004 《环境科学与工程：原理、技术与实践 (Environmental Science and Engineering: Principles, Technologies, and Practices)》

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书籍大纲

▮▮ 1. 绪论 (Introduction)
▮▮▮▮ 1.1 环境科学与工程的研究范畴 (Scope of Environmental Science and Engineering)
▮▮▮▮▮▮ 1.1.1 环境科学的定义与内涵 (Definition and Connotation of Environmental Science)
▮▮▮▮▮▮ 1.1.2 环境工程的定义与内涵 (Definition and Connotation of Environmental Engineering)
▮▮▮▮▮▮ 1.1.3 环境科学与工程的交叉与融合 (Intersection and Integration of Environmental Science and Engineering)
▮▮▮▮ 1.2 环境科学与工程的发展历程 (Development History of Environmental Science and Engineering)
▮▮▮▮▮▮ 1.2.1 早期萌芽阶段 (Early Budding Stage)
▮▮▮▮▮▮ 1.2.2 快速发展阶段 (Rapid Development Stage)
▮▮▮▮▮▮ 1.2.3 成熟与深化阶段 (Mature and Deepening Stage)
▮▮▮▮ 1.3 环境问题与可持续发展 (Environmental Problems and Sustainable Development)
▮▮▮▮▮▮ 1.3.1 全球主要环境问题 (Major Global Environmental Problems)
▮▮▮▮▮▮ 1.3.2 可持续发展理念 (Concept of Sustainable Development)
▮▮▮▮▮▮ 1.3.3 环境科学与工程在可持续发展中的作用 (Role of Environmental Science and Engineering in Sustainable Development)
▮▮ 2. 环境科学基础 (Fundamentals of Environmental Science)
▮▮▮▮ 2.1 环境系统与环境要素 (Environmental Systems and Environmental Elements)
▮▮▮▮▮▮ 2.1.1 环境系统的概念与特征 (Concept and Characteristics of Environmental Systems)
▮▮▮▮▮▮ 2.1.2 环境要素的类型与特征 (Types and Characteristics of Environmental Elements)
▮▮▮▮▮▮ 2.1.3 环境要素之间的相互作用 (Interactions between Environmental Elements)
▮▮▮▮ 2.2 物质循环与能量流动 (Material Cycles and Energy Flow)
▮▮▮▮▮▮ 2.2.1 生物地球化学循环 (Biogeochemical Cycles)
▮▮▮▮▮▮ 2.2.2 能量流动与食物链 (Energy Flow and Food Chains)
▮▮▮▮▮▮ 2.2.3 人类活动对物质循环与能量流动的影响 (Impact of Human Activities on Material Cycles and Energy Flow)
▮▮▮▮ 2.3 生态学原理 (Principles of Ecology)
▮▮▮▮▮▮ 2.3.1 种群生态学 (Population Ecology)
▮▮▮▮▮▮ 2.3.2 群落生态学 (Community Ecology)
▮▮▮▮▮▮ 2.3.3 生态系统生态学 (Ecosystem Ecology)
▮▮ 3. 环境工程原理 (Principles of Environmental Engineering)
▮▮▮▮ 3.1 污染物在环境中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in the Environment)
▮▮▮▮▮▮ 3.1.1 污染物在大气中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in the Atmosphere)
▮▮▮▮▮▮ 3.1.2 污染物在水体中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in Water Bodies)
▮▮▮▮▮▮ 3.1.3 污染物在土壤中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in Soil)
▮▮▮▮ 3.2 环境工程单元操作 (Unit Operations in Environmental Engineering)
▮▮▮▮▮▮ 3.2.1 物理单元操作 (Physical Unit Operations)
▮▮▮▮▮▮ 3.2.2 化学单元操作 (Chemical Unit Operations)
▮▮▮▮▮▮ 3.2.3 生物单元操作 (Biological Unit Operations)
▮▮▮▮ 3.3 清洁生产与污染预防 (Cleaner Production and Pollution Prevention)
▮▮▮▮▮▮ 3.3.1 清洁生产的概念与原则 (Concept and Principles of Cleaner Production)
▮▮▮▮▮▮ 3.3.2 清洁生产技术 (Cleaner Production Technologies)
▮▮▮▮▮▮ 3.3.3 污染预防策略 (Pollution Prevention Strategies)
▮▮ 4. 水环境污染与控制 (Water Pollution and Control)
▮▮▮▮ 4.1 水环境概论 (Introduction to Water Environment)
▮▮▮▮▮▮ 4.1.1 水环境的组成与功能 (Composition and Functions of Water Environment)
▮▮▮▮▮▮ 4.1.2 水资源的重要性与挑战 (Importance and Challenges of Water Resources)
▮▮▮▮ 4.2 水污染来源与分类 (Sources and Classification of Water Pollution)
▮▮▮▮▮▮ 4.2.1 工业废水 (Industrial Wastewater)
▮▮▮▮▮▮ 4.2.2 生活污水 (Domestic Wastewater)
▮▮▮▮▮▮ 4.2.3 农业面源污染 (Agricultural Non-point Source Pollution)
▮▮▮▮▮▮ 4.2.4 水污染物的分类 (Classification of Water Pollutants)
▮▮▮▮ 4.3 水污染控制技术 (Water Pollution Control Technologies)
▮▮▮▮▮▮ 4.3.1 物理处理技术 (Physical Treatment Technologies)
▮▮▮▮▮▮ 4.3.2 化学处理技术 (Chemical Treatment Technologies)
▮▮▮▮▮▮ 4.3.3 生物处理技术 (Biological Treatment Technologies)
▮▮▮▮▮▮ 4.3.4 高级处理技术 (Advanced Treatment Technologies)
▮▮▮▮ 4.4 饮用水处理 (Drinking Water Treatment)
▮▮▮▮▮▮ 4.4.1 饮用水水源选择与保护 (Drinking Water Source Selection and Protection)
▮▮▮▮▮▮ 4.4.2 饮用水常规处理工艺 (Conventional Drinking Water Treatment Processes)
▮▮▮▮▮▮ 4.4.3 饮用水深度处理技术 (Advanced Drinking Water Treatment Technologies)
▮▮▮▮ 4.5 污水处理 (Wastewater Treatment)
▮▮▮▮▮▮ 4.5.1 城市污水处理工艺 (Urban Wastewater Treatment Processes)
▮▮▮▮▮▮ 4.5.2 工业废水处理工艺 (Industrial Wastewater Treatment Processes)
▮▮▮▮▮▮ 4.5.3 污水资源化利用 (Wastewater Resource Utilization)
▮▮▮▮ 4.6 水环境管理与保护 (Water Environment Management and Protection)
▮▮▮▮▮▮ 4.6.1 水环境管理体系与法规 (Water Environment Management System and Regulations)
▮▮▮▮▮▮ 4.6.2 水质标准与评价 (Water Quality Standards and Assessment)
▮▮▮▮▮▮ 4.6.3 流域综合管理 (Integrated River Basin Management)
▮▮▮▮▮▮ 4.6.4 水生态保护与修复 (Water Ecological Protection and Restoration)
▮▮ 5. 大气环境污染与控制 (Air Pollution and Control)
▮▮ 6. 固体废物处理与处置 (Solid Waste Treatment and Disposal)
▮▮ 7. 土壤与地下水污染及修复 (Soil and Groundwater Pollution and Remediation)
▮▮ 8. 噪声与振动控制 (Noise and Vibration Control)
▮▮ 9. 生态环境保护与修复 (Ecological Environment Protection and Restoration)
▮▮ 10. 环境监测与评价 (Environmental Monitoring and Assessment)
▮▮ 11. 环境管理与政策 (Environmental Management and Policy)
▮▮ 12. 环境影响评价 (Environmental Impact Assessment)
▮▮ 13. 可持续发展与循环经济 (Sustainable Development and Circular Economy)
▮▮ 14. 环境工程案例分析 (Environmental Engineering Case Studies)
▮▮ 附录A: 常用环境科学与工程术语中英文对照 (Glossary of Environmental Science and Engineering Terms)
▮▮ 附录B: 环境标准与法规汇编 (Compilation of Environmental Standards and Regulations)
▮▮ 附录C: 常用环境监测方法标准 (Standard Methods for Environmental Monitoring)
▮▮ 附录D: 参考文献 (References)

