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环境科学导论期末复习2016 06 环境科学导论 主要环境科学学科的基础课程 对环境和环境问题的内涵 环境科学的主要概念和理念 主要环境要素 水 土 气 的特征及污染机制与防治对策和环境质量评价等内容 本课程总共包括8个章节 单选25 2 简答3 10 论述1 20 第一章绪论第二章大气环境第三章水环境第四章土壤环境第五章环境噪声及其控制第六章城市生态与环境第七章农村生态与环境第八章环境质量评价 第一章绪论 本章包括三方面内容 一环境与环境问题二全球环境问题三环境科学的发展 一环境与环境问题 1环境的概念环境是指以人类为主体的外部世界 主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体 注意 环境与生态 生态环境 生态系统概念的关系 资源开发 产品生产 废弃物处理 产品使用与服务 废弃 环境 环境 环境 环境 2环境问题 1 环境问题全面理解 2 环境问题分类A原生环境问题B次生环境问题a 环境破坏b 环境污染与干扰 3 八大公害事件产生的原因及主要危害 环境问题的分类 八大公害事件 马斯河谷烟雾事件 烟尘及SO2多诺拉烟雾事件 烟尘及SO2伦敦烟雾事件 烟尘及SO2洛杉矶化学烟雾事件 光化学烟雾水俣事件 甲基汞富山事件 骨痛病 镉四日市事件 SO2 煤尘重金属粉尘米糠油事件 多氯联苯 二全球环境问题 1酸沉降了解酸干湿沉降的组成及形成机制 酸雨分布的特征及其驱动因素 酸雨控制区和二氧化硫控制区的特点 酸雨是指pH值小于5 6的酸性降水 酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质造成的 我国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形成的 多为硫酸雨 少硝酸雨 此外 各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因 2臭氧层破坏臭氧层分布特征和臭氧层破坏机制 3生物多样性生物多样性包括生态系统多样性 物种多样性和遗传多样性三个层次4全球变暖温室气体主要有CO2 CH4 O3 氯氟烃 CFCS 等 三环境科学的发展 1 寂静的春天 和 增长的极限 2斯德哥尔摩人类环境会议和里约热内卢环境与发展大会 2009年12月7 18日丹麦哥本哈根世界气候大会 2010年11月29日 12月10日墨西哥坎昆世界气候大会 2011年11月28日 12月9日南非德班会议 3我国环境保护的发展和战略4环境科学研究对象和内容研究对象是人类环境的质量结构与演变 在微观上研究污染物在环境境中的迁移转化 从宏观上研究人类同环境之间的对立统一关系 掌握人类社会活动与环境变化的发展规律 第二章大气环境 本章主要包括四个方面内容 一大气污染源与大气污染物二大气污染物的化学转化三影响大气污染物扩散的气象条件四大气污染控制技术 一大气污染源与大气污染物1大气污染源包括工业源 交通源 生活源和其他2大气污染物一次污染物和二次污染物 颗粒物 SOX NOX HC和COX等 大气中气体污染分类 二大气污染物的化学转化1硫酸烟雾酸雨pH 5 6触媒氧化和光氧化作用的机制 条件 硫酸烟雾是二氧化硫在空气中通过触媒氧化作用形成的 2光化学烟雾形成机制 光化学烟雾发生条件 夏季发生光化学烟雾的可能性比冬天大一天当中 尤其是夏天中午前后 光线最强时 出现光化学烟雾的可能性较大 此外 在晴朗 高温 低湿和有逆温而风力不大时 有利于污染物的积聚 易于产生光化学烟雾 因此 