1、云南省環境科學研究院云南省環境科學研究院 郭慧光郭慧光1、環境科學、環境科學 研究人與環境相互關系的一門學科；研究人與環境關系的發生、發展、預測和調控技術；環境科學是人類科技近代（60年來）新興的涉及到多學科科學與技術相互交叉協調的綜合性科學。相互依存相互依存互為環境互為環境自然自然生態生態人類人類社會社會互動互動（對立、統一、（對立、統一、循環、輪回）循環、輪回）科學技術社會經科學技術社會經濟的發展、進步濟的發展、進步1.1 環境科學的形成環境科學的形成 人類社會的發展過程中，由于人口的劇增；人類社會和自然生態內部的、之間的各種不協調發展等多方原因，導致出現了微觀到宏觀的多個層面上，不利于人

2、類社會發展的環境問題，從而催生了環境科學與技術這一新的科技領域。1.2 環境科學技術的特點環境科學技術的特點v邊緣性：多學科技術交叉、關聯v系統性：多學科、多技術、多人文、多自然生態的系統集成v組合性：多科學多技術的組合；微、小、中、大、巨系統的組合v和諧性：產生于污染、破壞，終止于和諧發展1.3環境和環境問題環境和環境問題 從人和環境的關系學角度考察，可以把賴以生存的自然環境分為五個大的圈層環境（圈層學說）。v大氣圈：地表以上150km或更遠些有空氣分子的一個圈層，又分對流層（地表以上20km）；平流層（2080km間）；電離層（80 150km間）；其中30 55km范圍內由松散臭氧分子構

3、成的空氣層又稱為臭氧層。v水圈：地表及地表上下各種形態的水（分子）所構成的一個圈層，海洋占地表70.8%的面積；海水體積約13.7億km3，占地球總水量的97.2%。1.3.1圈層說圈層說v土壤圈：指巖石層以上，大氣圈以下所有的土壤構成的帶有生命活動的一個有機圈層，該層包括有巖石、水、空氣、生物體的各種組分。v生物圈：巖層以上，土、水、氣環境中全部生活著的有機體構成的生物圈層。v巖層圈：覆蓋在原始地殼上的層層疊疊的巖層，是一部地球幾十億年演變發展留下的“石頭大書”，地質學上叫做地層。五個大的圈層環境1.3.2環境問題環境問題 自人類起源就伴之出現了人與環境之間的關系，就開始出現了對人而言的環境

4、問題。隨著人口的增加，環境問題的量和質都在增加，例如，西亞美索不達米亞、黃河流域的歷史性生態毀壞；英國工業革命帶來了大氣、水環境的污染；日本的水俁病、痛痛病；洛杉磯的光化學煙霧人類面臨的環境問題出現在四個方面：糧食危機：人口劇增，地球人口擁擠、資源匱乏等所致。能源、資源危機：資源的掠奪性開發致淡水資源、土地資源、漁業資源、生物資源等銳減和匱乏。環境危機：資源掠奪性開發致污染物質大逃逸進入環境導致環境的污染與破壞。如全球氣候變化、海水和淡水嚴重污染、農業土壤和生態環境遭污染、大氣臭氧層空洞、全球變暖致海面上升等等。生態危機：資源掠奪性開發致物種加速滅絕、森林破壞、土地沙化、酸雨問題等。v1986

5、年肯尼亞內羅畢的世界環境大會歸納了全球的十大環境問題1.4環境科學的史命和分支環境科學的史命和分支 環境科學在環境問題與矛盾的發展中應運而生，這一科學使命賦予了它的歷史任務是：（1）探索全球環境的演化與變化發展規律（結構、形式、機理）（2）揭示人與環境之間的關系，解決人與環境和諧發展的問題（3）探索環境變化對人類生存的影響，約束人類行為（如研制各種環境標準、控制污染排放的質和量等）（4）研究創新環境污染控制的工程技術和體系1.4.1環境科學的使命環境科學的使命啟示： 當代全球環境問題教育了我們，只有把自然生態系統和人類社會系統作為一個整體來研究，才是科學發展觀的基本思想方法；才可能揭示和和環境

