一讲环境科学与工程方法论

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1、第一讲 环境科学与工程方法论 潘涛潘涛 讨论员讨论员 北京市环境保护科学讨论院 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，对于简略技术不做过多展开，主要目的是帮助同学们掌握解决环境问题的思路，拓宽熟识环境问题的视野。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。考核成果: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。成果考核课程论文选题方向：废水中持久性有机物掌握技术河流生态健康评价讨论畜禽养殖业废物资源化及防治大气中氨污染物排放清单讨论城市大气中细粒子的污染防治机动车废气掌握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掌握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；依据选题方向撰写一篇论文，并制作10分钟PP

3、T，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，清华高校出版社环境保护与可持续进展，钱易、唐孝炎 主编，高等教育出版社环境与可持续进展导论（其次版），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发现问题环境调查科学研究解决方案管理手段工程手段制定标准制定法规排污收费清洁生产设计方案、小试、中试满足环境自净能力经济能力约束科技能力约束污染途径分析微观过程分析分析问题思路环境科研的内涵问题的本质问题的本质环境发生改变的物理、化学、生物过程环境发生改变的物理、化

4、学、生物过程模拟实验模拟实验各种因素变化对结果的影响、确定关键因素、建立数学表达各种因素变化对结果的影响、确定关键因素、建立数学表达指导方案选择、政策制定指导方案选择、政策制定工程设计依据工程设计依据环境工程的内涵环境科学与工程的进展历史环境科学讨论的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和进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进展的各种天然的和经过人工改造的自然因素总体，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其次条什么是环境环境保护工作

5、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 土地浇灌法 处理城市污水。1661年 英国出版驱除烟气，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 西方工业革命开头。1809年 英国 石灰乳脱除工业废气中的H2S。环境保护大事记1

6、819年 英国议会召开第一次烟尘掌握委员会会议，商量削减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 英国建筑了垃圾焚烧炉。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。

7、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 在夏威夷开头精确测量二氧化碳浓度，为讨论温室气体问题供应科学依据。1962年中国 马大猷教授等创建卦限消声室。1962年 美国 卡尔逊出版安静的春天，警示化学污染带来的灾难。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”，对工业化进展模式发出警告。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。

8、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，通过里约环境与进展宣言、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由不干净饮用水引发的。同时期，英国的威廉巴德医生也发现了伤寒、霍乱等疾病与不干净饮用水源有关系。公众对水质净化的要求促进了“卫生工程”的兴起。随着工业文明的进展，各种大气污染大事、土壤污染大事不断消灭，环境工程的领

9、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。环境工程的进展 环境科学是20世纪70年月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）的安静的春天（Silent Spring）一书。之后逐渐形成环境化学、环境生物等分支学科。环境科学的进展科学讨论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，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：第肯定律：没有实验家，理论家趋于浮泛；其次定

10、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进展活动而产生的，格外是与城市化、工业化和农业集约化有着十分亲密的关系。当人类使用火，开头农业耕种，人类对自然施加的影响便开头了，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“其次环境问题”。其次类环境问题又可分为：（1）环境污染（2）生态破坏

11、环境问题环境污染是指有害物质或因子进入环境，在环境中集中、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进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进展和演化以及可更新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

12、物或者放射性等方面特性的转变，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大事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、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）水污染大事水污染骨痛病大事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浇灌稻米，米中富集镉。镉能够置换骨骼

13、中的钙，人长期食用这样的“镉米”，导致患者消灭了骨骼严重畸形、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）水污染大事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，转变正常大气的组成，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，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：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。硫化物硫化物：常以二氧化

14、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：碳氢化合物石油烷烃、烯烃和芳烃等简洁多样的物质组成。大部分来源于植物的分解，人类排放的量虽然小，却格外重要，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

15、的不同，可以分成一次污染物和二次污染物。大气污染类别类别一次污染物一次污染物二次污染物二次污染物人为源人为源含硫化合物SO2、HS2SO3、H2SO4、硫酸盐燃烧含硫的燃料含氮化合物NO、NH3NO2、硝酸盐在高温时N2与O2的化合含碳化合物C1-C12化合物醛类、酮类、酸类燃料燃烧，精炼石油，使用溶剂碳的氧化物CO、CO2无燃烧卤素化合物HF、HCl无冶金作业（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闻名的煤烟型污染大事1930年.比利时.马斯河谷大事1948年.美国.多诺拉烟雾大事1952年.英国.伦敦烟雾大事1961年.日本.四日哮喘病大事大气污

16、染（a）煤烟型污染“酸雨”学名“酸沉降”。酸沉降是指大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 光化学烟雾是在肯定条件下（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，参加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闻名的光化学污染大事1943年.美国.洛杉矶光化学烟雾大事1970年.美国.加利福尼亚州光化学烟雾大事1971年.日本.东京光化学烟雾大事1997年.智利.圣地亚哥光化学烟雾大事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