第4章材料的环境负荷.ppt

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1、第4章材料的环境负荷 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望北京大学环境科学与工程学院材料的环境负荷材料的环境负荷 n对不同类型的材料而言，其对环境的损伤或影响对不同类型的材料而言，其对环境的损伤或影响程度是不相同的。为了定量描述这种损伤或影响程度是不相同的。为了定量描述这种损伤或影响的程度，需要引入一个物理量，这就是材料的环的程度，需要引入一个物理量，这就是材料的环境负荷。境负荷。n所谓环境负荷是指某一具体材料在其生产、使用、所谓环境负荷是指某一具体材料

2、在其生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数量，以及其向环境体系排放的各种废弃物，例如量，以及其向环境体系排放的各种废弃物，例如气态、固态和液态废弃物之总量。气态、固态和液态废弃物之总量。北京大学环境科学与工程学院4.1 环境负荷的评价内容环境负荷的评价内容n任何材料在其生产中，例如金属材料的采任何材料在其生产中，例如金属材料的采矿、冶炼、加工成型等过程中，均涉及能矿、冶炼、加工成型等过程中，均涉及能源的消耗。对于高分子材料和无机材料也源的消耗。对于高分子材料和无机材料也是如此。没有能耗就不可能制备材料。而是如此。没有能耗就不可能制备材料

3、。而材料产业是能源的主要消耗者，其能耗约材料产业是能源的主要消耗者，其能耗约占工业总能耗的占工业总能耗的30%40%。北京大学环境学院金属材料北京大学环境学院金属材料n材料的生产过程涉及大量的资源消耗。这材料的生产过程涉及大量的资源消耗。这种资源包括两大类。一类是主原料，例如种资源包括两大类。一类是主原料，例如生产碳钢时的铁矿石。另一类是辅料，例生产碳钢时的铁矿石。另一类是辅料，例如碳钢生产过程中的脱氧剂、脱硫剂、铁如碳钢生产过程中的脱氧剂、脱硫剂、铁合金等。合金等。北京大学环境学院金属材料北京大学环境学院4.2 污染物的排放污染物的排放n4.2.1大气污染大气污染n空气中的氮、氧、氩三者共占

4、大气总浓度空气中的氮、氧、氩三者共占大气总浓度的的99.9%以上，成为大气的主要成分。此外以上，成为大气的主要成分。此外大气中还有少量的二氧化碳、稀有气体等。大气中还有少量的二氧化碳、稀有气体等。北京大学环境学院洁净空气北京大学环境学院大气污染物的形成大气污染物的形成n可以分为自然源和人工源两类。可以分为自然源和人工源两类。n自然源主要有火山爆发、森林火灾、土壤风化等，自然源主要有火山爆发、森林火灾、土壤风化等，一般造成二氧化硫、一氧化碳及沙尘等污染。一般造成二氧化硫、一氧化碳及沙尘等污染。n人工污染源主要是由工业、交通运输以及居民生人工污染源主要是由工业、交通运输以及居民生活等几方面的活动造

5、成的。其中，飞机排放的大活等几方面的活动造成的。其中，飞机排放的大气污染物约占大气污染总量的气污染物约占大气污染总量的12，而船舶，而船舶仅占仅占0.05左右。居民生活主要由炊饮、取暖、左右。居民生活主要由炊饮、取暖、垃圾等活动过程造成大气污染，形成的污染物有垃圾等活动过程造成大气污染，形成的污染物有CO、SO2、N0X、碳氢化合物、烟尘等。、碳氢化合物、烟尘等。n n污染源又分为点源、面源、线源北京大学环境学院大气污染物n气体污染物是指那些在常温常压下为气态的有害气体污染物是指那些在常温常压下为气态的有害物质以及某些有害固体或液体的蒸气物质以及某些有害固体或液体的蒸气。n当前，各国普遍列入影

6、响空气质量标准的污染物当前，各国普遍列入影响空气质量标准的污染物除颗粒物外，主要是二氧化硫、一氧化碳、二氧除颗粒物外，主要是二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化物、臭氧化碳、碳氢化物、臭氧5种气体污染物。种气体污染物。n一般情况下大气污染物中的颗粒物与二氧化硫之一般情况下大气污染物中的颗粒物与二氧化硫之和为和为40%，二氧化氮、碳氢化物以及其它废气占，二氧化氮、碳氢化物以及其它废气占30%，一氧化碳占，一氧化碳占30%。北京大学环境学院北京大学环境学院北京大学环境学院(1)气体污染物气体污染物nA.二氧化硫二氧化硫n主要来自矿物燃料的燃烧和材料的生产过程。主要来自矿物燃料的燃烧和材料的生产过程

7、。n许多金属矿物，特别是有色金属矿，如许多金属矿物，特别是有色金属矿，如CuS、PbS、NiS、ZnS等都等都是含硫的化合物。是含硫的化合物。n如欲将硫化物还原为纯金属，则硫最后必定转变成如欲将硫化物还原为纯金属，则硫最后必定转变成SO2。如在铜的冶。如在铜的冶炼过程中，由于炼过程中，由于Cu和和SO2的原子量均为的原子量均为64，所以生产一单位的，所以生产一单位的Cu意意味着生产一单位的味着生产一单位的SO2。n由于由于SO2具有强烈的刺激性，当空气被二氧化硫污染时，容易被人发具有强烈的刺激性，当空气被二氧化硫污染时，容易被人发现。即使大气中的现。即使大气中的SO2浓度低到浓度低到110-6

