《环境学概论》教案

《环境学概论》教案

Teaching Plan for Introduction to Environment Science 学时：48 学分：3 适用专业：环境科学

地理科学 地理信息系统

资源环境与城乡规划管理

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第一章 绪 论

教学目标：认识和掌握环境的科学涵义，掌握环境的组成及其分类。了解环境问题的产生和发展过程，掌握环境问题的分类，认识和理解环境问题的实质。理解环境科学的研究对象和任务,了解环境科学的产生和发展，理解环境科学的学科体系。

重点和难点：重点是环境科学中环境的含义，环境问题的分类，环境问题的产生，环境问题的实质，环境科学的研究对象和任务。难点是环境的概念和环境问题的实质。 教学时数：4学时

教学方法：课堂讲授为主辅助多媒体教学 教学内容：（下划线部分表示讲课提纲)

第一节 环境及其组成

一、环境(environment)的概念

环境一词最早见于《元史· 余阙传》“环境筑堡寨，选精甲外捍，而耕稼于中。” 环：围绕；境：疆土。

从哲学的角度来定义：相对于主体的客体。

环境科学研究的环境，是指以人为中心的，影响人类生存和发展的各种自然因素和社会因素的总和。

《中华人民共和国环境保护法》中的定义：“环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。”

二、环境的分类 1 按环境的组成分类 （1）自然环境

包括物质、能量和自然现象 （2）社会环境

人工的创造物；人与人的关系 2 按环境的空间结构分类

居室环境；聚落环境；区域环境；全球环境；宇宙环境 三、环境的基本特性 1 整体性和区域性 2 变动性和稳定性 3 资源性和价值性 四、人类与环境的关系

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环境人类社会废弃物环境 第二节 环境问题

一、环境问题的概念

环境问题是指因自然原因或人类活动而引起的环境资源破坏和环境质量变化，以及由此给人类的生存和发展带来不利影响的现象。

二、环境问题的分类 按成因分为：

（1）第一类环境问题（原生环境问题）

（2）第二类环境问题（次生环境问题；人为环境问题） 包括环境污染和生态破坏两个方面。

思考：第一类环境问题与第二类环境问题的区别和联系。 三、环境问题的由来和发展

1 远古时代（环境问题的萌芽阶段）

人与环境的关系：自然为主，人类为奴隶；人类被动的适应和利用环境，主要依赖自然而生活；对环境的影响较小

第一个环境问题 解决方法：人类迁徙

影响：自然界的自发调节作用 2 农业文明时代

农业和畜牧业的出现和发展，铁器的使用，人类改造自然的作用越来越明显 自然与人“平起平坐”相互抗衡

由于农业砍伐围垦造成水土流失、荒漠化，对自然有较大伤害，但限于局部区域 解决方法：人类被动地接受环境惩罚或逃避环境灾难

影响：局部的，区域性的，但造成的环境问题一直延续到今天 以古巴比伦文明为例；以我国的黄河流域为例 恩格斯给予人类以告诫：“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎预料的影响，常常把第一个结果又取消了。”

3 近代工业文明时代

机械化，对自然进行掠夺式开发 城市化、产业化进程加快 人把自然当奴隶

环境问题日趋严重，重大公害事件屡屡发生，形成了环境问题高潮 八大公害事件

马斯河谷烟雾事件（1930年，比利时） 多诺拉烟雾事件（1948年，美国）

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伦敦烟雾事件（1952年，英国）

洛杉矶光化学烟雾事件（1943年，美国） 水俣事件（1953年，日本）

富山事件（骨痛病） （1931年，日本） 四日事件（1970年，日本） 米糠油事件（1968年，日本）

思考：公害事件发生的地点、类型、污染源和污染物及其对人体的影响。 演示有关图片，解答思考的问题。 4 知识经济时代（后工业时代） 科学技术得到了前所未有的发展 人视自然为朋友

环境问题依然十分严峻，对人类的生存和发展仍然构成了极大的威胁 从1972年至1992年间环境污染的十大事件 (1) 北美死湖事件 (2) 卡迪兹号油轮事件 (3) 墨西哥湾井喷事件

(4) 巴西库巴唐“死亡谷”事件 (5) 西德森林枯死病事件 (6) 印度博帕尔公害事件 (7) 切尔诺贝利核漏事件 (8) 莱茵河污染事件

(9) 雅典“紧急状态事件” (10)海湾战争油污染事件

1998年7月，联合国环境规划署的负责人克劳斯·特普费尔概括了威胁人类发展的十大环境资源问题

(1) 气候变化和能源浪费 (2) 淡水资源受到威胁 (3) 空气污染 (4) 土壤遭到破坏 (5) 森林面积减少 (6) 生物多样性的减少 (7) 化学污染 (8) 混乱的都市化

(9) 海洋的过渡开发和沿海地带被污染 (10)极地臭氧层空洞

演示环境污染和生态破坏的图片 环境公平与效率

污染转移：发达国家——发展中国家；城市——农村 污染迁徙的中国路径：向西向欠发达地区向农村 以电子垃圾和有害固体废物的污染转移为例 新技术、新材料的环境效应 冰箱制冷剂氟利昂 不粘锅涂层 转基因技术

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纳米技术 ??

第三节 环境科学的研究对象和研究任务

一、环境科学的研究对象 研究对象：人类－环境系统

环境科学是研究“人类－环境”系统的发生和发展、调节和控制以及改造和利用的科学。

目的

二、环境科学的研究任务

1 探索全球范围内环境演化的规律 2 揭示人类活动同自然环境之间的关系 3 探索环境变化对人类生存的影响

4 研究区域环境污染和生态破坏综合防治的技术措施和管理措施 思考：如何理解环境科学的研究任务。

第四节 环境科学的发生和发展

一、环境科学的产生和发展

1 人类关于环境必须加以保护的认识可以追溯到人类社会早期

《逸周书·大聚篇》记载：“禹之禁，春三月山林不登斧，以成草木之长；入夏三月川泽不网罟，以成鱼鳖之长”。

孔子倡导“天命论”，主张“尊天命”、“畏天命” 荀子主张“制天命而用之”，认为“人定胜天” 2 环境科学作为一门科学，产生于20世纪50～60年代

背景：全球性的环境污染和破坏，引起了人类思想的极大震动和反省 解决环境问题，两方面的需求：（1）公害产生的原因和机理；（2）治理污染 基础学科参与到环境问题的研究，产生了：环境地学、环境化学、环境生物学、环境物理学、环境医学、环境工程学等新的边缘性分支学科。

思考：在该时期，人们对于环境问题的认识。——技术问题

1972年6月5日至16日，联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议，并通过了《人类环境宣言》等文件。

这次会议成为环境保护工作的转折点，人们改变了对环境问题的认识，表现在：（1）加深了人们对环境问题的认识，扩大了环境问题的范围，即环境问题不仅仅是环境污染问题，还应该包括生态破坏；（2）冲破就环境论环境的狭隘观点，把环境与人口、资源和发展联系在一起，从整体上来认识和解决环境问题；（3）从治理的手段来看，对环境污染问题，开始实行建设项目的环境影响评价制度和污染物排放总量控制制度，从单项治理发展到综合防治。

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1972年，第27届联合国大会接受并通过了联合国人类环境会议的建议，并将6月5日定为世界环境日。

1973年，成立了联合国环境规划署，负责处理联合国环境方面的日常事务。 1992年6月，在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会，并通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》，提出了“可持续发展战略”。

背景：科学技术飞速发展，回顾20多年走过的环境保护历程，进一步加深了对环境问题本质的认识

环境问题的本质——社会经济问题

环境问题的解决还需要认识和调节人类活动和社会关系，于是涉及到许多社会科学的知识领域，由此产生了环境经济学、环境管理学、环境法学、环境规划学等边缘分支学科。

什么是环境科学

社会科学环境科学技术科学自然科学（1）为解决环境问题而诞生的一门新兴科学 （2）多学科到跨学科的庞大科学体系组成的新兴学科 （3）介于自然科学、社会科学和技术科学之间的边缘学科 （4）现代科学技术向深度、广度进军的标志，是人类认识自然、改造自然进一步深化的表现

