物理性污染控制-第一章-绪论

课程性质与要求课程性质与要求1.环境工程与环境科学专业主干核心课程之一，对今后从事环境物理性污染控制和管理工作起着直接的指导作用，应用性极强，涉及领域较广。要求系统全面掌握教材中环境物理性污染特性、评价方法及标准、控制原理和技术等。2.共计36学时，理论课时27学时，实验9学时。3.考勤：平时成绩占20%（含实验），期末卷面成绩占80%。第一页第二页，共67页。主要参考书目1.洪宗辉主编.环境噪声控制工程.高等教育出版社.2.李耀中主编.噪声控制技术.化学工业出版社.3.马大遒主编.噪声与振动控制工程手册.机械工业出版社.4.张宝杰乔英杰赵志伟主编.环境物理性污染控制.化学工业出版社.2003.06（第一版）第二页第三页，共67页。主要内容第一篇噪声污染及其控制（28学时）第二篇其他的物理性污染及其控制（8学时）第一章绪论第二章噪声污染及其控制第四章电磁辐射污染及其防治（2学时）（16学时）（10学时）（2学时）（2学时）（2学时）（2学时）第五章放射性污染及其控制第六章热污染及其控制第七章光污染及其控制第三章振动污染及其控制第三页第四页，共67页。第一章绪论第一节物理环境与环境物理学第二节物理性污染及其研究内容第四页第五页，共67页。第一节物理环境与环境物理学一、物理环境自然界中各种物质在重力场、地磁场、电场、辐射场中以不同运动形式进行能量交换和转化。物质能量交换和转化过程即构成了物理环境。物理环境天然（原生）物理环境：风、雨、地震、海啸产生的自然声和振动，地磁场，火山爆发，太阳黑子，雷电，天然放射性核素等。人工（次生）物理环境（主要研究对象）:人工噪声环境、振动环境、电磁辐射、放射性环境污染、热污染、光污染第五页第六页，共67页。第一节物理环境与环境物理学二、环境物理学的产生和发展（一）环境物理学基础：物理学性质：新兴学科，环境科学的重要组成部分研究内容：物理环境与人类相互作用，探讨环境质量变化规律、保护和改善环境的技术途径和控制措施。目标：创造适宜的物理环境。第六页第七页，共67页。第一节物理环境与环境物理学（二）环境物理学的产生和发展1.20世纪初期：声、振动、电磁辐射、放射性、热、光等对人类影响，逐渐形成建筑物理学2.20世纪50年代：逐渐形成环境物理学第七页第八页，共67页。第一节物理环境与环境物理学三、环境物理学的学科体系（一）环境声学（较为成熟的学科，关注较早，发展最快）1962年

中国马大猷教授等创建卦限消声室1974年第八届国际声学会议正式使用了“环境声学术语”1976年

中国马大猷教授等研制成小孔消声器（二）环境振动学：与声学密切相关（三）环境电磁学（四）环境放射学（五）环境热学（六）环境光学（七）环境空气动力学第八页第九页，共67页。第九页第十页，共67页。第十页第十一页，共67页。第十一页第十二页，共67页。第十二页第十三页，共67页。环境科学的学科体系理论环境学环境生物学环境（质量）评价学环境规划学环境数学

环境物理学环境声学环境光学环境热学环境电磁学环境空气动力学环境化学环境分析化学环境污染化学污染控制化学环境生态学环境医学环境流行病学环境毒理学环境医学监测环境地学环境地质学环境地球化学环境地理学环境水文学环境海洋学环境土壤学污染气象学环境技术学环境控制学环境工程学污染防治工程环境系统工程环境水利工程环境工效学环境社会学环境法学环境经济学环境管理学环境教育学环境哲学环境美学环境心理学环境伦理学环境文学第十三页第十四页，共67页。中华人民共和国国家标准·学科分类与代码(GB/T13745-92

