环境科学概论

环境科学概论

第一章绪论

环境与发展是当今世界各国普遍关注的重大问题。人类经过漫长的奋斗历程，特别是

从产业革命以来，在改造自然和发展经济方面做出了巨大的成就。与此同时，由于工业化

过程中的处置适当，尤其是不合理的开发利用自然资源，造成了全球性的环境污染和生态

破坏，对人类的生存和发展构成了现实威胁。保护生态环境，实现可持续发展，已成为全

世界紧迫而艰巨的任务。

环境科学就是在现代社会经济发展过程中，为了解决环境问题而诞生的一门新兴科学。他是一个有多学科到跨学科的庞大科学体系组成的新兴学科，也是介于自然科学`社会科

学和技术科学之间的边际科学，是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，并进一步升华的表现。环境科学诞生的时间不久，并正在发展之中，因此

对于环境科学的研究对象`任务`内容和分科给以确切完备的答复尚有一定困难。但是，学

科的发展异常迅速，特别是自70年代以来20年间所取得的丰硕成果，其研究领域之广，

出版书刊之多，资料积累之丰富，在科学发展史上都是罕见的。在这种情况下，对它的研

究对象`任新的学科发展更是有益的。第五章固体废物与环境务`内容`分科和发展动向进

行概括的总结和探讨是十分必要和可能的，对于促进

随着生产的发展和人民生活水平的提高。使固体废弃物的排放量骤增，堆放和处置场

地却日益减少，处置费用也越来越高]，以及有害废弃物处置不当所造成的对大气、水士

的严重污染，加恶化着环境，危害人体。另一方面，全球范围的天然资源的渐减少，迫使

大家重固体废弃物的再生利用，增加会的物质财富。因此，固体废物的处和利用已日成环

境科学中急需研究解决的问题之一。

第一章绪论

环境与发展是当今世界各国普遍关注的重大问题。人类经过漫长的奋斗历程，特别是

从产业革命以来，在改造自然和发展经济方面做出了巨大的成就。与此同时，由于工业化

过程中的处置适当，尤其是不合理的开发利用自然资源，造成了全球性的环境污染和生态

破坏，五章对人类的生存和发展构成了现实威胁。保护生态环境，实现可持续发展，已成

为全世界紧迫而艰巨的任务。

环境科学就是在现代社会经济发展过程中，为了解决环境问题而诞生的一门新兴科学。他是一个有多学科到跨学科的庞大科学体系组成的新兴学科，也是介于自然科学`社会科

学和技术科学之间的边际科学，是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，并进一步升化的表现。环境科学诞生的时间不久，并正在发展之中，因此

对于环境科学的研究对象`任务`内容和分科给以确切完备的答复尚有一定困难。但是，学

科的发展异常迅速，特别是自70年代以来20年间所取得的丰硕成果，其研究领域之广，

出版书刊之多，资料积累之丰富，在科学发展史上都是罕见的。在这种情况下，对它的研

究对象、对新的学科发展更是有益的。

第五章固体废物与环境务`内容`分科和发展动向进行概括的总结和探讨是十分必要和

可能的，对于促进随着生产的发展和人民生活水平的提高。使固体废弃物的排放量骤增，堆放和处置场地确日减少处置费用也越来越高]，以及有害废弃物处置不当所造成的对大气、水士的严重污染，加恶化着环境，危害人体。另一方面，全球范围的天然资源的渐减少，迫使大家重固体废弃物的再生利用，增加会的物质财富。因此，固体废物的处和利用

