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环境污染与工程对策

环境污染与工程对策

英文名称:Introduction to Environmental Pollution Control

课程编号】ENV21001 所属模块专业选修课
学分数2 适用专业环境工程
学时数32小时课堂教学 开设学期春季
【已开设次数】0 【建议选课人数】50-100(需配备助教)
授课教师姓名】 黄海鸥 刘新罡 赵岩 授课教师职称】 教授 副教授 讲师
授课教师联系方式Emailhuanghaiou@bnu.edu.cn, lxgstar@126.com, yanzhao@bnu.edu.cn手机:13651017117, 13810193569, 13581828750
【先修课要求】

一、课程简介

随着中国经济社会的高速发展,饮用水安全,大气PM2.5、雾霾污染,以及城市生活垃圾等环境问题日益成为公众、政府关注的热点。作为环境系统工程专业的通识课程,本课程内容设置针对大学一年级的理科学生,以培养环境保护责任感、广泛了解专业常识、锻炼基本科学思维、学习基础专业知识为主要目的。本课程的大气污染控制工程部分系统介绍大气PM2.5的化学成分、雾霾的成因、大气污染监测原理、大气污染控制举措、大气污染的气候效应。授课方式采用课堂讲解、案例分析与讨论等方式。本课程的固体废物部分,紧扣固体废物污染与工程对策的核心思路,向学生介绍固体废物的基本概念、特征,使学生了解固体废物的污染现状,认识固体废物污染控制工程中涉及的主要处理、处置及资源化技术和工程,同时介绍固体废物管理的相关进展。课程的水污染控制工程部分着重从全球化的角度阐述饮用水水质的基本知识和环境污染对水安全所带来的巨大挑战,进而介绍保障水安全的传统及前沿工程技术及应用案例。整个课程在内容设置上注重“通识”与“广度”,因此课程内容中包括大量国内外环境污染控制的工程和管理实例,以拓展学生的认知范围和国际视野。课程在教学上紧扣工程学科特点,以“科学认知—技术理解—工程实现”的教学规律为主线,从污染问题、解决思路、工程案例、综合管理逐层深入,对相关专业内容起到以点带面的作用,提高学生对专业领域的理解和思维能力。

二、课程目标

通过本部分课程的学习,将使学生具备如下素质和能力:

1.         系统了解环境污染的基本状况及主要工程控制手段;

2.         熟悉大气PM2.5的化学组分及来源;

3.         理解大气雾霾污染的成因及发展机制;

4.         建立利用交叉学科知识分析大气污染复杂体系的技术方法;

5.         认识固体废物污染的现状和面临的主要环境问题,提升环保意识和环境责任认知;

6.         熟悉固体废物污染控制工程的主要技术方法和基础专业知识,锻炼基本科学思维能力;

7.         了解国内外固体废物污染控制的工程与管理实际案例,拓展专业认知广度和深度;

8.         熟悉影响饮用水安全的主要污染物及其性质;

9.         掌握饮用水处理的基本原理与工艺过程;

10.     了解国内外水处理工程技术研究和应用的最新进展。

三、教学内容和学时分配

(一)总论(或绪论、概论等)2学时

主要内容:介绍我国及国外环境污染的现状,以及由此带来的空气质量问题、水质问题、固体废物处置问题。阐述环境工程学科的基本内容,及其与各种环境污染问题的关系。同时详细介绍本课程的目标、基本任务,及教学安排。

教学要求:在为学生介绍基本常识的同时,着重培养学生综合分析水、固、气污染问题的能力,以及用国际化视野认识环境污染问题思维方法

课前学习要求:

重点、难点:强化学生对于水、固、气污染之间的联系和相互转化规律的认识

其它教学环节:无

(二)第一章大气污染的类型及历史2学时课堂讲授

主要内容:从地球大气的形成讲起,到近代工业革命的人类大气污染,最后到当代全球性大气环境问题,把大气污染的历史当做纵线讲解。介绍大气污染问题所涉及的气象学、气候学、大气化学知识。以问题为导向,介绍当前世界大气污染的整体特征、发展趋势,从大气化学的角度对大气污染的历史及现状进行分类。

教学要求:学生要有较好的数理基础,能够从纷繁复杂的表象通过具象思考归结到几个学科知识,能够把各学科知识融会贯通,运用所学的物理知识、化学知识分析复杂系统的规律。

课前学习要求:熟悉大气污染、PM2.5、雾霾等热点社会关切,对大气污染有初步的思考;涉猎一些气象学知识、了解一些目前极端气象事件、极端气候事件。

重点、难点:

其它教学环节:

