环境科学概论复习资料[2].docx
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1、第一章 环境科学的探讨对象与探讨任务(一)探讨对象:人类环境系统1. 环境:就是围绕于中心事物的东西(客观事物的整体)(1)自然因素:地貌, 气候, 土壤, 植被, 水文(2)社会因素:社会制度, 法律, 宗教, 道德2. 环境的类型:自然环境, 社会环境, 工程环境3. 环境的特性:(1)整体性:指环境的各个组成部分与要素之间构成了一个有机整体。(2)变更性:地域分异;内部结构, 外在状态不断变更。(3)开放性:指环境是一个开放系统,有物质与能量的输入与输出。(4)有限性:环境为人类发展供应的资源都不是用之不竭的;环境对污染物的容纳量也不是无限的。(5)综合性:自然环境已不是纯粹的自然环境,
2、而是综合了肯定的社会因素。(6)可调整性:自然环境是高度困难的系统,当人类行为作用引起的环境结构与状态的变更不超过肯定的限度时,环境系统的自动调整功能可以使这些变更渐渐消逝使结构与状态复原原有的面貌。(二)探讨任务 1.基本任务:揭示人类-环境系统的实质,探讨人类-环境系统之间的协调关系,驾驭它的发展规律,调空人类与环境之间的物质与能量交换过程,以改善环境质量,促进人类与环境协调发展。2.主要任务:(1)环境的背景学问:演化规律, 基本特征, 环境结构(2)人类与环境之间的相互作用(3)探究污染物对人体危害的机理,为人类健康是生活服务(4)环境污染的防治与治理(三)人类环境系统的发展与环境问题
3、1.环境问题:是指作为中心事物的人类与作为四周事物的环境之间的冲突(人类与环境之间的消极影响就构成环境问题 ) (1)人类的生产活动对环境的影响 主动对环境起改善与美化作用 消极对环境起退化与破坏作用 (2)自然环境限制与破坏人类的生产与活动2.不同社会时期出现的环境问题时期生产力水平主要环境问题备注农业社会以前低下过渡采集渔猎造成物种削减第一个环境问题第一次浪潮原始农业, 畜牧业以土地破坏为特征第二个环境问题第二次浪潮现代农业发展以化石能为燃料与动力。产生了全面的环境问题第三次浪潮世界发展不平衡转嫁污染(污染向全球发展)3八大公害事务名称发生地与时间中毒状况缘由马斯河谷烟雾事务1932年12
4、月,比利时马斯河谷咳嗽, 呼吸短促, 流泪, 喉痛, 恶心, 呕吐与胸窒闷,数千人发病,60人死亡SO2转化为SO3进入肺部多诺拉烟雾事务1948年10月,美国多诺拉咳嗽, 喉痛, 胸闷, 呕吐与腹泻,4天内6000人患病,17人死亡SO2同烟尘作用生成了硫酸盐,吸入肺部伦敦烟雾事务1952年12月,英国伦敦胸闷, 咳嗽, 喉痛与呕吐,5天内4000人死亡,历年共发生12起,死亡近万人粉尘中Fe2O3使SO2转变成硫酸,附着在烟尘,吸入肺部洛杉矶光化学烟雾事务1943年5月到10月,美国洛杉矶刺激眼, 喉, 鼻,引起眼病, 喉炎。大多数居民患病,65岁以上老人死亡400人石油工业与汽车废气在紫
5、外线辐射作用下产生的光化学烟雾水俣病事务1953年,日本九州南部熊本水俣镇口吃不清, 面部痴呆, 全身麻木,最终精神失常至死亡,患者180多人,死亡50多人食用含有甲基汞的鱼痛痛病事务1931年至1937年3月,日本富山县关节痛起先,最终骨骼软化萎缩,自然骨折,患者280人,死亡34人食用含镉废水浇灌的“镉米”与含镉的水四日哮喘事务1955年以来,日本四日市支气管炎, 支气管哮喘, 肺气肿,患者500多人,死亡36人有毒重金属微粒与吸入肺部所致米糠油事务1968年日本九州, 爱知县等23个府县眼皮肿, 出汗,全身红疙瘩,恶心, 呕吐,肺功能下降,甚至死亡,患者5000多人,死亡16人食用含有多
