环境学基础配套教学课件

环境学基础配套教学课件第一章环境学概论环境学的定义与学科范围环境学是研究环境与人类活动相互关系的综合性学科，是环境科学与工程的重要交叉领域它不仅关注环境问题的识别和解决，还探索人与自然和谐共处的理论与方法学科定位环境学基础作为交叉学科，整合了自然科学、工程技术和社会科学的知识体系，为环保事业培养复合型人才研究范围涵盖大气、水体、土壤及生态系统的污染与保护，以及资源可持续利用的理论与实践实践导向注重环境保护与资源可持续利用的技术方法与管理策略，服务于生态文明建设人类文明与环境问题的发展农业文明时期现代社会阶段人类开始大规模改造自然，森林砍伐、土地开垦导致局部生态破坏全球化背景下，环境问题复杂化、多元化，气候变化、生物多样性减耕作方式的改变引起水土流失，但整体环境影响有限少、化学污染等问题日益突出，环境危机与社会发展形成紧张关系123工业革命时期大规模工业化生产始于世纪，煤炭等化石燃料的广泛使用导致空气18污染严重，工业废水直接排放造成水体污染，环境问题开始全球化环境的组成与功能大气圈水圈包含对流层、平流层等多个层次，调节气候、覆盖地球表面约71%，包括海洋、河流、湖过滤有害辐射、提供生命所需氧气，是地球生泊、地下水等，调节气候、维持生态平衡、支命的保护屏障持生命活动生物圈岩石圈地球上所有生物及其生存环境的总和，通过食地球最外层固体圈层，提供矿产资源、土壤基物链和能量流动维持生态平衡，是环境系统最质，支撑陆地生命活动，是人类生存的物质基活跃的组成部分础地球生态系统四大环境圈的交互关系构成了复杂而精妙的地球生命支持系统环境科学的发展历程环境学基础课程的教学目标萌芽阶段（年代前）1960掌握环境科学的基本理论与方法体系•环境研究分散于各学科中，缺乏系统性年蕾切尔卡1962·了解主要环境问题的成因与防治技术•森《寂静的春天》出版，唤醒全球环保意识培养环境保护意识与可持续发展理念•形成阶段（年代）提升解决实际环境问题的能力•1970-1990建立环境学科的系统思维方式•年联合国人类环境会议召开，环境科学逐渐成为独立1972学科中国于1973年召开第一次全国环境保护会议当前国内外环境学科正向多学科交叉、大数据应用、精准治理等方向发展，环境学基础课程是培养未来环保专业人才的重要基石发展阶段（年至今）1990环境科学走向综合化、全球化和精细化，与社会经济发展深度融合中国环境科学教育体系日趋完善第二章主要环境问题本章将探讨当代人类面临的重大环境挑战及其成因分析全球资源危机与环境挑战耕地与淡水资源危机矿产能源资源紧缺全球人均耕地面积不断减少，目前中国人均耕地仅为世界平均水平的40%淡水资源短缺影响全球40%人口，中国水资源分布不均，北方地区尤为严重不可再生资源消耗加速，部分战略矿产面临枯竭风险中国石油对外依存度超过70%，能源安全压力增大资源过度开发导致生态破坏加剧森林与生物多样性丧失气候变化与臭氧层破坏全球每年损失约1000万公顷森林，相当于一个葡萄牙的面积目前已有100多万种生物面临灭绝威胁，生物多样性丧失速度为过去1000年的1000倍全球变暖导致极端天气增加，海平面上升威胁沿海地区臭氧层虽有修复迹象，但南极臭氧洞仍达2300万平方公里，影响范围广泛大气污染现状与成因大气污染是当前中国面临的最严峻环境问题之一，主要表现为城市雾霾频发、酸雨区域扩大以及温室气体排放持气象因素对污染的影响续增加•逆温层现象阻止污染物垂直扩散，加剧污染主要污染物及来源•风速低风速条件不利于污染物水平扩散•湿度高湿度促进二次污染物形成污染物主要来源健康影响•降水可清除部分颗粒物，但可能形成酸雨PM