6、之間生態和諧的真諦。人不可能創造人和自然相互對立的逆向演替；人只可能以生態文明、可持續發展的思路和方法去建設人與自然的和諧大世界。1.4.2環境科學的分支環境科學的分支 就當前我們的認識，環境科學主要是運用自然科學、工程技術和社會科學的理論、技術和方法研究人和環境問題，所以從自然和社科綜合角度可以將環境科學的一級子學科列于以下：環境物理學、環境化學、環境生物學、環境地學、環境醫學、環境工程學；環境管理學、環境經濟學、環境法學、環境教育學、環境心理學v環境物理學：環境聲學、環境光學、環境熱學、環境電磁學、環境空氣動力學v環境化學：環境無機分析化學、環境有機分析化學、環境污染化學、環境地球化學v環

7、境生物學：環境動物學、環境植物學、環境微生物學、環境生態學、自然環境保護科學v環境地學：環境地質學、水環境學、環境海洋學、環境土壤學、污染氣象學v環境醫學：環境病學、環境毒理學、環境監測醫學v環境工程學：大氣污染防治工程學、水污染防治工程學、固體廢物處置工程學、噪聲控制工程學、環境污染防治工程學、環境評價學v環境管理學：包括行政的、法律的、科學技術的、經濟的、人文教育的等多類環境管理科學。v環境經濟學、資源環境經濟學、生態環境經濟學、環境效益經濟學、環境費用與轉移支付、環境生態布局v環境法學：v環境教育學：v環境心理學：一級子學科下的二級子學科又可如下細分：1.5環境科學的任務環境科學的任務

8、當前環境科學技術領域在不斷地深化與發展，就目前人們的認知，環境科學技術的主要任務（或說研究內容、研究方向）有四：(1)探索全球范圍環境的演化規律。(2)揭示人與自然之間的關系，如資源的合理開發利用、人類生產與消費過程物質能量的遷移轉化及物質平衡，可更新資源的永續循環利用(3)探索環境變化對人類生態的影響，制定環境標準(4)研發微觀到宏觀多層面環境污染綜合防治技術和管理措施。 2 環境污染與防治環境污染與防治 環境科學所指的環境是指人類賴以生存的所有因素和條件的綜合體。“因素”如光、電、能、CO2、H2O、O、N、P等。“條件”如天、地、氣象、水文、生物、土壤等。2.1基本概念基本概念什么是環境

9、？生態系統和生態平衡 生命界與非生命界之間通過物質和能量的交換、轉移，在一定程度上構成了一個開放式的穩定系統，稱之為“生態系統”。生態系統內物質能量的生產、貯運、交換都保持有一定的相對的平衡關系，這種規律性關系稱為“生態平衡”。 環境污染和環境破壞 環境生態系統在平衡狀態下保有一系列不明外來因素和條件沖擊的緩沖能力，通過物化、生化多種方式轉化外來負荷的沖擊，以修復系統自身的平衡，這一過程是系統自身的“自凈”能力和“抗逆”能力；而當外來因素的沖擊、外部條件的逆變，超出了系統的自凈和抗逆能力的，環境生態系統就發生了“環境污染”和“環境破壞”，又統稱“公害”。2.2環境污染與防治的有關領域（未涉及環

10、境破壞）環境污染與防治的有關領域（未涉及環境破壞）（1）全球氣候變化 全球氣候變化是一個環境條件和環境要素互動的變化過程。地球表面CO2逐年遞增，改變了空氣構成比例的巨變；全球變暖又加劇了“溫室效應”，全球海平面升高，農、林業病、蟲、害加劇，全球干旱化增強等等。所以目前開展節能減排行動是全人類都亟需的防治手段，我國全民開展節能減排，各級政府大力推選淘汰“落后產能”，改變傳統的耗能產業結構，構建新型低碳社會乃是百年、千年大計。2.2.1大氣環境污染與防治大氣環境污染與防治（2）主要常見的大氣環境污染物v塵常見的有煤塵和粉塵，以粒徑大小分類時，粒徑10微米者稱為降塵；粒徑10微米者稱飄塵；以來源分

11、時，燃煤產生煤塵；非燃燒產生粉塵，其中由風所致的又稱揚塵。防治主要是密閉生產、機器人采掘、增強地面復蓋等。v硫化物類（SOx）主要來自于石化燃燒、火電、冶煉、制硫等行業。防治在于脫硫回收和用新產業結構和技術改變各產業行業現狀（節能減排、替代燃燒等）。v氮氧化物類（NOx）：主要來自于石、化燃燒，高溫氮氧化，內燃機、硝酸氮化物生產，冶煉，有機物中間體生產等行業和雷電過程。防治主要是改變燃燒條件和預混、氣化、液化、燃燒器增壓等等。v碳氧化物（COx）源自于不完全燃燒全球每日約排CO約2億噸，CO2約1.5億噸。防治主要在于改變燃燒結構，以新型清潔能源替代石化能源v碳氫化物（CxHx）源于不完全燃燒