8、时，人的嗅觉也能感觉到。时，人的嗅觉也能感觉到。SO2在空气中的滞留时间大约一周。二氧化硫性质活泼，不仅易溶于水在空气中的滞留时间大约一周。二氧化硫性质活泼，不仅易溶于水造成酸性腐蚀，还容易进一步发生各种化学反应。造成酸性腐蚀，还容易进一步发生各种化学反应。北京大学环境学院B.氮氧化物氮氧化物n一氧化氮和二氧化氮，统称为氮氧化物（一氧化氮和二氧化氮，统称为氮氧化物（NOx）。其有害）。其有害于人体健康，腐蚀建筑物和生产设备，并能导致发生酸雨于人体健康，腐蚀建筑物和生产设备，并能导致发生酸雨和光化学烟雾，而被列为大气中的重要污染物。和光化学烟雾，而被列为大气中的重要污染物。n在普通的燃烧中大部分

9、为在普通的燃烧中大部分为NO。燃烧中产生的。燃烧中产生的NOx是通过是通过以下两条途径形成的。第一，空气中的氮分子在高温状态以下两条途径形成的。第一，空气中的氮分子在高温状态下氧化成下氧化成NOx。第二，燃料中各种氮的化合物经燃烧形成。第二，燃料中各种氮的化合物经燃烧形成NOx。最近的研究表明，燃料中。最近的研究表明，燃料中N的燃烧形成的的燃烧形成的NOx对大对大气的影响是主要的气的影响是主要的(国家脱硝项目）。国家脱硝项目）。n一般情况下，一般情况下，NO在大气中的寿命约为几天，随后逐渐变在大气中的寿命约为几天，随后逐渐变成成NO2。NO2的毒性比的毒性比NO高高45倍。倍。NO2气体呈棕红

10、色，气体呈棕红色，有特殊刺激嗅味，有特殊刺激嗅味，110-6（v/v）的浓度就能使人感觉到。）的浓度就能使人感觉到。北京大学环境学院C.一氧化碳和二氧化碳一氧化碳和二氧化碳n一氧化碳是众所周知的毒气，将其列为大气污染物是必然的。一氧化一氧化碳是众所周知的毒气，将其列为大气污染物是必然的。一氧化碳是含碳化合物不完全燃烧的产物。在任何燃烧过程中，无论是单质碳是含碳化合物不完全燃烧的产物。在任何燃烧过程中，无论是单质碳还是碳化合物，总是首先被氧化成碳还是碳化合物，总是首先被氧化成CO，因其分子中三键强度很大，因其分子中三键强度很大，使大多数使大多数CO2的反应均需很高的活化能，所以的反应均需很高的活

11、化能，所以CO2的生成速度较慢。的生成速度较慢。n只有在供氧充分时才能全部变成只有在供氧充分时才能全部变成CO2。而实际上燃料燃烧中总有局部。而实际上燃料燃烧中总有局部的供养不足现象，因而必有一部分反应生成物是的供养不足现象，因而必有一部分反应生成物是CO。n又由于燃烧时总是温度很高，而高温能使又由于燃烧时总是温度很高，而高温能使CO2分解为分解为CO和和O2。即使。即使急冷也不能使急冷也不能使CO很快地再氧化以达到平衡的浓度。正是由于这些原很快地再氧化以达到平衡的浓度。正是由于这些原因，在燃烧矿物燃料时总会生成一定浓度的因，在燃烧矿物燃料时总会生成一定浓度的CO。北京大学环境学院一氧化碳和二

12、氧化碳一氧化碳和二氧化碳nCO的毒性特点是它无色、无味、无嗅，故使人不的毒性特点是它无色、无味、无嗅，故使人不易察觉其存在。当其被吸入人体后，它极易与血易察觉其存在。当其被吸入人体后，它极易与血红蛋白结合（血红蛋白与红蛋白结合（血红蛋白与CO的亲合力比与的亲合力比与O2的亲的亲和力大和力大200300倍），使血红蛋白失去携氧能力。倍），使血红蛋白失去携氧能力。浓度高时可造成窒息死亡，浓度低时可造成慢性浓度高时可造成窒息死亡，浓度低时可造成慢性中毒。中毒。nCO2无毒，对人体无害。将它列为环境污染物的无毒，对人体无害。将它列为环境污染物的原因在于它的温室气体效应。原因在于它的温室气体效应。北京大

13、学环境学院D.碳氢化合物碳氢化合物n大气中的碳氢化合物泛指各种烃类及其衍生物，大气中的碳氢化合物泛指各种烃类及其衍生物，品种极多，一般以品种极多，一般以HC为代表符号。为代表符号。n焦化厂、煤气厂、炼油厂等工厂以及交通运输工焦化厂、煤气厂、炼油厂等工厂以及交通运输工具是具是HC的主要来源。这些化合物多为石油的副产的主要来源。这些化合物多为石油的副产物。物。nHC的重要性在于它和的重要性在于它和NOx在阳光作用下发生光化在阳光作用下发生光化学反应，衍生出种种污染物，由这些物质所造成学反应，衍生出种种污染物，由这些物质所造成的烟雾污染现象，称之为光化学烟雾。的烟雾污染现象，称之为光化学烟雾。北京大