2.5燃煤、机动车尾气、工业排放呼吸系统疾病、心血管疾病二氧化硫SO₂煤炭燃烧、工业生产呼吸道炎症、酸雨形成氮氧化物NOₓ机动车尾气、发电厂呼吸道疾病、光化学烟雾一氧化碳CO不完全燃烧、汽车尾气缺氧、神经系统损伤北京晴天与雾霾天气对比图水污染及其影响工业污染农业污染生活污染重金属、有机物等工业废水直接排放，造成水体严重污化肥、农药过量使用导致面源污染，氮磷等营养物质引城镇生活污水处理率不足，农村污水直排现象普遍有染太湖、巢湖等水域曾发生过重大污染事件，影响饮发水体富营养化中国每年约有1300万吨化肥进入水机物分解消耗水中溶解氧，破坏水生生态系统用水安全体典型水污染案例分析长江水质问题黄河水资源状况作为中国第一大河，长江流域集中了全国40%的工农业生产，同时承担着重要的饮用黄河作为中国第二大河，水资源总量仅为长江的7%，但污染负荷却接近长江上游水源功能近年来，长江中下游水质恶化，赤潮频发，洞庭湖、鄱阳湖等重要湿地生水源涵养功能减弱，中游严重污染，下游断流现象时有发生水质与水量问题并存，态功能退化目前，长江大保护战略实施后，水质有所好转是黄河流域面临的双重挑战土壤污染与固体废物问题土壤污染现状固体废物问题根据全国土壤污染状况调查，中国耕地土壤点位超标率达

19.4%，主要污染物为镉、汞、砷、铅等重金属以及多环芳烃等有机污染中国每年产生工业固体废物约40亿吨，生活垃圾近4亿吨，处理能力严重不足非法倾倒、简易填埋等不当处置方式导致二次污染风物险高电子废弃物热点地区广东贵屿、浙江台州、江西德兴等地区是中国主要的电子废弃物集散地非正规拆解活动导致重金属污染严重，对当地水体、土壤和居民健康造成长期危害土壤污染具有隐蔽性、滞后性和难修复性特点，被称为无声的杀手一旦土壤受到污染，修复成本高昂，周期漫长，是环境污染中最难处理的类型工业废物农业活动矿业活动生活垃圾其他来源中国土壤污染来源分布噪声污染及其防治47%24%交通噪声工业噪声主要来源于机动车、火车、飞机等交通工具在城市环境噪声中占比最大，是居民投诉的首要噪声源来自工厂生产设备、排风系统等虽然近年来随着产业转移有所减少，但在工业区周边仍是主要环境问题19%10%建筑噪声生活噪声城市建设和道路施工产生的临时性高强度噪声，夜间施工尤其扰民，是城市管理的难点商业活动、文娱活动、家庭装修等产生的噪声随着城市化进程加快，此类噪声污染投诉呈上升趋势噪声污染的危害与管控健康影响管控措施•听力损伤长期暴露在85分贝以上环境可能导致听力下降•法规标准《环境噪声污染防治法》等法律法规体系•心理影响干扰睡眠、注意力分散、焦虑抑郁等•区划管理功能区噪声标准分级控制•生理影响心血管疾病风险增加、内分泌系统紊乱•技术防治隔声、吸声、消声等工程措施•规划控制城市功能区合理布局，设置隔离带近年来，上海、北京等大城市通过严格执法、时段管控、技术改进等综合措施，城市环境噪声达标率有所提高，但夜间噪声超标问题仍然突出环境污染的多维度挑战空气、水、土壤等环境要素相互影响，构成复杂的污染系统，需要综合治理思路左图城市雾霾天气右图水体污染现象能见度低，空气质量差，健康风险高水质恶化，生态系统破坏，修复周期长第三章环境污染防治技术本章将探讨各类环境污染的防治技术原理与应用实践大气污染防治技术源头控制技术末端治理技术政策与管理措施•清洁能源替代发展太阳能、风能、核