环境工程重点

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1、环境：环境是相对于中心事物而言的。在环境科学中，一般认为环境是指围绕着人群的空间，及其中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种自然因素的总体，也有些人认为环境除自然因素外，还应包括有关的社会因素，即自然环境和社会环境。环境分类：环境具有多种层次，多种结构，可以作各种不同的划分。一般是按照下述原则来分类的，即按照环境的主体、环境的范围、环境的要素和人类对环境的利用或环境的功能进行分类。环境系统：1 地球表面各种环境因素及其相互关系的总和。2 环境因素包括非生物的和生物的。非生物因素有温度、光、电离辐射、水、大气、土壤、岩石以及其他如重力、压力、声音和火等。生物因素是指各种有机体，它们彼此作用，并

2、同非生物环境密切联系着。3 环境系统实际上是一个不可分割的整体，但通常把地球环境系统分为大气圈、水圈、岩石圈（或土壤岩石圈）和生物圈。在这些圈层的交界面上，各种物质的相互渗透、相互依赖和相互作用的关系表现得尤其明显。（圈层图）环境系统是一个开放系统，也是一个动态平衡体系，能量的收入和支出保持平衡，因而地球表面温度恒定。环境系统在长期演化过程中逐渐建立起自我调节系统，维持它的相对稳定性。所有这些都是生命发展和繁衍必不可少的条件。4 环境系统的范围可以是全球性的，也可以是局部性的。6环境系统和生态系统两个概念的区别是：前者着眼于环境整体，而后者侧重于生物彼此之间以及生物与环境之间的相互关系。 环境

3、系统和人类生态系统两个概念相近似，但后者突出人类在环境系统中的地位和作用，强调人类同环境之间的相互关系。 环境系统从地球形成以后就存在，生态系统是生物出现后的环境系统。而人类生态系统一般是人类出现后的环境系统。环境系统是具有一定调节能力的系统，对来自外界比较小的冲击能够进行补偿和缓冲，从而维持环境系统的稳定性。环境系统的稳定性在很多情况下取决于环境因素与外界进行物质交换和能量流动的容量。7 合理利用和改造人类环境，防止不良后果，要做好环境系统的研究。研究重点是： 存在于各环境因素之间，各圈层之间，有机界与无机界之间的相互作用，能量的流动，物质的交换、转化和循环。 环境系统中的平衡关系，反馈机制

4、，自我调节能力，环境容量。环境系统的稳定性和敏感性。 人为活动对环境的影响。这些研究，涉及许多学科领域，也是环境科学的中心任务之一。8 环境科学是把环境作为一个整体进行综合研究的。10环境中的各种资源同环境的主体一一人类之间，都处于动态平衡之中。因之在不同的生产水平的各个时期，环境对人口的承载量都有一个平衡值或最佳点，如果越出这个平衡值，则必然会使环境质量下降或者使人类生活水平下降。所以人类在改造环境中，必须使自身同环境保持动态平衡关系可持续发展问题。（sustainabledevelopment）环境质量：1 一般是指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及社会

5、经济发展的适宜程度，是反映人类的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。环境质量包括环境综合质量和各种环境要素的质量，如大气环境质量，水环境质量，土壤环境质量，生物环境质量，城市环境质量，生产环境质量，文化环境质量等。而各种环境要素的优劣，都是根据人类各种要求而进行评价的。在环境的研究与开发、利用中，人类要确定环境质量就必须进行环境质量评价，要进行评价就必须有标准，这样就产生了环境质量标准的体系。由于环境质量是依据人类的各种要求来评价的，所以环境质量标准也依不同的要求而有许多种。2 目前环境化学的基础理论尚处于发展过程中。3 环境化学的研究领域主要有：4 环境污染化学研究化学污染物在环境中的变化

6、，包括迁移、转化过程中的化学行为、反应机理、积累和归宿等方面的规律。化学污染物质在大气、水体、土壤中迁移，并伴随着发生一系列化学的、物理的变化，形成了大气污染化学、水污染化学、土壤污染化学和污染生态化学。7环境化学的兴起和发展，为人类保护、改善环境提供了化学方面的依据。一些研究课题受到人们的重视，如：大气平流层中臭氧层破坏的过程和速度，以及由此而造成的影响；农药、硫酸烟雾在大气中的反应动力学及其变化过程；酸雨的形成和危害；大气中二氧化碳的积累及其温室效应；致畸、致突变和致癌物质的筛选，以及污染物的致畸、致突变、致癌性与其化学结构间的关系；有毒物质毒性产生的机理，拮抗和协同作用的机理，及其与化学

