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环境工程学

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environmental engineering

   

  环境科学的一个分支。研究运用工程技术和有关学科的原理和方法,保护和合理利用自然资源,防治环境污染,以改善环境质量的学科。主要研究内容包括大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废物的处理和利用以及噪声控制等。环境工程学还研究环境污染综合防治的方法和措施,以及利用系统工程方法,从区域的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。
  形成过程 环境工程学是在人类同环境污染作斗争、保护和改善生存环境的过程中形成的。从开发和保护水源来说,中国早在公元前2300年前后就创造了凿井技术,促进了村落和集市的形成。后来为了保护水源,又建立了持刀守卫水井的制度。从给排水工程来说,中国在公元前2000多年以前就用陶土管修建了地下排水道。古代罗马大约在公元前 6世纪开始修建地下排水道。中国在明朝以前就开始采用明矾净水。英国在19世纪初开始用砂滤法净化自来水;在19世纪末采用漂白粉消毒。在污水处理方面,英国在19世纪中叶开始建立污水处理厂;20世纪初开始采用活性污泥法处理污水。此后,卫生工程、给水排水工程等逐渐发展起来,形成一门技术学科。
  在大气污染控制方面,为消除工业生产造成的粉尘污染,美国在1885年发明了离心除尘器。进入20世纪以后,除尘、空气调节、燃烧装置改造、工业气体净化等工程技术逐渐得到推广应用。
  在固体废物处理方面,历史更为悠久。约在公元前3000~1000年,古希腊即开始对城市垃圾采用了填埋的处置方法。在20世纪,固体废物处理和利用的研究工作不断取得成就,出现了利用工业废渣制造建筑材料等工程技术。
  在噪声控制方面,中国和欧洲一些国家的古建筑中,墙壁和门窗位置的安排都考虑到了隔声的问题。在20世纪,人们对控制噪声问题进行了广泛的研究。从50年代起,建立了噪声控制的基础理论,形成了环境声学。
  20 世纪以来,根据化学、物理学、生物学、地学、医学等基础理论,运用卫生工程、给排水工程、化学工程、机械工程等技术原理和手段,解决废气、废水、固体废物、噪声污染等问题,使单项治理技术有了较大的发展,逐渐形成了治理技术的单元操作、单元过程、以及某些水体和大气污染治理工艺系统。50年代末,中国提出了资源综合利用的观点。60年代中期,美国开始了技术评价活动,并在1969年的《国家环境政策法》(NEPA)中,规定了环境影响评价的制度。至此,人们认识到控制环境污染不仅要采用单项治理技术,而且还要采取综合防治措施和对控制环境污染的措施进行综合的技术经济分析,以防止在采取局部措施时与整体发生矛盾而影响清除污染的效果。在这种情况下,环境系统工程和环境污染综合防治的研究工作迅速发展起来。随后,陆续出现了环境工程学的专门著作,形成了一门新的学科。但是,迄今为止,人们对这门学科还存在着不同的认识。有人认为,环境工程学是研究环境污染防治技术的原理和方法的学科,主要是研究对废气、废水、固体废物、噪声,以及对造成污染的放射性物质、热、电磁波等的防治技术;有人则认为环境工程学除研究污染防治技术外,还应包括环境系统工程、环境影响评价、环境工程经济和环境监测技术等方面的研究。
 基本内容 尽管对环境工程学的研究内容有不同的看法,但是从环境工程学发展的现状来看,其基本内容主要有下列几个方面:
