第2章--环境污染及其治理基础汇总课件

第二章 环境污染及其治理基础1标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2第一节 环境污染及其现状n环境：存在的空气、水和土壤以及包括建筑物在内的空气和地面或地下的自然或人为结构中的空气及其组成要素。n污染：任何对环境中生存的人或其他生命有机体产生危害的物质释放到环境中的行为。3n环境污染（广义）：由于自然的或人为的活动引起某些物理、化学和生物等有毒因素或有害因素进入环境，在数量或强度上超出了环境的自净能力，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境和它的组成要素如大气、水体、土壤等发生改变，扰乱和破坏了环境生态平衡，进而使环境系统状态与功能变差，最终影响人类及其他生物正常生存和发展的环境不协调现象。4n环境污染（狭义）：主要指人类活动所导致的环境质量下降并影响人类正常生存和发展的现象。52009年10月14日晚上，第30届尤金史密斯人道主义纪实基金在美国纽约美国亚洲协会举行隆重的颁奖仪式，来自中国的卢广以关注中国污染的专题摄影获得了尤金史密斯人道主义摄影奖。6广东省贵屿镇河流、水塘都已被污染，村民们只好在被严重污染的水塘里洗涤。2005年11月25日7江苏泰兴化工园区的化工废料堆放长江堤上 2009年5月15日8镇江市钛粉厂每天大量的化工污水排放长江，下游不到1000米处是丹阳市自来水取水处2009年6月10日9山西省是全国污染最严重的地区，也是缺陷婴儿出生率最高的省份，这是一对爱心的农妇领养17名残疾孩子2009年4月15日10一、环境污染的分类n污染物的多样化使得对它们难以进行纯粹的系统分类n可以根据污染物的不同性质进行功能分类n所有这些分类本质上都是人为和主观的 11自然形成 污染物人为产生有毒物CFCDDT基本物质CO2硝酸盐非基本物质铅铜废物塑料玻璃能量离子辐射热能噪声化学物质图2-1污染物的分类示例12n环境污染大致可以按污染物性质、污染物形态、被污染的客体、污染原因、污染程度、污染影响范围等6种类型来分类。n污染类型是变迁的，40年前及更早主要是生物性污染。近30年来随着工业生产和科技的发展，化学性、物理性和放射性污染已成为重要的污染源。13表2-1环境污染的类型和形式141.大气污染定义：有害、有毒气体和悬浮物质介入大气中，其浓度超过了大气环境的容许量，致使大气质量恶化，对人类及动、植物产生直接或间接危害的现象。来源：工业、厂矿、交通运输、火山爆发、核爆炸、农药种类：已知大气污染物超过1500种，其中排放量大的有烟尘、粉尘、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化合物、挥发性有机物、碳氢化合物、铅蒸汽等近200种。15大气污染物类型（1）煤炭型：燃烧煤炭产生的污染物污染大气，主要有烟气、灰尘、硫化物、氧化物等，我国主要的大气污染源。（2）石油型：使用、生产石油和石化产品中各类油燃烧后排放的大量废弃造成的污染。主要有氮氧化物、碳氢化物及其进一步反应所生成的化合物等。目前，汽车尾气已成为主要污染源。16（3）混合型：由燃烧煤炭和石油加工过程中产生的废气以及各种工业、工艺生产和加工过程中产生的有毒、有害的混合污染物造成的污染。（4）特殊型：由于生产中的事故性泄露或人为排出有毒害气体，造成局部区域的大气污染。主要污染物有易挥发有机物（VOCVOC）、氯气、酸雾、硫化氢、汞及其他金属蒸汽等。17定义：人类在生产、生活过程中产生的有害、有毒物质进入水体，其量超过了水体的自净能力，引起水质恶化，降低了水的使用价值，造成对环境、人体和其他生物的危害现象。类型：按照污染物性质，可把污染水体分为生理性污染（感官性污染）、物理性污染、化学性污染、生物性污染。2.水体污染18水体污染类型（1）生理性污染：污染物排入天然水体后引起感官性状的恶化，也称感官性污染。常以嗅觉、味觉、外观、透明度等感官性质为衡量指标。（2）物理性污染：污染物排入天然水体后引起其物理特性发生变化，如油、泡沫浑浊度、悬浮物的变化、水泡沫和油膜的产生、颜色、水温的变化等。衡量指标为浑浊度、色度、悬浮物质量、导电率、温度等。19（3）化学性污染：污染后水体发生化学性质的改变，如有机物分解、酸碱度变化、水体硬度增高、有毒物质浓度超标等。