7、结构的关系；新的污染物的发现和鉴定；分析方法的探讨和分析技术的改进；卫星监测系统和光学遥感系统的研制等。8大气是指包围在地球表面并随着地球旋转的空气层，也称为大气圈或大气层。9大气层的重要性在于：（1对外吸收了来自太阳和宇宙空间的大部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；（2）对内维持地球热量平衡的基础，为生物生存创造了一个适宜的温度环境。10一般称大气层的厚度为1000km,但其75%的质量只在10km以下的范围内，99%在30km以下，高度100km以上，空气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。11在距地面15km以下大气中，初级宇宙射线大部分都转变为次级宇宙射线。12大气污染：大

8、气中存在的某种物质超过了正常的环境水平，且对受体产生了可以测量出来的不良效应。受体包括人、生物、材料、气候等。13大气污染物：使大气产生污染的物质称为大气污染物，包括气态（气体、蒸汽）污染物和颗粒物（气溶胶）。14大气污染形成的过程：大气污染物一旦进入大气这个动态体系（源的输入），就参加到与植物、海洋、土壤等不断进行的物质交换过程，参与大气循环过程。经过一定时间后，又通过大气中的化学反应、生物活动和物理沉降等过程从大气中除去（汇的输出）。如果输出大气的速率小于输入大气的速率，就会在大气中相对地积累。当浓度高到超过安全水平时，就会直接地或间接地对人、畜、水体、植被和材料造成急、慢性伤害。15随着

9、社会的发展，城市化是必然的一个趋势。在这一发展过程中，出现了新型建筑、新式交通工具、特殊工作场所等，而人们在这些微环境中生活、工作的时间也远远超过了农耕时代。16在微环境空气污染研究中起步最早的是建筑物内部空气污染研究，肇因是建筑综合症（SBS）和与此相关的建筑物关联症（BRI）等。室内空气质量（IAQ，indoorairquality）于20世纪70年代能源危机之后在西方国家开始受到重视。17人在一天的生活中有8090%的时间是在室内度过的，每天要吸入1013m3的空气。加拿大某卫生组织的调查表明，人们68%的疾病都与室内空气污染有关。18降尘（dustfall）是指用降尘罐采集到的大气颗粒

10、物。在总悬浮颗粒物中直径大于30.m的粒子，由于其自身的重力作用回很快沉降下来，将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。19飘尘（suspendedparticulatemattersSPM）：可在大气中长期漂浮的悬浮物称为飘尘，又称为悬浮颗粒物。主要是粒径小于10的微粒。飘尘粒径小，能被人直接吸入呼吸道造成危害，同时可以在大气中长期漂浮，易被污染物带到很远的地方，使污染范围扩大，还可以为化学反应提供反应床。因此，飘尘是最引人注目的研究对象之一。2.1.2.3按形成过程分1一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如CO、S02、NO等。2二次污染物是指由一次

11、污染物经化学反应或光化学反应形成的污染物质。如光化学氧化剂Ox（由天然源和人为源排放的氮氧化合物和碳氢化合物，在日光照射下，发生光化学反应生成的。主要包括臭氧、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛类、过氧化氢等能危害动植物，具有刺激性、氧化性的物质，实际上就是光化学烟雾）、臭氧（O3）、硫酸盐颗粒物等。3影响大气污染物迁移的因素：空气的机械运动，由于天气形势和地理地势造成的逆温现象，污染物本身的性质。平流层（stratosphere）:从对流层顶到约50km的大气层为平流层。在平流层下层，即3035km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称为同温层。在3035km以上，温度随高度升高而升

12、高。平流层的特点：（1）空气没有对流运动，平流运动占显著优势。（2）空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象，透明度高。（3）在高约1040km范围内，有厚约20km的臭氧层，因为臭氧具有吸收太阳短波紫外线（UV-B、UV-C）的能力，臭氧吸收太阳辐射转化为分子内能，故使平流层的温度随高度升高，也防止了地球生命遭受高能辐射的伤害。（4）臭氧层平均温度为-20dC，压力约1.3kPa,存在臭氧（O3）的平均浓度约6.4X10-6（体积分数）。中间层（mesosphere:从平流层顶到80km高度称为中间层。中间层顶，气温达到极低值（约-100C）。在约60km的高空，受到阳光照