已日成环境科学中急研究解决的问题之一。本章着重介绍关于固体废物方面的基本知识。

所谓固体废物通常系指生产和生活活动中丢弃的固体和泥土状物质，包括从废水、废

气中分离出来的固体颗物。实际上就是所谓废物的骨骼及排泄物，人们生活中各种垃圾，

工业生产过程的排出物等，所有这类形形色色的物质统称为固体废物。但如果说进一步分析，这些废物中有些属有机物，经过适当处理可做优质肥料供植物生长，工业废物中有之

物中有些属有机做原料。这说明‘废物有相对性，一种过程的废物，往往可以成为另一种

过程的原料。因此，固体废物只能认为是在某种特定条件下的一种习惯性称谓。

是可以依据情况的变化称之为“人类一环境”系统。就是以人类为主体的生态系统。

环境科学在宏砚上研究人类与环境之间相互作用、相互促进、相互制约的对立统一关系，遵循社会经济发展和环境保护协调发展的基本规律，调控人类与环境间的物质流、能量

流的运行、转换过程。维护生态平衡。在微观上研究环境中的物质，尤其是污染物在有机

体内迁移、转化和积蓄的过程及其运动规律，探索它对生命的影响及作用的机理等。环

境科学研究最终达到的目的：一是可更新资源得以永续利用，不可更新的自然资源将以

最佳的方式

1

节约利用：二是使环境质量保持在人类生存、发展所必需的水平上，并趋向逐渐改善。环境科学的基本任务如下。

①探索全球范围内自然环境演化的规律。环境总是不断地演化，环境变异也随时随

地发生，在人类改造自然的过程中，为使环境向有利于人类的方向发展，避免向不利于人

类的方向发展，就必须了解环境变化的过程，包括环境的基本特征、环境结构和演化机理等。

②探索全球范围内人与环境相互依存的关系。环境变化是由物理的、化学的、生

物的和社会的因素以及它们的相互作用所引起的，因此必须研究污染物在环境中的物理、

化学的变化过程，在生态系统中迁移转化的机理，以及进入人体后发生的各种作用，包括

致畸作用、致突变作用和致癌作用。同时，必须研究环境退化同物质之间的关系，这些研

究可为保护人类生存环境、制定各项环境标准、控制污染物的徘放量提供依据。

③协调人类的生产、消费活动同生态要求的关系。人类通过生产和消费活动，不断

影响环境的质量，人类生产和消费系统中物质和能量的迁移、转化过程是异常复杂的。但

必须使物质和能量的输入同输出之间保持相对平衡。这个平衡包括两个方面：一是输入环

境的废弃物不能超过环境自净能力，以免造成环境污染，损害环境质量；二是从环境中获

取可更新资源不能超过它的再生增殖能力，以保障永久持续利用；从环境中获取不可更新

资源要做到合理开发和利用。

④探索区域环境综合防治的技术与管理措施。引起环境问题的因素很多，实践证明

需要综合运用多种工程技术措施和管理手段，从区域环境的整体出发，调节并控制人类和

环境之间的相互关系，利用系统分析和系统工程的方法寻找解决问题的最优方案。

（2）环境科学是综合性的新兴学科，已逐步形成多种学科相互交叉渗透的庞大的学

科体系。按其性质和作用可分为三个部分：基础环境学、环境学、应用环境学。

基础环境学包括：环境数学、环境物理学、环境化学、环境地学、环境生物学、污染

物毒理学等。环境学包括：大气环境学、水体环境学、土壤环境学、城市环境学、

区域环境学等。

应用环境学包括：环境工程学、环境管理学、环境规划、环境监测、环境经济学、环

境法学、环境行为学、环境质量评价等。归纳起来，环境科学主要研究人类与环境

的关系；污染物在环境中的迁移、转化、循环和积累的过程与规律；环境污染的危害；环

境状况的调查、评价和环境预测；环境污染的控制与防治；自然资源的保护与合理利用；

环境监测、分析技术与环境预报；环境管理与环境规划。环境科学研究的核心问题

是环境质量的变化和发展。通过研究在人类活动影响下环境质量的发展变化规律及其对人

类的反作用，提出调控环境质量的变化和改善环境质量的有效措施。

第一章绪论

环境与发展是当今世界各国普遍关注的重大问题。人类经过漫长的奋斗历程，特别是

从产业革命以来，在改造自然和发展经济方面做出了巨大的成就。与此同时，由于工业化

过程中的处置适当，尤其是不合理的开发利用自然资源，造成了全球性的环境污染和生态

