《化工环境工程概论》课件 第一章

《化工环境工程概论》课件第一章
第一章环境与环境保护
授课方式：讲课
教学目标：使学生了解环境、环境科学、环境保护的相关概念，及当前世界环境问题的严峻形势，进而明确环境保护的重大意义。

教学重点：1 环境与环境科学的定义、研究目的、对像及任务等；
2 当前世界环境的主要问题及其发展前景。

教学难点：环境污染及其对人体的危害。

教学时数：2学时
授课内容：
思考题：说出化工与环境的关系？考虑为什么学习化工环境工程概论？——学习该科目的意义、目的。

（现在大学生中普遍存在仅仅为考试而学习的心理，而偏离是为了学知识
而学习的本质，这种心态必然导致不理想的学习效果，考完试就会把学习内容忘得
一干二净。

因此，在开始讲课之前，首先提出这样的思考题，帮助学生确定明确的
学习目的，为以后的教学打下良好的基础。

）（10分钟）
第一节环境与环境科学（35分钟）
一、环境的概念与定义（5分钟）
环境是一个应用广泛的名词，它的含义和内容极其丰富但又随着各种具体状况的差异而不同，或者说它的内容随着主体的不同而异。

因此，在不同的学科当中环境一词的科学定义也不一样。

比如，在生态学中，环境一词的主体是指生态系统、群落、动植物等。

对环境科学而言，“环境”的含义是“以人类社会为主体的外部世界的总体”。

即环境科学所研究的环境，其中心事物是人类，以人类为主体的外部世界，即人类生存、繁衍所必需的、相适应的环境，或物质条件的综合体，他们可分为自然环境和人工环境两种。

自然环境——是人类出现之前就存在的，是人类目
前赖以生存、生活和生产所必需的自然
条件和自然资源的总称。

即阳光、温度、
气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、
动植物、微生物以及地壳的稳定性等自
然因素的总和，一句话概括就是“直接
或间接影响到人类的一切自然形成的物
质、能量和自然现象的总体”，也可简称
为环境。

人工环境——指由于人类的活动而形成的环境要
素。

它包括由人工形成的物质、能量和
精神产品，以及人类活动中所形成的人
与人之间的关系或称上层建筑。

环境既是人类生存和发展的基础，又是人类开发利用的对象。

环境具有整体性（世界上的任何事物都是有联系的，比如水体、大气和土壤的污染都是相互关联相互影响的）、区域性（一个化工厂污染仅是一片区域而并非全世界）、变动性（环境可能恶化也可以修复）等基本特征。

《中华人民共和国环境保护法》指出，环境——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。

这是一种把环境中应当保护的要素或对象界定为环境的一种工作定义。

二、环境科学及其研究的目的和对象（10分钟）
环境科学是一门新兴、边缘、综合性的学科，是由于环境污染发展到了一定的程度是人们意识到了严重可
能会造成严重后果的情况下才诞生的，与数学、物理学等这些有着悠久历史的学科相比，它目前还处于初生阶段、是尚未成型的边际科学。

目前环境科学可定义为：“是一门研究人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学”。

这门科学虽然是新兴学科，但却是一个多学科的综合性科学，涉及范围非常广泛。

仅从字面意思理解，环境科学应该是一门纯理工类的学科，在20世纪70年代之前，的确是这样，（书翻倒2页——环境学科的分支部分）那时它比较侧重于自然科学和工程技术等方面的研究，所涉及到的分支学科有环境工程学、环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境数学、环境水利学、环境系统工程学、环境医学等。

随着环境科学的快速发展，又扩展到了经济学、法学等文科科学的范畴，衍生出了环境社会学、环境经济学（研究资源的稀缺性，如何合理有效利用资源）、环境法学（宪法中就有关于环境保护的相关法律法规，另外还制定了《中华人民共和国环境保护法》这一单行法，可见对于环境保护的重视程度）及环境管理学等。