能等低碳能源•颗粒物控制袋式除尘器、电除尘器、旋风分离器•排放标准不断提高工业排放标准，实施特别排放限值•燃料预处理煤炭洗选、油品升级、生物质清洁利用•脱硫技术石灰石-石膏法、氨法、双碱法、活性炭吸附•总量控制建立排污许可制度，实施重点污染物总量控制•工艺改进循环流化床、超超临界燃烧等清洁燃烧技术•脱硝技术选择性催化还原SCR、选择性非催化还原SNCR•经济手段排污收费、环保税、绿色金融等激励约束机制•VOCs处理吸附、冷凝、燃烧、光催化氧化等技术•区域联防京津冀、长三角等区域大气污染联防联控机制治理效果与发展趋势近年来，中国大气污染防治取得显著成效，PM

2.5年均浓度持续下降北京市从2013年的

89.5μg/m³降至2022年的30μg/m³，接近国家标准未来技术发展趋势包括多污染物协同控制、智能化监控与管理、低成本高效率新材料应用等水污染治理技术化学处理物理处理通过化学反应转化或去除污染物利用物理作用分离水中悬浮物质•混凝添加混凝剂促进胶体聚集•格栅去除大颗粒杂质•中和调节pH值•沉淀利用重力分离悬浮物•氧化还原分解有机物•气浮利用气泡附着分离油脂•离子交换去除重金属离子•过滤通过滤料截留固体颗粒深度处理生物处理进一步去除常规处理难以去除的污染物利用微生物代谢分解有机污染物•膜分离超滤、纳滤、反渗透等•活性污泥法最常用的好氧处理工艺•高级氧化臭氧、紫外线、Fenton等•生物膜法利用生物膜吸附分解•吸附活性炭吸附去除微量有机物•厌氧消化无氧条件下分解产生沼气•生物强化特定菌种强化降解能力•人工湿地模拟自然湿地净化功能微生物在污水处理中的应用微生物是污水生物处理的核心，不同类型的微生物在污水处理系统中发挥不同作用•好氧细菌分解有机物，是活性污泥的主要组成•硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐•反硝化细菌将硝酸盐还原为氮气•聚磷菌超量吸收磷酸盐，用于除磷•丝状菌过量繁殖会导致污泥膨胀问题土壤污染修复技术重金属污染治理技术进展物理修复技术重金属污染是中国土壤污染的主要类型，针对重金属污染的修复技术正在快速发展通过物理方法分离、固定或隔离污染物•钝化剂应用使用石灰、磷肥等降低重金属生物有效性•土壤淋洗使用水或溶剂冲洗土壤•超富集植物利用蜈蚣草、菊科植物等超富集植物吸收重金属•热脱附加热挥发有机污染物•微生物固定特定菌种促进重金属沉淀或转化•电动力学利用电场迁移重金属•纳米材料开发新型纳米吸附剂高效去除重金属•真空抽提抽取土壤气相污染物化学修复技术通过化学反应转化或固定污染物•化学氧化强氧化剂分解有机物•化学还原还原重金属降低毒性•固化/稳定化固定污染物减少迁移•土壤淋洗化学试剂溶解污染物生物修复技术利用生物降解或转化污染物•植物修复利用植物吸收或转化•微生物修复利用微生物降解•动物修复利用蚯蚓等生物转化•复合生物修复多种生物协同作用植物修复重金属污染土壤实验示范农田污染区划与管理实践中国实施农用地分类管理，将农田划分为优先保护类、安全利用类和严格管控类，针对不同类型采取相应管理措施，确保农产品质量安全固体废物管理与资源化利用分类收集运输转运推行垃圾分类制度，建立四分类或六分类体系，提高回收效率上海、北京等城市已实现强制分建设专业化、密闭化、智能化运输系统，避免二次污染采用压缩式转运站提高效率，GPS定位实现全类，分类准确率显著提升程监控资源化利用处理处置变废为宝，实现闭环利用建筑垃圾制砖、厨余垃