破坏，对人类的生存和发展构成了现实威胁。保护生态环境，实现可持续发展，已成为全

世界紧迫而艰巨的任务。

环境科学就是在现代社会经济发展过程中，为了解决环境问题而诞生的一门新兴科学。他是一个有多学科到跨学科的庞大科学体系组成的新兴学科，也是介于自然科学、社会科

学和技术科学之间的边际科学，是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，并进一步升华的表现。环境科学诞生的时间不久，并正在发展之中，因此

对于环境科学的研究对象、任务、内容和分科给以确切完备的答复尚有一定困难。但是，

学科的发展异常迅速，特别是自70年代以来20年间所取得的丰硕成果，其研究领域之广，

出版书刊之多，资料积累之丰富，在科学发展史上都是罕见的。在这种情况下，对它的研

究对象、任新的学科发展更是有益的。第五章固体废物与环境务、内容、分科和发展动向

进行概括的总结和探讨是十分必要和可能的，对于促进

随着生产的发展和人民生活水平的提高。使固体废弃物的排放量骤增，堆放和处置场

地却日益减少，处置费用也越来越高]，以及有害废弃物处置不当所造成的对大气、水土

的严重污染，加恶化着环境，危害人体。另一方面，全球范围的天然资源的渐减少，迫使

大家重固体废弃物的再生利用，增加会的物质财富。因此，固体废物的处和利用已日成环

境科学中急需研究解决的问题之一。

2

第二节大气污染和污染物

一、大气污染的发生

（一）大气污染的概念

大气污染是指大气中一些物质的含量达到有害的程度，以及破坏人和生态系统的正常

生存和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。（二）大气污染的发生

大气污染物由人为源或天然源进入大气（输入），就参与了大气的循环过程，经过一

定的滞留时间后，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去除

（输出）。如果它们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聚，造

成大气中某种物质浓度的升高。当浓度升高到一定程度时，就会直接或间接地对人体、生

物或材料等造成急、慢性危害。一般他说，由于自然环境所具有的物理、化学和生物作用

过程（自然的净化作用），使天然源造成的大气污染经过一定时间后会得到恢复，所以说，大气污染主要是指人类活动造成的。

造成大气污染的物质，主要是由于人类活动的结果，如工业的发展，城市人口的增加，交通运输等活动使大气加入了各种各样的有害气体和烟尘、造成了大气污染、一般认为

大气污染只发生在城市和工业区，那里的大气污染物浓度往往要比农村或郊区高出许多倍，似乎大气污染仅局限于局部地区或是区域性问题。但是，从实际表现大气污染是全球性的

问题，因为污染物最终将散布到整个大气层。

二、大气污染物的来源

大气污染源是指向大气环境徘放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所，设备和

装置。按污染物质的来源可分为天然污染源和人为污染源。

（一）天然污染源

自然界中某些自然现象向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，是大气污染物的

一个很重要的来源。尽管与人为源相比，由自然现象所产生的大气污染物种类少，浓度低，在局部地区某一时段可能形成严重影响，但从全球角度看，天然源还是很重要的，尤其在

清洁地区。大气污染物的天然源主要有：

1.火山喷发：排放出SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物。

2.森林火灾：排

放出CO、CO2、SO2、NO、HC等。 3.自然尘：风砂、土壤尘等。

4.森林植物释放：主要为萜烯类碳氢化合物。

5.海浪飞沫：颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐。在有些情况下天然源比人为源更重要，有人曾对全球的硫氧化物和氮氧化物的排放作了估计，认为全球氮排放中的93%，硫