环境科学研究的目的与我国《环境保护法》的任务是一致的：保证在社会主义建设中，合理利用自然环境，防治环境污染和生态破坏，为人民造成清洁适宜的生活
和劳动环境，保护人民健康，促进经济发展。

环境科学研究对象：“人类和环境”这对矛盾之间的关系，即人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用的关系。

（思考题：先发展后治理，还是在治理的同时保护环境？前者能够更加快速的创造财富但是经济发展趋势是由慢迅速变快再减慢，后者可以控制环境污染但需投入大量资金我国“十一五”（2006~2010）期间，中国环境保护投入将达同期国内生产总值(GDP)的 1.5%以上，预投入总额约达14000亿元，但能保证经济发展稳步增快，。

）只有认识和掌握这种关系，才能寻求人类社会与环境协同演化、持续发展的途径与方法。

环境科学的具体研究内容：人类社会经济行为引起的环境污染和生态破坏，环境系统在人类活动影响下的变化规律；确定当前环境质量恶化的程度及其与人类社会经济活动的关系；寻求人类社会经济与环境协调持续发展的途径和方法，争取人类社会与自然界的和谐。

三、环境科学的任务（5分钟）
从某些国家的环境科学和环境保护工作的发展动向来看，大致可以分为三个阶段：第一阶段是应急阶段（目前的发展速度已经超出了环境的承受能力，因此需采取紧急措施控制环境大幅度的继续恶化）；第二阶段进入防、治结合阶段；第三阶段是完善和美化环境阶段。

环境科学的主要任务：揭示人类活动同自然生态之间的对立统一关系；探索全球范围内环境演化的规律；探索环境变化对人类生存的影响；研究区域环境污染综合防治的技术措施和管理措施。

五、环境工程概况（15分钟）
环境工程是环境可学的一个重要分支，是一门以工程手段防止污染、保护环境的综合性学科和技术。

它主要有三方面的内容：
（一）环境污染防治工程：主要是解决从污染产生、发展，直至消除的全过程存在的有关问题和采取防治措施。

例如，研究防止污染的原理和方法，设计消除污染的工艺流程等等，可看作是应急手段，对已经形成的污染状况进行改造。

既包括单个污染源或污染物的防治，也包括区域污染的综合防治。

另外它又可分为：大气污染防治工程、水污染防治工程、生态污染防治工程等。

（二）环境系统工程：运用数学、物理学、生物学等基本原理，对环境污染防治工艺、实验室模拟结果及
污染系统实测数据进行系统分析，并应用现代方法、建立数学模式和污染控制模式等，从而对污染防治系统及其有关参数进行分析和描述，表达出它们间的相互关系，为配合控制污染物排放，正确选择污染防治工艺流程，提供科学依据。

例如污染物在环境介质中的运动特征、
湖泊与水库水质模型，环境生态数学模型等的研究建立。

这是属于防治结合的手段，是解决环境问题最优化、最理想的方法，但是仍处于发展阶段，应用尚不普遍。

（三）环境质量评价工程：对环境质量的优劣进行定量和半定量的描述和评定，以便为制订规划、采取措施和加强管理提供科学。

环境评价是提前预防污染的有效手段，按照有关规定，现在新建企业、工厂都必须经由又资质的单位对其进行环境影响评价，审核合格则批准建厂，不合格则具有一票否决权，不得建厂。

（四）其他：环境工程还包括环境监测及环境分析。

第二节环境问题（40分钟）
一、环境问题及其发展（20分钟）
1．环境问题的发生有一个从轻到重、从局部到区域到全球的发展过程（我眼见了进20年内环境的恶化）。

环境问题是指由于自然或人为活动而使环境发生的不利于人类的变化。

以人为原因为主，这些变化影响人类生存、生产和生活，甚至带来灾难，这是人类违背自然规
（电影后天——说明人类已经律所受到的大自然的报复。

意识到了环境问题的严重性）
这种状况持续到19世纪初，人类对环境问题的认识是从环境污染与资源破坏开始的：
（1）工业革命以前的阶段：人类早期的生产活动比较简
单，人口少、活动规模小，对环境影响不大，而且自然界有一定的自我调节能力，所以并没有发生严重的环境问题。