14、学环境学院光化学烟雾光化学烟雾主要的光化学反应：主要的光化学反应：n(1)汽车排放出汽车排放出NOx和和HC，NOx在阳光作用下推在阳光作用下推动动HC发生反应；发生反应；n(2)在日光作用下在日光作用下NOx光解；光解；n(3)NOx经光化学作用生成经光化学作用生成“氧化剂氧化剂”。这些氧化。这些氧化剂包括剂包括O3、O，过氧化物和激发态的，过氧化物和激发态的O2；n(4)由由HC氧化生成多种产物，其中有烟雾和刺激眼氧化生成多种产物，其中有烟雾和刺激眼睛的物质，如醛类、酮类等。睛的物质，如醛类、酮类等。nVOC 和和 PAN的重要性的重要性 北京大学环境学院n臭氧的环境浓度：臭氧的环境浓度：

15、0.020.06ppmn但城市浓度要高很多但城市浓度要高很多n美国国家标准：美国国家标准：0.12ppm（小时平均值）（小时平均值）PAN的发现和性质起源：洛杉矶光化学事件1940s发现：利用红外光谱研究光化学烟雾时，首先 发现该种物质包含羰基官能团和硝酸基 团，随后又发现存在一个过氧化学键。Peroxyacetyl nitrate-PAN-过氧乙酰硝酸酯北京大学环境学院 过氧酰基硝酸酯类物质均不稳定，受热容易分解，在室温下就能以相当快的速度分解。因此，关于它们的熔沸点等物理性质的研究很少。其熔点为-48.5C，沸点为104C。北京大学环境学院PAN在大气污染中的角色nPANs是除臭氧之外最重

16、要的光化学二次污染物，PANs广泛的存在于对流层和低平流层大气中；n本身是氧化剂、刺激性物质、诱变剂和植物毒素nPANs是光化学反应最适宜的指示剂，因为并不存在PANs的天然一次来源，它直接来自于RC(O)O2和NO2的反应。nRC(O)O2+NO2+M RC(O)O2NO2 +Mn该反应是可逆的，尤其是在较高的温度条件下PANs又会缓慢的释放NOx和相应的自由基。PANs可以随气团进行远距离的传输，在适合的条件下再次分解，通过氮氧化物的释放将会影响其他地区的光化学反应过程，而相应的过氧酰基自由基也会对大气中的物质组成和VOCs的转化产生影响。n通过传输，引发清洁地区的光化学反应北京大学环境学

17、院PAN在大气污染中的角色nPANs还是大气中重要的NOy组成物质，尤其是在高空对流层中，PANs往往占有非常高的比例n在低对流层，PANs的热解是其主要的去除途径，而在高对流层中PANs的光解作用也不容忽视。nPANs各物种间的比例关系等能够反映并影响VOCs物种的组成和分配，与臭氧，含氮的无机有机化合物有着密切的关系。目前的研究成果表明，在整个大气的复合系统中，PANs类化合物通过与VOCs和NOx的相互反馈，对全球和局地大气氧化反应发挥着重要的作用。北京大学环境学院PAN在大气污染中的角色n大气中的PANs化合物生成，首先由产生酰基自由基RC(O)开始：RC(O)H+OH RC(O)+H

18、2O 这是一种最简单的酰基自由基生成反应。酰基自由基RC(O)主要是醛类与OH自由基产生，也可以由酮类或酸类光解产生。比如CH3C(O)C(O)的分解或者丙酮的光解。其中，丙酮的光解反应可以作为生成PAN标气的来源(Meyrahn et al.1987)。CH3C(O)CH3在近紫外波段的光解反应：nCH3C(O)CH3+h CH3C(O)+CH3 n简单的酰基自由基可能分解或者与O2反应，生成过氧酰基自由基：nRC(O)+M R+C(O)+M nRC(O)+O2+M RC(O)OO+M 北京大学环境学院PAN在大气污染中的角色nRC(O)OO与空气中的NO2反应，便生成了PANs化合物：RC

19、(O)OO+NO2+M RC(O)OONO2+M nRC(O)OO除了能与NO2反应，还能与空气中的很多物质反应，包括NO，HO2和其它过氧自由基。比如：RC(O)OO+NO RC(O)O+NO2 RC(O)O+M R+CO2+M RC(O)OO与NO生成的酰氧自由基，能够迅速分解，损耗空气中的PANs类物质。北京大学环境学院PANs的反应的反应北京大学环境学院n监测技术 GC-ECD方法是利用气相色谱对空气样品不同的物质进行分离，利用ECD检测器进行检测。ECD的原理是只有载气通过时，放射源放出-射线将载气轰击电离，产生大量电子。当电负性组分随同载气进入检测器时，俘获池内电子，使基流下降，产