12、、有機化學生產（如石油裂解）。主要防治方法類同碳氧化物類。v在大氣污染綜合防治方面除污染源治理和植樹等生態治理之外，合理的工農業布局、工業區部局、城鄉布局和產業結構布局以及淘汰落后產能的布局，都是十分重要的。v惡臭：指難聞的臭味，惡臭味迄今有4000多種，對人和生物有危害的有硫醇類、氨、硫化氫、甲硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酪酸、酚等幾十種。有的惡臭物隨廢水和廢渣排入水體還導致更嚴重的水體污染，惡臭涉及幾十到幾百公里范圍，惡臭物質多來自于有機化的生產過程，其發臭機理與其化學過程分子結構的位置有關。惡臭的治理在于改進工藝流程，增加高溫、催化燃燒、吸附、淋洗等多種工藝技術等等。2.2.2水環境污染與

13、防治水環境污染與防治 水體或水環境所指為河流、湖泊、沼澤、水庫、地下水、冰川、海洋等地表貯水體系的總稱，也包括土壤水、大氣水。水體的自凈功能乃在于通過化學和生物作用將大分子、高分子物質分解為水、無機鹽等，并產生CO2，其自凈過程需耗氧，將其化學和生物作用所耗氧的量作為判別水體自凈能力或污染程度的綜合性指標稱之為化學耗氧量（COD）、生化耗氧量（BOD），以5日生化耗氧量為通用指標稱BOD5；水體所含的氧量稱溶解氧（DO）。耗氧污染物：又稱需氧污染物，來自于生活活動和工農業生產活動，有人類進化之前的自然界自身也就不斷有耗氧污染物產生 。目前最普遍采用的治理方法是各種污水廢水處理工藝技術的工廠化處

14、理；再就是用順其自然的原理采用自然凈化工藝或組合工藝。如活水工藝、濕地公園、氧化塘、田塘等。按水環境污染物特性及其防治方法分列于下： 富營養污染物：引起水體富營養化污染的主要是氮氧化物類（如NH4+、NO2-、NO-）、磷化物類（如H2PO4、HPO4、）。有機物類（如生活營養源、糞尿、碳化物）。一般清潔的水體中總磷濃度在0.010.1mg/L以下；總氮應在0.3mg/L以下，對水體富營養污染物的防治除上述耗氧污染物所介紹的方法之外，全球有很多技術方法可因地制宜地采用多種物理的、化學的、物化的、生化的技術治理。總體而言，對水體富營養化污染的治理應從系統總體考慮，從污染的點源、面源、內源三個層面

15、入手，從管理系統入手，采用總量控制的系統規劃到系統計劃的科學方法才有可能成功治理，全面合理調整布局工農業、工業區、城鄉和產業結構、淘汰落后產能，才能成功地、綜合地防治水體污染。氰化物：主要來自于電鍍、焦化、洗煤氣、選礦等生產行業。由于氰化物對生物和人體致毒性很強，對于低濃度含氰廢水（0.01-1.00 mg/L）采用前述生物或生化處理方法外，高濃度含氰廢水只能先作回收處置。油類：來自于船舶泄漏，工業排放、采油業、大氣沉降等。現全球每年約有1000萬噸油類排入水體。對其治理的方法主要是圍隔回收，對于10-30mg/L以下的含油廢水可用生物或生化方法處理，施用分散劑的方法已受到反對。酚類：主要來自

16、于焦化、樹脂、絕緣材料、玻纖、制藥、石化等生產行業。排入水體的酚有揮發的和不揮發的二類。對于高濃度含酚廢水可先采用萃取、蒸脫、吸附、離子交換、化學沉淀等方法回收。對低濃度的（1000 mg/L以下）含酚廢水則采用生物或生化方法處理。酸、堿及各種無機污染物：除了碳同非金屬結合的化合物以外的各種元素及化合物都稱為無機污染物。如各類重金屬、非金屬鹽類構成了主要的水體無機污染源。水無機污染物來自于各種工農業生產活動的排放。水環境無機污染的治理方法很多，如物理法、物化法、化學法、生化法、生物法等許多種類。一般在污染源分類時，將重金屬及其鹽類對水環境的污染單分作一大類型，主要泛指金屬和類金屬及其鹽類，常見