衡量指标有生化需氧量、化学耗氧量、溶解氧量、pH值、硬度以及某些毒物含量。（4）生物性污染：水体被有害微生物、寄生虫等病原体或能引起人类过敏反应的变应原等污染，造成水体恶化，并会使人及动物感染或传染，导致直接或间接危害人类健康的一种污染。主要以大肠杆菌及细菌数等为衡量指标。20表2-2水体污染种类及典型污染物21定义：污染物在土壤中的累积浓度超过土壤环境容量，引起土壤质量恶化的现象。土壤污染源：农药和化肥的使用、污水灌溉、废渣侵蚀、大气和水质污染的间接影响等。土壤污染危害：植物生理功能失调，农作物生长发育不良，并会通过食物链的不断积累和浓缩，危害人体健康。3.土壤污染22安徽省马鞍山化工园区长江边上被化工厂污染的土地2009年6月26日23发生在湖南桂阳县、嘉禾、浏阳等地的土壤污染事件24二、环境污染的特征n污染的广泛性n危害的长期性n作用的复杂性n影响的多样性n治理的困难性 25三、环境污染的危害n公害：严重的环境污染。n公害病：由公害诱发和引起的疾病。n公害事件：由于环境污染，造成短期内大量人群发病和死亡的事件。26表2-3著名的世界“八大公害事件”27表2-3著名的世界“八大公害事件”28表2-3著名的世界“八大公害事件”29表2-3著名的世界“八大公害事件”30表2-41997年美国6种污染物估计释放总量（百万吨/年）PM10：向大气释放颗粒物；NOx：氮氧化合物；VOC：挥发性有机物31评价因素：评价因素：（1 1）毒性）毒性：指对生命所产生的潜在危害，可分为短期或长期。：指对生命所产生的潜在危害，可分为短期或长期。毒性和污染物的浓度以及接触污染物的时间有关。毒性和污染物的浓度以及接触污染物的时间有关。年龄和个体健康状况也影响毒性物质生物可用性。年龄和个体健康状况也影响毒性物质生物可用性。（2 2）持续性）持续性：污染影响持续的时间。：污染影响持续的时间。四、污染物的评价32污染的环境持续性常和迁移性、生物富集性相关。（3 3）迁移能力）迁移能力：污染物扩散或者稀释的趋势。：污染物扩散或者稀释的趋势。污染物的迁移会导致广泛的但常是不均匀分布的污染。污染物的迁移会导致广泛的但常是不均匀分布的污染。（4 4）控制简易性）控制简易性：污染控制的难易程度。：污染控制的难易程度。对污染源的控制是最有效的方法，但不一定总行得通。对污染源的控制是最有效的方法，但不一定总行得通。33（5 5）生物富集性）生物富集性 ：一一些些污污染染物物即即使使在在环环境境中中出出现现的的量量很很小小，也也能能被被活活的生物体摄取，并且随着时间的延长在组织中富集。的生物体摄取，并且随着时间的延长在组织中富集。（6 6）化学性质）化学性质 一一些些污污染染物物的的反反应应或或者者其其降降解解产产物物有有时时比比其其最最初初的的物物质更危险。质更危险。生物修复的原理是通过污染物的降解形成危害较小的产物。污染物之间的作用可以是协同的或者对抗的。34表2-5水生生物对常见重金属的平均富集倍数351.1.稀释和分散稀释和分散包括经过物理的分散作用而引起的污染物稀释。包括经过物理的分散作用而引起的污染物稀释。空气流动能很好地将气体排放物扩散和稀释。空气流动能很好地将气体排放物扩散和稀释。大量的水体或河流都有好的分散和稀释潜力。流动的水比静止大量的水体或河流都有好的分散和稀释潜力。流动的水比静止的水能更快地分散污染物。的水能更快地分散污染物。通过土壤的转移也是一种分散和稀释的途径，土壤中的水在物通过土壤的转移也是一种分散和稀释的途径，土壤中的水在物质迁移中起了重要的作用。质迁移中起了重要的作用。土壤中的动植物群落的活性对污染控制也起着促进作用。土壤中的动植物群落的活性对污染控制也起着促进作用。五、污染的控制策略362.2.浓缩和封存浓缩和封存把有害物质聚集在一起，以防止泄露到周围环境中。把有害物质聚集在一起，以防止泄露到周围环境中。采用哪种策略取决于具体情况，特别是应该更多地考采用哪种策略取决于具体情况，特别是应该更多地考虑环境体系的敏感性，有时虑环境体系的敏感性，有时2 2 2 2种策略同时采用。种策略同时采用。37第二节 我国环境污染现状一、水资源污染n废、污水排放总量极大，约占世界10%以上；n我国城市污水处理率只有36%，大量未经处理的污水直接排放，大多成为城市环境污染的二次污染源。n82%的江河湖泊、45%城市地下水遭受污染。38n海洋环境质量公报：我国海洋近岸和近海海域水质劣于国家一类海水水质标准的面积已占总面积的1/3。