20、生一负峰。北京大学环境学院n课题组自主成功开发PANs在线标定监测n原理与性能：采用GC-ECD原理北京大学环境学院现状现状：由于监测手段的困难，国内监测数据还很少见国内监测数据还很少见美国：从上世纪60年就开始了PANs的广泛监测研究。其最高浓度达到 58ppbv，目前普遍在10ppbv以下中国：从上世纪90年开始关注PANs的监测研究，北京大学在94年发表文章，介绍监测和模拟实验结果。从2005年起，本小组已经积累了国内8年的PAN在线观测数据。(2)悬浮颗粒物悬浮颗粒物n悬浮在大气中的微粒统称为悬浮颗粒物悬浮在大气中的微粒统称为悬浮颗粒物,简简称为颗粒物。称为颗粒物。n微粒可以是固体，也

21、可以是液体。因其对微粒可以是固体，也可以是液体。因其对生物的呼吸，环境的清洁、空气的能见度生物的呼吸，环境的清洁、空气的能见度以及气候因素等造成不良影响，所以是大以及气候因素等造成不良影响，所以是大气中危害最明显的一类污染物。气中危害最明显的一类污染物。北京大学环境学院气溶胶的分类n总悬浮颗粒物（TSP）：分散在大气中的各种粒子的总称n飘尘:可在大气中长期漂浮的悬浮物，粒径小于10umn可吸入颗粒物粒径小于10um的颗粒物（小于2.5um称为细粒子，大于2.5um称粗粒子）北京大学环境学院北京大学环境学院悬浮颗粒物n大气中不同的颗粒物包括：烟、尘、雾等。大气中不同的颗粒物包括：烟、尘、雾等。不

22、同颗粒的粒径各不相同。不同颗粒的粒径各不相同。n(1)粉尘：是一种尺寸较大的固体颗粒，约粉尘：是一种尺寸较大的固体颗粒，约1100um。在材料的制造和处理过程中产。在材料的制造和处理过程中产生的各种粒子，如煤粉、石墨粉、水泥、生的各种粒子，如煤粉、石墨粉、水泥、尾矿灰尘等就是典型的粉尘。尾矿灰尘等就是典型的粉尘。北京大学环境学院悬浮颗粒物n(2)烟雾：在材料的升华、蒸馏、煅烧或化学反应烟雾：在材料的升华、蒸馏、煅烧或化学反应过程中产生的蒸汽经冷凝而形成的固体微粒。通过程中产生的蒸汽经冷凝而形成的固体微粒。通常是指金属氧化物。尺寸非常小，一般在常是指金属氧化物。尺寸非常小，一般在0.030.3u

23、m之间。在有色金属的冶炼过程中，如铅或之间。在有色金属的冶炼过程中，如铅或锌蒸发而形成的氧化铅或氧化锌就属于这种烟雾。锌蒸发而形成的氧化铅或氧化锌就属于这种烟雾。n(3)烟：由碳氢化合物不完全燃烧而形成的固体微烟：由碳氢化合物不完全燃烧而形成的固体微粒。尺寸在粒。尺寸在0.051.0um。煤烟属于典型的烟类。煤烟属于典型的烟类。北京大学环境学院悬浮颗粒物n(4)雾：由蒸气凝结成或化学反应形成的液体颗粒。雾：由蒸气凝结成或化学反应形成的液体颗粒。其尺寸范围约为其尺寸范围约为0.53.0um。硫酸雾就是一例典。硫酸雾就是一例典型。由于不同颗粒物径级的来源和形成机制不同，型。由于不同颗粒物径级的来源

24、和形成机制不同，其化学组成也存在差异。通常粒径小于其化学组成也存在差异。通常粒径小于2.5um的的颗粒物为：颗粒物为：SO42-，Pb，As，Se，Zn，Cu，Ni，Mn，Sn，Cd，V，Sb，炭黑等；而粒径大于，炭黑等；而粒径大于2.5um的颗粒物为：的颗粒物为：Fe，Ca，Ti，Mg，K，PO43-，Si，Al，NO3-等。等。京津冀的PM2.5n中科院大气所王跃思n京津冀n车、油、煤北京大学环境学院PM2.5的主要成分北京大学环境学院采集于北京的PM2.5单颗粒微观组图北京大学环境学院形状nPM2.5什么形状都有，它是各种有毒有害颗粒物的集合。当湿度大的时候，颗粒物吸收了水，因为水滴向每

25、个方向的张力力求均等，因此往球形发展，但湿度不大的时候，蘑菇状、棍子状、网状等什么形状都有。北京大学环境学院北京的PM2.5来源n夏季，北京城区PM2.5污染源中，烹饪源能占到15%-20%左右，汽车和相关产业占到40%-50%，外地污染传输占30%，扬尘占的比例少于10%北京大学环境学院雾霾的治理-北京需要多少年？北京大学环境学院公众参与的重要性n公众不参与，PM2.5的问题也解决不了。比如尾气问题，大家就得把自己车的尾气过滤设备保养好。观测到，每天中午都会有PM2.5的一个峰值，来源主要就是餐馆的油烟，因为它们的排烟过滤装置不合格，政府部门的监管力度也不够。这些都得靠公众和政府部门协调行动