在副热带高压控制低纬地区的夏季和早秋季节 常成为光化学烟雾发生的有利时节 光化学烟雾的形成 光化学烟雾的形成 在某种程度上与交通流量随时间变化有关 与大气中NO2 CO 碳氢化合物等污染物存在分不开 汽车排放的尾气主要是碳氢化合物 NO2与O3并非是直接由污染源排放出的一次污染物 而是在大气中光化学反应的产物 3 氧化型 汽车尾气型 与还原型 煤炭型 烟雾比较 三影响大气污染物扩散的气象条件1风和湍流输移 稀释 扩散 稀释2温度层结逆温和大气稳定度的定义 温度层结和大气污染物扩散的关系 烟羽形态和发生机制 3云 雾 雨和气压4空气污染日和污染指数 高架源烟羽发生条件 大气稳定度和地面污染状况对污染物扩散的影响 四大气污染控制技术1能源措施能源结构优化 节能措施和集中供热2除尘措施 脱硫效果 机械除尘 利用重力 简单 价廉 湿式除尘 采用喷水法 能耗高 存在污水问题 袋式除尘 过滤式 效率高 维修费高 不耐高温高湿气流 和静电除尘 效率最高 投资费用高 技术要求高 旋风除尘3脱硫措施干脱硫与湿脱硫4汽车尾气催化法 第三章水环境 本章主要包括四方面内容 一水污染源 点源与非点源 二水污染物 有机污染与富营养化污染 三水体自净四水污染控制技术 一水污染源1按来源工业源 生活源 农业源和其他2按特征点源和非点源 1 点源污染点源污染是指污染物质从集中的地点 如工业废水及生活污水的排放口门 排入水体 它的特点是排污经常 其变化规律服从工业生产废水和城市生活污水的排放规律 它的量可以直接测定或者定量化 其影响可以直接评价 点源污染包括工业废水 城市生活污水等 点源污染与非点源污染 2 非点源污染非点源污染则是指污染物质来源于集水面积的地面上 或地下 如农田施用化肥和农药 灌排后常含有农药和化肥的成分 城市 矿山在雨季 雨水冲刷地面污物形成的地面径流等 非点源污染的排放是以扩散方式进行的 时断时续 并与气象因素有联系 非点源污染包括农田退水 农村养殖污水 城市雨水形成的地表径流等 二水污染物1有机污染物COD 在一定严格条件 用化学氧化剂 氧化水中有机污染物时所需的氧量 BOD 在有氧的情况下 由于微生物的活动 可降解有机物稳定化所需的氧量 BOD5 在20 温度下培养5天检查溶解氧的损失 分析值最小 TOC 水体中所有有机污染物的含碳量 TOD 在高温下燃烧化合物所耗去的氧量 2富营养化污染污染来源 污染机制和特征 污染危害 污染控制策略和湖泊成层作用成层作用在富营养湖中 由于来自农业径流 城市污水的营养物质和有机质流入湖中 造成藻类异常繁茂的生长 当藻类死亡后 会沉入贫光层 贫光层得不到光照而不能发生光合作用 这样就完全断绝了氧的来源 贫光层中可能存在的溶解氧 若在有机质分解过程中消耗殆尽 很快会形成厌气条件 厌气分解的结果是产生有毒的恶臭的代谢产物 由于缺氧致使需要贫光层冷水条件的鱼种无法生存 而在春秋两季 由于湖水的对流作用 使湖水可以均匀混合 使溶解氧可以从富光层扩散到贫光层 在冬季 即使出现成层现象 对溶解氧的影响也不大 只有当湖水结冰 断绝了由曝气和光合作用所提供的氧 才可能发生冬季死鱼的问题 3其他污染物酚 重金属 氰化物 油类 病原体和热污染水体富营养化的指标有 总磷 总氮 湖水透明度其中 通常把磷作为控制湖泊富营养化污染的污染物 三水体自净进入水体的污染物 通过物理 化学和生物等方面的作用 使污染物的浓度逐渐降低 经过一段时间后 水体将恢复到受污染之前的状态 这一现象就称为水体的自净作用 狭义的自净是指水体的微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用 1影响水体自净的要素影响水体自净能力的因素有 河流 湖泊 海洋的地形和水文条件 