（2）环境的恶化阶段：工业革命至20世纪50年代以前，是环境问题发展恶化的阶段。

这一阶段，生产力迅速发展、机器广泛使用，大幅度提高劳动生产率，同时也带来了新的环境问题，大量的废弃物污染环境。

环境问题逐步恶化。

——“八大公害”事件
（3）环境问题的第一次爆发：到20世纪50、60年代以来，工业发达国家环境污染达到了严重的程度，直接威胁到了人们的生民安全，激起了人民的强烈不满，也影响了经济的顺利发展。

在1970年4月22日（4月22日是世界地球日）暴发了2000万人的大游行，提出“先污染，后治理”的道路不能继续走了，必须实行预防为主的综合防治的办法。

这次游行引发了1972年6月5日联合国召开了人类环境会议，来自113个国家的1300多名
（6月5日世界环境日）代表在斯德哥尔摩召开这次会议，
通过了《人类环境宣言》，这次会议是人类环境问题的一个里程碑，从此，发达国家把环境问题摆上了议事日程，制定法律，建立机构，污染得到了有效控制。

这就是环境问题第一次高潮，代表事件是1977年6月《人类环境宣言》的发表。

（4）环境问题的第二次高潮：20世纪80年代初，随着
环境污染的加剧和大范围的生态破坏，出现了酸雨、臭氧层破坏和温室效应等全球性的环境问题，严重的威胁到了人类的生存和发展，全世界都对此表示不安。

这是环境问题的第二次高潮，代表事件是1988年11月德国汉堡全球气候变化会议。

20世纪80年代以来的典型公害事件：塞维索化学污染事件（意大利北部塞维索地区，1976年7月10日，该地区一家农药厂爆炸，剧毒化学品二噁英污染、三里岛核电站泄漏事件、博帕尔农药泄漏事件、切尔诺贝利核电站泄漏事件、上海甲肝事件（1988年1月上海部分局民食用被污染的毛蚶han而中毒，然后迅速传染蔓延，有29万人患乙肝）、洛东江水源污染事件、海湾石油污染事件。

距离我们最近的2005年11月13日吉林石化双苯厂爆炸事件。

2．环境问题总结归纳为三种类型：
（1）消耗型——包括从环境中摄取某种资源而引起的所有问题，如矿物、生物、森林资源急剧减少；
（2）污染型——包括向环境排放污染物引起的所有问题，如水、大气、土地等污染；
（3）破坏型——包括所有引起环境结构变化的问题，如生态系统的破坏、景观的破坏等。

二、当前世界环境的主要问题（10分钟）
当前我国环境形势相当严峻，主要表现在主要污染
物排放总量远远高于环境承载能力，目前国际社会最为关注的和对人类生产、生活影响较大的几个环境问题有：（一）人口问题：人口急剧增加是当今环境的最主要、根本因素。

据统计，人类历经100万年至1830年才达到10亿人口，1975年达40亿，2000年超过60亿，预计2025年可能超过80亿。

人类为了供养如此大量的人口，需要消耗大量的自然资源。

如耕地、能源、矿产等，同时在生产过程中废弃物排放量也增大了，加重了环境污染。

资源的消耗、废弃物的排放都超过了地球环境的合理承载能力，必然造成环境破坏。

（二）资源问题：随着全球人口的增长河经济的发展对资源的需求与日俱增，人类正遭受着某些资源短缺甚至耗竭的严重挑战。

资源危机主要体现在以下几方面：1．土地资源不断减少和退化：我们来看这几组数据：1975年~2000年，全球有3亿公顷耕地被侵蚀，另有3亿公顷被压在新城镇的公路之下，全世界三分之二即20亿公顷土地不同程度的受到沙漠化的影响，约有8.5亿人口生活在不毛之地和贫瘠的土地上，南非20%人口发育不良，北非有2000万人、菲南部撒哈拉地区1亿5千万人营养不良，另外开垦荒地扩大耕地面积会造成水土流失，化肥农药的使用又会加大水体、土壤的污染；
2．森林资源：森林是木材的供应来源，具有贮（zhu）
水、调节气候、水土保持及保障生物多样性等重要作用。