13、射的大气分子开始电离，所以在6080km之间是均质层转向非均质层的过渡层。3.2.3Seinfeld链反应机理（光化学烟雾形成的简单机制）1该机制共包括12个反应式：NO2+hY（X420nm）NO+O（3P），O（3P）+O2+MO3+M，NO+O3NO2+O2,RH+OHRO2+H2O，RCHO+OHRC（O）O2+H2O，RCHO+hyRO2+HO2+CO，HO2+NONO2+OH，RO2+NONO2+RCHO+HO2，RC（O）O2+NONO2+RO2+CO2，OH+NO2HNO3，RC（O）O2+NO2RC（O）O2NO2,RC（O）O2NO2RC（0）02+N022大气中自由基的去

14、除主要是通过与其他物种的反应使自由基之间相互转化或自由基之间复合生成稳定物种。主要例子有以下8个反应：CO+OHCO2+H，H+O2+MHO2+M，CH4+OHCH3+H2O，CH3+O2+MCH3O2+M，HO2+NONO2+OH,HO2+O32O2+OH,HO2+OHH2O+O2,OH+OHH2O23水以气态、液态和固态形式存在，成为大气水、海水、陆地水（河水、湖水、沼泽水、冰雪水、土壤水、地下水），以及存在于生物体内的生物水，这些水的运动构成了水圈。水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化和归趋的规律及其化学行为对生态环境的影响。水环境化学是环境化学的重要组成部

15、分，为水污染控制和水资源的保护提供了科学依据。水环境化学研究的特点：（1）体系复杂离子、分子、胶体微粒（2）界面现象重金属、有机物附着在胶体微粒面上，化学、生物等变化也在界面发生发展趋势：三微”微量、微观、微粒一一研究对象三模”模型、模式、模拟实验一一研究手段1膜分离的基本原理是利用天然或人工合成的、具有选择透过性的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集。2膜是具有选择性分离功能的材料。如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是膜。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜

16、分离。（这里所谓的凝聚相物质可以是固态的，也可以是液态或气态的。膜本身可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚态物质所构成的复合体）。3膜可以在分子范围内进行分离并且这过程是一种物理过程不需发生相的变化和添加助剂。4半透膜：只能通过水分子，但不能通过溶质分子的膜。用只能让水分子透过，而不允许溶质透过的半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过。结果使咸水一侧的液面上升，直至到达某一高度，此即所谓渗透过程。5反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂（通常是水）的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。天然水体-海洋海水离子强度I

17、-0.7。温度和盐度-海水各种性质的决定性因数。海水pH值在表层为8.18.3,深层pH=7.8主要成分：Cl、Na+、Mg2+、SO42、Ca2+、K+和（HCO3+CO32-）含氯量-水样中氯化物、溴化物和碘化物总和（后两者被折算为氯化物）。盐度和含氯量之间的经验关系式为：盐度。=0.03+1.805（含氯量。）多数海水的盐度在33%。-37%。1水体污染：人类活动排放污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低水体的使用价值。2水体自净：受污染的水体-物理、化学、生物等方面的作用-污染物浓度逐渐降低（经一段时间后恢复到受污染前状态的过程）3影响水体

18、净化过程的因素：河流、湖泊、海洋等水体的地形和水文条件；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。水体污染-水体污染物：无机和有机污染物、放射性物质、热污染以及病原微生物等。病原体:生活污水、畜禽饲养场污水，制革、洗毛、屠宰业和医院等废水病原体-病毒、病菌、寄生虫（混凝、沉淀、过滤、消毒处理可去除水中99%以上病毒）5.3.1.3生物法1）活性污泥法：将空气连续注入曝气池的污水中，经过一端时间，水中即形成繁殖有巨量好氧微生物的絮凝体一一活性污泥。活性污泥能够吸附水中的有机物，生活在活性污泥上的微生物以有机物为食物，获得能量并不断生长增殖，有机物被去除，污水得以净化。2）胶体