n目前，我国大部分河口、海湾的海水铅含量均超过一类水质标准，一些海域汞、镉的含量偏高。n海域污染最严重的是大中城市附近的河口。39表2-6近几年我国废水、污水排放量（亿吨）40图2-2全国废水排放量年际对比41表2-7全国废水中重金属污染物排放量（吨）42图2-3工业废水中五项重金属历年排放趋势43二、大气污染1.颗粒物n我国城市降尘污染十分严重，大多数城市年均值300g/m3，冬季悬浮颗粒污染超过国家二级标准（200g/m3）的城市占95%以上。n中国几乎所有城市的悬浮颗粒污染都超过世界卫生组织的标准（90g/m3），全国城市平均值150g/m3，相当于纽约的7倍，伦敦的14倍。44n我国的一级标准为150g/m3，能达到该标准的仅有厦门、北海、海口、珠海等极少数沿海城市。45图2-4全国烟尘和工业粉尘排放量年际变化462.二氧化硫n全国城市二氧化硫年均浓度为79g/m3，半数以上城市超过国家二级标准（60g/m3）。n大气中二氧化硫极易转化成硫酸，是形成酸雨的主要成分。n我国酸雨区占国土面积的40%，西南、华南地区已成为世界第三大酸雨区。每年因酸雨造成的损失超过1000亿元。47表2-8全国近年废气中SO2排放量（万吨）48图2-5全国二氧化硫排放地区分布新疆维吾尔自治区西藏自治区青海黑龙江吉林云南江西福建493.COn大气中存在最多分布最广的污染物，人为产生的CO约有70%来自机动车尾气。nCO可在空气里滞留2-3年，在一定条件下可转化为CO2，但转化率很低。n空气中CO浓度在105，人就中毒；浓度达到1%，人就死亡。504.挥发性有机物（VOCs）n20世纪90年代以来已成为最严重的大气污染物之一。n我国未公开报道，但估计排放量在数量级上与美国相近。n近年来随着机动车辆的迅速增加，VOCs排放将会明显增加。51表2-9美国1997年VOCs释放总量及污染源释放比率525.温室气体（CO2、氟利昂、甲烷、氧化氮）n造成的温室效应的比率分别为57%、25%、12%和6%。n由于石化燃料的使用过去200年来大气中的CO2浓度由2.810-4上升到3.510-4，浓度每年上升0.5%。n大气中的氟利昂、氮氧化物会破坏臭氧层，阻止太阳辐射从地面的反射作用，更多的紫外线辐射到地面，使地球变暖。n大气中的氮氧化物主要来自于行使的车辆，全国氮氧化物平均浓度为46g/m3，一半以上的城市氮氧化物污染已超过二氧化硫污染。53表2-10温室气体在大气中的浓度与寿命54三、土壤污染n使用化肥、农药、污水灌溉是造成土壤污染的主要原因之一。n氮素化肥的有效利用率一般仅30%，约有70%进入水、土环境。农药附着在植物体上的只有18%-20%，落到地面的高达40%-60%，漂浮在大气中的占5%-30%。n有机氯、重金属与类金属及其化合物等的分子稳定，不易分解。过量使用如DDT等农药会使土壤中的残留量增高。55四、固体废弃物污染：是指由人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或放弃的固态、半固态物质，置于容器中的非固态物质，以及法律、法规规定纳入固体废物管理的物质。56n固体废物来源广泛，组成复杂，分类方法很多。按照来源分类主要包括：（1）矿业固体废物（煤矸石、废石、尾矿）（2）工业固体废物（冶金固体废物、化学工业固体废物、燃料灰渣、石油工业固体废物、粮食及食品工业固体废物、其他）（3）城市固体废物（生活垃圾、城建渣土、商业固体废物、粪便）（4）农业固体废物（植物秸秆、腐烂的蔬菜和水果、果树枝、落叶等）（5）有害固体废物：除了放射性废物以外的具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性等而可能对人类的生活环境和健康产生危害的废物。57n总体上我国固体废物污染呈加重趋势。主要表现在：（1 1）固体废物产生量持续增长，工业固体废物平均年增长7%7%，城市生活垃圾年增长4%4%；（2 2）固体废物处置能力明显不足，大部分危险废物处于低水平综合利用或简单储存状态；（3 3）城市垃圾处理率为58%58%，至少85%85%的堆存垃圾掩埋在农村，农村环境卫生明显下降，农村固体废物污染问题日益突出。58表2-11我国工业固体废物和危险废物产生量59表2-12我国工业固体废物综合利用和垃圾无害化情况（2007）60第三节 环境污染源及优先污染物一、环境污染源n环境污染物：进入环境并引起环境污染或环境破坏的物质。