26、才能解决。北京大学环境学院王跃思的建议n比如汽车尾气过滤设备，政府为什么不增加一些维修的地方，为什么不给维修企业相关补贴，从而降低市民维修保养的成本呢？n对于餐馆排烟的检查，定时提供高质量的油烟过滤材料，回收用过的滤材集中活化后再提供餐馆免费使用。n另外，政府还应该关注企业的脱硫脱硝设备是否正常运转，加油站的京V油品含硫量到底达标了没有等等。北京大学环境学院蓝天数n 北京大学环境学院PM2.5的来源n北京和京津冀北京大学环境学院北京大学环境学院4.2.2 水体污染水体污染n地球上水体总储量地球上水体总储量,海水占海水占97.3%,冰川和冰冠占冰川和冰冠占2.14%,地地面水包括江河湖泊在内约占

27、面水包括江河湖泊在内约占0.02%,地下水占地下水占0.61%,大气大气中的水蒸气不到中的水蒸气不到0.01%。n水是一种宝贵的自然资源，材料的生成和加工都离不开水水是一种宝贵的自然资源，材料的生成和加工都离不开水资源，例如生成资源，例如生成1t钢需要钢需要49t水资源。水资源。n水体受到污染，不仅妨碍了工农业生产，影响水生生态系水体受到污染，不仅妨碍了工农业生产，影响水生生态系统，还直接或间接地危害人体的健康。尤其是重金属元素统，还直接或间接地危害人体的健康。尤其是重金属元素以可溶离子状态溶解在水中，通过人体吸收，会造成严重以可溶离子状态溶解在水中，通过人体吸收，会造成严重的病变，如金属镉离

28、子污染会引起人体的骨痛病；汞中毒的病变，如金属镉离子污染会引起人体的骨痛病；汞中毒可以使人中枢神经失灵，并造成永久性病变；铬、锑及其可以使人中枢神经失灵，并造成永久性病变；铬、锑及其化合物具有致癌作用。化合物具有致癌作用。北京大学环境学院水体污染物的来源：水体污染物的来源：n一是生活废水，一般来自居民住宅、医院、一是生活废水，一般来自居民住宅、医院、学校、商业等生活活动；学校、商业等生活活动；n二是工业废水，主要是由工业生产中一些二是工业废水，主要是由工业生产中一些有害物如重金属有机物、酸碱盐、油、放有害物如重金属有机物、酸碱盐、油、放射性废水等混入工业用水造成的。射性废水等混入工业用水造成的

29、。北京大学环境学院北京大学环境学院北京大学环境学院水体的污染物发生的两个作用水体的污染物发生的两个作用n由于流动、稀释、扩散、沉淀等物理作用，其浓度会发生由于流动、稀释、扩散、沉淀等物理作用，其浓度会发生变化。由于化学作用和生物作用，有害物和污染物本身会变化。由于化学作用和生物作用，有害物和污染物本身会分解，发生无害化的质变，这称之为水的自净化作用。分解，发生无害化的质变，这称之为水的自净化作用。n在水域中被稀释了的污染物在自然界生物体内会被浓缩和在水域中被稀释了的污染物在自然界生物体内会被浓缩和富集，如果这些物质在生物体内不能分解，则会累积起来，富集，如果这些物质在生物体内不能分解，则会累积

30、起来，产生非常严重的连锁性反应和后果，例如产生非常严重的连锁性反应和后果，例如Hg或或Cd等难分等难分解的有害物质就是如此。在食物链中，元素的浓缩系数是解的有害物质就是如此。在食物链中，元素的浓缩系数是逐渐增加的。逐渐增加的。n当浓度为当浓度为510-11的的Cr从海水中转换到鱼类体内时从海水中转换到鱼类体内时,其浓度其浓度可达可达3.510-2,即浓缩了即浓缩了1000万倍万倍。北京大学环境学院北京大学环境学院(1)悬浮固体物质悬浮固体物质n将水在将水在103蒸发，此时测得的固体物为总固体物蒸发，此时测得的固体物为总固体物TS。总固体物可以分成溶解性固体物和悬浮固体。总固体物可以分成溶解性固

31、体物和悬浮固体物。悬浮固体物质是水中含有的不溶性物质，是物。悬浮固体物质是水中含有的不溶性物质，是水质污染在外观上的重要指标。浑浊的水常含有水质污染在外观上的重要指标。浑浊的水常含有大量的悬浮固体物，其上会吸附一些有毒有害的大量的悬浮固体物，其上会吸附一些有毒有害的离子，并随着悬浮固体物质迁移到很远的地方，离子，并随着悬浮固体物质迁移到很远的地方，从而使污染扩大化。从而使污染扩大化。北京大学环境学院(2)无机污染物无机污染物n冶金，金属加工中的酸洗工序，人造纤维材料等工业废水冶金，金属加工中的酸洗工序，人造纤维材料等工业废水是水体酸污染的重要来源。而碱法造纸，化学纤维材料等是水体酸污染的重要来