19、颗粒物的聚集：胶体颗粒物的聚集可称为凝聚或絮凝，把电解质促成的聚集称为凝聚，而由聚合物促成的聚集称为絮凝。1土壤矿物粒子表面通常带负电荷，吸附阳离子。土壤矿物粒子所吸附的阳离子被土壤溶液中其它阳离子置换的过程，称为土壤的阳离子交换。2阳离子交换反应是可逆反应，以化学计量关系进行，交换反应的速率随黏土矿的种类、阳离子的性质与浓度而变化（高岭土矿的离子交换速率是最快的）。3阳离子交换容量（CEC）=交换性阳离子mmol/干土壤kg土壤的酸度：活性酸度（有效酸度）：土壤溶液中游离H+提供，可直接测潜性酸度：土壤胶体所吸附H+、AI3+提供土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和AI3+。当这

20、些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤的pH值降低。粗无机粒子：单个土粒直径200nm，平均密度2.7g/cm3，可筛分为沙、粉、石，源于原生矿物质（在地壳中最先存在的、经风化作用后仍无变化地遗留在土壤中的一类矿物）。构成土壤骨架，提供营养元素。土壤中最主要的原生矿物：（a）硅酸盐类矿物：易风化成盐，释放K、Ca、Na、Mg。（b）氧化物类矿物：石英、赤铁矿等，性质稳定。（c）硫化物类矿物：土壤中只含FeS2化合物（黄铁矿、白铁矿）。（d）磷酸盐类矿物:Ca5（PO4）3F等，提供无机P。土壤的自净作用和污染防治：1自然界

21、各种物质组成之间都存在着物质和能量的交换与循环，经常处于一种相对的平衡状态。2污染物质进入土壤中，就会使其物质组成发生变化，并破坏物质原有的平衡，造成土壤污染。3当各种物质进入土壤之后，土壤随即显示出自净能力，也就是通过在土壤环境中发生物理、物理化学、化学和生物化学等一系列反应过程，促使污染物质逐渐分解或消失。4在通常的情况下，土壤的净化能力决定于土壤的物质组成和土壤环境其他特性，也和污染物的种类和性质有关。5不同土壤的净化能力不同，同一土壤对不同污染物质的净化能力也是不同的，同时土壤的净化速度是比较缓慢的。6介质条件中土壤溶液的pH值是影响吸附的最重要因素:（1）土壤胶粒表面通常带有电荷，且

22、按电荷发生缘由可分为两类：一类是永久性电荷，发生在铝硅酸盐表面，由同晶离子置换引起。另一类是pH制约性电荷，发生在腐殖质或细菌体表面，即当介质pH值小于其等电点时，它们的表面带正电，否则带负电。又如粘土胶粒、铁和铝水合氧化物表面都带有OH-基团，根据介质pH值的大小也会如腐殖质那样带上正电或负电，同属pH制约性电荷。（2）由于上述土壤组分的等电点大多较低，在土壤溶液相对较高的pH值条件下，它们的胶粒表面大多带负电。因此在土壤溶液中易离解为阳离子的农药，具有较强的被吸附能力。7进入土壤的重金属的归趋有多个方面：吸附在土壤中，分为溶解和不溶两种状态；被植物或其他生物吸收；进入排水，随之离开土体；因

23、挥发进入大气。8重金属污染物在土壤中发生迁移及其在土壤固液两相间分配的主要控制过程是吸附，主要控制因素是重金属本身的性质和土壤环境的性质。9天然放射性核素广泛分布于地球各圈层之中，由其和宇宙射线造成的地球上环境的辐射水平称为天然辐射本底，简称天然本底。人体受到的天然辐射主要是本底在体外的外照射，其次是吸入人体内和体内本身就有的天然放射性核素的内照射。一般地区，天然本底内外照射每年给予人的平均剂量估计约为1.110-3Sv。10人工辐射的来源主要有以诊断医疗为目的所使用的辐射源设备和放射性药剂、核武器试验、核工业及研究单位排放的三废，以及带有辐射的消费品等。一般每人每年从环境辐射受到的总剂量约为

