1、环境科学复习资料环境科学基础 第一章 绪论第一节 环境与环境问题 中华人民共和国环境保护法第二条：本法所称环境，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。 环境问题 是指由于人类活动或自然原因使环境条件发生了变化，并对人类及其他生物的生存和发展造成影响和破坏的问题。二 环境问题及两次环境问题高潮环境问题是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量的变化，这种变化反过来对人类的生产、生活和健康产生不利的影响。20世纪50年代，震惊世界的公害事件接连不断。195
2、2年12月的伦敦烟雾事件，1953年至1956年日本的水俣病事件，1961年的四日市哮喘病事件，19551972年的骨痛病事件。其一 影响范围不同 第一次高潮主要出现在工业发达国家，重点是局部性、小范围的环境污染问题，如城市、河流、农田等。 第二次高潮则是大范围、乃至全球性的环境污染和大面积生态破坏，对人类赖以生存的整个地球环境造成危害。这不但包括了经济发达的国家，也包括了众多发展中国家。特别是植被破坏、水土流失和沙漠化等生态恶性循环，是比发达国家的环境污染危害更大、更难解决的环境问题。其二 危害后果不同 第一次高潮人们关心的是环境污染对人体健康的影响，环境污染虽也对经济造成损害，但问题还不突
3、出。 第二次高潮不但明显损害人群健康，每分钟因水污染和环境污染而死亡的人数全世界平均达到28 人；而且全球性的环境污染和生态破坏已威胁到全人类的生存与发展，阻碍经济的持续发展。 其三 污染源不同第一次高潮的污染来源尚不太复杂，较易通过污染源调查弄清产生环境问题的来龙去脉。只要一个城市、一个工矿区或一个国家下决心，采取措施，污染就可以得到有效地控制。第二次高潮出现的环境问题，污染源和破坏源众多，不但分布广、而且来源杂，既来自人类的经济再生产活动，也来自人类的日常生活活动；既来自发达国家，也来自发展中国家，这就极大地增加了解决问题的难度。其四，第一次高潮的“公害事件”与第二次高潮的突发性严重污染事
4、件也不相同。第二次一是带有突发性。二是事故污染范围大、危害严重，经济损失巨大。例如：印度博帕尔农药泄漏事件，受害面积达40平方公里，据美国一些科学家估计：死亡人数在0.61万人，受害人数为1020万人之间，其中有许多人双目失明或造成终生残废。三、环境保护的发展历程1962年美国海洋生物学家蕾切尔卡逊(Rachel Carson)发表寂静的春天（ Silent Spring），这本书揭示了杀虫剂(DDT)的危害。 1972年增长的极限发表，这是以美国麻省理工学院梅多斯(Dennis L. Meadows)为首的研究小组作为罗马俱乐部发表的第1份研究报告。它所阐述的“合理的、持久的均衡发展”，为孕
5、育可持续发展的理论萌芽提供了土壤。（三） 第一个里程碑联合国人类环境会议UN Conference on Human Environment1972年6月5日，瑞典首都斯德哥尔摩113个国家国际机构的1300多名代表中国代表团(中国环保的开端)广泛研讨并总结了有关保护人类环境的理论和现实问题，制订了对策和措施，提出了只有一个地球的口号，并呼吁各国政府和人民为维护和改善人类环境，造福全体人民，造福子孙后代而共同努力联合国人类环境会议UN Conference on Human EnvironmentWorld Environment DayOnly One EarthDeclaration of
6、 United Nations Conference on Human Environment联合国人类环境会议1992年联合国在巴西里约热内卢召开的环境与发展大会，共有183个国家代表团和70个国际组织的代表出席会议，由于有102位国家元首或政府首脑出席，这次会议被称为地球峰会(Earth Summit)里约环境与发展大会通过了里约环境与发展宣言和21世纪议程两个纲领性文件以及关于森林问题的原则声明，签署了气候变化框架公约和生物多样性公约。这些文件充分体现了当今人类社会可持续发展的新思想，反映了关于环境与发展领域合作的全球共识和最高级别的政治承诺。Agenda of 21 centuryTh
7、e United Nations World Summit on Sustainable Development (WSSD), held in Johannesburg in August 2002 was the third environmental conference可持续发展世界首脑会议 可持续发展世界首脑会议 B.会议成果关于可持续发展的约翰内斯堡宣言（The Johannesburg Declaration on Sustainable Development）可持续发展世界首脑会议实施计划（Plan of Implementation of the World Summit