氧化物排放中的60%来自天然源。

（二）人为污染

人类的生产和生活活动是大气污染的主要来源。通常所说的大气污染源是指人类活动

向大气输送污染物的发生源。大气的人为污染源可概括为三方面：

1.燃料燃烧：燃料（煤、石油、天然气等）的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发

生源。 2.工业生产过程排放：

根据工业企业的性质、规模的不同，对大气产生污染的程度也不同。

家庭日常生活用的炉灶，由于居住区分布广泛、密度大，排放高度又很低，再加上无

任何处理，所排出的各种污染物的量往往不比大锅炉低，在有些地区甚至更高。

工业生产过程中排放到大气中的污染物种类多，数量大，是城市或工业区大气的主要

污染源。

工业生产过程中产生废气的工厂很多。例如，石油化工企业排放二氧化硫、硫化氢、

二氧化碳、氮氧化物；有色金属冶炼工业排出的二氧化硫、氮氧化物以及含重金属元素的

烟尘；磷肥厂排出氟化物；酸碱盐化工工业排出二

3

氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体；钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排

出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酚、苯类、烃类等。总之，工业生产过

程排放的污染物的组成与工业企业的性质密切相关。

3.交通运输过程中排放：现代化交通运输工具如汽车、飞机、船舶等排放的尾气是造成大气污染的主要来源、、内燃机燃烧排放的废气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化台物、含氧有机化合物、硫氧化物和铅的化合物等多种有害物质。由于交通工具数量庞大，来往频繁，故排放污染物的量也非常可观。

4.农业活动排放：农药及化肥的使用，对提高农业产量起着重大的作用，但也给环境带来了不利影响，致使施用农药和化肥的农业活动成为大气的重要污染源。

田间施用农药时，一部分农药会以粉尘等颗粒物形式散逸到大气中，残留在作物体上或粘附在作物表面的仍可挥发到大气中。进入大气的农药可以被悬浮的颗粒物吸收并随气流向各地输送，造成大气农药污染。

关于化肥在农业生产中的施用给环境带来的不利因素，正逐渐引起关注。例如，氮肥在土壤中经一系列的变化过程会产生氮氧化物释放到大气中；氮在反硝化作用下可形成氮（N2）和氧化亚氮（N2O）释放到空气中，氧化亚氮不易溶于水，可传输到平流层,并与臭氧相互作用，使臭氧层遭到破坏。

此外，为便于分析污染物在大气中的运动，按照污染源性状特点可分为固定式污染源和移动式污染源。固定式污染源是指污染物从固定地点排出，如各种工业生产及家庭炉灶排放源排出的污染物，其位置是固定不变的；移动式污染源是指各种交通工具，如汽车、轮船、飞机等是在运行中排放废气，向周围大气环境散发出的各种有害物质。按照排放污染物的空间分布方式，可分为点污染源和面污染源，点污染源即集中在一点或一个可当作一点的小范围排放污染物；面污染源，即在一个大面积范围排放污染物。

三、大气污染物及大气污染类型

大气污染物系指由于人类活动或自然过程排人大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。目前已认识到的对环境已产生影响的主要大气污染物种类很多。按其存在的物理状态可概括为两大类：气体状态污染物和固体颗粒状态污染物；若按形成过程分类则可分的一次污染和二次污染物。

（一）一次污染物

一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。它们又可分为反应物和非反应物。反应物不稳定，在大气环境中常与其他物质发生化学反应，或者作催化剂促进其他污染物之间的反应；非反应物则不发生反应或反应速度缓慢。

（二）二次污染物

二次污染物是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应形成的毒性比一次污染物更强的新的大气污染物。最常见的二次污染物如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶

