环境保护概论与水处理技术课件.ppt

1、2022-12-141第三章第三章 资源与环境资源与环境3-1 世界与中国资源的现状及特点世界与中国资源的现状及特点一、自然资源 1定义：指自然界中能被人类用于生产和生活的 物质和能量的总称。2分类 耗竭性资源 非耗竭性资源2022-12-142二、世界资源现状及特点 1水资源短缺 2土地荒漠化 3森林资源破坏 4矿产资源匮乏 5物种资源灭绝三、中国资源现状及特点 1资源总量大，人均占有量少 2资源种类多，类型齐全 3资源地域分布不均衡，增加开发利用难度 4资源质量不够理想，优质资源所占比重较小 5资源利用率低且浪费严重2022-12-143光明日报2006-10-26（12）2022-12-

2、144地球上的最后 最后一片森林2022-12-145地球上的最后 最后一棵树2022-12-146地球上的最后 最后的家园2022-12-147地球上的最后 最后的晚餐2022-12-148地球上的最后 最后一滴水2022-12-149地球上的最后 最后的生命2022-12-14103-2 3-2 资源开发与可持续发展资源开发与可持续发展一、水资源的开发利用二、矿产资源的开发利用三、海洋资源的开发利用四、土地资源的开发利用五、生物资源的开发利用2022-12-14113-3 3-3 能源与环境能源与环境一、能源的概念 1定义 指自然资源中存在的某种形式的能,利用它可以转换成人们生产和生活所需

3、的电、光、机械、热等其他形式的能.2人类利用能源的四个阶段 1860年前(第一次产业革命)：以薪柴为主 18601920(蒸汽机1763年发明后广泛使用)19201960(采煤条件日趋恶化渐转石油、天然气)1960至今(新能源是第四次产业革命的主要支柱)2022-12-1412能源利用的发展阶段（%）（表3-5）薪柴 煤 石油天然气1860年前 73.7 24.718601920 28.1 62.419201960 52.2 45.81960至今 35.2 62.42022-12-1413 3能源分类 常规能源：煤、石油、天然气、水能、节能 按照所处社会地位分 新能源2022-12-1414

4、1 1度电度电=能用吸尘器把房间打扫5遍；25瓦的灯泡能连续点亮40小时；家用冰箱能运行一天半；普通电风扇能连续运行15小时；一匹空调器能开1.5小时；能烧开8千克的水；电视机能开10小时；可以用电炒锅烧2个非常美味的菜肴；足够让电动自行车跑上80千米。经济日报2004-07-04（10）2022-12-1415 4能源品位评价 1）E=mc2 能量是物质的属性,即作功的潜在本领.人类利用物质,同时也利用物质变化所产生的能量作有用功.2）能源品位评价标准 用单位能量的熵值变化来衡量.在突然变化过程中,孤立体系熵有增无减.熵值越小的体系,自发趋势越大,能量品位越高.2022-12-1416上下,

5、品位 能量形式 S/单位能量 高品位自发向低品位进行例如自由落体 万有引力 0生成热能.(位能)原子核能品位最高,应开发利用.原子核能 10-6 热能(星球)108K 10-3地表热能通常是地球上最低品位能,量大 (地球)102K 10-2 但无法利用.化学能(燃料)110 辐射能(可见光)110日光能与化学能品位相当,应开发利用.(宇宙微波)104太阳能与环境热能品位相差不大,大多变成环境热能而不能加以利用.化石燃料变化学能,历史悠久,但品位不高.2022-12-1417 5能源消耗需求量的计算 1）标准煤 是计算能源总量时所采用的综合换算指标 即7000kcal/kg标准煤(29.271M

6、J/kg标准煤)煤：0.714 石油：1.43 天然气：1.33 油页岩：0.431 目前，全世界能源总消费量约为134亿吨标准煤，其中化石能源占85%以上。2022-12-14182）能源消耗需求量的计算（以2000年达到小康水平需能源量）可以有以下几种算法：（1）现代化社会要求：1.6吨/人,年 1.6吨/人,年12.1亿人=19.36亿吨 （2）按照各国每人每年能源消耗量与国民经济生产总值之间比例,若人均达到1000美圆/年：2.2吨/人,年 2.2吨/人,年12.1亿人=26.6亿吨2022-12-1419（3）能源弹性系数(能源消耗增长系数)进行预测规律：发达国家：1 工业化初期：1

7、,以后逐年降低 我国情况：19531958 1 1.3 19801990 1 1.2 1990 2000 11.2,1.2=a/7.2，a=8.64，(1+8.64%)10=y=2.29(1990年的倍数)2.29 6.5=14.89亿吨(实际为10.4亿吨)19902000 1 0.85 0.85=b/7.2，b=6.12，(1+6.12%)10=z=1.81(2000年的倍数)1.81 14.89=27亿吨(实际为15.5)若按照人均12.1亿人,则 27/12.1=2.23吨/人,年2022-12-1421我国能源产量：80 85 90 95 2000 2006 2020 亿吨 6.5

8、8 10.4 14.47 15.55 24.6 2533人均能源量：世界 美国 苏联 西德 日本 北京市 吨/人,年 2.23 12.8 6.6 6.3 4.7 3.23（3倍）我国清洁能源比重情况（一次能源结构比重）：煤炭的比重 石油的比重 水电的比重 1990 762%166%51%2002 661%234%78%参考图3-42022-12-1422国民生产总值与能源消费的关系（图国民生产总值与能源消费的关系（图3-4）2022-12-1423 6中国能源结构特点 1）能源丰富而人均消费量少 电力居世界第一；煤炭居世界第三；石油居世界第八 2）能源构成以煤为主（种类不佳,煤多油少）3）中国