水中微生物的种类和数量 水温和复氧状况 污染物的性质和浓度等 2自净的类型物理净化 化学与物理化学净化 生物化学净化 去除有机物 如何理解氧垂曲线 图中a为有机物分解的耗氧曲线 b为水体复氧曲线 c为氧垂曲线 最低点Cp为最大缺氧点 若Cp点的溶解氧量大于有关规定的量 从溶解氧的角度看 说明污水的排放未超过水体的自净能力 若排入有机污染物过多 超过水体的自净能力 则Cp点低于规定的最低溶解氧含量 甚至在排放点下的某一段会出现无氧状态 此时氧垂曲线中断 说明水体已经污染 在无氧情况下 水中有机物因厌氧微生物作用进行厌氧分解 产生硫化氢 甲烷等 水质变坏 腐化发臭 氧垂曲线上 DO 变化规律反映河段对有机污染的自净过程 有机物进行生物净化的过程中 复氧与耗氧同时进行 水中溶解氧含量即为耗氧与复氧两过程相互作用的结果 氧垂曲线反映了DO的变化 在未污染前 河水中的氧一般是饱和的 污染之后 先是河水的耗氧速率大于复氧速率 溶解氧不断下降 随着有机物的减少 耗氧速率逐渐下降 而随着氧饱和不足量的增大 复氧速率逐渐上升 当两个速率相等时 溶解氧到达最低值 随后 复氧速率大于耗氧速率 溶解氧不断回升 最后又出现饱和状态 污染河段完成自净过程 四水污染控制技术1节水措施 工业 生活和农业 2污水的处理一级 二级 生化处理 和深度处理3污水排口设置4尾水的回用 补充 太湖 巢湖 滇池水污染原因分析 太湖太湖 湖泊表现为富营养化 河网水体污染严重 水污染造成的经济损失逐年增大 湖泊面积萎缩 自净能力和蓄洪抗灾能力衰减 生物多样性减弱污染原因 1 工业化 城市化和现代化发展 流域用水量和废污水排放量相应增加 但污废水治理能力严重不足 2 城市化进程加快 土地利用方式与农业生产方式变化 对水环境产生深远影响 3 水污染治理进展缓慢 4 现行水质 水资源的管理体制不合理 巢湖 巢湖 大量工业废水 生活污水的排放 农田大量农药 化肥的施用 水土流失严重巢湖污染的原因 1 大量工业废水未经处理直接排入巢湖 2 大部分生活污水都是未经处理直接排入巢湖 3 沿湖农田大量施用化肥 农药 经地面径流带入巢湖 形成面源污染 4 水土流失 湖岸崩塌带入大量泥沙 每年约沉积100余吨 增加了入湖氮 磷 由于泥沙淤积 湖容积逐渐减小 5 巢湖水封闭性大 湖水更新循环较慢 导致大量营养性污染物滞留湖内 生态环境失调 加速了其富营养化进程 滇池 滇池 生态用水被挤占并严重短缺 进入湖体污水量增加和污染负荷的加重 滇池已经全湖富营养化 污染严重 存在问题 1 流域经济快速增长 生产 生活污染排放超过环境容量 水环境压力不断加大 2 环境基础设施建设滞后 城市排水管网不完善 入湖河流成为纳污河道 3 缺乏雨季行洪污水治理技术和措施 4 蓝藻水华持续爆发 严重影响滇池水环境功能 5 湖泊自净能力所剩无几 外海南北水质和水生态差异非常显著 第四章土壤环境 本章主要包括四方面内容 一土壤特征和环境条件二土壤污染与土壤自净三土壤污染的防治四固体废物污染防治 一土壤特征与环境条件1土壤环境的特征2土壤酸碱度对重金属迁移转化的影响3土壤氧化还原条件对重金属迁移转化的影响4土壤胶体与离子交换作用 土壤中重金属的沉淀和溶解 重金属的沉淀和溶解作用是土壤中重金属迁移的重要形式 可以根据溶度积的一般原理 结合环境条件 如pH Eh等 了解其变化规律 pH值更是影响土壤中重金属迁移转化的重要因素 例如 土壤中重金属铜 铅 镉等重金属的氢氧化物沉淀直接受pH所控制 土壤氧化还原条件对重金属迁移转化的影响 在土壤溶液中存在着许多氧化还原系统 通常条件下土壤中的氧化还原电位决定于土壤的通气状况 只有在通气不良 缺氧的情况下才决定于各种氧化还原系统 氧化还原电位变化 