二、环境科学的学科体系 1 教材上的划分 （1）理论环境学 （2）综合环境学

全球环境学；区域环境学；聚落环境学 （3）部门环境学

自然环境学；社会环境学；工程环境学 2 其它划分 （1）环境学 （2）基础环境学 （3）应用环境学

该分类参见：《环境学导论》，何强 主编，北京：清华大学出版社，1997。 对本章进行复习

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第二章 大气环境

教学目标：掌握大气中的主要污染物和大气污染类型；熟悉并掌握主要大气污染物SO2、NO2在大气环境中的迁移转化，掌握光化学烟雾的概念、特征及其形成过程。熟悉并掌握影响大气污染物扩散的主要因素；了解高斯模型；熟悉主要的大气污染物的控制技术，掌握大气污染综合防治的对策和措施；熟悉大气环境标准的类型；了解《空气环境质量标准》。 重点和难点：重点是大气污染物及大气污染类型，大气污染物SO2、NO2在大气环境中的迁移转化，光化学烟雾的形成，影响大气污染物扩散的主要因素，高斯模式，主要的大气污染物的控制技术，大气污染综合防治的对策和措施，大气环境标准。难点是大气污染类型，光化学烟雾，不同温度层结下的烟型，高斯模式。 教学时数：12学时

教学方法：课堂讲授为主辅助多媒体教学 教学内容：（下划线部分表示讲课提纲)

*研究环境污染问题的主线索：

溯源 污染源

污染物 污染物在环境中的迁移、转化、扩散规律 第一节 大气的结构和组成

控制和管理措施及对策 一、大气的结构 1 对流层

(1)大气边界层(atmospheric boundary layer, ABL) (2)自由大气层 2 平流层 3 中间层 4 暖层 5 散逸层

二、大气的组成 1 恒定组分 2 可变组分 3 不定组分

第二节 大气污染和污染物

一、大气污染的发生

1.定义：是指大气中某些物质的含量远远超过了大气自净能力，以至对人体、生态、材料造成危害的现象。

重点解释：物质；大气自净能力；材料；危害

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2.大气污染的发生 输入>输出

由人类活动造成的

大气污染已成为全球性的环境问题 人类活动污染大气的表现有两方面： (1)增加了某些物质的含量（CO2、尘埃）

(2)增加了物质的种类（不定组分：放射性气体，氟里昂、NO） 二、大气污染的来源 1.定义： 2.分类：

按照不同的方法有不同的分类 (1)按照污染物质的来源

分为天然污染源和人为污染源

火山喷发 森林火灾

天然污染源

自然尘 森林植物释放 海浪飞沫

人为污染源

燃料燃烧

工业生产过程排放 交通运输过程排放 农业活动排放

(2)按污染源性状特点 固定式和移动式

(3)按污染源的空间分布方式 点源，线源，面源

(4)按污染源排放时间 (5)按污染源排放点高度

三、大气污染物及大气污染类型 1.大气污染物及其分类 (1)定义

指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那些物质。 (2)分类

按存在的物理状态：气态污染物和固态污染物

按形成过程：一次污染物和二次污染物（重点内容） 一次污染物(primary pollutant) 指直接从污染源排放的污染物质。 二次污染物(secondary pollutant)

由一次污染物在大气中互相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，其毒性比一次污染物还强。

主要气态污染物的来源及所产生的一次，二次污染物 污染物 主要来源 一次污染物 二次污染物 硫化物 煤、石油的燃烧 SO2, H2S SO3, H2SO4, MSO4气溶胶 7

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碳氧化物 汽车尾气 CO, CO2 NO, NH3 无 NO2, HNO3, MNO3气溶胶，O3 含氮化合物 汽车尾气 碳氢化合物 汽车尾气及石油 CMHN（形成光化醛、酮、过氧乙酰硝酸酯 化工工业 学烟雾前体物） 卤素化合物 有机合成工业，化工HF, HCL 无 厂，塑料厂 2.主要的大气污染物 (1) 气溶胶(aerosol)状态污染物 粒径0.002微米－100微米

总悬浮颗粒物（total suspended particles;TSP） 飘尘(floating dust) 降尘(falling dust)

可吸入粒子(inhalable particle; IP) (2)硫氧化物 主要指SO2和SO3 危害，表现在：

参与了硫酸烟雾和酸雨的形成 腐蚀性，损害植物的叶片 刺激人的呼吸系统 促癌作用 来源

燃料的燃烧过程：S＋O2= SO2

硫化物矿石的焙烧、冶炼过程：4FeS2＋11 O2=2Fe2O3＋8SO2 (3)氮氧化物 NO和NO2 来源

燃料燃烧过程 生产过程 生物源 危害 形成酸雨

NO2具有腐蚀性和生理刺激作用 形成光化学烟雾的主要物质之一 (4)碳氧化物

CO的危害及其来源 CO2的危害及其来源 (5)碳氢化合物 CH4

温室气体；来源

NMHC(non-methane hydrocarbon) 形成光化学烟雾的前体物 来源

(6)含卤素化合物 卤代烃

其它含氯化合物

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氟化物

3.大气污染类型

(1)根据污染物的性质

还原型和氧化型大气污染的比较

(2)根据燃料性质和大气污染物的组成

第三节 大气环境中污染物的化学转化

大气污染物“化学转化” 概念

从条件、反应物和反应结果三方面理解 包括光化学过程和热化学过程 均相反应和非均相反应 一、大气光化学特性 1.光辐射特点 ???hv?hC 光的波长越小，能量越高

只有到达对流层的光才能参与对流层的光化学反应（≥380nm） 2.光化学特性 具备一定波长的光

污染物本身的性质——吸光物质 3.光化学反应

原子、分子、自由基或离子吸收光子而发生的反应，称为光化学反应。 补充：自由基

自由基在其电子壳层的外层有一个不成对的电子，因而具有很高的活性，具有强氧化作用。 大气中存在的重要自由基有OH、HO2、R、RO和RO2等。 自由基的来源 4. 光化学过程 初级过程 次级过程

二、硫氧化物在大气中的化学转化 （一）二氧化硫的氧化作用 1 光化学氧化 (1)直接光氧化 (2)间接光氧化 2 催化氧化 (1)反应过程 (2)影响因素

催化剂；溶液的酸碱度；大气湿度； （二）硫酸气溶胶的形成过程 1 物理过程 2 化学过程

三、氮氧化物在大气中的化学转化 （一）二氧化氮的光化学反应

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NO2?hv?NO?OO?O2?M?O3?MO3?NO?NO2?O2 在大气中无其它反应干预下,O3的浓度取决于[NO2]/[NO].低层 大气压中O3增加的前提是NO向NO2的转化. （二）二氧化氮的化学反应 NO2与OH的反应 NO2与O3的反应

四、大气污染“光化学烟雾”的形成 （一）光化学烟雾的特征 1 特征

烟雾呈蓝色，具有强氧化性，刺激人们眼睛，伤害植物叶子，能使橡胶开裂，并使大气能见度降低。 2 概念

指含有氮氧化物和烃类的大气,在阳光中紫外线的照射下发生反应所产生的产物及反应物的混合物被称为光化学烟雾 （二）光化学烟雾的形成 1 光化学反应的过程 (1) NO转化为NO2

(2) 碳氢化合物（HC）氧化消耗 (3) 二次污染物的生成

简化机制：引发反应；基传递过程；终止反应 2 光化学烟雾的形成条件 (1)地理条件

纬度、季节、气象条件有关

副热带高压控制地区的夏季和早秋季节 (2) 污染源条件

石油为动力燃料的工厂、汽车排气等污染源

第四节 大气中污染物的扩散

讨论影响大气污染的因素

气象条件

影响因素

动力因子:风和湍流

热力因子:大气温度层结和大气稳定度 天气形势：降水、雾

下垫面条件(地理因素)：地形和地物、山谷风、海陆风和城市热岛环流 其它因素：污染物的性质和成分、污染源的几何形状和排放方式

一、大气边界层的温度场 1 两个基本概念

（1）气温的垂直递减率(vertical temperature lapse rate) 表达式和含义

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（2）干绝热递减率(dry adiabatic lapse rate) 表达式和含义

dTidz ?0.98K/100m

?d??2 温度层结(temperature stratification) （1）正常分布层结 （2）中性层结 （3）等温层结 （4）逆温 思考两个问题：

（1）温度层结会不会影响污染物的扩散？ （2）如何影响？

举例说明温度层结对污染物影响的扩散 三种情况

10℃1000m高度Z(m)2134气温t（℃）15℃1000m10℃5℃1000m10℃10℃20℃20℃20℃20℃20℃20℃

减速运动 加速运动 等速运动或静止 3 大气稳定度(atmospheric stability) （1）稳定 （2）不稳定 （3）中性

思考：如何判断大气的稳定度？ 气块法

a?g(???i)浮力FTi，Pi，ρi?ia?g(Ti?T)T气团T，P，ρ重力GTi?Ti0??d??zT?T0????za?g????d??zT 理想气体状态方程：PV＝nRT

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（1）当γ－γd>0，则a>0，气块加速运动，大气不稳定； （2）当γ－γd<0，则a<0，气块减速运动，大气稳定； （3）当γ－γd=0，a=0，大气为中性。 读图判断大气稳定度