32、源。而碱法造纸，化学纤维材料等工业废水是碱污染的重要来源。水体遭到酸碱污染后，其工业废水是碱污染的重要来源。水体遭到酸碱污染后，其酸碱度将发生变化，当水体的酸碱度将发生变化，当水体的pH值小于值小于6.5或大于或大于8.5时，时，水中的微生物生长将受到抑制，这将导致水体自净化能力水中的微生物生长将受到抑制，这将导致水体自净化能力受到阻碍，并可腐蚀水下各种设备与船舶。受到阻碍，并可腐蚀水下各种设备与船舶。n在无机物污染中，氰化物是毒性很强的物质，氰化物以各在无机物污染中，氰化物是毒性很强的物质，氰化物以各种形式存在于水中，它是非常有害的物质，可对细胞中氧种形式存在于水中，它是非常有害的物质，可对

33、细胞中氧化酶造成损害，其毒性很大。主要来自电镀废水，煤气废化酶造成损害，其毒性很大。主要来自电镀废水，煤气废水，炼焦废水，有色金属冶炼废水等。水，炼焦废水，有色金属冶炼废水等。北京大学环境学院(3)重金属污染物重金属污染物n污染水体的重金属有汞、镉、铅、铬、铜、钴、锌等。其污染水体的重金属有汞、镉、铅、铬、铜、钴、锌等。其中以汞的毒性最大。此外还有砷，它虽不是重金属，但毒中以汞的毒性最大。此外还有砷，它虽不是重金属，但毒性与重金属相似，故经常归入重金属一起讨论。性与重金属相似，故经常归入重金属一起讨论。n重金属主要来自采矿，冶炼，电镀，化工等工业废水。重重金属主要来自采矿，冶炼，电镀，化工等工

34、业废水。重金属在水中可以多种形态存在，其可被水中悬浮物或底泥金属在水中可以多种形态存在，其可被水中悬浮物或底泥等胶体粒子吸附而富集，也可以通过水解或与硫离子，碳等胶体粒子吸附而富集，也可以通过水解或与硫离子，碳酸根离子形成氢氧化物，硫化物和碳酸盐沉淀物；还可以酸根离子形成氢氧化物，硫化物和碳酸盐沉淀物；还可以与与Cl-，OH-，HCO3-，F-等阴离子以及腐植酸等形成各种等阴离子以及腐植酸等形成各种较易溶解的化合物，这一作用可使重金属从悬浮固体粒子较易溶解的化合物，这一作用可使重金属从悬浮固体粒子或底泥里释放出来进入水中。或底泥里释放出来进入水中。北京大学环境学院(4)耗氧有机物耗氧有机物n当

35、废水中含有大量的碳氢化合物，蛋白质，脂肪，木质素当废水中含有大量的碳氢化合物，蛋白质，脂肪，木质素等有机物质时，如果这些物质不经过处理而直接排入河流等有机物质时，如果这些物质不经过处理而直接排入河流或湖泊中，它们将被水中的细菌和微生物分解。因在其分或湖泊中，它们将被水中的细菌和微生物分解。因在其分解过程中需消耗水体内的溶解氧，故称这些有机物为耗氧解过程中需消耗水体内的溶解氧，故称这些有机物为耗氧有机物，其污染程度可用生化需氧量（有机物，其污染程度可用生化需氧量（BOD），化学需氧），化学需氧量（量（COD）等各种指标表示。）等各种指标表示。n有机污染物，通常是以微生物摄取有机物时消耗的氧量来有

36、机污染物，通常是以微生物摄取有机物时消耗的氧量来表示，即表示，即BOD。应注意。应注意BOD并不是对某一污染物的直接并不是对某一污染物的直接测量，而是测量细菌或微生物分解有机物所需的氧量。测量，而是测量细菌或微生物分解有机物所需的氧量。北京大学环境学院4.2.3固体污染物固体污染物n在生产活动及其他活动过程中产生的各种在生产活动及其他活动过程中产生的各种固态半固态和高浓度液态废弃物统称为固固态半固态和高浓度液态废弃物统称为固体废弃物，因这些固体废弃物对环境造成体废弃物，因这些固体废弃物对环境造成的变质现象称为固体废弃物污染，相应地，的变质现象称为固体废弃物污染，相应地，这些可污染环境的固体废弃

37、物称为固体污这些可污染环境的固体废弃物称为固体污染物。染物。北京大学环境学院固体污染物的固体污染物的环境影响n固体污染物的主要危害形式有侵占土地、污染土固体污染物的主要危害形式有侵占土地、污染土壤、污染水体、污染大气、影响环境卫生等。我壤、污染水体、污染大气、影响环境卫生等。我国固体废弃物的排放量已超过国固体废弃物的排放量已超过6亿亿ta。固态废弃。固态废弃物的堆存占地面积已超过物的堆存占地面积已超过100万亩（万亩（1亩亩666.6m2），其中农田），其中农田25万亩。这些固体废弃物被万亩。这些固体废弃物被雨雪淋湿，浸出大量毒物和有害物，使土地毒化、雨雪淋湿，浸出大量毒物和有害物，使土地毒化

