,破壞臭氧層的元凶,主要是氟氯碳化物（CFCs）被大量使用於噴霧推進劑和冷媒等。CFCs在强烈的紫外线照射下，光解释放出具有催化活性的原子态氯，而O3会产生激发态氧原子(O)，如果(O)遇到具有催化活性的基团、原子或分子，就会发生化学反应而被消耗掉。因而減少了臭氧量，形成臭氧洞。这种反应活化能很小，反应快速，可循环反应多次，一个氯原子可以破坏10万个O3 。ClO3ClOO2， ClOOClO2 臭氧減少後，紫外線照射到地表的量會增加，危及地表生物的生存。,破坏O3的物质：氯氟烃 (氟利昂)、哈龙、氮氧化物N2O、四氯化碳、甲烷。,臭氧層的保護,19
15、90年签订了蒙特娄议定书，各国同意在1995年全面禁止使用氟氯碳化物CFCs。 为了减少氟氯碳化物对臭氧层的伤害，化学家合成两类氟氯碳化物的替代品，一为不含氯的氢氟碳化物，另一为易被破坏的氢氟氯碳化物。 虽然如此，但是要让臭氧层恢复原有浓度，科学家估计仍要半世纪之久。,4. 大气污染 自然原因：火山爆发、森林火灾、岩石圈风蚀、海啸、地震。 人为原因：燃烧、工业生产、交通的各种排放物。 有气态污染物：SO2、SO3、H2S；NO、NO2；CO、CO2；CmHn; HF； 固液态污染物：粉尘、烟尘、雾(油、酸，液滴) 后果： （1）危害人体健康（呼吸系统、心血管系统、神经系统中毒）； （2）植物细
16、胞和组织器管发生生理和生物化学变化，生长受阻，产量下降或死亡； （3）建筑、金属品被腐蚀；（4）大气：酸雨、气候变暖，O3破坏等。,圖2 工廠排放的廢氣,工厂排放出来的废气不但污染空气，有些工厂和焚化炉的废气更含有毒素，如一氧化碳、二氧化硫等等。,圖3 居家環境的空氣汙染,居家环境也会有空气污染的产生，如：二手烟、炒菜的油烟、及随地弃置的垃圾等等,1). 按污染源存在的形式分为固定源和流动源两类: 所谓固定源就是位置和地点固定不变的污染源。主要指工矿企业在生产中排放的大量污染物。冶金、钢铁、建材等工业企业都是对大气环境污染严重的固定源。 流动污染源是指交通工具在行驶时向大气中排放的有害气体而形成的污染源。 2). 按人类社会活动功能划分:工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源等。,工业污染源 由火力发电、钢铁、化工和硅酸盐等工矿企业在生产过程中所排放的煤烟、粉尘及有害化合物等形成的污染源。 此类污染源由于不同工矿企业的生产性质和流程工艺的不同，其所排放的污染物种类和数量大不相同，但有一个共同的特点是，排放源集中、浓度高、局地污染强度高。是城市大气污染的罪魁祸首。,