ZγγdZzγγdZzγdγz???dT???dT???dT

大气不稳定 中性 不稳定

思考：大气稳定度一般的日变化规律？ 4 逆温(inversion layer)

（1）概念：气温随高度增加而增加的现象 （2）特点 大气是稳定的 不利于污染物的扩散 （3）逆温的生成 辐射逆温 生成过程

高度Z(m)??0

下沉逆温 生成过程

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ChADBLD'B'h'C'A'AB：下降L+hCD：下降L+H

平流逆温 湍流逆温 锋面逆温

5 不同温度层结下的烟型 （1）扇型（亦称为平展型）

Zγdγγ<0T性状：烟流垂直方向扩散很小，俯视烟流呈扇形展开，故又称扇型。 大气状况：大气处于稳定状态，γ<0，γ<γd。 发生情况：多发生在夜里。

地面污染情况：污染情况随烟囱高度不同而异，当烟囱很高时，近处地面上不会造成污染，在远方造成污染；烟囱很低时，会造成近处地面上严重污染。 （2）圆锥型

ZγdγT性状：烟流呈圆锥形。

大气状况：γ>0，γ＝γd，发生在中性条件或弱稳定条件下。 发生情况：多出现于阴天或多云风力又比较大的天气

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地面污染情况：污染物垂直扩散速度比波浪型低，但污染物输送距离比较远。 （3）波浪型（亦称为链条形）

ZγγdT性状：烟流呈翻卷状，故又称翻卷型、链条型。 大气状况：γ>0，γ>γd。

发生情况：多发生在晴朗的白天，中午前后明显。

地面污染情况：污染物扩散良好，地面最大落地浓度地点距烟囱较近，浓度较高，所以对附近居民一般伤害较大，但一般不会造成烟雾污染事件。 （4）熏烟型（亦称为漫烟型）

ZγdγT性状： 烟羽上侧边缘清晰，下部有强烈的湍流扩散。 大气状况：烟流下部γ>γd，上部γ<0。

发生情况：日出后逆温从地面上逐渐消失，当不稳定大气扩展到烟流的下边缘时，烟流便发生了向下的强烈扩散，而上边缘仍处于逆温层中，漫烟型便发生了。烟流多发生在上午8:00－10:00，持续时间很短。 地面污染情况：污染严重。 （5）屋脊形（亦称为城堡型）

ZγγdT性状：烟流的下部处于大气稳定状态，烟流上部处于大气不稳定状态。

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大气状况：烟流上部γ>γd，下部γ<0。

发生情况：一般在日落后出现。但持续时间较短。 地面污染情况：对近处地面污染较小。 （6）受限型

ZγγdT性状：

大气状况：发生在烟囱出口上方和下方的一定距离内大气不稳定区域，在这范围以上和以下的大气为稳定的。

发生情况：多出现在易于形成上部逆温的地区的日落前后。

地面污染情况：因污染物只在空间的一定范围内扩散，而不到达地面，所以地面几乎不受到污染；但当贴地逆温破坏时，便发生熏烟型污染，地面浓度会很大。 二、大气的水平运动和湍流 1 大气的水平运动 （1）风

（2）风速廓线：平均风速随高度变化的曲线。 风速廓线模式

对数律模式和指数律模式 表达式及其应用条件 2 大气的湍流运动 （1）湍流(Turbulence) （2）大气湍流

比较有无湍流时的污染物的扩散

无湍流情况下的烟团扩散 湍流情况下的烟团扩散 （3）大气湍流的形成 热力湍流＋机械湍流

在气温垂直分布呈强递减时，热力因子起主要作用，而在中性层结情况下，动力因子往往起主要作用。

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（4）湍流扩散理论简介 ? 梯度输送理论 是根据泰勒、费克提出的分子扩散理论建立的，它假定，由大气湍流引起的某物质的扩散，类似于分子扩散，并可用同样的分子扩散方程来描述。 ? 湍流统计理论 假设条件

流体中的微粒呈连续运动 物质的质量守恒

大气湍流场是均匀、稳定的 ? 相似理论 三、影响大气污染的地理因素 1 地形和地物的影响 演示图片 2 山谷风 演示图片 3 海陆风 演示图片 4 城市热岛环流 演示图片

四、影响大气污染的其它因素 1 污染物的性质和成分 2 污染源的几何性状和排放方式 五、大气中污染物扩散模式 1. 风向坐标系

x轴与平均风向一致，y轴在水平面上与风向垂直，z轴指向天顶的直角坐标系。 2. 高斯模式假设

(1)污染物浓度在y、z方向上的分布符合高斯正态分布； (2)风速是稳定和均匀的； (3)源强是连续排放；

(4)扩散过程中污染物质量守恒。 3. 高斯模式 (1)一般表达式

(2)高架连续点源扩散的高斯模式 地面浓度；地面轴线浓度；地面最大浓度 (3)地面连续点源

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地面浓度；地面轴线浓度；地面最大浓度 思考：高斯模式表达式中需要求解的关键参数 有效源高：He

扩散参数σx、σy的确定 4.烟气的有效源高 (1)影响烟气抬升的因素

初始动量；浮力；风(u)和湍流；大气的稳定度；下垫面状况 (2)烟囱有效高度的计算

《制定地方大气污染物排放的技术原则和方法》（GB3840－83）。

《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》（GB/T3840－91）。该标准替代了GB3840－83。 （GB/T3840－91）中规定的公式

例题：某城市远郊区有一高架源，烟囱几何高度为100m，实际排烟率20m3/s，烟气出口温度为200℃，求在有风不稳定条件下，环境温度为10℃，大气压力1000hPa，10m高度处风速为2.0m/s的情况下，烟囱的有效源高。 5.扩散参数的确定 (1)确定扩散参数的方法

(2) Pasquill扩散曲线法（P-G曲线法） 思路 稳定度分类法 适用范围和局限性

(3)我国的国家标准规定的扩散参数的计算和选用 步骤

例题：在D级大气稳定度条件下，求出在某市工业区高架点源下风向800m处的扩散参数。 6.高斯模式的应用

例题：某厂烟囱有效高度为60m，烟囱排出80g/s的SO2，烟囱出口处的平均风速为6m/s。求：D稳定度条件下下风向500米处的SO2地面一次浓度。该500米处，原本底浓度为0.08mg/m3。请按大气质量标准 (0.5mg/m3) 进行比较分析。

第五节 大气污染综合防治与管理

结合图片的演示讲解大气污染的危害 一、主要大气污染物控制技术 1 烟气治理的基本流程 2 烟尘控制技术(设备除尘)

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依除尘机制

机械式除尘 过滤式除尘 湿式除尘 静电除尘

重力除尘 惯性力除尘 离心力除尘

动画演示

并讲解各种除尘装置的优缺点 3 气态污染物的控制

常用治理方法：吸收法、吸附法、催化转化法、燃烧法、冷凝法。 (1)二氧化硫净化技术 (2)汽车尾气的催化净化 二、大气污染综合防治 1全面规划，合理布局工业 2区域采暖和集中供热 3选择高烟囱和集合式烟囱排放 4改变燃料构成 5大气污染控制技术 6绿化造林，大气净化措施 结合图片演示 三、大气环境标准

(1)大气环境标准的类型和作用 类型

按用途划分为：大气环境质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准

按适用范围：国家标准、地方标准和行业标准 举例说明：《大气污染物综合排放标准》(GB3095-1996)

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)

山东省环保局编制了《火力发电厂大气污染物排放标准》，2007年2月27日正

式发布，2007年5月1日开始实施。其中SO2的排放浓度由GB13223-2003标准中的2100mg/Nm3，加严为1200 mg/Nm3，第一时段机组烟尘排放限值由GB13223-2003标准中的300 mg/Nm3，加严为200 mg/Nm3。同时为配合“十一五”的要求，对氮氧化物第一、二时段给予三年左右时间，到2010年各指标值适当加严。 作用

(2)大气环境质量标准 讲解一些常用的标准

《环境空气质量标准》(GB3095-1996)

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《环境空气质量(GB3095-1996)标准修改单》 《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996) 《室内空气环境质量标准》(GB/T18883-2002) 中国环境标准网 http://www.es.org.cn/

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(2)资源化(recycle)：堆肥化(composting)、焚烧(incineration)、热解(pyrolysis)。 堆肥化(composting)： 堆肥化就是在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质的生物转化过程。 堆肥化的产物称为堆肥(compost)。它是一种深褐色、质地疏松、有泥土气味的物质，类似于腐殖质土壤，故也称为“腐殖土”，是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。 现代化堆肥生产通常由前处理、主发酵(一次发酵)、后发酵(二次发酵)、后处理、 贮藏等五个工序组成。