38、、酸化、碱化，污染面积往往超过所占土地数倍；酸化、碱化，污染面积往往超过所占土地数倍；进入土壤中的各种有害成分还会导致水体污染。进入土壤中的各种有害成分还会导致水体污染。北京大学环境学院固体污染物的固体污染物的环境影响n在材料生产中排放的固体废弃物对大气造在材料生产中排放的固体废弃物对大气造成的污染不容忽视。如尾矿和粉煤灰在成的污染不容忽视。如尾矿和粉煤灰在4级级以上风力作用下，可飞扬以上风力作用下，可飞扬4050m，使其，使其周围灰砂弥漫；长期堆放的煤矸石因含硫周围灰砂弥漫；长期堆放的煤矸石因含硫量高可引起自燃，向大气中散发大量的二量高可引起自燃，向大气中散发大量的二氧化硫气体氧化硫气体.北

39、京大学环境学院固体污染物的固体污染物的环境影响n由固体废弃物造成的危害中，最为严重的由固体废弃物造成的危害中，最为严重的是危险废物的污染。易燃、易爆、腐蚀性、是危险废物的污染。易燃、易爆、腐蚀性、剧毒性和放射性固体废弃物既易造成即时剧毒性和放射性固体废弃物既易造成即时性危害，又易产生持续性危害，如我国有性危害，又易产生持续性危害，如我国有色金属冶炼过程中，每年从固体废物中约色金属冶炼过程中，每年从固体废物中约流失上千吨砷、上百吨镉、几十吨汞，其流失上千吨砷、上百吨镉、几十吨汞，其危害无法估计。危害无法估计。北京大学环境学院固体污染物的来源固体污染物的来源n固体污染物的来源可分为工业、矿业、城市

40、和放射性废弃固体污染物的来源可分为工业、矿业、城市和放射性废弃物等。物等。n工业废弃物主要有冶金钢渣、煤灰、硫铁矿渣、碱渣、含工业废弃物主要有冶金钢渣、煤灰、硫铁矿渣、碱渣、含油污泥、木屑以及各种机械加工产生的固体边角料等；油污泥、木屑以及各种机械加工产生的固体边角料等；n矿业废弃物主要来自采、选矿过程中废弃的尾矿；矿业废弃物主要来自采、选矿过程中废弃的尾矿；n城市固体废弃物主要有生活垃圾、城建渣土以及商业固态城市固体废弃物主要有生活垃圾、城建渣土以及商业固态废弃物等；废弃物等；n放射性废弃物主要有核电站运行排放的废弃核燃料及旧的放射性废弃物主要有核电站运行排放的废弃核燃料及旧的核电设备等。核

41、电设备等。北京大学环境学院4.3 经济活动与环境负荷经济活动与环境负荷4.3.1 经济活动必须受环境条件的制约经济活动必须受环境条件的制约n任何环境问题，都是由经济活动造成的。任何环境问题，都是由经济活动造成的。n以前人们似乎没有意识到这一点，一直毫无节制以前人们似乎没有意识到这一点，一直毫无节制的进行着经济活动。的进行着经济活动。n根据科学的预见。今后的经济活动不管愿意与否，根据科学的预见。今后的经济活动不管愿意与否，都不得不面对环境得制约。环境问题与生产问题都不得不面对环境得制约。环境问题与生产问题对人们造成的压力和后果是不同的，环境问题具对人们造成的压力和后果是不同的，环境问题具有长期效

42、应而引起疾病、死亡；生产问题是眼前有长期效应而引起疾病、死亡；生产问题是眼前利益利益。北京大学环境学院环境负荷为制约条件环境负荷为制约条件n不管在什么情况下，如果考虑的只是单方不管在什么情况下，如果考虑的只是单方面的经济活动利益，就会陷入被动局面，面的经济活动利益，就会陷入被动局面，这是一个客观规律。经济活动必须以环境这是一个客观规律。经济活动必须以环境负荷作为制约条件，地球环境一旦被破坏，负荷作为制约条件，地球环境一旦被破坏，就会造成无法挽救的局面。就会造成无法挽救的局面。北京大学环境学院4.3.2 生产活动造成的生产活动造成的CO2排放排放n由于由于CO2的排放量大致和能耗成正比，按产品生

43、的排放量大致和能耗成正比，按产品生产每投入一万美元为一个生产单位，比较与其产产每投入一万美元为一个生产单位，比较与其产品制造和使用相关联排放的品制造和使用相关联排放的CO2。n例如对汽油来说，将制造一个生产单位的汽油所例如对汽油来说，将制造一个生产单位的汽油所产生的产生的CO2和将这些汽油燃烧后排放出来的和将这些汽油燃烧后排放出来的CO2（19.9t）相加起来。）相加起来。n这种计算方法，是这种计算方法，是“产业关联分析产业关联分析”中采用的最中采用的最基本的计算方法基本的计算方法。北京大学环境学院北京大学环境学院北京大学环境学院北京大学环境学院北京大学环境学院北京大学环境学院从小事做起，减少

44、环境负荷n据统计，生产日常生活消费品排放的据统计，生产日常生活消费品排放的CO2占总排占总排放量的放量的44.9%n在日常生活中，照明、取暖、交通和食品占相当在日常生活中，照明、取暖、交通和食品占相当大的比重大的比重n要做到在保护地球环境的同时发展经济，不仅需要做到在保护地球环境的同时发展经济，不仅需要很高的精神境界及其指导下的新型技术，而且要很高的精神境界及其指导下的新型技术，而且要从眼前平凡的事情做起，身体力行地做几件实要从眼前平凡的事情做起，身体力行地做几件实事，只有这样，才能实现人类和经济的持续发展。事，只有这样，才能实现人类和经济的持续发展。北京大学环境学院4.4 科技新产品的开发与