)610.1环境科学技术基础学科610.2环境学610.3环境工程学610.1010环境物理学610.2020大气环境学610.3010环境保护工程610.1015环境化学610.3015大气污染防治610.1020环境生物学610.2020水体环境学610.3020水污染防治610.1025环境气象学610.3025固体污染防治610.1030环境地学（包括环境地球化学、环境地质学）610.2030土壤环境学610.3030三废处理与综合利用610.1035环境生态学610.3035噪声与振动控制610.1040环境毒理学环境医学610.2040区域环境学610.3040环境质量监测与评价610.1045自然环境保护学610.3045环境规划610.1050环境管理学环境经济学环境法学610.2099环境学其他学科610.3050环境系统工程610.99其他学科610.3099环境工程学其他学科第十四页第十五页，共67页。中国环境科学学会（22个）中国环境科学学会环境管理分会

中国环境科学学会环境工程分会

中国环境科学学会国防环境分会

中国环境科学学会环境影响评价分会

中国环境科学学会大气环境分会

中国环境科学学会自然保护分会

中国环境科学学会环境技术分会

中国环境科学学会水环境分会

中国环境科学学会绿色包装分会

中国环境科学学会环境物理学专业委员会

中国环境科学学会环境标准与基准专业委员会

中国环境科学学会环境监测专业委员会

中国环境科学学会环境医学专业委员会

中国环境科学学会环境生物学专业委员会

中国环境科学学会海洋环境保护专业委员会

中国环境科学学会环境化学专业委员会

中国环境科学学会环境地学专业委员会

中国环境科学学会生态农业专业委员会

中国环境科学学会环境经济学专业委员会

中国环境科学学会环境法学专业委员会

中国环境科学学会固体废物专业委员会

中国环境科学学会核安全与辐射环境安全专业委员会第十五页第十六页，共67页。第一节物理环境与环境物理学四、环境物理学的研究特点物理环境要素是人类所需，环境物理学研究污染控制和适宜人类活动的物理条件（声、光、热、电等）；2.污染程度由量决定，注重物理现象的定量研究。第十六页第十七页，共67页。第二节物理性污染及其研究内容一、物理性污染及其特点1.概念：物理运动的强度超过人的耐受限度。2.特点：（1）环境中永远存在，本身无害，仅在强度过高或过低时，危害人健康和生态环境；（2）一般局部性，不残留，源消失即污染消除。第十七页第十八页，共67页。第二节物理性污染及其研究内容二、物理性污染的研究内容（一）研究内容1.机理及规律2.评价方法和标准3.测试和监测4.环境影响评价5.控制基本方法和技术（二）重点1.环境噪声污染2.环境振动破坏3.电磁辐射污染控制工程基础理论和技术对策第十八页第十九页，共67页。思考题（P5-P6）1.何谓物理环境？2.天然物理环境由哪些要素构成？3.人工物理环境是如何形成的？它与天然物理环境有何关系？4.简述各种人工物理环境的特点和影响？5.环境物理学的主要研究内容和研究特点是什么？6.简述环境物理学的产生和发展？7.环境物理学的分支学科有哪些？各自研究内容是什么？8.什么是物理性污染？其特点是什么？9.简述环境物理性污染的主要研究内容。第十九页第二十页，共67页。第二章噪声污染及其控制主要内容第一节概述第二节声学基础第三节噪声的评价和标准第四节噪声控制技术——吸声第五节噪声控制技术——隔声第六节噪声控制技术——消声第七节有源噪声控制第二十页第二十一页，共67页。第一节概述一、声音和噪声1.声音（sound，voice）：能引起听觉的声振。声音由物体振动产生，正在发声的物体叫声源。声音以声波的形式传播,属于物理现象。声音只是声波通过固体或液体、气体传播形成的运动。声波振动内耳的听小骨，这些振动被转化为微小电子脑波。内耳采用的原理与麦克风捕获声波或扬声器的发音一样，是移动的机械部分与气压波之间关系。自然，在声波音调低、移动缓慢并足够大时，我们实际上可“感觉”到气压波振动身体。因此我们用混合的身体部分觉察到声音。