8、on Sustainable development）第二节 环境科学概述由于环境问题的产生，环境污染、环境公害和生态的破坏等，就需要一门专门的学科来研究和解决这些问题。环境科学也并应运而生。环境科学产生发展1、环境科学是在20世纪50年代环境问题严重化的背景下诞生的，1954 年美国学者最早提出了“环境科学”一词。 2、国际性环境科学机构出现于20世纪60年代，1968年国际科学联合理事会设立了环境问题科学委员会，20世纪70年代出现了以环境科学为内容的专门著作，其中为1972年“联合国人类环境会议”而出版的只有一个地球是环境科学中一部最著名的绪论性著作。 3、70年代以来，人们在控制环境污
9、染方面取得了一定成果，某些地区的环境质量也有所改善。这证明环境问题是可以解决的，环境污染的危害是可以防治的。 4、随着人 类在控制环境污染方面所取得的进展，环境科学这一新兴学科也日趋成熟，并形成自己的基础理论和研究方法。它将从分门别类研究环境和环境问题，逐步发展到从整体上进行综合研究。 环境科学主要是运用自然科学和社会科学的有关学科的理论、技术和方法来研究环境问题，形成与有关学科相互渗透、交叉的许多分支学科。属于自然科学方面的有环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境医学、环境工程学；属于社会科学方面的有环境管理学、环境经济学、环境法学等。 主要任务 第一，探索全球范围内环境演化的规律
10、。 第二，揭示人类活动同自然生态之间的关系。 第三，探索环境变化对人类生存的影响。 第四，研究区域环境污染综合防治的技术措施和管理措施。 第二章 大气环境污染与防治1 大气的结构和组成2 大气的主要污染物和污染源3 大气污染物的化学转化4 污染物在大气中的扩散模式5 大气污染物的危害6 大气污染的防治大气污染典型案例1952.12英国伦敦烟雾事件，使很多人发 病，仅四天死亡人数达4000人；1948.10美国多诺拉大气污染事件，发病 5911人，死亡17人；1943年美国洛杉矶光化学烟雾事件中， 使许多人发病，死亡数百人；1930.12比利时的处于狭窄盆地中的工业 区马斯河谷大气污染事件，使许
11、多人发 病，一周内死亡60余人；1984年印度中央邦首府博帕尔发生严重 的毒气泄漏事故，造成12万余人不同程 度遭受毒害，10万人终身残疾，数千人 死亡。一 大气结构和组成 1、大气概述 1）大气圈：在自然地理学上，把由于地心引力而随 地球旋转的大气层。2）大气圈中的空气分布是不均匀的，海平面上的空 气空气密度最大，近地层的空气密度随高度上升 而逐渐减少。3）温度随大气高度的变化是地球大气最显著的特 征，常用气温的垂直递减率或气温铅直梯度r来表示。 当气温随调试升高而降 低时，r0；反之，r0。4）大气的垂直分层：a. 对流层：大气圈的最低一层，厚度随纬度和季节而变体，平均为12km。 一般情
12、况下，温度随高度增加而递减，平均上升100m降温0.65（即气温直减率）； 大气对流运动强烈,云、雾、雨、雪等主要天气现象都发生在这一层； 受地面状况和人为活动影响最为显著，大气的温度、湿度等气象要素水平分布差异大, 从而形成不同的大气环境和产生各种大气污染现象。b. 平流层：从对流层顶到55km左右这一层称为平流层。主要特征有： 温度先随高度升高缓慢升高,从3035km起,温度随高度增加升温迅速； 大气多为平流运动, 整个大气层比较平稳； 水汽和尘埃的含量很少，云也很少。在对流层顶以上臭氧量开始增加，至2225km附近臭氧浓度达极大值，然后减少，到50km处臭氧量就极微了，因此主要的臭氧带包
13、含在平流层内。c. 中间层：自 50Km 到 85km 左右这一层称为中间层。中间层的温度随高度迅速降低，顶界温度下降至约-100附近时 , 再次出现空气的对流运动。d.电离层：从中间层顶至 800km 高度这一层称为电离层。此层的温度随高度迅速升高，大气处于高度电离状态，具有反射无线电波的能力 ，故有电离层之称。e. 逸散层：高度 800km 以上的大气层，统称为逸散层。它是大气向星际空间的过渡带。此层空气极其稀薄，气温很高，并随高度增加而继续升高。地球引力作用小，空气质点经常散逸至星际空间。电离层和逸散层也称为非均质层 ， 在此以外就是宇宙空间。2 大气的组成：自然状态下的大气由于干燥清洁