45、新材料科技新产品的开发与新材料的开发的开发n从某种意义上讲，人类活动对环境的影响主要取从某种意义上讲，人类活动对环境的影响主要取决于在人口、经济增长和科学技术几者之间的相决于在人口、经济增长和科学技术几者之间的相互作用。这种相互关系可以借助这样一个恒等式互作用。这种相互关系可以借助这样一个恒等式加以讨论：加以讨论：n污染污染=污染污染/GDPGDP/人口人口人口人口n抑制环境退化加剧的趋势可以分别从上述三个变抑制环境退化加剧的趋势可以分别从上述三个变量入手，即：降低污染强度，减少人均收入或减量入手，即：降低污染强度，减少人均收入或减慢人均收入水平上升的速度和控制人口增长。慢人均收入水平上升的速

46、度和控制人口增长。北京大学环境学院唯一的可调控变量：n最有调节控制弹性的变量就是经济活动的最有调节控制弹性的变量就是经济活动的污染强度。污染强度。n通过大幅度降低污染强度而实现在人口总通过大幅度降低污染强度而实现在人口总量绝对增长、人均收入水平日益提高的情量绝对增长、人均收入水平日益提高的情况下抑制环境退化的目标。况下抑制环境退化的目标。北京大学环境学院具有可持续性质的科技成果具有可持续性质的科技成果n使科学技术的发展和应用在促进经济发展的同时起到减轻污染负荷、使科学技术的发展和应用在促进经济发展的同时起到减轻污染负荷、改善环境质量的作用。改善环境质量的作用。n具有可持续性质的科技成果具有下述

47、特征：具有可持续性质的科技成果具有下述特征：(1)这些科技成果的应用可以带来环境风险的显著下降并达到费用这些科技成果的应用可以带来环境风险的显著下降并达到费用效果效果的优化。的优化。(2)它们应当具有显著的科技进步含义，简单地说就是比现在普遍得到应它们应当具有显著的科技进步含义，简单地说就是比现在普遍得到应用但仍不尽理想的技术具有更强的功能和更经济的应用前景；或者是用但仍不尽理想的技术具有更强的功能和更经济的应用前景；或者是填补某项科技成果在产生和应用上的空白。填补某项科技成果在产生和应用上的空白。(3)在技术寿命周期的研究开发阶段（与商业利用阶段相对照），它们就在技术寿命周期的研究开发阶段（

48、与商业利用阶段相对照），它们就应显示出具有一般通用性。应显示出具有一般通用性。(4)采纳这种技术要有足够大的社会效益，亦即当采纳这种技术可以同时采纳这种技术要有足够大的社会效益，亦即当采纳这种技术可以同时带来社会效益和厂商效益时，社会效益与厂商效益的比值要足够高。带来社会效益和厂商效益时，社会效益与厂商效益的比值要足够高。北京大学环境学院4.4.1电子技术的迅速发展电子技术的迅速发展 n电子技术的发展电子技术的发展功能增加功能增加零部件数量零部件数量成倍增加成倍增加性能更新性能更新低成本低成本大批量大批量造成修理后使用不如购买新产品造成修理后使用不如购买新产品追求高追求高性能和新式样性能和新式

49、样提前废弃。提前废弃。北京大学环境学院4.4.2电子技术产品的特征：电子技术产品的特征：n组合器件，组合设计；组合器件，组合设计；n零部件微型化，数量多；零部件微型化，数量多；n材料含有多种元素材料含有多种元素,有些是极微量的元素；有些是极微量的元素；n材料种类繁多；材料种类繁多；n产品向二维方向发展；产品向二维方向发展；n产品的寿命的不确定性；产品的寿命的不确定性；n微小零件更换困难；微小零件更换困难；n修理困难且修理费变高。修理困难且修理费变高。北京大学环境学院电子产品特征n每个大规模集成电路（每个大规模集成电路（LSI）含）含1520种元种元素，重量素，重量0.53g，外形由陶瓷或塑料封

50、装，外形由陶瓷或塑料封装，内部为薄片、箔、厚度、薄膜，难分离，内部为薄片、箔、厚度、薄膜，难分离，一般是废弃或焚烧掉。一般是废弃或焚烧掉。北京大学环境学院4.4.3 电器产品带来的二次废弃物电器产品带来的二次废弃物北京大学环境学院电子产品与纸张消耗北京大学环境学院4.4.4 改善产品的设计改善产品的设计n需解决的问题：分类困难需解决的问题：分类困难分类回收分类回收n设计阶段就要考虑从预测的实际使用状况来限制设计阶段就要考虑从预测的实际使用状况来限制某些功能设计。某些功能设计。n设计容易分类回收的结构。使用容易再生的循环设计容易分类回收的结构。使用容易再生的循环材料。注明所使用的材料，如：冰箱的