将使土壤溶液中水溶性重金属形态发生变化 例如水溶性镉随土壤的氧化还原电位的增大和pH值的减少而增大 由于在低氧化还原条件下镉形成难溶的CdS 而在较高的氧化还原电位时 可以形成硫酸镉 使镉对植物的有效性增大 通常 金属的氧化态越高 可溶性越小 土壤胶体与离子交换作用 土壤胶体性质 1 胶体的表面性质 胶体有极大的比表面 胶体具有巨大的表面能 土壤交替带有电荷 土壤胶体的动电性质 2 土壤胶体的离子吸附 3 土壤胶体的凝聚和消散 二土壤污染与自净1土壤污染的特征2土壤污染源与污染物污染源包括工业 农业 生活和大气沉降污染物包括重金属 有机物 农药化肥与病原体3土壤自净土壤自净的4个途径和6个要素 土壤净化的定义 土壤净化是指进入土壤的物质 通过稀释和扩散可以降低其浓度 或者被转化为不溶性化合物而沉淀 或者被胶体较牢固地吸附 从而暂时脱离生物小循环及食物链 或者通过生物和化学的降解作用转化为无毒或毒性小的物质 甚至成为营养物质 或经挥发和淋溶从土体中迁移至大气和水体 所有这些现象都可以理解为土壤的净化过程 但土壤的净化主要是指生物和化学的降解作用 土壤净化的要素 土壤的净化功能主要由下列要素构成 绿色植物根系的吸收 转化 降解和生物合成作用 土壤中细菌 真菌和放线菌等微生物区系的降解 转化和生物固定作用 土壤的有机 无机胶体及复合胶体的吸收 络合和沉淀作用 土壤的离子交换作用 土壤和植物的机械阻留作用 土壤气体的扩散作用等 重金属元素在土壤环境中的迁移转化 1 重金属污染的主要特征 重金属的毒性效应有时由微量金属所致 可以通过与机体结合发挥毒性作用 不能被微生物分解 可以通过食物链富集 与金属的价态有关 其中 Cd的污染效应受土壤氧化还原状态影响最显著 2 重金属污染的防治途径 通过化学和生物化学方法减小其毒性 脱离食物链 从环境中提取 源头控制以上所谈到的均属于化学污染 此外还存在土壤环境质量的物理退化 如土壤侵蚀等 三土壤污染的防治1控制和消除土壤污染源2提高土壤自净能力3防治土壤的技术措施植物吸收 氧化还原条件和酸碱条件的改变 耕作制度完善和客土深翻 四固体废物污染防治1固体废物的分类 工业 生活和危废 2固体废物污染的特征3固体废物的防治与综合利用3R reduce reuse recycle 处理处置综合利用 危险废物的安全处置 1 固体废物处理 固体废物处理是通过物理的手段 如粉碎 压缩 干燥 蒸发 焚烧等 或生物化学作用 如氧化 消化分解 吸收等 用以缩小其体积 加速其自然净化的过程 固体废物处置方法包括海洋处置和陆地处置两大类 对废物的最终处置是通常是指土地填埋 2 危险废物 根据 国家危险废物名录 的定义危险废物为 具有下列情形之一的固体废物和液态废物 列入本名录 一 具有腐蚀性 C 毒性 T 易燃性 I 反应性 R 或者感染性 In 等一种或者几种危险特性的 二 不排除具有危险特性 可能对环境或者人体健康造成有害影响 需要按照危险废物进行管理的对危险废物的最终安全处置通常是指填埋 常见误导项 粉煤灰不属于危险废物 3 固体废弃物污染防治的主要途径及其优缺点 1 填埋 简单 易操作 缺点 占地 污染地下水及土壤2 焚烧 节约土地 并可以资源化 缺点 焚烧气体的控制难度大3 堆肥 有效果 但较难推广4 资源化 逐步可实现的目标 缺点 资源化的过程不应成为二次污染 第五章环境噪声及其控制 本章主要包括三方面内容 一噪声的度量二噪声污染来源与特征三噪声污染的防治 一噪声的度量1客观度量频率 波长与传播速度 声压与声压级 分贝 声强与声强级 声功率与声功率级 分贝 噪声度量单位分贝无量纲 2主管度量响度与响度级等响曲线 描述等响条件下声压级与频率的关系曲线响度的单位是宋 