然而，由于人口剧增，需增加粮食产量，，人们把大量的林地改作耕地，还砍伐大量森林提供燃料及木材，而且砍伐和造林步伐的严重失调，致使森林面积急剧减少，进而产生土壤流失、河流水量减少、物种灭绝等后果（最实际的感受是沙尘暴，森林还可以放风固沙，森林面积减少，连东北都出现了沙尘暴，我第一次见沙尘暴是大致在2002年，下午在屋里坐着突然觉得天暗了，望窗外一看，发现天空一片昏黄）；北京2000年到2006年，每年3、4月份华北地区京津一带受沙尘暴影响十几次，2006年4月16日，北京地区一晚天降浮沉达30万吨，影响面积达30.4万平方公里。

这些与森林资源的减少、生态破坏是分不开的。

3．水资源：水资源短缺、水污染严重两方面。

（三）生态环境的恶化：从广义上讲包括人口、粮食、资源的矛盾；从环境角度看主要包括森林减少、土地退化、水土流失、沙漠化、物种消失等多个方面。

（四）大气环境污染：主要指温室气体过量排放造成的气候变化、广泛的大气污染和酸沉降、臭氧破坏等。

1．酸雨：由于矿物燃料的燃烧，大量的二氧化硫、氮氧化物排入到大气中，含有这些气体的降水显出酸性，PH值小于5.6的降水被称作酸雨或酸沉降。

这里的降水不仅指“雨”，还指雪、雾、霜、雹等。

酸雨的危害主要是破坏森林系统、改变土壤性质和结构、破坏水体生态系统、腐蚀建筑物和损害人体呼吸器官和皮肤。

2．臭氧层的破坏：这是全球三大环境问题之一（思考题：另两个是什么？——全球变暖、生物多样性减少）臭氧可以减少太阳紫外线对地表的辐射，减少人类白内障和皮肤病的发病率，提高人体免疫力。

由于NO x、CFC等物质的大量使用，破坏了臭氧层。

2000年9月19日测得臭氧空洞面积为2720万平方公里，相当于三个美国领土面积，因此用“天破了”来形容臭氧空洞并不过分。

3．温室气体和全球气候变化：由于人类大量使用矿物燃料，森林滥砍滥伐，导致CO2的浓度剧增。

CO2可以让太阳的短波辐射光进入到达地面，但是地面反射回空间的是长波辐射，被CO2吸收，从而使低层大气温度升高，当CO2含量过高时，就会形成一座“玻璃温室”，导致地球温度升高，因此叫做温室效应。

直接影响是温度升高，间接影响如冰川融化、海平面升高等。

近百年来，全球平均海平面上升了14cm，在21世纪海平面还可能会再上升1m左右，这样发展下去将会造成世界沿海地区的大灾难。

温室气体除CO2还包括甲烷、氟氯烃、一氧化二氮等
气体。

相关材料：
电影《后天》（《末日浩劫》）冰河世纪的威胁严重的温室效应
六千五百万年前的冰河世纪，让恐龙全面灭绝；如果新冰河世纪来临，人类会在哪里？电影《后天》为唤起世界对日益严重的温室效应，及理论上可能引起的新冰河世纪威胁，针对全球著名地标设计了一系列相关冰冻图像，显示气候对人类的威胁的急迫性与全面性。