17、的有汞、鎘、鉛、砷、鉻、鈹等等。農藥及洗滌劑污染物：（略）生物病菌、病毒污染物：（略） 土壤污染指污染物（水、氣、固三態）進入土壤并積累到一定程度（超出土壤的自凈能力）時，引起土壤環境質量惡化的現象。土壤污染來自于多方如廢氣、廢水、固廢、農藥化肥、生物殘體或排泄物等。2.2.3 土壤污染防治和固體廢物問題土壤污染防治和固體廢物問題土壤污染的防治: 在防治措施方面可采用綜合生物防治（酶降解、生物凈化，如蚯蚓、鐵角蕨等多種動、植物吸收凈化等）；施加抗污抑制劑改變污染物遷移轉化方向以加速氧化、沉積變性等；增施有機肥、腐殖酸類土壤還原劑，改進土壤吸附能力，強化土壤氧化和污染的沉淀等；改變耕作制度（如旱

18、改水、水改旱等），科學管水、深翻、克土等等。主要在于控制和消除污染源。固體廢物： 來自于多種工農業生產活動和人類生活活動是“放錯了地點的原材料”。按危害性質分類可分為危險固體廢物和一般固體廢物。目前最難于處置的是危險固廢。包括我國在內實施分類管理和處置，有國家的危險廢物清單，按其不同法規要求加以分類處置。對于所有固體廢物而言都應遵循國際循環經濟運行原則（3R原則）作減量化、再利用、再循環處置。關于生活垃圾： 生活垃圾處理是目前困擾我國城市的一大環境問題，吸取各國經驗又從國情出發，應該先行分級分類分撿作資源化處置后，采用國際先進的垃圾焚燒技術實施多級高溫減量化處置（如沸騰爐三級以上燃燒處置），既

19、不產生苯并（a）芘，也無二噁英產生。以達到最大的減量之后，再利用和再循環，節約了最多土地，解決了垃圾的二次污染問題。放射性污染：放射性物質（核素）通過氣、水、土、固體廢物多種途徑都有可能發生對人和生物的放射性危害。其污染源在核工業采、選、冶過程及運輸泄漏；如核電站、核燃料，核試驗等多種可能性的泄漏。其防治應從核工業場地、核試驗基地選址、工藝流程的安全性、廢水廢氣處置等多方面進行2.2.4 其他環境污染其他環境污染熱污染：有人類前，自然界也常有熱污染（如火山爆）發生。就人類活動危害熱環境（溫度場）的污染而言，有三方面：一是改變大氣組分、改變太陽對地球的輻射透過率方面的，如全球氣候變暖（已討論了近

20、百年，現才有了較明確的共識）；二是人類生活和生產活動直接向水、氣、地表等環境排熱；據1975年一項研究測算：當年全球耗能總量占了地球接收太陽凈輻射量的1，但在局部城市如曼哈頓地區的能耗密度達到600W/，是當地單位面積接收太陽凈輻射量的6倍。工業向水體排熱的情況也不容忽視；三是改變地表物理狀態，改變反射、折射率，改變地表和大氣之間的熱交換過程方面，如農牧業活動引起林地變農地、農地變沙漠、灌溉減少徑流，增大陸面蒸發、人工水庫面積增加等。另一類型是城市化、混凝土面積劇增等改變了地表原有的熱平衡、加速了氣體熱徑流、城鎮熱島等。再有石油泄漏改變了海平面原有水熱平衡引起的水體熱污染等等。3 物質循環與生

21、態文明物質循環與生態文明 環境系統中的所有物質在各種能量（都起始于太陽能）的作用下，無時不在發生著循環性的遷移和轉化。“萬物”的循環轉化早就為人類所認知。能量的轉移、耗盡，物質的循環轉化、運動所構成的自然生態循環和平衡規律是人類必須敬重和遵循的法則；是人與自然和諧（公平）的法則；也是人類社會文明的法則。在此法則之中，我們可以構建可持續發展的戰略（圖）。3.13.1物質循環物質循環自然環境資源效率efficiency環境公平equity發展均衡equilibrium經濟環境社會環境圖圖 可持續發展的戰略原則可持續發展的戰略原則3.23.2生態文明生態文明v物質文明：體現了人類處理人類生存與自然環