圾制肥、废塑料再生、电子废物回收有价金属等多种根据废物特性选择适当处理方式焚烧发电、卫生填埋、堆肥等危险废物需专业处置，实现减量化、模式无害化循环经济案例分析工业固废资源化生活垃圾能源化宝钢集团实现固废资源化率95%以上，高炉渣制水泥、钢渣再利用、含铁尘泥返回生产，形成完整的工业生态系统，年创效益10亿元以上深圳能源环保公司运营的垃圾焚烧发电厂，日处理垃圾8000吨，年发电5亿度，相当于节约标准煤16万吨，减少二氧化碳排放42万吨徐州华润水泥利用水泥窑协同处置城市生活垃圾，年处理能力10万吨，解决垃圾处理难题的同时降低生产成本噪声污染控制技术声源控制传播途径控制从噪声产生环节进行控制阻断噪声传播路径•设备改进低噪声设备研发•隔声技术隔声罩、隔声墙•减振技术隔振垫、阻尼材料•吸声技术吸声材料、吸声结构•优化设计合理布局、调整工艺•消声技术阻性消声器、抗性消声器受体保护管理措施保护噪声敏感建筑与人群通过管理减少噪声影响•建筑隔声隔声窗、隔声门•时间管理限制施工时间•个人防护耳塞、耳罩•区域管理功能区划分•声屏障公路、铁路声屏障•限速限鸣交通噪声控制声屏障与隔音材料声屏障是交通噪声控制的重要设施，其降噪效果取决于高度、长度、结构和材料常用材料包括•金属声屏障铝合金、钢材，结构强度高，使用寿命长•透明声屏障PC板、钢化玻璃，美观且不遮挡视线•复合声屏障金属框架+吸声板，降噪效果更佳•绿色声屏障植物+土壤结构，生态效果好但占地大污水处理技术应用实践现代化污水处理厂集成了物理、化学和生物处理工艺，实现污水的高效净化中国城市污水处理率已超过，但农村地区污水处理设施仍待完善未来将重点推进农村污水处理及污泥资源化利用95%第四章可持续发展与环境管理本章将探讨可持续发展理念及其在环境管理中的应用实践可持续发展的理念与目标可持续发展是既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展模式这一理念强调经济发展、社会公平与环境保护三者的协调统一联合国可持续发展目标代际公平原则生态文明建设2015年，联合国通过了《2030年可持续发展议程》，确立了17个可持续发展目标SDGs，涵盖消除强调现代人与后代人在资源与环境权益上的平等，要求当代人在追求发展的同时保留足够的生态空间和中国将生态文明建设作为国家战略，坚持绿水青山就是金山银山的理念，推动形成绿色发展方式和生活贫困、应对气候变化、保护生态环境等多个方面，旨在推动全球可持续发展进程资源基础，不损害后代人的发展机会和环境权益方式，建设美丽中国，实现人与自然和谐共生循环经济与绿色发展模式循环经济的原则与层面绿色发展的动力与挑战循环经济遵循减量化、再利用、资源化原则（3R原则），在企业、产业园区和社会三个层面构建资源循环利用体系绿色发展动力•资源环境约束倒逼转型升级1•绿色技术创新释放发展新动能•消费绿色化创造新市场需求2•国际贸易绿色壁垒推动标准提升3面临的挑战社会层面1•传统发展路径依赖难以短期改变区域性资源循环•绿色技术研发与推广成本高•区域发展不平衡导致环境政策执行不一产业园区层面2•绿色标准与评价体系尚不完善企业间共生耦合中国在长三角生态绿色一体化发展示范区、雄安新区等地探索绿色发展新模式，打造生态优先、绿色发展的样板区域企业层面3清洁生产与废物最小化循环经济模式通过延长资源生命周期，提高资源利用效率，减少废物产生，实现经济系统与生态系统的和谐共存典型绿色产业案例万亿万亿万辆

2.