焚烧(incineration)：在高温(800～1000℃)下，通过燃烧，使固体废物中的可燃成分转化成惰性残渣，同时回收热能。

优点：①占地小； ②废物减容量大，城市垃圾经燃烧后可减小体积80%～90%，重量将降低75%～80%； ③消除有害微生物；④残渣二次污染危险较小；⑤回收热能；⑥适用面广；⑦不受天气条件影响。

缺点：①二次污染，废渣、废气， 二恶英(毒性比氰化物大一千倍)；②单位投资和处理运转成本较高； ③废物热值至少大于4000kJ/kg。

热解(pyrolysis)：是将有机物在厌氧或缺氧条件下高温(500～1000℃)加热，使之分解为气、液、 固三类产物，从而将热量储存起来的过程。

优点：能回收可储存和可运输的燃料，尾气排放量和残渣量较少，是一种低污染的处理与资源化技术。

四、固体废物的处置（disposal）

1 海洋处置(ocean disposal)：海洋倾倒；远洋焚烧（已被国际公约禁止）

2 陆地处置(land disposal)：土地耕作(soil plowing)；土地填埋(landfill)；深井灌注(deep-well injection)

土地填埋(landfill)：

(1)卫生土地填埋(sanitary landfill)：适用于城市垃圾的处置。

(2)安全土地填埋(secure landfill)：适用于工业固体废物，特别是有害废物。 填埋场的组成：废弃物坝、雨水集排水系统（含浸出液体集排水系统、浸出液处理系统）、释放气处理系统、入场管理设施、入场道路、环境监测系统、飞散防止设施、 防灾设施、管理办公设施、隔离设施等。

土地填埋优点：① 操作简便； ② 施工方便；③ 费用低廉；④ 可同时回收甲烷气体。

缺点：① 浸出液的渗漏污染地下水；② 降解气体的释出易引起爆炸和火灾；③ 臭味和病原菌的消除；④ 场地有限。 五、城市垃圾处理处置方法比较 技术 土地填埋 焚烧 堆肥 设备复杂、工艺要求高、技术特点 设备简单，操作简便、工艺可行 机械设备复杂，维修费用高 操作要求严格 价格(元/t) 6～20 20～35 30～50 土地填埋是一项适合我国国情的处置技术，应加以研究和推广。 45

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第六章 噪声污染与环境

教学目标：掌握噪声的概念及其公害特性；熟悉噪声源的类型；了解噪声的危害；熟悉噪声的基本物理特性；掌握分贝的概念及其运算；熟悉并理解声压级、噪声级、A声级、Leq、Ldn、统计噪声级；了解《声环境质量标准》(GB3096－2008)；掌握噪声的“三要素”；熟悉噪声污染控制的方法和对策。

重点和难点：重点：噪声的概念及其公害特性；噪声源的类型；噪声的危害；噪声的基本物理特性；分贝的概念及其运算；声压级、噪声级、A声级、Leq、Ldn、统计噪声级；《声环境质量标准》(GB3096－2008)；噪声的“三要素”；噪声污染控制方法和对策。 难点:分贝的运算；声压级、噪声级、A声级的区别和联系。 教学时数：6学时

教学方法：课堂讲授为主辅助多媒体教学 教学内容：（下划线部分表示讲课提纲)

第一节 噪声和噪声污染

一、噪声和噪声源

1 噪声的定义：为人们生活和工作不需要的声音。 2噪声的公害特性 (1)主观性——感觉公害 (2)不积累、不持久 (3)局部性和多发性 2噪声源

(1)按噪声的来源分为：工厂噪声、建筑施工噪声、交通噪声和社会生活噪声。 (2)根据物体振动的物理特性：机械振动噪声和气体动力噪声。 二、噪声的危害 (1)干扰睡眠

失眠、耳鸣多梦、疲劳无力、记忆力衰退—— 神经衰弱症候群 在高噪声环境下，发病率可达50%～60%以上。 (2)损伤听力

噪声可以使人造成暂时性或持久性的听力损伤(耳聋)。

表 工作40年后噪声性耳聋发病率 %

噪声级(A)值/dB 80 85 46

国际统计 0 10 美国统计 0 8 环境与规划学院 《环境学概论》教案

90 95 100

(3)对人体的生理影响

21 29 41 18 28 40 对神经系统、心血管系统、消化系统、内分泌系统造成影响

表现在：心脏病、胃溃疡、十二指肠溃疡、女性生理机能紊乱、孕妇流产率增高 噪声是刺激癌症的病因之一！

极强的噪声（如170分贝）导致人的死亡！ (4)对儿童和胎儿的影响

主要表现在：智力发育缓慢(20%)、胎儿畸形、胎儿体重偏轻 (5)干扰人的正常工作和学习

第二节 噪声的物理特性和度量

一、噪声的基本物理特性 1 周期(T) 2 频率(f)

人耳能觉察的频率在20～20000Hz间 频率低于20Hz的声音称为次声 频率高于20000Hz的声音称为超声 3 波长(λ) 4 声速(c)

c?331.41?t273?331.4?0.607t 二、噪声的度量 1 声压

单位：帕(Pa)或微巴(μbar)

飞机和蚊子的声压比较：飞机20Pa，蚊子0.00002Pa 2 声强

声强(J)：声音的强度。1s内通过与声音前进方向成垂直的、1m2面积上的能量，单位是W/m2。

飞机和蚊子的声强比较：飞机1W/m2，蚊子10-12W/m2。 3 分贝(dB)

是指两个相同的物理量之比取以10为底的对数并乘以10(或20)，即：

47

环境与规划学院 《环境学概论》教案

N?10lgA1A0

式中：A0——是基准量(或参考量) A1——为被量度的量。 声 压?声压级

人耳对l000Hz的听域声压为2×10-5 N/m2 ，痛域声压为20 N/m2。 声压级（Lp）：声压的平方与一个基准的声压平方比值的对数值。

P2PLp?10lg2?20lgP0P0

典型声源的声压级

典型环境 喷气式飞机附近 大型球磨机旁 纺织车间 公共汽车内 繁华街道上 普通说话 微电机附近 安静房间 轻声耳语 树叶落下的沙沙声 农村静夜 人耳刚能听到的声音 4 分贝的运算

基本原则：遵循对数的运算法则。 (1)分贝的加法

声压/N·m-2 200 20 2 0.2 0.063 0.02 0.0063 0.002 0.00063 0.0002 0.000063 0.00002 声压级/dB 140 120 100 80 70 60 50 40 30 20 10 0 LpT?n0.1Lpi?10lg??10?i?1???

48

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?PLpT?10lg??P?2pT20???10lgi?12?P0??Pn2i?10lg?i?1nPiP022?Pi2??Pi2?0.1Lpi???Lpi?10lg??10?P2??P2??0? ?0?

举例：

Lp1＝80dB，Lp2＝80dB，求Lp1＋Lp2＝？ Lp1＝100dB，Lp2＝98dB，求Lp1＋Lp2＝？ Lp1＝52dB，Lp2＝48dB，求Lp1＋Lp2＝？ (2)分贝的减法

Lp2?10lg10?0.1LpT?100.1Lp1?LpT?10lg1?10???0.1?LpT?Lp1??

举例：有一台机器，当机器停车时，在某点测定声压级LP1＝85dB，机械工作时测定其声压级为LpT＝94dB，求该机器在该点产生得声压级LP2。

5 噪声级(sound level)

(1)概念：人耳对声音的感觉不仅与声压有关，而且与频率有关。欲表示声音的强弱，就必须同时考虑声压级和频率的共同作用，这种共同作用的强弱称为噪声级。 (2) 噪声计 ABA声级B声级C声级dB(A)dB(B)dB(C)dB(D)计权网络CDD声级

(3) 等效连续A声级 (4) 昼夜等效声级

(5) 统计噪声级：L10、L50和L90

第三节 噪声污染控制

一、环境噪声标准

1 噪声的限值标准——基础标准

表 噪声允许范围（等效声级dB） 适用条件 体力劳动（听力保护） 49

最高值 90 理想值 70

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第三章 水体环境

教学目标：掌握水体、水体污染的概念及水体污染源的类型；掌握水体中的主要污染物；掌握污染物在水体中的运动特征；了解一维模型及其稳态解；掌握S－P模型的假设条件及其基本表达式；掌握氧垂曲线及临界点的含义；掌握耗氧有机物降解的共同规律；掌握水体富营养化的概念，熟悉水体富营养化的影响因素及其判别标准；掌握重金属在水体中的迁移转化；了解《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和《污水综合排放标准》（GB8978-1996）；掌握水环境的污染防治对策；掌握废水处理的基本方法及其应用范围，熟悉城市污水处理的方法和过程（活性污泥法），掌握水环境污染的防治对策。