22、境關系的能力；v政治文明：體現了人類處理人與人、人與社會環境關系的能力；v精神文明：體現了人類處理主觀世界的改造，提高自身素質水平的能力；v生態文明：人類文明的最高形態，體現著上三個文明的升華和歸宿。3.2.13.2.1四個文明四個文明3.2.23.2.2生態文明理念生態文明理念 生態文明不僅涉及人與自然，消除人與自然的種種不公，協調人際和諧關系的發展；生態文明還將與時俱進，引進新理念（人與自然的、人與人的、人與社會的）新方法和新內容。并將這些新理念、新方法和新內容引入精神和政治領域，不斷用科學發展觀推進人類文明的進步。v生態文明的目標：人與自然的公正、人類社會的公正v生態文明的價值訴求：多樣

23、性、可持續性、系統整體性、責任性v生態文明推動著中國的進步和強大，如：權利下放；擴大黨派權責；擴大民主自治權；保障多種方面的多樣性；貼近人文；關心人和環境衛生；保障人權等等。4 環境科學選題方法參考環境科學選題方法參考命題科學： 命題要科學準確，合乎邏輯思維；盡量簡潔單一，明確主題，一事一論，一物一論，題目應小而簡潔，項目的內容都必須有清楚的邊界，不能超出主題去涉足其他事物（有點類似作文、小品）；通過研究全過程后再回頭反復推敲修定命題，也是不可缺少的。 4.14.1環境科技選題的科學性環境科技選題的科學性研究方法的科學： 環境科技有其突出的邊緣性，多學科結合的綜合性，故研究方法須借用各有關學科

24、的知識和研究方法，反之研究成果往往又完善了各有關學科的內容和方法。研究內容和過程的科學： 環境科技的邊緣性也決定了其研究內容，往往都要涉足數、理、化、天、地、生、工、醫、農、社科各門類的知識內容。這就要求我們既要學會緊扣自己研究課題的主題，巧妙參用關聯學科內容，通過研究過程直奔自己研究的成果。在環境科技研發過程中，往往會因自己的知識面、喜好多方原因，偏離選題（跑題）了。這時一個辦法是修正自己的研究，再一個方法可以看能否將計就計按偏離主題的新發現，換個主題開拓下去，重新確定研發內容過程，將原先確定的題目放以后另題再開。研究成果的科學： 環境科技成果在扣題研發取得結果之后，一定要從不同的思維角度，

25、從不同的學科知識高度反復推敲成果的正確性、可重復驗證的可靠性、論文的邏輯系統性、方法的實用性、論文題目與內容結果的一致性等，就象考試做完問卷后必須做的反復驗證推敲。 一篇科技論文摘要的文字要緊扣研究主題精之又精地做好，一般不要超過百字符；前言簡單明晰地介紹一下研究背景即可；科技論文主要論你項目工作的研究內容、研究方法，研究過程和結果，作出最終的結論。其中研究過程也要簡明扼要；科技成果在完成過程中還特別要注意原始記錄的保存、照片，收資查新材料的保存，涉及到物種鑒定資料的保存等。4.24.2環境科技成果的創新性環境科技成果的創新性 科技創新是科技進步、社會發展的根本性動力。科技成果的創新可以從多層

26、次、多方面體現；新思考、新觀點、新命題、新方法、新路線、新流程、新工藝、新材料、新技術、新設計等，應該層出不窮地創新發展。科技創新的基礎性方法： 是查舊查新，包括科技文獻查新、科技成果查新（有一定難度）、專利技術查新、專業知識查舊查新、國內國外查新、行內行外查新、相關學科之間查舊查新；廣泛收資、重點拿“魚”；專家咨詢等多方面的方法都注意采用。在選題前后，在項目過程中都要不斷開展科技專業知識的大搜捕工作。邊研發邊查新，邊查新邊研究是當前科技快速發展、信息量大面廣環境條件下科技工作者可或缺的基礎工作。 “站在巨人肩膀上”的要求只要克刻苦求索在當前情況下多數地區已有可能，那么在此基礎上回到選題命題的始端看，還可以注意環境科技項目選題不要忽視了自己身邊的自然環境和社會環境素材，往往因地制宜、因鄉土制定、因本地科技條件制宜的選題，常常可以取得事半功倍的結果。4.34.3案例簡介案例簡介現選云南省青少年科技創新大賽部分環境科學項目命題的評列于表中，供參考。4.3.14.3.1選題、命題須