21.4800可再生能源产业节能环保产业新能源汽车中国可再生能源装机容量全球第一，太阳能和风能产业链完整，带动就业超过包括节能服务、环保装备、环境服务等，年增长率保持在15%以上，成为国民中国新能源汽车产销量连续多年全球第一，带动了电池、电机、电控等产业链500万人经济新支柱发展环境规划与管理体系环境规划环境标准制定环境保护目标与路径确立环境质量和污染控制标准•国家五年环保规划•环境质量标准•流域生态环境规划•污染物排放标准•区域环境功能区划•环境监测规范环境评价环境监测评估开发活动的环境影响监测环境质量与污染排放•建设项目环评•常规环境质量监测•规划环境影响评价•污染源在线监控•战略环境评价•生态环境遥感监测环境影响评价制度环境影响评价EIA是预防环境污染和生态破坏的重要制度，中国《环境影响评价法》于2003年施行，要求对规划和建设项目进行环境影响评价环境风险评估技术EIA基本程序环境风险评估是识别和评价潜在环境风险的系统方法，包括•筛选确定是否需要环评及环评等级•风险识别确定潜在危害因素•调查收集环境本底和工程资料•暴露评估分析污染物暴露途径•预测分析评价可能的环境影响•剂量-反应关系确定危害程度•评价提出环境保护措施和建议•风险表征量化风险水平•审批环保部门审查并作出决定•风险管理制定防范和应急措施•跟踪建设期和运营期的环境监测国家环境保护战略与前沿研究初步探索阶段生态文明建设阶段至今1973-199220121973年召开第一次全国环境保护会议，确立预防为主，综合治理方针1979年颁布《环境保护法试行》，建立初步的法律框架将生态文明建设纳入五位一体总体布局实施大气、水、土壤污染防治三大行动计划，建立中央环保督察制度，推动环境治理体系现代化123全面推进阶段1992-20121992年参加里约环发会议后，制定《中国21世纪议程》1996年实施可持续发展战略，2006年明确建设资源节约型、环境友好型社会目标重点科研项目与技术创新国家重点研发计划项目前沿技术研究方向•典型污染物与健康风险防控技术研究•环境大数据与人工智能应用•大气污染成因与控制技术研究•环境纳米材料与技术•水体污染控制与治理科技重大专项•合成生物学在环境修复中的应用•土壤污染防治与修复技术研发•碳捕获、利用与封存技术CCUS•生态系统恢复与生物多样性保护研究•环境微生物组学研究未来环境学发展趋势综合化精准化多要素、多尺度的环境问题综合研究，打破大气、水、土壤等环境要素的研究壁垒精细化环境监测与源解析，精准识别污染成因，实施靶向治理低碳化智能化环境教育与公众参与环境意识培养的重要性教育模式与传播手段创新环境教育是提高全民环境素养的基础，对于推动生态文明建设具有战略意义良好的环境意识是解决•学校教育将环境教育纳入国民教育体系，开发环境教育教材环境问题的社会基础•社会教育建设环保科普基地，开展社区环保活动•网络教育利用新媒体平台传播环保知识认知层面•体验教育组织自然观察、环保夏令营等实践活动理解环境问题的科学原理与因果关系，掌握环境保护的基本知识与方法•终身教育面向不同年龄段群体的环保培训与宣传情感层面培养热爱自然、珍视生态的情感态度，建立人与自然和谐共生的价值观行为层面学校环境教育活动形成环保习惯，主动参与环境保护实践，自觉履行环境责任社区与公众参与案例垃圾分类绿色社区计划守护母亲河公众监督行动企业环境信息公开上海市通过绿色账户积分激励、社区志愿者带动、居民参与监公众通过手机App记录并上报河流污染情况，形成全民监督网通过强制性环境信息公开制度，企业定期发布环境报告，接受公督等方式，推动垃圾分类深入社区居民参与率达90%以上，分络目前已有3万余名志愿者参与，促成200多起水污染问题的众监督公众环境维权意识增强，推动企业履行环境责任类准确率提高60%解决绿色城市与生态文明未来城市将实现人与自然和谐共生，绿色基础设施与智能技术深度融合生态文明建设是中华民族永续发展的千年大计，绿色发展理念将指引中国走向可持续发展的未来课程总结与学习展望基础知识掌握环境学的基本概念、理论与方法，了解环境系统的组成与功能，建立环境科学思维框架问题认知认识当代主要环境问题的成因、特点与危害，理解环境污染与生态破坏的形成机制与影响防治技术学习环境污染防治的原理与技术，掌握大气、水、土壤等环境要素的保护与修复方法可持续发展理解可持续发展理念与实践路径，探索人与自然和谐共生的环境管理模式责任与行动培养环境责任意识，将环保理念融入日常生活与专业实践，成为生态文明建设的积极参与者环境保护的责任与使命保护环境是每一个公民的责任，也是建设美丽中国的共同使命作为环境科学与工程专业的学习者，你们肩负着更为重要的责任-用科学知识和专业技能解决环境问题，为人类可持续发展贡献力量环境学是一门不断发展的学科，建议同学们关注学科前沿动态，参与环保实践活动，将所学知识应用于解决实际环境问题中，在实践中提升专业能力与环保素养谢谢聆听！期待与您共建美好环境未来绿水青山就是金山银山让我们携手行动，守护地球家园环境科学与工程学院年秋季学期2023。