第二十一页第二十二页，共67页。第一节概述（1）含义：一种由物体振动而发生的波造成的听觉印象《礼记·乐记》：“乐必发於声音，形於动静，人之道也。”南宋鲍照《拟<行路难>》诗之七：“声音哀苦鸣不息，羽毛憔悴似人髠（kun）。”清李渔《巧团圆·默订》：“你看卧房门启，想是曹小姐听见声音，知道小生在此，又出来探望了。”沈从文《从文自传·我读一本小书同时又读一本大书》：“若在四月落了点小雨，山地里田塍(cheng)上各处全是蟋蟀声音，真使人心花怒放。”

第二十二页第二十三页，共67页。第一节概述（2）古指音乐、诗歌《礼记·乐记》：“声音之通，与政通矣”；晋葛洪《抱朴子·勖xu学》：“沉鳞可动之以声音，机石可感之以精诚”；唐柳宗元《唐故万年令裴府君墓碣jie》：“﹝裴公﹞喜博弈，知声音”；明顾起纶《国雅品·释品》：“鲁山，秦人也，喜儒，嗜声音”（3）指说话的声气和口音。《孟子·告子下》：“訑訑yi之声音颜色距人於千里之外”唐姚揆kui《秋日江东晚行》诗：“路岐滋味犹如旧，乡曲声音渐不同”宋苏轼《东坡志林·辨附语》：“世有附语者，多婢bi妾贱人，否则衰病不久当死者也，其声音举止，皆类死者”《醒世恒言·蔡瑞虹忍辱报仇》：“瑞虹在舱中，听得船头说话，是淮安声音，与贼头陈小四一般无二”第二十三页第二十四页，共67页。第一节概述（4）比喻意见、论调。

毛泽东《关于正确处理人民内部矛盾的问题》八：“这是因为一个党同一个人一样，耳边很需要听到不同的声音。”魏巍《壮行集·幸福的花为勇士而开》：“这不是有闲阶级、士大夫之流的声音吗？”

（5）某些起与人的语言相同作用的工具或表达手段声音分为乐声和噪声:

乐声:由按一定规律做周期振动物质发出的声音；

噪声:由无规则、非周期振动物体发出的声音。第二十四页第二十五页，共67页。第一节概述2.噪声定义

（1）最早的噪声定义出自《说文》和《玉篇》，“扰也”“群呼烦扰也”

（2）物理学观点指各种频率和声强杂乱无序组合的声音。（3）心理学观点凡是人们不需要的声音。

（4）医学观点医学上认为超过60分贝的声音。第二十五页第二十六页，共67页。第一节概述3.噪声污染：噪声对周围环境造成不良影响。

《中华人民共和国环境噪声污染防治法》定义环境噪声污染：指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象（19970301）。噪声排放：指噪声声源向周围环境辐射噪音。噪声敏感集中区域：指医疗文教科研区和以机关或居民住宅为主的区域。4.噪声特点噪声污染物理性污染第二十六页第二十七页，共67页。第一节概述（1）主观性很强、有明显的相对性,属于感觉公害