(三)第二章污染气象学基础2学时课堂讲授

主要内容:围绕污染气象学基础展开讲解,介绍温度、湿度、大气压、降水、辐射等气象参数,围绕气象五参数讲解湍流、气旋、反气旋、大气风场、台风、日地辐射关系,介绍大气混合层、大气边界层的概念,讲解大气污染-辐射-混合层发展-降水-气候这个链中各参数之间交互、复杂关系。

教学要求:学生把7天的气象记录、大气污染观测,通过认真、深入的思考,掌握大气动力与大气污染的关系。通过课堂讲解,掌握其理论知识。

课前学习要求:在韩国气象网站下载大气压力场图,分析气压场与北京风速风向的关系。在中国气象局网站下载卫星云图,分析卫星云图与气压场的对应关系。

重点、难点:

其它教学环节:课后每天下载韩国气象网站的气压场图、下载中国气象局发布的卫星云图。

(四)第三章大气环境化学基础2学时课堂讲授学时

主要内容:本节课围绕大气污染化学讲解,介绍大气当中的气态污染物、颗粒态污染物的种类和浓度,讲解颗粒态污染物的粒径分布、折射率,在水平方向上,介绍由颗粒物化学组分谱分布、数浓度分布计算粒子群散射系数的MIE模型,讲解基于颗粒物化学组分的光学性质计算方法。与近2周学生目测的大气能见度相结合,介绍大气能见度的计算方法,并讲解其与PM2.5浓度、大气相对湿度的对应关系,进而讲解雾、雾霾、灰霾等概念的联系与区别。在垂直方向上,讲解基于大气颗粒物浓度到大气辐射强迫、大气透过率、太阳辐照度的定量计算公式,建立大气污染与气温、气候变化的数量关系。

教学要求:学生掌握基于大气化学组分计算大气光学(大气能见度、大气辐射强迫、太阳辐照度)的计算方法,引入数值模式计算的概念。

课前学习要求:

重点、难点:

其它教学环节:利用北师大大气环境超级站监测颗粒物数谱分布,计算粒子群的散射系数,并与超级站实际测量的散射系数进行比对。

(五)第四章大气环境监测原理与方法2学时课堂讲授

主要内容:本节课围绕大气污染的监测分析讲解,分为实验室模拟、外场观测讲解大气化学知识。基于上次课讲解的气态污染物、颗粒态污染物知识,讲解这些污染物的监测方法。分别从常规污染性气体监测仪器、颗粒态污染物质量浓度、化学组分、光学性质监测仪器讲解大气监测常见仪器设备,介绍先进的激光雷达、卫星在大气污染监测中的应用。介绍目前国内、国外大气环境外场观测的现状和进展。

教学要求:学生掌握大气监测的特点、方法,了解目前先进的大气环境监测设备。

课前学习要求:

重点、难点:

其它教学环节:无

(六)第五章大气污染的扩散与模拟2学时课堂讲授

主要内容:本节课围绕排放源-大气扩散模型-受体模型-大气污染的脉络展开。介绍中国目前典型的机动车、热力厂、电厂、水泥厂、冶炼厂、钢厂等污染源及其特征污染物。讲解大气扩散的高斯模型,以热电厂烟囱介绍大气污染物扩散的计算模型。由点到线、到面,介绍污染源与区域雾霾污染的对应关系。反过来,利用PM2.5化学组分及污染源的特征污染物,利用受体模型计算各污染源对某个地区的污染物贡献。

教学要求:学生掌握由污染源经过大气扩散形成区域性大气污染的数值关系,可以用简单的模型计算污染源排放后环境大气的污染物浓度。

课前学习要求:

重点、难点:

其它教学环节:

(七)第六章大气污染的成因及环境效应2学时课堂讲授

主要内容:结合前几堂课的基础知识学习,开展小组讨论。本节课围绕大气污染,尤其是雾霾污染的气候效应展开讨论式讲解,另外以英国伦敦雾霾污染的治理为案例开展分小组讨论。大气污染,尤其是严重的雾霾污染特征、成因,启发学生分小组开展讨论,分小组给出雾霾的成因、根源、当前中国雾霾的污染特征。介绍1952年伦敦雾霾污染解决案例,启发学生寻找当前中国解决雾霾污染问题的途径和措施。并就大气污染的可能气候效应、环境效应开展讨论,归纳形成结论。

教学要求:学生能够运用所学理论知识,在掌握基本国情、管理政策的基础上,开展深层次思考得到雾霾污染的成因及治理难点。并基于中国实践给出解决大气污染问题的举措。

课前学习要求:研读国家大气污染治理十条,查找伦敦雾霾治理举措资料。

重点、难点:无

其它教学环节:无

(八)第七章:绪论:固体废物的概念与污染现状2 学时课堂讲授

主要内容:

1)  固体废物污染现状及其引发的环境问题;

2)  固体废物的概念、类别与来源;

3)  固体废物污染的特征;