14、的空气、水蒸汽和悬浮微粒三部分组成。（1）大气中除气体成分外, 还有很多液体、固体杂质和微粒； （2）大气中的二氧化碳、水汽、微量有害气体和固体杂质的含量是变化的；（3）臭氧是由氧分子离解为氧原子，氧原子再与另外的氧分子结合而成的一种无色气体；（4）水汽主要来自海洋和地面水的蒸发与植物蒸腾；（5）在 85km 以上的大气中，主要成分仍然是氮和氧。二 大气污染1 大气污染 1）含义： 大气污染 是指由于人类活动和自然过程引起某种进入大气层的污染物的含量超过环境所能允许的极限, 使大气 质量恶化, 从而危害生物的生活环境, 影响人类健康 , 给正常的工农业生产带来不良后果的现象。2）分类：a. 根
15、据大气污染影响所及的范围可分为四类：局部性污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染；b. 根据能源性质和大气污染的组成和反应分：煤炭型、石油型、混合型和特殊型污染；c. 根据污染物的化学性质及其存在的大气状况分：还原型和氧化型污染。 大气污染分类：（1）煤烟型污染（烟尘、SO2、CO、氮氧化物）（2）石油型污染（CO、碳氢化合物、氮氧化合物、 颗粒物、铅）（3）混合型污染（介于煤烟型和石油型污染之间）（4）氮氧型污染（尾气）（5）沙尘型污染（风沙）2 大气污染源：1）自然源：火山喷发、森林火灾、土壤风华等自然原因产生的沙尘、二氧化硫、一氧化碳等； 2）人工源：指任何向大气排放一次污染物的工厂、
16、设备、车辆或行为等。空间：点源、线源、面源；时间：连续源、间断源、瞬间源；.3 大气污染物：1）大气污染物：以各种形式进入大气层, 并有可能对人类、生物、材料以及整个大气环境构成危害或带来不利影响的物质称为大气污染物。2）大气污染物的物理状态：大气污染物以气体形式和气溶胶形式存在，其中气体形式约占 90%（体积分数），气溶胶形式约占10%（体积分数）。（1）气体形式污染物：气体形式污染物是指在常温常压下以气体形式分散在大气中的污染物质。一氧化碳、氮氧化物、氯气、氯化氢、氟化氢、臭氧等。它们的运动速度较快 , 扩散快、易受气流影响。 （2）气溶胶形式污染物：任何固态或液态物质当以小的颗粒物形式分
17、散在气流或大气中时都叫做气溶胶。雾、烟、粉尘和烟雾，便是不同形式的气溶胶。 3）大气污染物的类别：大气中的污染物可分为一次污染物和二次污染物两类：（1）大气一次污染物：大气一次污染物是指直接从各类污染源排出进入大气的各种物质, 如气体、蒸汽及尘埃。 （2）大气二次污染物：大气二次污染物由进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分经过一系列的化学反应生成的, 以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。 常见的有：臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、硫酸及硫酸盐气溶胶（硫酸烟雾）、硝酸及硝酸盐气溶胶等 。 （见下表） 几种主要的气体这状态污染物（P14）（1）硫氧化合物：（2） 氮氧
18、化合物： （3） 碳氧化合物： （4） 碳氢化合物： （5） 含卤素化合物：4 大气污染的危害：对人体健康的危害；对工业生产的危害；对植物的危害；对动物的危害；对气候的影响。（1）大气污染对人体的影响：分急性和慢性两方面。（2）大气污染对植物的影响：a 高浓度污染物产生急性危害；低浓度污染物产生慢性危害，即植物外表不出现受害症状, 但生理机能受到影响，造成植物生长减弱，降低对病虫害的抵抗能力。b 两种或多种污染物所造成的危害称复合危害。某些污染物共同作用时, 有所谓增效或协同作用。 （3）大气污染对器物的损害：a. 玷污性损害是尘、烟等粒子落在器物表面造成的 ,有的可以通过清扫冲洗除去, 有的
19、很难除去。 b. 化学性损害是由于污染物的化学作用, 使器物腐蚀变质，降低其保护效能等。（4） 大气污染对全球大气环境的影响:大气污染对全球大气环境的影响目前已明显表现在3个方面: 臭氧层破坏、酸雨及全球变暖。这些问题如不及时控制, 将对整个地球造成灾难性的危害。三 大气污染气象学条件1. 大气圈结构及气象要素2. 大气的热力过程3. 大气的运动和风（一）主要气象要素1气温 表示大气温度高低的物理量。反映一定条件下空气分子平均动能大小。通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。2气压大气的压强单位：1Pa=1N/m2，mb毫巴 1mb=100Pa=1hPa 1atm（标准大气压）101325