6、氯联苯的米糠油所致第二节 环境科学的内容与分科(一)环境科学的学科体系:(1).理论地理学:环境科学的方法论, 环境质量评价原理与方法, 环境规划原理与方法 (2).综合环境学:宏观:全球环境学中观:区域环境学微观:聚落环境学 (3).部门环境学:与自然科学过渡:物理, 化学, 大气, 水文, 土壤环境学等与技术科学过渡:工程环境学与社会科学过渡(二)环境科学的分科:1.环境科学:环境生物学环境物理系环境化学环境生态型环境医学环境地学 2.环境技术学:环境限制学环境工程学(环境污染防治工程技术, 环境系统工程) 3.环境社会学:环境法学环境经济学环境管理学环境规划学环境教化学环境美学环境心理学
7、环境理论学第三节 环境科学的发生与发展1. 探究阶段:(1)大约在公元前5000多年,中国在烧制陶瓷时就在柴窑中采纳了烟囱排烟。 (2)在公元前2000多年就采纳陶土管修建地下排水道。 (3)古代罗马大约在公元前6世纪修建地下排水道。 (4)19世纪中以后,随着近代自然科学近代自然世界经济社会的发展,环境问题已起先受到社会的重视。地学, 生物学, 物理学, 医学与一些工程技术等学科的学者起先从各自的学科角度分别探讨环境问题2.形成阶段:从20世纪50年头起先,环境问题渐渐的成为全球性的重大问题。当时很多生物学家, 化学家, 物理学家, 地理学家, 医学家, 工程学家与社会学家等起先对环境问题共
8、同进行调查探讨。他们在运用原有学科理论与方法探讨环境问题,渐渐衍生出了环境生物学, 环境化学, 环境地学, 环境物理学, 环境医学, 环境工程学, 环境经济学, 环境法学与环境管理学等一些新的分支学科。在这些分支学科的基础上孕育产生了环境科学。 3.发展阶段:到70年头下半期,人们渐渐相识到环境问题还应包括人口, 资源, 自然爱护与生态平衡以与社会环境问题。随着人们对环境, 环境问题与污染防制技术的深化探讨与探讨,环境科学快速发展起来。第四节 环境的组成与结构一 自然环境 1自然环境:是人类赖以生存, 生活与生产所必需的自然条件与自然资源的总称,即阳光, 温度, 气候, 土壤, 地磁, 空气,
9、 水, 岩石, 土壤, 动植物, 微生物以与地壳的稳定性等自然因素的总与。用一句话概括就是“干脆或者间接影响到人类的一切自然形成的物质, 能量与自然现象的总体”。 2.自然环境包括: (1)物质空气, 水, 岩石, 动物, 植物, 微生物 (2)能量气温, 阳光, 引力, 地磁力 (3)自然现象太阳的稳定性, 地壳的稳定性, 大气运动。水循环水土演化 (一)生物环境: (1)组成:植物, 动物与微生物 (2)关系:通过食物链联系 (3)能量流淌: 第一性生产率:绿色植物通过光合作用合成有机质的速率。 净第一性生产率:除去植物呼吸作用与代谢过程所消耗,剩余的有机质。 生产率金字塔: 1/10定律
10、,能量由一个养分级流向下一养分级的过程中,大约有90%的能量损耗。 (二)无机环境 1.非生物环境: (1)能源:太阳能, 其他能源 (2)气候:光照, 温度, 降水与风 (3)介质:岩石, 土壤, 水与空气 2.物质代谢原料:CO2, H2O, O2, N2等 无机盐 腐殖质, 脂肪, 蛋白质, 碳水化合物等二 社会环境1.社会环境:是指人类的社会制度等上层建筑条件,包括社会的经济基础, 城乡结构以与同各种社会制度相适应的政治, 经济, 法律, 宗教, 艺术, 哲学的观念与机构等。 2.关系:自然环境是社会环境的基础,而社会环境又是自然环境的发展 三 工程环境1.工程环境:是人类在利用与改造
11、自然环境中创建出来的人工环境。2.人类与自然环境的物质, 能量与信息交换过程,包括以下几个方面: (1)提取:采集, 狩猎, 农牧业, 采掘业, 冶炼工业, 能源工业等。 (2)加工:机械加工:变更物质的物理性质而不变更其化学特性。 化学加工;变更原来的化学特性 (3)消费:生产消费与生活消费 (4)排放:干脆排放与处理后再排放第二章 大气环境第一节 大气的结构与组成一 大气的结构1. 大气结构:对流层平流层中间层热成层逸散层2. 大气的组成: (1)地球表面大气主要由氧, 氮与几种惰性气体组成,这些成份占空气总量的99.9% (2)大气中的稳定成份:氧, 氮, 惰性气体。 (3)大气中的可变