响度级的单位是方3实用度量计权声级 A声级 等效连续声级 噪声污染级 昼夜等效声级 计权声级 A声级 连续稳态噪声的一中较好的评价方法是反映起伏噪声影响的噪声度量单位等效连续声级起伏的不连续的噪声 交通噪声 提出了一个用噪声能量按时间平均的方法来评价噪声对人影响噪声污染级在评价交通运输业等非稳态噪声时 为较好地反映实际污染程度 常在等效连续声级的基础上加上一项表征噪声变化幅度的量昼夜等效声级考虑到噪声在夜间对人的影响比白天严重 而对夜间噪声进行增加10dB加权处理后的等效连续A声级 二噪声污染的来源与特征1来源工业 交通 生活和施工2特征物理性污染 不具备累积和后续作用 三噪声污染的控制1噪声污染控制途径控源 传播途径控制和个人防护2降低噪声的技术措施吸声 隔声 消声3规划的关注 吸声法降低噪声对那些既无装饰 又无大面积开启的穿户的办公室或车间 适宜采用 隔声法降低噪声主要运用于交通噪声的防护消声器降低噪声声源处 强烈噪声 降低噪声个人防护用具 降低噪声的技术措施 第六章城市生态与环境 本章主要包括两方面内容 一城市生态系统的特征二城市环境特征和城市环境问题 一城市生态系统特征与功能1城市生态系统结构生产者 消费者和倒三角形2生态功能与功能流生产功能 生活功能与还原功能 物质流 能量流 信息流 人口流和货币流 3 城市生态系统的特征人工化 非自律 复杂和脆弱4 城市生态系统的功能能量流动功能物质循环功能生产功能 二城市环境特征和城市环境问题1城市环境特征高度的人工性和复杂性2城市环境问题城市热岛效应和城市风 城市水污染和地下水问题 城市湿度和温度效应3城市生态环境建设对策规模 布局 基础设施建设和环境管理 专题 中国的能源发展问题 近些年来 随着中国经济的持续发展 中国对能源 尤其是对石油的需求不断增加 中国已成为世界第二大石油消费国 然而 中国石油资源和石油产相对不足 石油供需缺口逐渐扩大 能源安全问题日显突出 能源对经济和社会发展的制约作用正在不断地加剧 在此情况下探讨中国的能源安全战略有着十分重要的现实意义 我国目前主要的能源问题 1 能源资源品种丰富 人均占有量较少 中国有多种能源资源 其中水能和煤炭较为丰富 蕴藏量分别居世界第1和第3位 而优质化石能源相对不足 石油和天然气资源的探明剩余可采储量目前仅列世界第13和第17位 由于人口众多 各种能源资源的人均占有量都低于世界平均水平 2 能源建设不断加强 能源效率仍然较低 中国能源利用效率相对较低 能源生产和使用仍然粗放 3 能源生产迅速增长 生态环境压力明显 在需求快速增长的驱动下 中国能源生产增长很快 煤炭增长尤为迅速 与此同时 煤炭大量生产和使用中存在一系列问题 如资源回采率低 浪费严重 安全事故多发 死亡率高 对地表生态和地下水系破坏大 此外 SO2 烟尘 粉尘 NO 以及CO2排放量也有所攀升 给生态环境治理带来了难度 4 能源消费以煤为主 能源结构需要优化 中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国 在一次能源消费构成中 煤炭的份额比世界平均值高出一截 目前 清洁能源 可再生能源开发利用还不充分 风能 太阳能 生物质能发展尚处于起步阶段 调整和改善能源结构的任务十分艰巨 5 能源需求继续增加 可持续发展面临挑战 随着中国经济持续快速发展 工业化 城镇化进程加快 居民消费结构升级换代 能源需求不断增长 今后一段时期 能源消费弹性系数难以大幅降低 同时 油气需求的增长将快于煤炭需求的增长 而国内资源受到自然条件限制难以较快增加 能源尤其是油气供求矛盾将进一步显现 因此 只有从现在起就加大节能力度 加快产业结构调整步伐 合理引导消费行为 才有可能在未来逐步实现能源需求增长率的降低 