20、Pa1013.25mb=760mmHg3气湿 气湿是大气中水汽含量的物理量，可以用水蒸气分压或单位湿空气水蒸气含量表示。 表示气湿的物理量主要有：绝对湿度、相对湿度、含湿量、水气体积分数和露点。 4风向和风速 水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）。风的来向叫风向（16个方位圆周等分） 风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（一定时间如2或10min的平均值） (km/h) F风力级（012级） 大气的运动和风引起大气运动的作用力5、云 云是飘浮在空中的水汽凝结物，由大量小水滴或小冰晶或两者混合物组成。云高和云量对污染物扩散具有重要意义。 云量：天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分
21、） 云高：云底距地面底高度 低云（2500m以下） 中云（25005000m） 高云（5000m以上） 6能见度 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离。级别（09级，相应距离为5050000米） 问题？ 太阳、大气和地面的热交换太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化（二） 大气的热力过程 1、太阳、大 气和地面的热交换 【太阳】 地球上所有的能量最终都来自于太阳。太阳表面温度达6000K，不断向外辐射能量。太阳辐射线主要有：紫外线、可见光和红外线，波长在0.154m之间的射线辐射能占全部太阳能量的99以上。【地球】
22、地球表面的陆地、海洋、植物等直接吸收太阳辐射的能力很强，太阳辐射到地球上的能量约有21%直接被地面吸收。同时，地球表面可以按自身温度向外辐射。地球辐射以低温长波辐射为主，波长集中在3120m之间。 大气还能吸收地面长波辐射。其中水汽、二氧化碳等吸收长波辐射能力较强，水滴、臭氧和颗粒物也能选择吸收一些长波辐射。最终约有7590的地面长波辐射被大气吸收。 大气吸收太阳辐射和地面辐射的同时，也能向上或向下辐射。大气向下辐射称为逆辐射，以长波辐射为主，这是地面的主要加热方式。（2） 干绝热直减率 干气团绝热上升或下降单位高度( 通常100m) 的温度变化量称为干绝热直减率，用d 表示，单位K/100m
23、 。 （3）气温直减率（4）气温的垂直分布（温度层结） 气温的垂直分布温度层结 （三）大气稳定度及其判据 定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生对流。定性描述： （四）逆 温定义：逆温是大气温度随高度增加而升高的现象，逆温层结是强稳定的大气层结，不利于污染物的扩散。1、辐射逆温： 在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快，贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成温度自下而上的增加，称为辐射逆温。 辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐渐消失，一般在上午完全消失。 辐射逆温的生消过程2.下沉逆温 由于
24、空气下沉受到压缩而增温所形成的逆温（多在高空大气中，高压控制区内）4.锋面逆温大气扩散地方性风场 1海陆风 地方性风场 2山谷风 地方性风场 3城市热岛环流 烟流型与大气稳定度的关系 波浪型（不稳）锥型（中性or弱稳）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳） 第三章 水体污染与防治本章学习要求： 1 了解水体的自然属性。 2 水体污染源与污染物。 3 水体污染的危害及其迁移转化规律。 4 水体污染的防治方法。 第一节 水资源与水质指标 一 水资源与水循环（一）水资源 1、地球上的总水量为13.6亿立方千米，其中海水约占97，淡水占3，而淡水中的大部分储存在极地的冰雪中，仅有不到
25、1的淡水为人类所利用，估算约为300万立方千米。 我国淡水资源的总量为2.8亿立方米，居世界第六位。但人均占有量较低，以13亿人口计，人均占有量仅有2154立方米，只相当于世界人均水资源占有量10000立方米的1/4左右。 2、自然界的水按其存在部位可分为大气水、地表水 和地下水。3、天然水的化学组成 由于水是一种很好的溶剂，因此在循环过程中于其它物质接触时，或多或少地溶解它们，所以天然水中几乎包含了周期表中的所有元素。各地天然水的组成也不尽相同。（二）水循环 地球上的水圈是一个永不停息的动态系统。在太阳辐射和地球引力的推动下，水在水圈内各组成部分之间不停的运动着，构成全球范围的海陆间循环（大