4)  固体废物污染控制工程与管理的基本思路。

教学要求:要求学生初步认识固体废物污染的特征和相关环境问题,理解固体废物污染控制工程与管理的基本思路,初步建立解决固体废物引起的环境污染问题的工程技术思路。

重点、难点:固体废物污染控制从“减量化—资源化—无害化”到“综合管理”的基本思路。

课前学习要求:

其它教学环节课内讨论,对固体废物污染现状和污染控制思路开展课内互动讨论。

(九)第八章:固体废物的源头控制与预处理 2学时课堂讲授

主要内容:

1)  固体废物的减量化和源头分类;

2)  固体废物的收集和运输;

3)  固体废物的中转和分选;

4)  固体废物的预处理技术;

5)  国内固体废物外源头控制与预处理的工程实例。

教学要求:要求学生理解固体废物减量化和源头分类的必要性,了解固体废物收集运输方式,熟悉主要预处理技术和国内外相关工程措施,提高固体废物污染源头控制的环境责任感。

重点、难点:固体废物的中转与分选技术工程的必要性及影响因素。

课前学习要求:

其它教学环节:课内讨论,对固体废物减量化措施开展课内互动讨论。

(十)第九章:固体废物的生物处理工程2学时课堂讲授

主要内容:

1)  固体废物好氧与厌氧生物处理的对象和简要原理;

2)  固体废物的堆肥处理工程;

3)  固体废物的厌氧消化处理工程;

4)  固体废物生物处理中的污染控制(重要性和工程对策);

5)  国内外固体废物生物处理的工程实例。

教学要求:要求学生了解固体废物生物处理工程的对象、类别和典型技术工程,理解有机固体废物进行生物处理的基本思路和工程对策,认识典型的固体废物生物处理工程实例,增强固体废物资源化的环境意识。

重点、难点:对无专业基础背景的学生,深入浅出的讲解生物处理原理;有机固体废物生物处理的基本思路。

课前学习要求:同学调研包括餐厨垃圾在内的有机固体废物的去向。

其它教学环节:课前讨论,对餐厨垃圾等有机固体废物的去向、处理与管理措施开展课前讨论,引导学生思考本章课程内容。

(十一)第十章:固体废物的焚烧处理工程2学时课堂讲授

主要内容:

1)  固体废物焚烧处理技术的对象和简要原理;

2)  国内外固体废物焚烧技术的发展和面临问题;

3)  国内外典型固体废物焚烧处理工程技术和实例;

4)  固体废物焚烧处理中的污染控制(重要性和工程对策)。

教学要求:要求学生了解固体废物焚烧处理工程的发展和典型技术,特别要求从社会实践中思考固体废物焚烧处理技术的优点和缺点,学会从污染控制和资源化多角度分析解决环境问题的方法与辩证的科学思维方式。

重点、难点:从污染控制和资源化多角度辩证分析固体废物焚烧处理工程的优点和缺点。

课前学习要求:同学调研固体废物焚烧处理的环境问题。

其它教学环节:课内讨论,对固体废物焚烧处理工程的优点和缺点开展课内互动讨论。

(十二)第十一章:固体废物的综合利用与处置工程2学时课堂讲授

主要内容:

1)  固体废物综合利用的对象和途径;

2)  典型固体废物综合利用技术工程;

3)  固体废物最终处置技术工程类别和对象;

4)  固体废物填埋处置技术简介及其污染控制(重要性和工程对策);

5)  国内外固体废物填埋处置工程实施案例。

教学要求:要求学生系统理解固体废物全过程处理处置的污染控制思路,了解固体废物综合利用和最终处置的途径,进一步提升对固体废物污染控制重要性的认识和对环境保护事业的责任感。

重点、难点:固体废物填埋处置中污染控制的工程对策。

课前学习要求:同学思考固体废物的最终去向。

其它教学环节:课内讨论,对固体废物的最终去向开展课内互动讨论。

(十三)第十二章:固体废物的环境影响与生命周期管理2学时课堂讲授

主要内容:

1)  固体废物污染控制工程的环境影响;

2)  固体废物生命周期管理的意义;

3)  固体废物生命周期管理的思路与对策;

4)  固体废物污染控制工程的生命周期环境影响评估。

教学要求:要求学生认识固体废物污染控制工程中潜在的环境影响,理解固体废物生命周期评估和管理的理念与思路,熟悉固体废物生命周期环境影响评估的重要性和基本方法,将对固体废物污染控制的认识从技术工程上升到全过程综合管理的层次,提高对固体废物专业领域的理解和思维能力。