12、成份:二氧化碳(0.033%)与水蒸气(04%)。二大气的组成大气组成稳定的缘由:大气中的主要成分氧, 氮来自于光合作用与反硝化作用,经过固氮作用产生有机氮,燃烧氧化形成二氧化碳第二节 大气污染与污染物一、 大气污染的发生(一) 什么是大气污染 1.大气污染:指大气中一些物质的含量达到有害的程度,以至破坏人与生态系统的正常生存与发展,对人体, 生态与材料造成危害的现象 2.大气污染的发生:当污染物输入速率大于输出速率就会导致大气污染(污染源进入环境后经过化学反应, 生物活动, 物理沉降后排出) 大气污染主要是指人类活动造成的,但大气污染决不仅仅局限于城市或工业区,污染物最终会扩散到整个大气层。
13、 由于自然环境所具有的物理, 化学与生物作用过程(自然净化作用),自然污染源造成的大气污染,经过肯定时间后会得到复原。(二)大气污染的来源(1) 大气污染源:是指向大气排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所, 设备与装置(2) 大气污染源的分类:依据污染物质的来源: 自然污染源 :火山喷发:SO2, H2S, CO2, CO, HF与火山灰等颗粒物质。森林火灾:CO, CO2, SO2, NO2, HC等植物释放:萜稀类碳氢化合物等海浪飞沫:含硫酸盐与亚硫酸盐的颗粒物。 人为污染源燃料燃烧:燃料种类:煤, 石油, 自然气工业化生产过程:石油化工, 金属冶炼交通运输过程中排放:汽车, 飞机,
14、 轮船农业活动排放:农药与化肥的运用 依据污染源性状特点: 固定式污染源:污染物从固定点排出。工业, 家庭流淌式污染源:交通工具按排放物的空间分布点污染源:具有确定空间位置的, 集中在一点或可当作一点的小范围内排放污染物的发生源,如高烟囱。面污染源:是指时空上无法定点监测的,以面状形式排放污染物的发生源,如低烟囱, 民用煤炉等。(二) 大气污染物与大气污染类型 1大气污染物:由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的物质。 2大气污染物的分类按存在的物理状态可以分为: 气体状态污染物固体颗粒污染物 按其形成过程 一次污染:反应物, 非反应物 二次污染3.一次污染物:干脆从污染源
15、排放的污染物质,如SO2, NO, CO与颗粒物等 (1)反应物:一些污染物,在大气环境中, 常与其他化学物质发生反应,或促进催化其他污染物之间的反应(2)非反应物:污染物在大气环境中较 稳定,不与其他物质发生反应,或反应速度很慢的污染物。 4.二次污染:由一次污染物在大气中相互作用,经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理, 化学性质完全不同的新的大气污染物。 特点:其毒性或有害性比一次污染物更强。 5.大气中的主要污染物:(三) 主要大气污染物 1.气溶胶状态污染物:在大气污染中,直径为0.002um100um大小的液滴或固态粒子在气体介质中的悬浮体称为气溶胶状态污染物。 一次气溶胶
16、:从排放源排放的微粒(烟囱排出的烟粒, 风刮起的灰尘以与海水溅起的浪花等) 二次气溶胶:从源排放的气体,经过某地大气化学过程所形成的微粒(火里发电厂, 钢铁厂, 金属冶炼厂, 化工厂, 水泥厂与工业民用锅炉排放出的H2S与S2O气体,经过大气氧化过程。最终转化为硫酸盐微粒)。 2.气溶胶状态污染物危害: (1)散射作用使能见度降低 (2)粒径小,通过呼吸道沉积于支气管与肺部造成人体损害 (3)长期悬浮于大气,并能远距离传输,不仅对局地空气质量有影响,对全球范围的空气质量也有影响 3.总悬浮颗粒物(TSP):TSP用标准大容量颗粒样皿(流量在1.11.7立方米/每分钟)在滤膜上所收集到的颗粒物的