n环境污染物按污染源可分成：生产性污染、生活性污染、交通性污染、其他污染。611.生产性污染n工业性污染（工业生产、矿山开采）n农业性污染（农药、化肥等）62表2-13工业性污染物中主要污染物及其来源632.生活性污染n粪便、垃圾、污水、医院的污水及废弃物、其他人类活动造成的污染（如烧菜、吸烟、燃放烟花爆竹等）3.交通性污染n由汽车、火车、飞机、轮船等交通工具排放出的废气、噪音等，以及海上事故、沉船等漏油事故等。644.其他污染 各种通讯设备产生的微波辐射、电磁辐射、自然灾害、突发事故、战争、未经处理的放射性废弃物等。65二、优先污染物n（定义）：指的是在众多的污染物中筛选出的潜在危险大并作为优先研究与控制对象的污染物。n美国是最早开展优先污染物监测的国家，在20世纪70年代美国环境保护署就筛选出6大类共129种优先污染物。n1980年，德国公布了120种水中有毒污染物名单。n1985年，前苏联公布了561种有机污染物在水中的极限容许浓度。n1986年，日本环境厅公布了189种有毒污染物。n1998年，中国国家危险废物名录发布，47大类有毒有害废物。66 目前，我国初选出水中优先污染物249种，水中优先控制污染物黑名单为68种。67表2-14我国水中优先控制污染物黑名单68三、持久性污染物（POPs）n（定义）：有机氯、有机汞等一类很难生物降解或不能降解的有机毒物，由于它们的化学性质稳定，很难被生物降解，因而会长期存在于环境中，这类有机毒物被称为持久性有机污染物。691.POPs的危害 可以通过生物富集作用，被脂肪组织大量吸收放大到原始值的7万倍。很稳定，可在环境中存在数十年。引起人类致癌、过敏、损伤中枢及周围神经系统，通过改变激素引起内分泌失调而破坏生殖与免疫系统。不仅危害当代，还影响下一代702.12种持久性有机毒物2001年5月，联合国环境会议通过了关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约。目前，公认急需解决的12种持久性有机毒物为：艾氏剂、氯丹、DDT、狄氏剂、七氯、六氯化苯、异狄氏剂、毒杀芬、灭蚁灵、多氯联苯、多氯对苯并呋喃、多氯对苯并二噁英71第四节 污染物的迁移与转化一、污染物在环境中的迁移与转化n污染物在环境中的迁移取决于其本身的理化性质和环境条件。n物理化学性质：污染物组成及各组分主要理化参数（离子半径、粒子电位、化合价、溶解度、络合常数等）n环境条件：环境的氧化还原条件、酸碱状态、压力、温度等。721.污染物的迁移方式（3种）机械迁移：以水或气为迁移介质，在自然或人为给予的推动力下迁移，如弥散、稀释、溶解、吸附、沉降等作用。物理化学迁移（主要方式）：以一系列物理的、化学的或物理化学的作用实现污染物的迁移，如对无机污染物的氧化还原、络合、吸着、水解等；对有机污染物在大气中的自然分解、转化、合成等。生物迁移：以生物吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现污染物的迁移。如植物根系吸收、富集与转化、水生生物的富集和浓缩。73二、污染物在生物体内的吸收与转化1.污染物的生物吸收 以蒸汽、气体等形式存在的污染物易被肺吸收，到 达肺泡后经过被动扩散透过呼吸膜进入血液。气溶胶和粒径小于1.0m的微粒进入肺部，附着在 肺泡内；0.01-0.03m的微粒会附着在支气管内 通过食物链进入人体，被消化管吸收；通过皮肤吸收，如多数有机磷农药、四氯化碳等74 植物通过根部吸收以及随后蒸腾作用输送到植物各 部分；植物地上部分；叶片气孔吸收污染物。2.毒物的生物转化 通过化学转变增加极性，使易随胆汁或尿液排出；主要在肝脏进行；生物转化不一定对毒物起解毒作用，也可能把某些 非毒物质增强毒性；（1）通过氧化、还原、水解作用将物质某些基团转 化，从而改变其生物活性及理化性质；75（2）经第一类反应后，某些物质仍需与极性更强的物质结合反应，以形成较大溶解度并失去原有毒性。如：含有羟基、羧基、氨基等功能基团的药物与毒物或激素在肝细胞内的结合反应76三、污染物的生物富集与放大1.污染物的富集（Bioenrichment）：生物有机体或处于同一级营养上的生物种群（包括动物、植物），从周围环境中通过蓄积难分解有机毒物或某些重金属、类金属及其化合物等，使生物体内此类物质的浓度远高于环境介质中浓度的现象。