9、能源生产和消费结构不合理 4）能源供应不足与浪费并存 5）能源资源与经济布局不匹配 煤炭在中北和西北方(60%在华北)水利在西南(60%)石油主要在华北和东北 天然气主要在西南和西北 东南工业发达而能源短缺 2022-12-1424 初步测算，2006年能源消费总量24.6亿吨标准煤，比上年增长9.3%。其中，煤炭消费量23.7亿吨，增长9.6%；原油3.2亿吨，增长7.1%；天然气556亿立方米，增长19.9%；水电4167亿千瓦小时，增长5.0%；核电543亿千瓦小时，增长2.4%。主要原材料消费中，钢材4.5亿吨，增长17.2%；铜372万吨，下降4.0%；铝865万吨，增长32.1%；

10、乙烯939万吨，增长23.9%；水泥12.0亿吨，增长14.5%。万元国内生产总值能源消耗1.21吨标准煤，比上年下降1.23%。2022-12-1425二、能源与环境问题 能源生产过程中带来的主要环境问题：1城市大气污染 2温室效应 3水体热污染 4固体废物2022-12-1426三、中国能源的利用与保护 1充分利用能源，减少浪费 2以生态学原理解决能源问题 控制人口，减少能源消耗 调整能源结构，尽快发展水电、核电等新能源2022-12-1427四、新能源简介 1太阳能 1）太阳辐射能 m=(1.008124)-4.00386=0.02862原子质量单位 根据E=mc2,E=mc2=0.02

11、862 1.66 10-27(一个原子质量单位重量)(3108)2=4.28 10-12(J)(m2.kg.s-2)即可以生成 E=4.28 10-12 6.023 1023=2.5781012J 太阳每秒损失400万吨氢,产生能量为3.90 1026瓦2022-12-14282）太阳能特点 普遍 无害优点 长久 巨大 能流密度很低,若利用,则需要一套面积相当大 缺点 的收集转换能量的设备,造价高.某一地区太阳辐射强度不稳定,受气候影响.2022-12-1429 3）利用方式 太阳能热能 可以利用水相变潜热,产生高温蒸汽发电 太阳能电能 可以利用光电效应(如硅电池、S-Sb、Ga-Sb等)=1

12、3.20%(地面转换)=35%(卫星上转换)2022-12-1430太阳能热水器原理图太阳能热水器原理图12022-12-1431太阳能热水器工作原理太阳能热水器工作原理22022-12-1432 太阳能化学能 有机光化学同分异构作用储存热量(200C以下)有机单键键能：有机单键键能：171.5171.5397.5kJ/mol,397.5kJ/mol,相当于相当于0.70.70.30.3 m m光波。光波。可以发生共价结构应变；有机物吸收光波后 键长、键角偏转；共价键断裂。2022-12-1433 无机物热分解储存中温热能 光合作用生化转化储存太阳能 4）宇宙太阳能电站：同步空间站处于赤道与地

13、球相距35600公里的轨道上,并以与地球同步方式饶行.用太阳能电池收集能量,再用微波发生器转变成微波,以集束形式发射到地面接受站,再转变成电能利用.QACBAKKK热源可产生蒸汽发电进行混合后，最好在可以达到聚光器利用太阳（分开储存）7737731273（植物能源）叶绿素光6126222666OHCOOHCO2022-12-1434宇宙太阳能电站（图宇宙太阳能电站（图3-6）2022-12-1435 2核能 1）定义 原子核中存在大量能在裂变或聚变中释放 出来得到的能量.例如 目前只相当于2040吨标准煤.2）种类 （1）核裂变 用中子打击重原子核使之分裂.例如 天然铀矿中的235U仅占0.7

14、14%,需要除去238U（因为它不裂变,且可以俘获中子）.我国含铀矿量少.万吨标准煤火柴盒大小8.21235UkgnSrXenU109438140541023522022-12-1436 （2）核聚变 由很轻原子核在极高温(2千万1亿度)下合并成重核放出极高能量.例如：特点：单位质量释放能量比裂变多,如上例,（2）是（1）的四倍.资源丰富：1.4kg重水/吨海水.一桶海水相当于300 桶汽油能量.海水中的 约有20亿吨,铀约有40亿吨,可使用 200亿年(海水量为13.61011吨).放射性污染少 中央电视台2006-11-21晚间新闻报道称相当于1桶海水能量相当于300桶汽油。nHeHH10

15、423121H212022-12-1437核裂变中的链式反应核裂变中的链式反应 核聚变示意图核聚变示意图 2022-12-1438核发电厂工艺流程示意图（图核发电厂工艺流程示意图（图3-9）2022-12-1439 3）核能发展现状 1954年6月27日，前苏联在卡卢加州建造世界首座核电站奥布宁斯克核电站开始发电，已经有50年的历史。目前，全球30多个国家和地区已建成并投入运行的核电站有432座（截止1999年底），装机容量达32861.3亿千瓦，占世界发电总装机容量的21%。核电在一些国家的发电总量中所占比重十分惊人。法国：75%比利时：61.5%韩国：49%中国台湾：38.7%2022-12-1440大亚湾核电站夜景2022-12-1441秦山核电站夜景2022-12-1442秦山二期核电站夜景 2022-12-1443秦山三期核电站厂房远景2022-12-1444田湾核电工程全景2022-12-1445岭澳核电站全景2022-12-1446三门核电工程厂址2022-12-1447 3其他新能源 地热能 风能 海洋能（潮汐能、波浪能、海洋温差能等）生物质能 氢能2022-12-1448公园中，路灯上的太阳能电池板解决了供电问题。（程伟光摄）辽阔的草原上，风能发电机与牛羊为伴。（程伟光摄）2022-12-1449氢能内燃机 氢能内燃机