17、总质量,是分散在大气中的各类粒子的总称, 其粒径大小绝大多数在100m以下。 (1)飘尘:能在大气中长期漂移的悬浮物质,直径 在10um以下。 特点:粒径小于10m的微粒 粒径子易被干脆吸入呼吸道的危害 能在大气中长期漂移 大气中为其他污染物化学反映供应反应床 (2)降尘:总悬浮颗粒物中直径大于30um 的粒子,在大气中因重力作用很快沉降下来 特点:因其自身的重力作用会很快沉降下来,在污染源四周可找到单位面积的降尘量 评价大气污染程度的指标之一 (3)可吸入粒子(IP):粒子直径小于10um的悬浮颗粒物。(4)气溶胶粒子按其来源与其物理形态可分为:(1)自然气溶胶(2)人为气溶胶(3)烟, 雾
18、, 尘等(5)飞灰:系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散的较细的粒子。灰分系含碳物质燃后残留的固体残渣(6)黑烟:通常系指由燃烧产生的能见气溶胶,是燃料不完全燃烧的碳粒,粒径约为0.5m。常以格林曼黑度(单位级,越小表示污染度越小),黑烟的遮光率, 沾污的黑度或捕集的质量来定量地表示黑烟 (7)液滴:指在静止条件下能沉降, 在紊流条件下能保持悬浮,主要粒径范围在200m以下的小液体粒子。(8)轻雾或霜:指液态分散性与液态凝合性气溶胶的统称。粒径范围5100m在气象学中它相当于能见度12km(9)重雾:指属于气体中的液滴悬浮体的总称,造成能见度小于1km的小水滴的悬浮体。在工程中泛指小液体粒
19、子的悬浮体,是由液体蒸汽的凝合, 液体的雾化与化学反应等过程形成的,如水雾, 酸雾, 碱雾等 4.硫氧化合物:主要指SO2与SO3,它们本身毒性不大,但通过二次氧化与与水结合形成硫酸烟雾与酸雨。 大气中的SO2主要来自含硫燃料的燃烧过程,以与硫化物矿石的焙烧, 冶炼过程。 通常煤的含硫量0.5-6%,石油为0.5-3%。 硫在燃烧中可以:(1)以无机硫化物形式存在(2)有机硫化物形式存在 5.氮的氧化物(含氮化合物) 造成大气污染的NOX主要是指NO 与NO2,另有N2, N2O5, NH3以与它们经过各种大气反应而形成的硝酸盐, 亚硝酸盐(酸雨成分)铵盐与过氧乙酰硝酸酯(PAN光化学烟雾成分
20、)。 大气中NOX的人为源主要是燃料燃烧,燃烧中产生的NOX主要是NO,占90%以上。(2) 燃烧源:三分之一来自固定燃烧源,三分之二来自流淌燃烧源(3) 燃料燃烧生成NOX的两种途径: 燃料型NOX:燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中氧化生成NOX 温度型NOX:燃烧时空气中的N2 在高温下氧化生成NOX。此外,氮原子可与火焰中的OH自由基反应生成NO与氢原子。探讨发觉,燃烧过程中NO的的生成量主要与燃烧温度与空燃比有关(4) 相关概念:空燃比:空气的质量与燃料质量之比(空气质量 / 燃料质量)。富燃料:空气与燃料的混合物中,空气量少于化学计量,此燃料混合物称为富燃料 。贫燃料:空气与燃料的
21、混合物中,空气量多于化学计量,此燃料混合物称为贫燃料 化学计量空燃比:当燃料完全燃烧时,即无过量的O2时,空气与燃料的混合物称为化学计量混合物,此时的空气质量与燃料的比例为化学计量空燃比 。依据计算: 燃烧1吨自然气产生 6.35 Kg的NOX; 燃烧1吨石油产生9.1 Kg 12.3 Kg的NOX; 燃烧1吨煤产生8 Kg 9 Kg 的NOX。(5) 氮氧化物的自然源主要为生物源: 由生物机体腐烂形成的硝酸盐,经细菌作用产生的 NO 与随后缓慢氧化形成的 NO2。 生物源产生的氧化亚氮(N2O)氧化形成NOX。有机体中氨基酸分解产生的氨(NH3)经自由基(OH)氧化形成的NOX。大气中的NO
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