重点和难点：重点是水体污染源和污染物；污染物在水体中的运动特征；一维模型及其稳态解；S-P模型；耗氧有机物降解的规律；水体富营养化的形成；重金属在水体中的迁移转化；地表水环境标准；水污染的防治对策；城市污水处理的方法和过程。难点是污染物在水体中的运动特征；一维模型及其稳态解；S-P模型。 教学时数：12学时

教学方法：课堂讲授为主辅助多媒体教学 教学内容：（下划线部分表示讲课提纲)

第一节 水体环境概述

一、关于水环境的一些基本概念 水是宝贵的资源

水的状态具有可变性 水是可循环的

水的分布是不均匀的 水体物质组成具有差异性 ……

二、地球上天然水资源的分布 演示图片：地球上水的分布 可利用的淡水资源不足1% 三、天然水在环境中的循环 演示图片：全球水循环

结合图片讲解水循环的环境意义

净化作用

降水-------大气净化 径流------地面净化

酸雨------腐蚀地面、污染水体、土壤

负面作用

冲刷、侵蚀------水土流失

四、水资源短缺问题

人类对水的需求两个方面：数量和质量

世界水日：3月22日，联合国确定的今年“世界水日”（十五届）的主题为“应对水

20

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短缺”，3月22日～28日为第二十届“中国水周”，主题为“水利发展和和谐社会”

联合国每三年发表一次《世界水资源开发报告》，该报告是对全球淡水资源进行最全面评估的报告，最近的一次报告是在去年3月22日发布的，报告中指出，全球用水量在20世纪增加了6倍，是人口增长速度的2倍。由于管理不善，资源匮乏、环境变化及基础设施投入不足，全球约有11亿人无法获得安全的饮用水，26亿人缺乏基本卫生设施。到2025年，全球将有30亿人生活在缺水地区。全球每年有310万人因饮用不洁水患病而死亡，其中近90%是不满5岁的儿童。结合图片演示

五、天然水的组成 1.天然水的形成

(1)成分及其复杂的溶液 (2)取决于天然水形成的环境

两个方面：与水接触的物质的成分和溶解度；物理化学条件 2.天然水的组成

(1)主要离子成分(main ion)

八大离子：阳离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+；阴离子：SO42-、Cl-、CO32-、HCO3- (2)溶解气体(dissolved gas)

主要气体：N2 (61%) 、O2 (34%) 、CO2、H2S 微量气体：CH4、H2、He

(3)微量元素(trace element) (4)生源物质(bio-source ion) (5)胶体(colloid)

六、水体概念及水体污染 1.水体(water body)的概念

指以相对稳定的陆地为边界的天然水域。

水体包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥、水生生物等。 水体是一个完整的生态系统或完整的综合自然体。 2.水体的分类

海洋水体

按类型分

陆地水体

地下水体

地表水体

如长江、黄河、珠江它们同属河流(陆地水体中的一表水体)，如按区域划分，则分属于三个流域的三条水系。

3.区别水质和水体

水质：指水相的质量

水体：在环境学中是一体系不仅包括水，也包括水中的悬浮物、溶解物、水生生物和底泥。即为液相和固相的混合体。

以重金属为例 4.水体污染

21

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当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，被称作为水体污染。

四、水体污染源和污染物 1.水体污染源

从来源上，分为：天然污染源和人为污染源 人为污染源包括：

(1) 工业废水(industrial waste water)

各种企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、烟气洗涤水、设备、场地清洗水以及生产废液等

特点：成分复杂、含量变化大、毒性强、净化处理困难 演示图片

(2) 生活污水(domestic sewage)

日常生活中产生的各种污水混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、集体单位、公用事业排出的污水。

城市污水(municipal sewage)：指排入城市污水管网的各种污水的总和。

特点：含氮、磷、硫高，成分主要为纤维素、淀粉、糖、蛋白、脂肪、尿素、微生物。 演示图片

(3) 农业退水(agricultural waste water)

农作物栽培、牲畜饲养、食品加工过程中排出的污水和液态废物

特点：含氮、磷高，成分主要为微生物、化肥、农药、不溶解固体和盐分 演示图片

从污染源的空间分布特征，分为：点源和面源（非点源） 2.水体污染物

包括物理、化学和生物三个方面。 化学方面

(1) 无机无毒物质

种类：酸、碱及一般无机盐类 危害

? 改变水体的pH

? 使淡水的矿化度增高，影响用水水质 ? 富营养化

(2) 无机有毒物质 重金属

非重金属无机有毒物质 (3) 有机无毒物质 主要是需氧有机物 特点

? 可在微生物的作用下最终分解为简单的无机化合物 ? 这些化合物在分解过程中需要消耗大量的氧气 ? 在缺氧条件下发生厌氧分解、恶化水质 ? 种类非常多

表示耗氧有机物含量的指标

? 生物化学需氧量(Biochemical Oxygen Demand, BOD) 22

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演示受污染水样的BOD曲线 BOD5

? 化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) 目前常用的氧化剂是重铬酸钾或高锰酸钾。 CODCr和CODMn

思考：COD与BOD的关系如何？

? 总有机碳(Total Organic Carbon, TOC) ? 总需氧量(Total Oxygen Demand, TOD) (4)有机有毒物质 酚类化合物

有机农药(chemical pesticide)

多环芳烃(polyaromtic hydrocarbon, PAHs) 多氯联苯(polychlorintated biphenyls, PCBs) 洗涤剂(主要组分：表面活性剂surfactant) 水体对污染物有净化能力

水体自净：水体可以在其环境容量范围内，经过自身的物理、化学和生物作用，使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有的水质，这种过程叫水体自净。

(1)物理净化：包括稀释、混合、挥发等过程，水体中的污染物在这一系列的作用下，其浓度得以降低，稀释和混合作用是水环境中极普遍的现象。

(2)化学及物理化学净化：污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应，使其浓度得以降低。

(3)生物化学净化：污染物质中的有机物，由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化，并转化为无害、稳定的无机物，从而使其浓度得以降低。

通常三个过程是同时、同地产生，且相互影响，其中，常以生物自净过程为主，生物体在水体自净作用中是最活跃、最积极的因素。

水体自净的实质：

(1)污染物的迁移和转化过程 (2)污染物的衰减过程

第二节 污染物在水体中的扩散

一、污染物在水体中的运动特征

1.推流迁移 (1)推流迁移 通量表达式

(2)推流作用只改变水流中污染物的位置，不能降低污染物的浓度。 2.分散作用

(1)分子扩散(molecular diffusion) 由分子随机运动引起的质点分散现象。 分子扩散表达式

(2)湍流扩散(turbulent diffusion)

由湍流物质点状态瞬时值相对平均值的随机脉动引起。 湍流扩散表达式

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(3)弥散(dispersion) 由横断面流速不均引起。 弥散通量的表达式 3.衰减和转化

(1)保守物质和非保守物质 (2)非保守物质的衰减 表达式 结合图3-2综述

推流作用：总量不变，分布状态不变 推流＋分散：总量不变，分布状态变化 推流＋分散＋衰减：总量改变，分布状态变化 二、河流水体中污染物扩散的稳态解

c?f?x,y,z,t?

1.稳态和非稳态

dcdc稳态：?0；非稳态：?0

dtdt2.模型的简化

c?f?x,y,z?

三维→二维→维→零维

(1)零维

c0?Qc1?qc2

Q?q例题：某个建设项目，建成投产以后废水排放量为2.5m3/s，废水中含某污染物为1000mg/L，废水排入一条河流中，河水的流量为100m3/s，该河上游含该种污染物的浓度为300mg/L，问废水排入河水中后，污染物的浓度为多少？（按完全混合考虑）

(2)一维

根据一个微小体积元的质量平衡推导一维模型 稳态条件下的一维模型

?2c?cDx2?ux?Kc?0 ?x?x一维模型求解：在忽略纵向弥散条件下即Dx＝0，得：

?Kx?c?c0exp???u??

x??24

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例题：废水量q＝0.15m3/s，BOD5浓度为30mg/L．河流流量Q＝5.5m3/s．流速ux＝0.3m/s， BOD5背景浓度为0.5mg/L，衰减系数K＝0.2d-1，纵向弥散系数Dx＝10m2/s。求排放点下游10km处的BOD5浓度。