胶、臭氧、光化学氧化剂OX，以及许多不同寿命的活性中间物（又称自由基）：如HO2、HO等。

目前已受到人们普遍重视的大气污染物如表2．2所示。

表2―2 大气中主要污染物类别含硫化合物含氮化合物碳的氧化物碳氢化合物（碳氢氧化合物）含卤素化合物颗粒物

一次污染物 SO2,H2S NO,NH3 CO,CO2 C1-C5H10化合物 HF,HCl,ClFC3 重金属元素，多环芳烃 4

二次污染物 SO3,H2SO4,MSO4 NO2,HNO3,MNO3 醛，酮，过氧一酰硝酸酯醛，酮，过

氧一酰硝酸酯醛，酮，过氧一酰硝酸酯 H2SO4,SO4,NO3 2--

（三）主要大气污染物

1.气溶胶状态污染物：在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体

介质中的悬浮体。其直径约为0.002～100μm大小的液滴或固态粒子。大气气溶胶中各种

粒子按其粒径大小，又可分为

（1）总悬浮颗粒物（TSP）：是指用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1～1.7m3／min）在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量。其粒径大小，绝大多数在100μm以下，其中

多数在10μm以下。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也是目前大气质量评价中的一

个通用的重要污染指标。

（2）飘尘：是指能在大气中长期飘浮的悬浮物质。其粒径主要是小于10μm的微粒。由于飘尘粒径小，能被人直接吸人呼吸道内造成危害；又由于它能在大气中长期飘浮，易

将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大，同时在大气中还可为化学反应提供反应床。因此，飘尘是从事环境科学工作者所关注的研究对象之一。

（3）降尘：降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大

于30μm的粒子；由于其自身的重力作用会很快沉降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。

（4）可吸人粒子（IP）：美国环保局1978年引用密勒（Miller）等人所定的可进入

呼吸道的粒径范围，把粒径Dr≤15μm的粒子称为可吸人粒子。随着研究工作的不断深入，国际标准化组织（ISO）建议将IP定为粒径Dr≤10μm的粒子。此标准目前已为日本和我

国科学工作者所接受。

气溶胶粒子按其来源及其物理形态的不同，又可分天然气溶胶和人为气溶胶。烟、雾、尘等。它们的物理特征和成因等如表2-3所示。

表2―2 气溶胶形态及其主要形成特征粒径（μm）形态分散质形成特征主要效应轻雾（mist）水滴浓雾(fog) 粉尘(dust) 烟尘(fume)(气) 烟(smoke) 烟雾(smog)

烟炱(soot) 霾(haze) 液滴固体粒子固、液微粒固体微粒液滴、固体微粒固体微粒

液滴、固粒 >40 <10 >1 0.01～1 <1 <1 <0.5 <1 雾化、冷凝过程机械粉碎、扬尘、煤燃烧蒸发、凝聚、升华等过程，一旦形成很难再分散升华、冷凝、燃烧冷凝、化学反应燃烧、升华、冷凝凝聚、化学反应净化空气能形成水核影响能见度降低能见度，影响人体健康降低能见度，影响人体健康影响人体健康湿度小时有吸水性，降低能见度，影响人体健康雾化、蒸发、凝结和凝聚降低能见度，影响人体健康 2.硫氧化合物：硫氧化物（SOx）主要是指二氧化硫（SO2）和三氧化硫（SO3）。二氧化硫是无色，有刺激性气味的气体，其本身毒性不大，动物连续接触30 ppm的SO2无明显的生理学影响。但是SO2在大气中，尤其在污染大气中易被氧化形成SO3，再与水分子结合生成硫酸分子，经过均相或非均相成核作用，形成硫酸气溶胶，并同时发生化学反应生成硫酸盐。硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，造成较大的危害。SO2所以被作为重要的大气污染物，原因就在于它参与了硫酸烟雾和酸雨的形成。

大气中SO2主要来源于合硫燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼过程、火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂和所有燃煤或油的工业锅炉、炉灶等都排放SO2烟气。在排放SO2的各种过程中约有96%来自燃料燃烧过程，其中火电厂排烟中的SO2浓度虽然较低，但总排放量却最大。

通常煤的合硫量为0.5一6%，石油为0.5～3%。硫在燃料中可以无机硫化物或有机硫化物的形式存在。无机硫绝大部合以硫化矿物形式存在，在燃烧时生成SO2，例如：

5

感谢您的阅读，祝您生活愉快。