  大气污染防治工程 每个人都通过呼吸作用,不停地同大气进行气体交换。一个成年人一天内同大气之间的气体交换量约 10~12立方米。通常,一个人5星期不吃东西,或5天不喝水,尚能活命,但是5分钟不呼吸就会丧生。所以说,空气尤其是清洁的空气是人的生命须臾不可缺少的。然而,20世纪中叶以来,进入大气中的污染物的种类和数量不断增多。已经对大气造成污染的污染物和可能对大气造成污染而引起人们注意的物质就有100种左右,其中影响面广,对环境危害严重的主要有硫氧化物、氮氧化物、氟化物、碳氢化合物、碳氧化物等有害气体,以及飘浮在大气中含有多种有害物质的颗粒物和气溶胶等。
  大气中的污染物有的来自自然界本身的物质运动和变化,有的来自人类的生产和消费活动。人类生产活动排放的有害气体治理和工业废气中颗粒物的去除的原理和方法是大气污染防治工程的主要任务。
  水污染防治工程 水是一切生物生存和发展不可缺少的。水体中所含的物质非常复杂,元素周期表中的元素几乎都可在水体中找到。人类生产和生活消费活动排出的废水,尤其是工业废水、城市污水等大量进入水体,造成水体污染。因此,采用废水物理处理法、废水化学处理法、废水生物处理法和废水物理化学处理法等方法进行治理,以及充分利用环境自净能力,以防止、减轻直至消除水体污染,改善和保持水环境质量,并要制定废水排放标准,合理地利用水资源,加强水资源管理,就成为水污染防治工程的主要任务。
  固体废物的处理和利用 人类在开发资源、制造产品和改进环境的过程中都会产生固体废物,而且任何产品经过消费也会变成废弃物质,最终排入环境中。随着人类生产的发展和生活水平的提高,固体废物的排放量日益增加,污染水体、土壤和大气。然而,固体废物具有两重性,对于某一生产或消费过程来说是废弃物,但对于另一过程来说往往是有使用价值的原料。因此,固体废物处理和利用既要对暂时不能利用的废弃物进行无害化处理,如对城市垃圾采取填埋、焚化等方法予以处置;又要对固体废物采取管理或工艺措施,实现固体废物资源化,如利用矿业固体废物、工业固体废物制造建筑材料,利用农业废弃物制取沼气等。
  环境污染综合防治 废气、废水和固体废物的污染,是各种自然因素和社会因素共同作用的结果。控制环境污染必须根据当地的自然条件,弄清污染物产生、迁移和转化的规律,对环境问题进行系统分析,采取经济手段、管理手段和工程技术手段相结合的综合防治措施,改革生产工艺和设备,开发和利用无污染能源,利用自然净化能力等,以便取得环境污染防治的最佳效果。环境污染综合防治是在对废水、废气、固体废物单项治理的基础上发展起来的。
  环境系统工程 环境问题往往具有区域性特点。利用系统工程的原理和方法,对区域性的环境问题和防治技术措施进行整体的系统分析,以求取得最优化方案,是环境系统工程的主要任务。环境系统工程方法还可应用于不同的规模、等级、剖面的系统,如大气系统(大气污染模型、大气扩散等)、地面水系统(河流污染、湖泊污染的分析和城市污水再生利用)、地下水系统、海洋系统以及某一环境工程单元过程系统等。
  发展趋势 环境工程学是一个庞大而复杂的技术体系。它不仅研究防治环境污染和公害的措施,而且研究自然资源的保护和合理利用,探讨废物资源化技术、改革生产工艺、发展少害或无害的闭路生产系统,以及按区域环境进行运筹学管理,以获得较大的环境效果和经济效益,这些都成为环境工程学的重要发展方向。
  自然资源的有限和对自然资源需求的不断增长,特别是环境污染的控制目标和对能源需求之间的矛盾,促使环境工程学对现有技术和未来技术发展进行技术发展的环境影响评价和环境影响评价,为保护自然资源和社会资源提供依据。有人认为预测科学技术进步所产生的副作用,实质上就是预测未来的环境问题。美国从60年代中期开始探讨一些科学技术革命带来的二次影响。如建设原子能电站,虽然与传统的能源工业相比,二氧化碳和二氧化硫的污染大约减少了一半,但是增加了放射性污染。因此,资源、生态、经济三者发展的动态平衡,决定着环境工程未来的发展趋势。

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