环境保护概论与水处理技术课件

第三章资源与环境3-1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12/5/20231二、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12/5/20232

《光明日报》2006-10-26（12）12/5/20233地球上的最后

——最后一片森林12/5/20234地球上的最后

—最后一棵树12/5/20235地球上的最后

——最后的家园12/5/20236地球上的最后

—最后的晚餐12/5/20237地球上的最后

——最后一滴水12/5/20238地球上的最后

——最后的生命12/5/202393-2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12/5/2023103-3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1860~1920(蒸汽机1763年发明后广泛使用)1920~1960(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)12/5/202311能源利用的发展阶段（%）（表3-5）薪柴煤石油天然气1860年前73.724.71860~192028.162.41920~196052.245.81960~至今35.262.412/5/2023123．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12/5/202313

1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）

12/5/2023144．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.12/5/202315☏☞上下,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)108K10-3☏☞地表热能通常是地球上最低品位能,量大(地球)102K10-2

但无法利用.化学能(燃料)1~10辐射能(可见光)1~10☏☞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.12/5/202316

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(29.271MJ/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。12/5/2023172）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12/5/202318（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：<10.85

发展中国家：>1

工业化初期：>1,以后逐年降低

我国情况：1953~1958>11.31980~1990>11.21990~2000<10.8512/5/202319若按照1980年为6.5亿吨标准煤，20年翻两番计算，年国民生产增长率为：(1+x)20=4若按照1980年为6.5亿吨标准煤,20年翻两番计算：(1+x)20=4x=7.2%

1980~1990>11.2,1.2=a/7.2，a=8.64，(1+8.64%)10=y=2.29(1990年的倍数)2.296.5=14.89亿吨(实际为10.4亿吨)

1990~2000<10.85

0.85=b/7.2，b=6.12，(1+6.12%)10=z=1.81(2000年的倍数)1.8114.89=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12/5/202320我国能源产量：80859095200020062020亿吨6.5810.414.4715.5524.625~33人均能源量：世界美国苏联西德日本北京市吨/人,年2.2312.86.66.34.73.23（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199076．2%16．6%5．1%200266．1%23．4%7．8%参考图3-412/5/202321国民生产总值与能源消费的关系（图3-4）

12/5/2023226．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12/5/202323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%；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%。

12/5/202324二、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12/5/202325三、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12/5/202326四、新能源简介1．太阳能

1）太阳辐射能m=(1.00812×4)-4.00386=0.02862原子质量单位根据E=mc2,

E=mc2=0.02862×1.66×10-27(一个原子质量单位重量)×(3×108)2=4.28×10-12(J)(m2.kg.s-2)

即可以生成E=4.28×10-12×6.023×1023=2.578×1012J

太阳每秒损失400万吨氢,产生能量为3.90×1026瓦12/5/2023272）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.12/5/2023283）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)=13.20%(地面转换) =35%(卫星上转换)12/5/202329太阳能热水器原理图112/5/202330太阳能热水器工作原理212/5/202331

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：171.5—397.5kJ/mol,相当于0.7—0.3m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。12/5/202332

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.12/5/202333宇宙太阳能电站（图3-6）

12/5/202334

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0.714%,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.12/5/202335（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