由于影片中气候异变是先由海水淹没后因气温急速下降而骤然冰冻，因此包括自由女神、艾非尔铁塔、伦敦大笨钟都将被冻成冰柱，横向的冰柱突显地球的急速降温与急冻。

注意到温室效应所带来的恐怖后果，《后天》导演罗兰-艾默里奇决心让《后天》成为全球首部完全“碳中和”(carbon-neutral)的A级制作：“拍片时大量使用的灯光、发电机和燃料，都让温室效应更加严重，我们努力让排放出来的二氧化碳被中和吸收掉来弥补地球Future Forests)合作，由未来森林计算拍摄这部电影将会制造的二氧化碳总量，然后在加州跟不丹种植森林！不仅如此，导演还出资购买省电灯泡到牙买加以及协助美国低收入户家庭省电计划！真正做到不恶化温室效应，证实卖座电
影也能爱护地球。

最近这几年，不管你在世界的哪个角落，都可以清楚感觉到地球气候异变。

大陆冰雹，欧洲水灾、印度热浪、美国一天16次龙卷风，去年八月九日也创下百年最高温38.7°C。

这一切让人不禁要问，地球究竟怎么了？世界卫生组织研究指出，温室效应是地球气候异变的元凶。

气候暖化使得两极融冰、海水增温、洋流改变，世卫组织表示每年将有16万人因温室效应外围影响丧生，2020年死亡人数更会加倍。

海平面上升更造成2500万人远离家园，第三世界将因洪水、饥荒、干旱和农作物歉收大举移民，欧洲老年人将死于热浪。

当人们问到电影是否只是一部科幻故事时，艾默里奇导演说：“问题就是在于这样的事并不是耸人听闻，这样的事真的会发生的。

”当然，电影里描述的地表升温的速度并不现实，但他是刻意这么去做的，选择纽约作为灾难中心也决不是偶然。

有些气象观察模型显示出海湾洋流将会发生变迁，而墨西哥湾暖流变化则是《末日浩劫》电影里引发灾难的具体原因。

应该说，洋流发生变化的可能性的确存在，但它的前提条件是气候区将向南推移，对德国来说，这将意味着出现急剧降温的现象。

并且德国气象服务中心发表报告宣称，从现在到2100年，
气温的年平均值将从目前的8度上升到11度。

《末日浩劫》在宇航局内部引起“巨大震动”。

该机构科学们称，“气候专家们没几个人认为这(影片内容)有可能发生，至少在较近的未来还不会。

但观看电影的人却足以产生恐慌，进而指责布什政府在气候变化问题上疏忽大意。

”因而，4月1日这天，美国戈达德航天飞行中心众多科学家和各级官员的邮箱里都收到了一封封邮件，上面写道，“宇航局的任何人都不许接受与这部影片相关的采访或作出任何评论，”“任何新闻媒体欲讨论有关气候变化的科幻电影及科学事实，只能同与宇航局无关的个人或组织联络。

”这也与布什政府削减环境经费提议有关，本片对布什推行的环保政策进行了强烈的讽刺。

（五）有毒化学品贸易的危险废物管理：有毒化学品进出口、转移及安全使用等方面的管理。

（六）生物多样性危机：人类和其他物种之间有着不可分割的联带关系，共同构成了整个地球生态系统，物种多样性减少对于人类有着唇亡齿寒的后果。

（七）海洋污染：百川归海，人类生活生产活动的废水最终都汇集到大海之中，人们还直接向大海中倾倒垃圾，游船货轮运输过程中油泄漏、海上油田爆炸等都对大海造成了严重的污染，而且海上风力达，洋流活跃，污染
面极易扩散，影响范围广。

（二）污染物侵入人体的途径
1.呼吸道系统：大气中的有毒气体和烟尘，主要通过呼吸道进入人体
2.消化系统：水体和土壤中的毒物，主要通过饮用水和食物经过消化道被人体吸收；
3.皮肤：一些脂溶性毒物，如苯可以通过皮肤的表皮经过毛孔而被吸收，有些还可以通过汗腺进入人体。