24、210-3Sv，其中天然本底辐射占50%以上。在人工辐射中，大部分来自医疗辐射。11人工辐射所造成的危害称为放射性污染。土壤胶体的性质：（1）土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能。（2）土壤胶体的电性。土壤胶体微粒具有双电层，微粒的内部称微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子层，其外部由于电荷吸引，而形成一个正离子层，成为双电层。（3）土壤胶体的凝聚性和分散性。由于胶体的比表面积和表面能都很大，为了减少表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。但是，在土壤溶液中，胶体常带负电荷，即具有负的电动电位，所以胶体微粒又因相同电荷而相互排斥，电动电位越高，相互排斥力越强，胶体微粒分散性越强

25、。影响农药在土壤中扩散的因素：土壤中水分含量、土壤的吸附能力、土壤的空隙度和温度及农药本身的性质。（1）土壤中水分含量：决定农药在土壤中扩散的形式及扩散速度。（2）土壤的吸附能力：农药在土壤中的吸附和扩散是呈负相关的。（3）土壤的紧实度：土壤的紧实度是影响土壤空隙度和界面特性的参数。增加土壤紧实度的总体影响是降低了土壤的空隙度，降低了农药在土壤中的扩散速度。（4）温度：土壤温度升高时，农药的蒸汽密度明显增大，农药的扩散系数增大。（5）气流速度：气流速度直接和间接影响农药的挥发。（6）农药的种类：不同的农药的扩散行为不同。1重金属的土壤污染源多数出自于人们的生产和生活活动。如冶金、农药生产等过程

26、产生的工业废物、汽车尾气及城市污水都可使土壤中污染物浓度提高到有毒水平，对生活在该土壤地区的草食动物首先产生危害。2类质同象混入物：某种物质在一定外界条件下结晶时，晶体中的部分质点被体系中其他质点（原子、粒子、络离子）所占据，只引起晶格常数的微小改变，但是晶体构造类型、化学键类型、离子正负电荷的平衡不改变或几乎不变的现象，称类质同象。被置换而进入晶格的物质，称类质同象混入物。3地球化学本底值：自然界中某种物质含量的天然水平，它是用来估计物质在该地区地球化学异常程度的标准。表面吸附、离子交换吸附、专属吸附的区别：（1）表面吸附：属于物理吸附；胶体具有巨大的表面积和表面能，固一一液界面存在表面吸附

27、作用。胶体的表面积越大，比表面吸附能越大，胶体的吸附作用越强。（2）离子交换吸附：属于物理化学吸附；大部分胶体带负电，容易吸附各种阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时释放出等量的其他阳离子，这一过程为可逆反应过程。（3）专属吸附：属于化学吸附；在吸附过程中，除了化学键的作用之外，尚有加强的增水键和范德华力或氢键起作用。A.使胶体表面电荷改变符号，B.使离子化合物吸附在同号电荷的表面上或中性表面上；在水环境中，配合粒子、有机粒子、有机高分子和无机高分子的专属吸附作用特别强烈。沉积物中的重金属释放（1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来，这是金

28、属从沉积物中释放出来的主要途径之一。（2）氧化还原条件的变化：在耗氧区，一定深度以下的沉积物中氧化还原电位急剧降低，使铁、锰氧化物部分或全部溶解，被其吸附或与之共沉淀的重金属离子也同时释放出来。（3）降低pH值：pH降低，导致碳酸盐和氢氧化物溶解，H+的竞争作用增加了金属离子的解吸量。（4）增加水中配合剂的含量：配合剂的使用量增加，能和金属形成可溶性配合物，有时这种配合物的稳定性增大，可以以溶解态存在，使重金属从颗粒上解吸下来。（5）生物化学迁移过程：重金属从沉积物中迁移到动植物体内一一可以沿食物链进一步富集，或直接进入水体，或通过动植物残体的分解进入水体。污染物质生物富集、放大和积累生物富集

29、或生物浓缩：生物通过非吞食方式，从周围环境（水、土壤、大气）蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。生物富集用生物浓缩系数表示，即：BCF=Cb/Ce式中：BCF:生物浓缩系数Cb：某种元素或难降解物质在机体中的浓度，Ce：某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。污染物质的生物富集、放大和积累生物放大：同一食物链的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。生物放大的程度用生物浓缩系数表示。生物积累：生物从周围环境（水、土壤、大气）和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。生物积累也用生物浓缩系数表示。