（2）局部性污染（3）无残余污染物，不会累积，不持久，传播的距离有限（4）噪声源分散，声源停止，污染即消失，无后效性（5）声能再利用价值小（6）一般不直接致命或致病，危害慢性和间接第二十七页第二十八页，共67页。第一节概述5.噪声分类（1）客观环境噪声自然噪声：如风声、雨声等人为噪声：主要指随着工业和科技发展，各种机械、电器和交通噪声等（2）发声机理机械噪声：如织机、球磨机、电据等发出的声音。空气动力性噪声：如通风机、空压机等发出的声音。电磁噪声：如发电机、变压器等发出的声音。第二十八页第二十九页，共67页。第一节概述（3）城市环境噪声分交通噪声工业噪声建筑施工噪声社会生活噪声第二十九页第三十页，共67页。第一节概述6.噪声公害事件(1)1960年11月，日本广岛市一男子被附近工厂发出的噪声折磨得烦恼万分，以致最后刺杀了工厂主。(2)1961年07月，一名日本青年从新泻来东京找工作，由于住在铁路附近，日夜被频繁过往的客货车的噪声折磨，患了失眠症，不堪忍受痛苦，终于自杀身亡。(3)1961年10月，东京都品川区一家庭，母子3人因忍受不了附近建筑器材厂发出的噪声，试图自杀，未遂。(4)1981年，在美国的现代派露天音乐会，当震耳欲聋的音乐声响起后，有300多名听众突然失去知觉，昏迷不醒，100辆救护文秘114，全国文秘工作者第三十页第三十一页，共67页。第一节概述的114车到达现场抢救。这就是骇人听闻的噪声污染事件(5)1991年4月12日，美国南部的迈阿密商业机场上的恐怖试验。(6)国内案例噪声无形的暴力隐形杀手豚鼠试验人体试验第三十一页第三十二页，共67页。第一节概述把一只豚鼠放在173dB的强声环境中，几分钟后就死了。解剖后的豚鼠肺和内脏都有出血现象。豚鼠试验1959年，美国有10个人“自愿”做噪声实验。当实验用飞机从10名实验者头上10-12m的高度飞过后，有6人当场死亡，4人数小时后死亡。验尸证明10人都死于噪声引起的脑出血。可见这个“声学武器”的威力之大。人体试验第三十二页第三十三页，共67页。第一节概述7.噪声影响（1）听觉疲劳（暂时性听阈迁移）（2）噪声性耳聋（永久性听阈迁移）（3）暴振性耳聋((急性噪声性耳聋))：高强噪声（≥140dB）使得内耳鼓膜破裂，导致双耳完全失聪，成为永久性耳聋。第三十三页第三十四页，共67页。第三十四页第三十五页，共67页。与噪声性听力损伤率有关的因素：噪声的强度；频率；接触时间噪声对听力的影响第三十五页第三十六页，共67页。第一节概述国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）（1）耳聋标准：听力损失25dB（15dB正常；15dB～25dB基本正常）（2）轻度耳聋：25dB～40dB（3）中度耳聋：40dB～55dB（4）显著耳聋：55dB～70dB（5）重度耳聋：70dB～90dB（6）极端耳聋：＞

90dB听力损失：ISO规定，用500、1000和2000Hz的听力损失平均值表示，听力损失用听力阈级衡量。*听力阈级：指耳朵可觉察到的纯音声压级。第三十六页第三十七页，共67页。第一节概述9.噪声危害（1）引起听力损伤、耳聋（2）诱发多种疾病：中枢神经系统、心血管系统(心脏病)、视觉系统、消化系统、生殖系统等生理变化，出现头痛、脑涨、头晕、疲劳、失眠、记忆力衰退等神经衰弱的症状、对血液成分造成影响、对儿童的智力发育造成影响。（3）损害设备和建筑物（4）影响正常生活：干扰睡眠和休息、正常交流等（5）影响工作：广泛复杂、难定量第三十七页第三十八页，共67页。例：特强噪声对仪器设备和建筑结构的危害特强噪声（>140dB）、极强噪声（>170dB）会损坏仪器设备和建筑结构，带来灾难性破坏。如宇宙飞船和火箭机械结构，在特强噪声下，会产生“声疲劳”，使材料或结构产生疲劳断裂；当超英速飞机在低空掠过时，引起的“隆隆声”相当于炸弹爆炸，会使门窗损坏、墙面开裂、屋顶掀翻、烟囱倒塌。据统计在机械制造中，近80%事故和设备损伤与噪声、共振有关。噪声损害设备和建筑物第三十八页第三十九页，共67页。第一节概述10.噪声利用(12点)（1）噪声除草器

科学家发现，不同植物对不同噪声敏感程度不一样。噪声除草器发出噪声能使杂草种子提前萌发，这可在作物生长前用药物除掉杂草，保证作物生长。第三十九页第四十页，共67页。第一节概述（2）噪声诊病