课后练习题：废水量q＝1.0m3/s，CODCr浓度为58mg/L．河流流量Q＝8.7m3/s．流速

ux＝0.1m/s， 河水中CODCr背景浓度为14.5mg/L，CODCr的衰减系数K＝0.5d-1。求排放点下游10km处的CODCr浓度。

三、河流水质模型 1.DO (1)来源 大气复氧

(2)大气复氧表达式 dDK??LD??KaD dtH(3)饱和溶解氧的计算

468 cs?31.6?T思考：常温下（20℃）水体的饱和溶解氧为多少？（9.07mg/L）

2.BOD

L?L0e?Kdt

dL??KdL dt3.S－P模型 (1)基本假设

河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应;反应速度是定常的；河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而在河流中的溶解氧来源则是大气复氧。

(2)一般表达式及其解析解 dLdD??KdL ?KdL?KaD dtdtL?L0e?Kdt解析解：

D? KdL0e?Kdt?e?Kat?D0e?KatKa?Kd??(3)氧垂曲线

演示氧垂曲线（oxygen sag curve） 临界点（critical point）及其意义 4.S－P模型的修正型

(1)托马斯（Thomas）模型

考虑了沉淀作用对BOD的去除作用 (2)欧康奈尔（O’Connor）模型 含氮有机物对水质的影响

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(3)康布（ Dobbins-Camp ）模型 底泥的耗氧和光合作用 5.综合水质模型

如美国EPA开发的QUAL－Ⅰ，QUAL－Ⅱ 多组分的水质模型

第三节 污染物在水体中的转化

一、水体中耗氧有机物降解

水体中有机物能发生降解作用，其原因是微生物把水中各种有机物作为生长繁殖的营养来源，使有机物不断分解。具有分解有机物的微生物主要是细菌。

有机物主要由碳、氢、氧、氮组成。细菌对有机物的分解主要是脱氢氧化作用，即把有机物中 的氢脱去而放出适当的能量。当然，脱出的氢要相应的受氢体来接受，反应才能完成。如果水中有游离的氧分子O2作受氢体则称为有氧氧化。如果是分子氧以外的化合物作为受氢体，反应在缺氧或无氧条件下进行，则称为无氧氧化。在两种情况下作用的细菌称为兼氧细菌。只有缺氧或无氧条件下作用的细菌称厌氧菌。

1.耗氧有机物的生物降解

(1)酶(enzyme)：生物体产生的一类具有特殊催化能力的蛋白质。 (2)主要的反应类型 ? 水解反应： 是指复杂的有机物分子在水解酶参与下加以水分子分解为较简单化合物的反应。 一些发生在细菌体外 一些发生在微生物细胞内 结合书上的反应式进行讲解 ? 氧化反应： 脱氢作用：受氢体

脱羧作用：形成CO2的主要过程 2.代表性耗氧有机物的生物讲解 (1)碳水化合物

碳水化合物由C、H、O组成，不含N。有多糖（C5H10O5）n、二糖（蔗糖）（C12H22O11）、单糖（葡萄糖）（C6H12O6）之分。细菌的养分或能量来源于碳水化合物的降解。

细菌首先在细胞膜外通过水解使碳水化合物由多糖转化为二糖。 （C5H10O5）n+n/2H2O →n/2(C12H22O11)

此时细菌则进入细胞膜内，继续水解使二糖转化为单糖 C12H22O11+H2O →2C6H12O6 这两步反应过程中的能量变化很小。

单糖不论在有氧或无氧条件下均能转化为丙酮酸，期间有许多反应步骤，但总反应是： C6H12O6 →2CH3COCOOH+4H 此过程称为糖解过程。

在有氧条件下，丙酮酸在乙铣辅酸A的作用下，最终转化为CO2和H2O： 2CH3COCOOH +4H+6O2→6CO2+6H2O

在无氧条件下，这种反应不能进行到底则形成各种酸、醇、酮等，此过程称为发酵。 2CH3COCOOH +4H →CH3CH2COOH+CH3COOH+HCOOH（丙酸发酵） 3CH3COCOOH+H2O →CH3（CH2）2COOH+CH3COOH+3CO2+H2（丁酸发酵）

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降解过程：多糖→二糖 →单糖 →丙酮酸→氧化，或者发酵

在有氧条件下，在好氧微生物作用下进行转化，这一转化进程快，产物一般为CO2、H2O等稳定物质。在无氧条件下，则在厌氧微生物的作用下进行转化，这一进程较慢，而且分两个阶段进行。首先在产酸菌的作用下，形成脂肪酸、醇等中间产物，继而在甲烷菌的作用下形成H20，CH4，CO2等稳定物质，同时放出硫化氢、硫醇、粪臭素等具有恶臭的气体。

(2)脂肪和油类的降解

脂肪的降解过程为：脂肪→甘油→丙酮酸→有氧氧化，无氧发酵 (3)含氮有机物的降解

蛋白质→氨基酸→丙酮酸→有氧氧化，无氧发酵 蛋白质→氨基酸→氨→亚硝酸→硝酸

硝化作用：2NH3+3O2 → 2HNO2+2H2O+148千卡 2HNO2+O2 → 2HNO3+48千卡

反硝化作用：2HNO3 → 2HNO2 → （NOH）2 → NO2 → N2

在整个蛋白质降解过程中发生的氮形态的变化,可作为需氧污染物氨氮的出现和自净过程的判断标志。

蛋白质（有机氮）→NH3-N→NO2-N→N03-N （有机污染）————————（自净彻底） 硫化作用：2H2S+O2 → 2H2O+S2+能量 S2+3O2+2H2O → 2H2SO4 +能量

共同的规律：首先在细菌体外发生水解，然后在细胞内部继续水解和氧化。降解的后期产物都是生成各种有机酸。在有氧条件下，这些有机酸可进行彻底氧化，其最终产物是CO2、H2O及NO3-等；在缺氧条件下，进行发酵、反硝化过程，其最终产物除CO2和H2O外，还有NH3、CH4、有机酸、醇等。

生物氧化的顺序:有氧氧化→反硝化→甲烷发酵→酸性发酵 (4) 耗氧有机物对水体的危害

有机污染物对水体污染的危害主要在于对渔业水产资源的破坏。当水体中有机物浓度过高时，微生物消耗大量的氧，往往会使水体中溶解氧浓度急剧下降，甚至耗尽，导致鱼类及其他水生生物死亡。而水中含有充足的溶解氧是保证鱼类生长、繁殖的必要条件之一，一旦水中溶解氧下降，不能满足鱼类的要求时，它们将力图游离这个缺氧地区，而当溶解氧降至1mg／L时，大部分的鱼类就要窒息而死。当水中溶解氧消失时，水中厌氧菌大量繁殖，在厌氧菌作用下有机物会分解．并释放出甲烷和硫化氢等有毒气体，更不适于鱼类的生存。

? 导致水体缺氧，局部水域水质恶化； ? 含氮有机物可能导致水体富营养化。 二、水体富营养化过程 1.概念

水体富营养化(eutrophication)是指由于水体中的氮、磷营养物质的富集，引起藻类和其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，使鱼类和其他生物大量死亡、水质恶化的现象。

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2.类型

(1)天然富营养化

由于天然降水、土壤侵蚀和淋溶作用以及水体中水生生物繁衍代谢，使（湖泊）水中的氮、磷等营养物质富集，引起水质变化的过程，称为湖泊（水体）的天然富营养化。

(2)人为富营养化

人为活动将含有氮、磷营养物质的污水排入湖泊、河流、水库，使这些水体的营养物负荷增加，造成水质恶化的现象称为人为富营养化。

演示水体富营养化的图片 湖泊水体富营养化的危害： ? 促使湖泊老化 ? 破坏水产资源

? 危害水源，藻类、硝酸盐、亚硝酸盐对人、畜有害 3.影响因素

(1)限制性因素(limit factor)

利贝格最小值定律（Liebig law of the minimum）：植物生长取决于外界供给它所需要的养料中数量最少的那一种。

斯塔姆(Stumm)关于水中藻类新陈代谢过程的化学计量关系式入手，得出水体富营养化的形成，即藻类的生产量主要取决于水体中磷的供应量。

(2)营养物(nutrient)的组成 ? 氮(nitrogen) 形态：有机氮和无机氮 来源：

转化过程：有机氮化合物的降解 反硝化作用

NH3

NO3-

NO2-

N2O

? 磷(phosphorus)

形态：有机磷、无机磷、颗粒态磷 来源

迁移转化过程：结合教材图3-4进行降解 (3)营养成分的比例

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N2

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日本学者研究指出，湖水总氮与总磷的浓度比为12：1－13：1时，最适宜藻类增殖。 我国学者研究武汉东湖富营养化演变过程中发现，湖水中氮与磷浓度比值范围为11.8∶1－15.5∶1，平均12∶1。

(4) 负荷量

造成水体富营养化的关键是连续不断流入水体中的营养物质氮、磷的负荷量。 负荷量有两种表示方法：单位体积负荷量（g/m3·a）和单位面积负荷量（ g/m2·a ）。 图片演示：富营养化作用引起的湖泊生态系统的变化 4.判别的标准 (1)湖水营养物质浓度 (2)藻类所含叶绿素a的量 (3)湖水透明度 (4)溶解氧 ??