26、循环），并把各种水体连接起来，使得各种水体能够长期存在。 水循环的主要作用表现在三个方面： 水是所有营养物质的介质，营养物质的循环和水循环不可分割地联系在一起； 水对物质是很好的溶剂，在生态系统中起着能量传递和利用的作用； 水是地质变化的动因之一，一个地方矿质元素的流失，而另一个地方矿质元素的沉积往往要通过水循环来完成。 水循环的地理意义有五方面： 水在水循环这个庞大的系统中不断运动、转化，使水资源不断更新(所谓更新，在一定程度上决定了水是可再生资源)。 水循环维护全球水的动态平衡。 水循环进行能量交换和物质转移。陆地径流向海洋源源不断地输送泥沙、有机物和盐类；对地表太阳辐射吸收、转化、传输，
27、缓解不同纬度间热量收支不平衡的矛盾，对于气候的调节具有重要意义。 造成侵蚀、搬运、堆积等外力作用，不断塑造地表形态。 水循环可以对土壤的优质产生影响。 1 水的自然循环 指地球上各种形态的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗、径流等环节，不断发生相态转换的周而复始的运动过程。 2 水的社会循环 水的社会循环是指人类社会由于生产和生活的需求，从各种天然水体中取用大量的水，然后又以污水、生活废水（工业废水与农业退水等）形式排出，最终又流入天然水体中。由此构成了一个以人类社会为中心的局部循环体系，我们称之为水的社会循环。二、天然水的物质组成1、溶解气体 溶质粒径小子10-9m
28、，以分子状态存在于水中。根据气体在水中含量的多少，进一步划分为主要气体和微量气体。2、溶解性物质 溶质粒径小于10-9m，主要以离子形态存在于水中，根据含量和生成原因，又再细分为主要离子、生物生成物、微量元素。3、胶体物质 溶质粒径为10-9m10-7m时，属于胶体溶液，根据胶体的性质又分为无机胶体和有机胶体。4、悬浮物质 溶质点粒径10-7m，为悬浊液或悬浮液，根据物质性质分为细菌、藻类及原生动物、泥沙、粘土和其他不溶物质。（一）水质 水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。 各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。（二） 水质
29、指标第一类 物理性水质指标 （1）感观指标 （2）其他物理性状指标第二类 化学性水质指标 （1）一般化学性水质指标 （2）有毒的化学性水质指标 （3）有关氧平衡的水质指标 BOD、COD、 DO、TOD第三类 生物学水质指标 大肠菌群数（三） 水污染防治工作中常用的水质指标 （1）PH （2）悬浮固体 （3）COD和BOD 需氧污染物1、生化需氧量（BOD）Biochemical Oxygen Demand （1）生化需氧量表示水中有机物经微生物分解时所消耗的溶解氧的数量，以mg/L作单位。 （2）有机物经微生物分解的过程通常为两个阶段： 第一阶段 有机物CO2、H2O、NH3等 第二阶段 N
30、H3NO2、NO3 第二阶段对环境卫生的影响较小，废水的BOD通常只指第一阶段有机物生物氧化所需溶解氧的数量。 由于微生物的活动与温度有关，所以测定BOD时一般以200C作为测定的标准温度，在200C时，一般生活污水中预计无需20天左右才能基本完成第一阶段的分解过程，这给实际测定工作带来困难，而试验表明一般有机物五日生化需氧量约占第一阶段生化需氧量的75，所以目前都以五日生化需氧量作为测定生化需氧量的标准时间，称为五日生化需氧量，用BOD5表示。 2、化学需氧量(COD)Chemical Oxygen Demand 化学需氧量是指用化学氧化剂氧化水中有机物时，所需氧化剂的数量，用O2mg/L表示。 常用的化学氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾，前者测定值通常低于后者。 COD不受水质条件的影响，测定费时少，但因不能完全氧化有机物以及不能正确反应生物氧化时的耗氧量，因此不如BOD确切。3、总有机碳(TOC)Total Organic Carbon 总有机碳表示水体中所有有机污染物的含碳量，也是评价水体中有机污染物的一个综合指标。4、总需氧量（TOD）Total Oxygen Demand TOD表示水体有机物中C、H、