噪声怎么能用于诊病呢？最近，科学家制成一种激光听力诊断装置，由光源、噪声发生器和电脑测试器组成。使用时，先由微型噪声发生器产生微弱短促噪声，振动耳膜，然后微型电脑根据回声，把耳膜功能数据显示出来，供医生诊断。测试迅速，不会损伤耳膜，无痛感，特别适合儿童使用。此外，还可用噪声测温法来探测人体病灶。第四十页第四十一页，共67页。第一节概述（3）噪音可抑制癌细胞生长速度（治癌）德国科学家实验发现，在噪音环境中癌细胞生长速度会减慢。这可能将为治疗癌症开辟一条新途径。佛莱堡医学院肿瘤科在海德堡德国音乐疗法研究中心的配合下成功地进行了这方面的初步实验。科学家们将试验皿中培养的肺癌细胞置于微型扬声器发出一定规律声音的环境中，结果发现，癌细胞的生长速度比正常条件下慢了20%。为了验证试验的可靠性，科学家们还通过使扬声器不发出声音而只是借助其磁场，对另一组试验皿中的癌细胞进行影响，实验表明，这一组癌细胞的生长速度并没有减慢。实验还发现，能抑制癌细胞生长速度的并不是含有某种意义的音乐，而是“拥有一定音色、音量、速度、声脉冲和时间间隔的普通声音”。目前，德国有关的科学家也在考虑进行利用可控声音刺激法抑制肿瘤细胞生长的大规模实验，进一步验证可靠性及可利用价值。第四十一页第四十二页，共67页。第一节概述（4）噪音测量温度美国科学家发明了一种新型温度计，利用噪音测量温度。发表在《科学》杂志上研究报告称，这种仪器能够在室温和摄氏-272.15度之间进行准确的测量。耶鲁大学研究人员用中间隔有一段氧化铝的两层铝制成。对仪器施以电压，产生电子穿过中间隔层，形成电流。电压磁场和噪音量之间关系(磁差)，在电流中是根据温度改变。因此，只要知道所加电压，这个被称为采集噪音温度（SNT）的仪器就能够测出温度。SNT在摄氏-272.15度时能精确到千分之一，精确度是现在用于测量接近绝对零度的温度计的5倍。这个新设计最大优势:是一个原始温度计：不需外部校准。因为电压、噪音和温度之间关系只依赖于最基本的物理恒量。此外，准确测温范围比其它温度计大得多。因此SNT可能比现在常用的直接温度计用途更广泛。第四十二页第四十三页，共67页。（5）噪音曾被用作刑罚

二战其间，某些国家用噪音折磨战俘，用高音喇叭对准敌国间谍，当声响让人难以忍受时，受刑者产生心痛、心情烦躁、思索困难等现象。于是审讯者可从中套出些情报，如不说，便加大响度，当声响超过130dB时，受刑者大汗淋漓、全身抽筋、大声呼叫，许多人撞墙自杀，或耳膜破裂而昏死。

许多俘虏在接受此刑罚后说：宁可枪杀，也不愿再受一次“噪音刑”古代中国有一种“钟下刑”，即让犯人站在大钟下，然后猛敲大钟，用噪音将死囚置于死地。第四十三页第四十四页，共67页。第一节概述（6）发电：噪声是一种能量的污染，如噪声达160dB喷气式飞机，声功率约为10000W；噪声达140dB大型鼓风机，声功率约为100W，科学家发现人造铌酸锂具有在高频高温下将声能转变为电能的特殊功能。还发现，当声波遇到障碍物时，声能会转化为电能。可见利用噪声发电指日可待。（7）噪声除尘：美国科研人员研制出一种功率为2KW除尘报警器，能发出频率2000HZ、声强为160dB噪声，可用于烟囱除尘，控制高温、高压、高腐蚀环境中尘粒和大气压污染。（8）噪声防暴克敌：可用噪声克制顽敌。目前已研制出一种“噪声弹、噪声步枪”能在爆炸间释放出大量噪声波，麻痹人中枢神经系统，使人暂时昏迷，可用于对付恐怖分子。