结合书上的表格进行讲解

5.水体富营养化营养物质负荷模型 (1)沃伦威尔德模型 dcV?Ic?ScV?Qc dt平衡时浓度：cp?Lc

Sh?htw该模型的困难在于如何确定营养物在水库中的沉积速度常数S (2)吉柯奈尔－迪龙模型 引入滞留系数Rc dcV?Ic?RcIc?Qc dtL(1?Rc)平衡时浓度：cp?c

rh三、重金属在水体中的迁移转化

前面我们已经讨论了有机污染物在水环境中的迁移转化，与有机污染物相比，重金属污染物对环境以及人体健康形成的威胁或产生的后果更为严重。这是因为有机污染物可发生降解作用，而重金属排入环境后不易除去，而是在环境中长期累积，并且可以把某些重金属转化为毒性更大的金属——有机化合物，从而对生物和人体产生更大的毒性作用，为此研究水环境中重金属的迁移转化，对减小或防治其危害有着重要的意义。 1.重金属元素在水环境中的污染特征 (1)重金属的定义：

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其概念还没有严格统一的提法，但一般认为金属的比重大于4或5者为重金属。重金属元素很多，在环境污染中所说的重金属主要是指汞、镉、铅和铬等生物毒性显著的元素，也包括具有一定毒性的一般重金属Zn、Cu、Co、Ni、Sn等，目前最引人注目的是汞、镉、铅和铬以及类金属砷等毒性显著的元素。 (2)重金属的污染特征：

? 分布广泛，虽含量低，污染危害明显。 ? 是有色金属，被广泛使用，污染源多。 ? 大多是过渡元素，生物毒性效应明显。

表现在：使金属在水环境中的行为具有价态变化较多，配位络合能力强，对生物毒性效应明显。

? 在水环境中的迁移转化扩大污染源

重金属迁移的三种途径：机械迁移、物理化学迁移和生物迁移 ? 对生物体和人体的危害----毒性效应 毒性大(在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的浓度范围大致在1—10mg／L之间，毒性较强的重金属如汞、镉等，产生毒性的浓度范围在0.001—0.01mg／L以下)

生物不能降解，却可能在微生物作用下转化为毒性更强的金属有机化合物。 生物的食物链富集可使重金属达到相当高的浓度

通过多种途径(食物、饮水、呼吸)进入人体，能够和生理高分子物质如蛋白质和酶等，发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能累积在人体的某些器官中，造成慢性累积性中毒，最终形成危害。(如：骨痛病：是镉积累过多，引起肾脏功能失调，骨中钙被镉取代，骨骼软化，此病潜伏期很长，可达10-30年。)

2.重金属在水体中的迁移转化 (1)沉淀—溶解作用

? 溶解度大者迁移能力大，有利于水体的自净；

? 重金属沉淀物通常大量沉积于排污口附近的底泥里，易形成二次污染； ? 限制了重金属的扩散速度和范围。 (2)氧化--还原作用

重金属元素大多属于周期表中的过渡性元素，在不同条件下往往可以以多种价态存在。

水体中有富氧的氧化性区域和缺氧的还原性区域，使得重金属在不同条件下以不同的价态存在。

而价态不同，其活性与毒性效应也不同。 以Cr为例进行讲解。 (3)络合和螯合作用

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水体中存在多种多样的天然的和人工合成的无机和有机配位体，它们能与重金属形成稳定的络合物和螯合物。

无机配位体：Cl-、SO42-、HCO3-、OH- 有机配位体：腐殖质。

使重金属在水中的溶解度增大，导致沉积物中重金属的重新释放，形成二次污染。 举例：Cd2+在海水中与OH-和Cl-形成CdOH+、HCdO2-、CdCl+、CdCl3-、CdCl42-等络合离子，使Cd(OH)2的溶解度增加了100倍以上。

腐殖质含有-COOH、-OH、-C＝O、-O-CH3等功能基团，几乎能与所有的重金属形成可溶性的螯合物。

(4)吸附作用

天然水体中的悬浮物和底泥中含有丰富的胶体，包括粘土矿物等悬浮物；金属氢氧化物等无机胶体；腐殖质等有机胶体；细菌、病毒、水藻等生物胶体。

胶体具有巨大的比表面、表面能和带电荷，可强烈的吸附各种分子和离子，影响重金属在水中的迁移转化。

自然界中，许多元素和化合物是以胶体状态进行迁移的。胶体的吸附作用是使许多重金属从液相转入固相的最主要途径。

如：矿物微粒的吸附作用、有机胶体的螯合作用等，都可以使重金属进入底泥暂时固定下来。但是，当条件发生变化时，沉积在底泥的重金属可泛起再次进入水中。

(5)甲基化作用

无机汞的甲基化，使其毒性更强，并可通过食物链在人体内积累。 结合“水俣病事件”进行讲解

第四节 水环境污染控制及管理

一、水体污染的防治和管理 1.制定水环境标准

水环境质量标准和水污染物排放标准之间的关系 (1)水环境质量标准 ? 类型

按水体的类型分类：地面水水质标准、海水水质标准、地下水水质标准等。 按水的用途分类： ? 我国的水环境质量标准

? 《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) 演示标准GB3838.pdf文件，重点介绍地表水体的功能分区和标准分级 ? 《生活饮用水卫生标准》(GB5749-85) ? 《渔业水质标准》(GB11607-89) ? 《海水水质标准》(GB3097-1997) ? 《农田灌溉水质标准》(GB 5084-1992)

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? 《地下水质量标准》(GB/T14848-1993) (2)水体污染物排放标准

《污水综合排放标准》(GB8978-1996)

? 按照污水排放的去向，分年限规定了69种水污染物的最高允许排放浓度和部分行业的最高允许排水量。 ? 特点： 标准分级：三级

污染物分类：第一类污染物和第二类污染物

演示标准污水综合排放标准.pdf文件，重点介绍标准分级和污染物分类 2.水环境污染防治对策 (1)人类对水的需求

生活用水、农业用水、工业用水 (2)我国水资源概况

? 我国是一个水资源紧缺的国家。

我国水资源总量2.8万亿m3，居世界第六位，占全世界水资源总量的7%。

按1997年人口计算，人均水资源占有量2200m3，仅相当于世界人均水资源占有量的1/4，居世界第121位，被联合国列为13个贫水国之一。预计到2030年，中国人口将达到16亿高峰，届时人均水资源仅有1750 m3，中国将成为严重缺水国家。

在全国600多个城市中，有400多个城市存在供水不足的问题，其中缺水比较严重的城市有110个。

? 我国水资源浪费严重

工业用水：（演示图片）工业用水量是发达国家的10～20倍。 工业用水的重复利用率仅为55%左右，而发达国家平均为75%～85%。

农业用水：我国目前农业灌溉采用“土渠输水”、“大水漫灌”的方式，1m3的农业灌溉用水从江河湖泊进入田间，只剩下0.45，另外的一大半则在输水途中或者渗漏或者蒸发而得不到有效利用。农业灌溉用水利用系数，我国：0.3～0.4；发达国家：0.7～0.8。

生活用水：全国多数城市自来水管网仅跑、冒、滴、漏损失率为15%-20%。据统计，仅北京市一年跑冒滴漏的水就多达36万吨。南京：1个可乐瓶→10万吨水→玄武湖400万吨水；每人每天210升定额用水（230升）→每天每人节约20升水→6000万吨水→15个玄武湖

演示图片：请珍惜和爱护水资源。 别说我的眼泪你无所谓——水的呐喊

书到用时方恨少，人在渴时知水贵——水的警告 有心无水，海也成悔——水的惩罚 (3)水环境污染防治对策

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? 减少耗水量

技术改造，采取先进工艺 制定用水定额 提高水的重复利用率 水的综合利用

介绍中水（intermediate water）利用（上水、中水、下水） ? 建立城市污水处理系统 注意有毒有害废水 ? 调整工业布局 充分利用水体自净作用 ? 加强水资源的规划管理

查清水资源的总量；污染物的总量控制 二、废水处理方法 1.废水处理的基本方法

(1)物理法：浮选法；过滤法；蒸发法等 (2)化学法：中和法；萃取法；氧化-还原法等 (3)生物法：生物过滤法和活性污泥法 2.城市污水的处理 演示图片：污水处理厂 (1)一级处理 机械处理