（三）环境污染对人体健康的伤害
1.急性危害
2.慢性危害
3.远期危害
第三节我国的环境保护（5分钟）
一、第一个阶段是20世纪70年代，这是我国环保事业
的创建时期
二、第二个阶段是20世纪80年代，为环境保护事业的
开拓期
三、第三个阶段为20世纪90年代，是环境保护事业的
发展期
世界著名的“八大公害”事件
1、比利时马斯河谷烟雾事件:
比利时马斯河谷工业区内分布了三个钢铁厂、四个玻璃厂、三个炼锌厂等共13个工厂，1930年12月1-5日，在两岸耸立的90m高山的峡谷地区内，出现了大气逆温层（通常，气流上升越高，气温越低。

但当气候反常时，低层空气温度就会比高层空气温度还低，发生“气温的逆转”现象，这种逆转的大气层叫做“逆温层”。

逆转层会抑制烟雾的升腾，使大气中烟尘积存不散，在逆转层下积蓄起来，无法对流交换，造成大气污染现象。

），工厂排放的大量烟雾弥漫在河谷上空无法扩散，使河谷工业区有上千人发生胸疼、咳嗽、流泪、咽痛、呼吸困难等，一周内有60多人死亡，许多家畜也纷纷死去，这是20世纪最早记录下的大气污染事件。

推断当时大气二氧化硫浓度为25~100mg/m3。

（根据环境空气质量标准：三级标准日平均二氧化硫的浓度限值低于0.25 mg/m3。

一类区为自然保护区等需要特别保护的地区；二类区为居民区、商业区、农村等人口相对密集的地区；三类区为特定工业区。

一类区执行一级标准；二
类区执行二级标准；三类区执行三级标准。

）
2、美国多诺拉烟雾事件:
多诺拉是美国宾夕法尼亚州的一个小镇，坐落在一个马蹄形河湾内侧，两岸高约120米的山丘把小镇夹在山谷中，盆地内有大型钢铁厂、硫酸厂、炼锌厂，有居民1．4万多人。

1948年10月26-31日，美国宾夕法尼亚州多诺拉镇持续雾天，出现逆温现象，在这种死风状态下，工厂的烟囱却没有停止排放，烟雾被封锁在山谷中，使6000人突然发生眼痛、咽喉痛、流鼻涕、头痛、胸闷等不适，其中20人很快死亡。

这次烟雾事件主要由二氧化硫等有毒有害物质和金属微粒附着在悬浮颗粒物上，人们在短时间内大量吸入了这些有害气体，以致酿成大灾。

3、伦敦烟雾事件:
伦敦位于泰晤士河开阔河谷中，1952年12月5-9日，几乎英国全境有大雾和逆温层。

风速读数完全静止，伦敦处于死风状态，空气中积聚着大量的烟尘，经久不散，风太弱又无法带走林立的工厂烟囱与家庭排出的各种有害的烟尘。

于是，大量的煤烟从空中纷纷飘落，美丽的泰晤士河谷被烟雾笼罩。

一位在船上干活的小徒工，烟雾的入侵使他泪如泉涌；烟雾穿门入室，钻进了格林威治区的居民家中，使人们痛苦难忍。

雾云在城市上空悬浮了5天，逐步变得更脏和更有毒。

伦敦市中心空气中的烟雾量几乎增加了10倍。

烟雾使数千受害者患了支气管炎、气喘和其他影响肺部的疾病。

最后，到12月10日烟雾散去时，估计已有4000人死亡，其中多数是年长者。

当时正值冬季大量燃煤取暖期，煤烟粉尘和湿气积聚在大气中，在之后的两个月时间内，又有8000人陆续死亡。

这是20世纪世界上最大的由燃煤引发的城市烟雾事件。

4、美国洛杉机光化学烟雾事件：
洛杉矾位于美国西南海岸，西面临海，三面环山。

从20世纪40年代起，每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，在拥有大量汽车的美国洛杉矶城上空就会出现。