生物富集因子（Bioconcentrationfactor，BCF）：生物机体内污染物的浓度与该污染物在环境介质中的浓度之比。772.污染物的积累：生物通过吸收、吸附、吞食等，蓄积某些重金属及其化合物或难分解有机毒物等，并随着生长、发育过程使污染物浓度进一步增大的现象。一般情况下，水体中生物积累的速度高于陆地环境。积累重金属和有机卤代化合物：单细胞浮游植物食植性动物大型野生动物783.污染物的生物放大：是指在生态系统中基于食物链关系的生物富集与积累，使某种元素或难分解毒物在生物机体中的浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。营养级越高，积累毒物的浓度越大。79四、污染物的生物降解1.污染物的生物可降解性：以污染物为营养物，利用微生物的代谢作用使污染物被降解。生物降解常是物理降解、化学降解之后的污染物的最终降解途径。（1）好氧生物降解（原子氧、分子氧，氧作为最终电子受体）（2）厌氧生物降解（含氧化合物如H2O、SO42-、NO3-）（3）兼氧生物降解（厌氧过程控制在水解和酸化阶段，利用兼性的水解产酸菌，把环境中的难降解的复杂污染物转化为简单的物质）80五、污染物在环境中的自净作用1.污染环境的自净：是指通过物理的、化学的、生物的作用，逐步消除污染物达到自然净化的过程。（1）物理净化-污染物由于稀释、扩散、凝聚、吸附、淋洗、沉降、挥发等作用使污染物质沿着物流方向降低的过程。（2）化学净化-污染物由于氧化、还原、化合、分解、交换、络合等使污染物质浓度沿物流方向降低的过程。（3）生物净化-依靠生物的氧化、降解或转化等作用将环境中的有机污染物逐渐变为无机物质的过程。81O2O2O2O2O2O2O2O2O2大复气氧河流含氮有机污染物 可沉有机物好氧菌作用产生NH4+NH3H2OCO2亚硝化菌作用NO2-硝化菌作用NO3-CO2CH4H2S有氧条件下 有机底泥 缺氧条件下，经厌氧菌作用 产生CH4CO2H2SNH3 污水图2-6 水体中含氮有机物生物化学净化示意图82 环境的自净能力是有限的！在污染物浓度不高的条件下，充分利用环境的自净能力，但决不能把“三废”处理寄托于有限的环境自净能力。83六、废水有机物污染指标 废水中有机物种类繁多，现有的分析技术难以区分和定量。但这些有机物都可被氧化，可以用氧化过程中所消耗的氧量作为有机物总量的综合指标，进行定量。1.生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand，BOD）：水温为20的条件下，由于微生物（主要是细菌）的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量。84图2-7 可生物降解有机物降解过程示意图有机物（可生物降解）异氧菌 呼吸（氧化）合成CO2、H2O、能量、NH3新细胞Ob内源呼吸Oa残存物质CO2、H2O、能量、NH3自氧菌合成新细胞OcH2O、能量、NO2-合成Od自氧菌新细胞能量、NO3-第1阶段:Oa+Ob（总C氧化需氧量）第2阶段:Oc+Od（N氧化需氧量）855101520253035(d)BODu(Sa)NODu(a)(b)图2-8两阶段生化需氧量曲线BOD（mg/L）86（1）BOD5：一般情况下以水温为20，5d的生化需氧量作为度量污染水体中的有机物浓度，以BOD5表示。该指标优点：1 1）反映了微生物氧化有机物的状况，直接从卫生学角度阐明被污染的程度。87该指标缺点：1）测定时间需5 d，仍有点长，难以及时指导生产实践；2）如果污水中难生物降解的有机物浓度较高，BOD5测定结果误差较大；3）某些工业废水不含微生物生长所需的营养物质，或者含有抑制微生物生长的有毒有害物质，就会影响测定结果。（2）BOD20：20d的生化需氧量，此时已完成了可生物降解有机物的碳氧化过程，作为总生化需氧量BODu。88Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.89结束语CONCLUSION感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边，来自于您的声音是对我们最大的鼓励和帮助，大家在填写评估表的同时，也预祝各位步步高升，真心期待着再次相会！90最后、感谢您的到来讲师：XXXX时间：202X.XX.XX91