筛选→重力沉淀→浮选（演示图片）

主要去除废水中大部分粒径在100μm以上的大颗粒物质，经过一级处理的废水，一般达不到排放标准。 (2)二级处理 生化处理

好氧生物处理：包括生物膜法和活性污泥法 厌氧生物处理 重点介绍活性污泥法

活性污泥(activated sludge)：一种以细菌、真菌、原生动物、后生动物和金属氢氧化物为主的污泥状褐色絮状物。 活性污泥法(activated sludge process)

向曝气池的活性污泥和废水混合液连续鼓入空气，微生物将水中有机物氧化分解，同时不断生长繁殖。停止曝气后，活性污泥沉降与水分离而使废水得以净化。

演示活性污泥流程示意图

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演示污水处理厂二级处理的图片

主要去除废水中大部分有机物，经过二级处理的废水，一般可以达到农灌标准和废水排放标准。

(3)三级处理 深度处理 控制富营养化 重新利用

以上海奉贤区污水处理厂为例，演示二级处理和三级处理的流程示意图。 复习第三章

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控制疾病：在第二次世界大战中开始大量地以喷雾方式用于对抗黄热病、斑疹伤寒、丝虫病等虫媒传染病。例如在印度，DDT使疟疾病例在10年内从7500万例减少到500万例。

控制虫害：对家畜和谷物喷DDT，也使其产量得到双倍增长。

“人类文明进步的福音”、“历史的功臣”，DDT的发明者Paul Müller获得了1948年诺贝尔生理学与医学奖。

1962年，美国海洋生物学家Rachel Carson在其发表著作《寂静的春天》中用大量的事实说明了DDT等有机农药和杀虫剂所造成的危害，在全世界引起了轰动。

4.农药的危害

(1)对害虫的天敌和其它益虫、益鸟有杀伤作用，破坏了自然界的平衡。 (2)使害虫产生了抗药性 (3)农药的生物富集作用 (4)农药对环境的污染

目前，全世界已有农药品种1500多种，其中常用约500种，化学农药总产量（以有效成分计）已经超过200万吨。

二、主要的农药类型 1.分类 按农药用途分类 按物理状态分类 按化学组分分类 按作用方式分类 2.主要的农药类型 (1)有机氯类农药 ? 种类：演示图片 ? 特点：高残留性、脂溶性 (2) 有机磷类农药 ? 种类：演示图片

? 特点：剧毒、易分解，残留时间短、在生物体内不易蓄积 (3)氨基甲酸脂类农药 ? 种类：演示图片

? 特点：易分解、易代谢、低残留 (4)除草剂（除莠剂） ? 种类

? 特点：在植物体内不转移，不传导；对人、畜毒性不大；在环境中会被逐渐分解 三、农药在土壤中的迁移、降解和残留

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1.农药污染土壤的主要途径 (1)农药的广泛施用 (2)浸种、拌种、毒谷 (3)农药的喷射 2.农药在土壤中的残留 (1)影响因素

农药自身的理化性质：挥发性、溶解度、 化学稳定性等 土壤的理化性质：质地、有机质、pH、水分等 (2)农药在土壤中的残留 残留量：R?ce?kt 半衰期：t12?ln2k

根据半衰期判断农药的降解难易。 残留期：农药的可持续性 演示：不同类型农药的残留期。 3.农药在土壤中的转化 (1)土壤对农药的吸附作用

影响因素：土壤胶体、土壤质地、土壤pH、农药的性质。 土壤对农药的吸附是一种暂时的，有限的现象 (2)农药在土壤中的挥发和扩散(transference)

农药在土壤中的挥发：农药的性质、土壤水分、近地层气流速度 农药的随水迁移：溶解迁移；悬浮迁移 (3)农药在土壤中降解(degradation)

光化学降解(Photodegradation): 光分解、光氧化、光水解、光异构化等。 化学降解(Chemical degradation )：水解和氧化

微生物降解(Microbiological degradation )：脱氯作用、氧化还原作用、脱烷基作用、水解作用、环裂解作用等。

评价一种农药是否对环境有污染作用，不仅要看药剂本身的毒性，而且还要注意降解产物是否有潜在危害性。

第五节 土壤污染的防治

演示图片：善待土地

我国首次进行全国土壤污染状况调查 一、控制和消除土壤污染源

1.控制和消除工业“三废”的排放，莫让土壤变“毒壤” 2.加强土壤污灌区的监测和管理

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3.合理施用化肥和农药

二、增加土壤容量和提高土壤的净化能力 三、防治土壤污染的措施 1.施加抑制剂

抑制剂主要包括：石灰；磷酸盐；硅酸钙等 2.控制土壤的氧化－还原状况 3.改变耕作制度 4.客土深翻

5.制定农药的容许残留量

农药的容许残留量的制定与人体健康的关系

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第五章 固体废物与环境

教学目标：掌握固体废物的定义、来源和分类；掌握固体废物的特点及其危害；理解固体废物的处理和处置的概念；熟悉并掌握固体废物处理的原则、方法和过程；熟悉并掌握固体废物处置的途径；熟悉土地填埋的类型及其优缺点。

重点和难点：重点是固体废物的定义和分类；固体废物的特点及其危害；固体废物的处理和处置的原则、方法和过程。难点是固体废物处理和处置的区别；固体废物处理的方法；固体废物处置的途径；固体废物的资源化。 教学时数：6学时

教学方法：课堂讲授为主辅助多媒体教学 教学内容：（下划线部分表示讲课提纲)

第一节 固体废物的概述

一、固体废物(solid waste)的定义

固体废物（solid waste）：生产、建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。。

废物是一相对概念，是有一定时空条件的。 二、来源和分类

1.来源：人类的生产和消费活动 2.分类

按其危害状况：有害废物和一般废物

有害固体废物：国际上称为危险固体废物

1983年世界环境日主题：管理和处置有害废弃物、防治酸雨破坏和提高能源利用率 1989年联合国环境规划署在瑞士巴塞尔通过了《控制危险废弃物越境转移及其处置的巴塞尔公约》简称《巴塞尔公约》《Base Convention》

按来源分为：工业固体废物 industrial solid waste

矿业固体废物 mineral solid waste 城市固体废物 municipal solid waste 农业固体废物 agricultural solid waste 放射性固体废物 radioactive solid waste

我国从固体废弃物管理的角度，将其分为

工业固体废物(Industrial Solid Waste) 有害固体废物 (Hazardous Wastes) 城市垃圾(Municipal Solid Waste)

第二节 固体废物的环境问题

一、固体废物(solid waste)的危害

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1 固体废物的特点

(1)具有呆滞性和不可稀释性，污染物的最终形态 (2)具有长期潜在的危害性

(3)对固体废物必须从其产生、运输、存贮、处理及处置的每个环节都进行控制，即具有全过程管理的特点 2 固体废物的危害 (1)占用土地 (2)污染大气 (3)污染水体 (4)污染土壤 (5)影响环境卫生

固体废物污染问题的特性： “四最” 最难得到处置、最具综合性、最晚得到重视、最贴近的环境问题

第三节 固体废物的处理和处置

一、固体废物(solid waste)处理处置的意义 1 充分利用资源，再生利用，物尽其用。 2 避免二次污染。

3 环境效益——实现垃圾无害化。

二、固体废物(solid waste)的处理和处置 1 固体废物的处理（treatment）

是指通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化成适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。 2 固体废物的处置（disposal）

是指对在当前技术条件下无法继续利用的固体污染物终态，因其自行降解能力很微弱而可能长期停留在环境中，为了防止它们对环境造成污染，必须将其放置在一些安全可靠的场所。

解决固体废物的最终归宿问题。 三、固体废物的处理（treatment） 1 固体废物处理的原则：

三化原则：无害化(innocuity)、减量化(minimization)和资源化(recycle)。 “3R”原则：减量化(Reduce)、再利用(Reuse)和再循环(Recycle)。

全过程管理的原则：全过程管理(Integrated Solid Waste Management)是指对固体废物的产生、收集、运输、利用、储存、处理和处置的全过程及各个环节都实行控制管理和开展污染防治。 2固体废物处理的方法

(1)物理处理：包括收集、压实、破碎、分选、增稠、吸附、萃取等方法。 (2)化学处理：包括氧化、还原、中和、化学沉淀、化学溶出等方法。

(3)生物处理：利用微生物分解，包括好氧处理、厌氧处理、兼性厌氧处理等方法。 (4)热处理：包括焚化、热解、湿式氧化以及焙烧、烧结等方法。

(5)固化处理：采用固化基材将废物固定或包裹起来以降低其对环境的危害，因而能较安全地运输和处置的一种处理过程。 3 固体废物处理的过程

(1)预处理(pretreatment):包括收集(collection)、运输(transportation)、压实(compressing)、破碎(fragmentation)、分选(selecting)……

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