第四十四页第四十五页，共67页。第一节概述（9）噪声制冷利用微弱的声振动来制冷的新技术。第一台样机已在美国试制成功。在一个结构异常简单、直径不足1m的圆筒里叠放着几片起传热作用的玻璃纤维板，筒内充满氦气或其他气体。筒的一端封死，另一端用有弹性的隔膜密闭.隔膜上的一根导线与磁铁式音圈连接，形成一个微传声器，声波作用于隔膜，引起来回振动，进而改变筒内气体的压力。由于气体压缩时变热，膨胀时冷却，这样制冷就开始了。不难设想，今后的住宅厂房等建筑物如能加以考虑，大可一举降伏噪声这一无形祸害，为厂房、建筑物降温消暑。第四十五页第四十六页，共67页。第一节概述（10）噪声施肥有些农作物受噪声刺激，根茎叶表面的微孔会扩张到最大限度，利于肥料吸收和养分传播，提高产量。对西红柿、水稻、芝麻、土豆有利。（11）噪声脱水利用噪声和低频率波高速轰炸食品，其吸水能力为目前干燥技术的4-10倍。（12）噪声去噪英国有源噪声控制系统：控制日常噪声，已用于汽车家电和交通运输行业第四十六页第四十七页，共67页。第一节概述环境噪声污染的主要环节声源传播途径接收器抑制噪声源控制传播途径保护接收器二、噪声控制（一）噪声控制途径第四十七页第四十八页，共67页。第一节概述1.声源控制:最根本最有效（1）选用内阻尼大、内摩擦大的低噪声新材料（2）改进结构，提高加工精度和装配质量（3）改善或更换动力传递系统和采用高新技术，对工作机构从原理上进行革新（4）改革生产工艺和操作方法2.传声途径的控制距离、传播方向、隔声屏障、吸声材料和吸声结构、合理防噪声规划3.接收者的防护（1）佩戴护耳器，如耳塞、耳罩、防声盔等（2）减少在噪声环境中的暴露时间（3）根据听力检测结果，适当调整在噪声环境中的工作人员。第四十八页第四十九页，共67页。第一节概述噪源对策技术如下表第四十九页第五十页，共67页。第一节概述远离噪声源：人远离噪声源或让噪声源远离人，使噪声在远距离传播中衰减。点声源、线声源和面声源随距离的衰减规律都可用公式计算出来。如：点声源至某两点之间的距离分别为r1和r2，且r2

＞r1时，则噪声级的衰减量为：即当距离由r1变为r2时，其衰减量为△LdB。若r2=2r1，则由上式可算出△L≈6(dB)。第五十页第五十一页，共67页。第一节概述在声传播途径中的控制闹静分开利用声源的指向性降低噪声利用地形地物降噪绿化降噪利用声学控制手段降噪第五十一页第五十二页，共67页。第一节概述例1：改变噪声指向噪声在低频时，一般无指向性，但随着频率增高，其指向性也随之增加。因此对于高频噪声，改变指向是一项控制噪声的行之有效的对策。这就象大气污染控制中要求考虑全年主导风向，办公楼、生活区建在上风向。第五十二页第五十三页，共67页。第一节概述例2：筑墙控制噪声的传播如图2，S、O、R分别为噪声源、墙顶端和接收点．墙对噪声的衰减量可用下式表示：这就是声屏障，道路声屏障工程渐成行业热点在降低交通干线噪声、工业生产噪声和社会环境噪声中发挥着独特的作用。第五十三页第五十四页，共67页。第一节概述例3：利用大气、树木和草地可消弱噪声传播噪声由气温高处向气温低处折射、由上风处向下风处折射。因此，噪声源应设置在低温和下风处。绿化城市，不仅可减弱噪声传播，且可防止空气污染。第五十四页第五十五页，共67页。第一节概述接收器的保护措施耳塞防声棉耳罩、头盔隔声岗亭第五十五页第五