实现化石能源需求的低增长直至零增长 调整政策及措施 1 调整产业结构 促进节能和能源利用效率水平的提高 2 加强节能技术开发和推广应用 3 加强能源管理 推动节能 4 千家重点耗能企业的节能行动 5 通过改革 为推进节能创造市场条件 6 加强促进节能的法律建设 为推动节能提供法律支持 7 提高全民节能意识 通过全民参与 推动节能 8 积极发展各种可再生能源 第七章农村生态与环境 本章主要包括三方面内容 一农业与农村生态系统二农村与农业生态环境问题三生态农业与无公害农业 一农村和农业生态系统1农业生态系统的类型农田生态系统 森林生态系统 草原生态系统 水生生态系统 荒漠生态系统 集镇生态系统和村落生态系统 2农村和农业生态环境的特点半人工半自然3农村和农业生态系统的组成农业生态系统 农业生物 农业环境 人为调控系统 二农村和农业环境问题1农业生态破坏问题森林和草场退化 水土流失 土地退化和自然灾害2农村生产与生活环境问题村落生活污染 水 气 固体废物和土壤 乡镇企业的工业污染3农业污染化肥和农业对水土的污染 三生态农业和无公害农业1农业发展阶段原始农业 传统农业和现代 石油 农业2生态农业建设技术 类似循环型农业 生态工程技术 能源工程技术 自然环境治理技术 综合防治技术和区域综合防治技术基本原理 生物与环境协同进化 3无公害农业绿色食品和有机食品 等级最高 我国国家环保局于1996年宣布实行环境标志制度 专题 可持续发展 可持续发展的定义 原则是什么 举例说明我国环境保护工作和实施可持续发展战略的理解和建议 第八章环境质量评价 本章主要包括三方面内容 一环境回顾评价二环境现状评价三环境影响评价 一环境回顾评价回顾性环境影响评价是继对有关开发建设的政策计划规划以及具体建设项目的环境影响评价之后 为检验实际环境影响和减缓措施的有效性 监督潜在的有损环境活动和行为而进行的 包括环境监测审计和改进措施在内的环境研究和管理过程 二环境现状评价1API 空气污染指数 计算2EI 生态环境状况指数 的组成结构与意义 生物环境状况指数 生态环境指数 EcologicalEnvironmentIndex 是指反映被评价区域生态环境质量状况的一系列指数的综合 生态环境状况指数 EcologicalIndex EI EI 0 25 生物丰度指数 0 2 植被覆盖指数 0 2 水网密度指数 0 2 土地退化指数 0 15 环境质量指数 三环境影响评价1建设项目环境影响评价2非污染生态环境影响评价3区域开发环境影响评价4规划环境影响评价 环境影响评价 EIA 在国外六十年代中期已开始出现 被称为是 认识 预测 评价 解释和传达一种行动的环境后果 蒙恩 1975 我国已把EIA作为一项法律制度确定下来 但当前我国EIA主要是针对建设项目进行 项目EIA被定义为 对建设项目的环境变化 包括自然环境和社会环境的影响变化所进行的预测和评价 以及提出减缓环境变化的措施 EIA在本质上 或在很大程度上 是对发展项目环境影响的一种反应性评估 往往只能针对项目的污染状况提出一些控制和治理污染的措施 因此 在项目环境影响评价阶段 许多决策已经在更早的规划阶段确定 环评对项目所提供的可选方案和治理污染措施的选择是较为有限的 战略环境评价 StrategicEnvironmentalAssessment SEA 是对政府部门的战略性决策行为及其可供选择方案的环境影响和效应进行系统的和综合性评价的过程 它为政府政策 规划 计划的制定和实施提供环境影响评价上的技术支持 战略环境评价 SEA 是指对政策 policy 计划 plan 规划 program 简称3P 及其替代方案的环境影响进行规范 系统和综合的评价过程 ThankYou