重点、难点:固体废物生命周期管理的理念和综合环境影响评估的意义。

课前学习要求:同学思考如何科学认识和选择不同的固体废物处理处置技术工程。

其它教学环节:课前讨论与课内讨论,对固体废物处理处置技术工程的选择开展课前和课内互动讨论。

(十四)第十三章:环境污染与饮用水安全2学时课堂讲授

主要内容:课程将系统介绍饮用水水源水的主要化学成分,以及典型环境污染事件对水源水质的影响。在此基础上,讨论国内外饮用水的水质标准及相关法律法规。

教学要求:要求学生了解天然水的主要成分、主要水体污染物,以及它们与饮用水安全的关系;熟悉典型水污染案例的科学和技术背景;掌握用饮用水水质标准评价饮用水质量的基本方法。

重点、难点:无。

课前学习要求:无。

其它教学环节:课内开展案例讨论,加深学生对水污染问题的认识。

(十五)第十四章:饮用水处理技术概论2学时课堂讲授

主要内容:系统讨论传统与新型饮用水处理的工艺及基本原理,在此基础上介绍国内外城市与农村供水的一般方法,以及典型设施和装置。引导学生理解“我们的自来水是从哪里来的”,这样一个基本问题。

教学要求:要求学生掌握传统和新型水处理工艺的基本原理和应用现状,了解城市和农村给水的基本特点和区别,认识常用水处理设施、装置及其作用。

重点、难点:无。

课前学习要求:无。

其它教学环节:引导学生查找资料,结合自己家乡的情况,进行饮用水安全问题的课堂讨论。

(十六)第十五章:饮用水安全技术前沿2学时课堂讲授

主要内容:饮用水安全是国民经济和人民健康的基本问题,课程将通过案例讨论的方法向学生系统介绍目前饮用水安全技术的几个前沿领域,包括海水淡化技术、污水的饮用水回用、环境纳米材料技术、分散水处理技术。

教学要求:要求学生了解海水淡化技术、污水回用技术、纳米材料和分散水处理技术的现实需求与工程进展,掌握与技术相关的基本科学原理。

重点、难点:无。

课前学习要求:无。

其它教学环节:利用多媒体教学,提高学生对水处理工程的感性认识。

四、教材与学习资源

1.       《大气环境化学》,唐孝炎、张远航等,编著,高等教育出版社,2006年第二版。

2.       Seinfeld, J.H., Pandis, S.N., 2006. Atmospheric Chemistry and Physics: from Air Pollution to Climate Change. John Willey & Sons, Inc.New York.

3.       《固体废物处理处置工程》,蒋建国,化学工业出版社

4.       《固体废物处理工程技术手册》,聂永丰,化学工业出版社

5.       《Solid Waste Technology & Management》,Thomas H. Christensen,Wiley Publication

6.       《环境工程导论》,戴维斯、康韦尔著,王建龙译,清华大学出版社

五、教学策略与方法建议

在教学方法中,应综合问题导向学习法、案例教学法和角色扮演法等教学方法。例如,在大气污染治理举措及案例讲解时采用听证会的方式,由学生分组扮演主持、政府市长、环保局长、普通百姓、出租司机,就污染收税、机动车限行、垃圾分类、节能减排、人口分流等具体现实的问题,考虑各方利益和关切,最终由主持人宣读社会层面的污染控制举措。在讲授固体废物源头分类的必要性和分类方法时,通过提问引导学生思考,为什么进行源头分类,分类的方法受到哪些因素的影响。课程内容中包含大量固体废物处理处置工程的具体实例,依靠案例进行教学,能够使学生更直观、更清晰的认识固体废物污染控制工程的功能和基本原理。在讲授固体废物的环境影响和生命周期管理时,使学生进行角色扮演,引导学生思考,作为城市管理和决策者,应当从哪些方面考虑固体废物处理处置的技术和策略。

此外,本着以学生为主体的原则,对于大一的学生应以感性认识为入手点,调动学生的学习积极性,从而逐步引导其进行科学知识的理性思维。因此,在教学策略中应适当增加大气、固体废物污染控制工程背景和发展现状介绍的比例,同时特别加强与学生的互动,以提问、扮演等多种手段引导学生自主思考,使大一学生在感性认识的基础上,逐渐形成对专业科学的认知和独立理解。

对于教学的组织形式,课程的大气部分以大气污染的历史发展、治污举措沿袭为纵线,以当代污染控制技术为横线,固废部分以固体废物污染控制工程的横向背景和固体废物逐级处理处置技术的纵向深入为主线,组织贯穿全部教学单元,每一教学单元与前期内容和后期内容相衔接。在教学单元的连接中均包含导入、提问、讲授、思考和总结,特别注重学生以思考、角色、调查、实践等各种方式参与到教学环节中来。课程的水污染部分则按照从污染源头到治理工艺的顺序,以技术发展的历史过程为纵线,以国际化内容为横线,全方位、系统地完成教学目标。

六、考核方式

平时的课堂讨论与作业(40%)+闭卷考试(60%)