1. 绪论 (Introduction)

1.1 环境科学与工程的研究范畴 (Scope of Environmental Science and Engineering)

1.1.1 环境科学的定义与内涵 (Definition and Connotation of Environmental Science)

环境科学 (Environmental Science) 是一门研究人类与环境相互关系的综合性、交叉性学科。它以环境为核心，运用科学的理论和方法，系统地认识和揭示环境的组成、结构、功能和演变规律，分析和评价人类活动对环境的影响，并寻求保护环境、改善环境质量的途径和方法。

① 定义: 环境科学是研究地球环境系统及其各要素（大气 (atmosphere)、水 (water)、土壤 (soil)、生物 (biology) 等）的组成、结构、过程和演变规律，以及人类活动与环境之间相互作用的学科。

② 内涵:
▮▮▮▮ⓑ 研究对象: 环境科学的研究对象是环境系统，包括自然环境 (natural environment) 和人为环境 (anthropogenic environment)。自然环境是指未经人类大规模改造的原始自然界，如森林、草原、海洋等。人为环境是指经过人类活动改造和创造的环境，如城市、农田、工业区等。
▮▮▮▮ⓒ 研究内容: 环境科学的研究内容十分广泛，主要包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 环境要素的特征与相互作用: 研究大气、水、土壤、生物等环境要素的物理、化学、生物学特性，以及它们之间的相互作用关系，例如水循环 (water cycle)、生物地球化学循环 (biogeochemical cycles) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 环境污染的成因与机制: 研究各种环境污染问题（如水污染 (water pollution)、空气污染 (air pollution)、土壤污染 (soil pollution)、固体废物污染 (solid waste pollution)、噪声污染 (noise pollution) 等）的产生原因、污染物的来源、迁移转化规律、以及对生态系统和人体健康的危害机制。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 环境变化的规律与趋势: 研究全球环境变化 (global environmental change)，如气候变化 (climate change)、臭氧层破坏 (ozone depletion)、生物多样性丧失 (biodiversity loss) 等，分析其驱动因素、影响和未来发展趋势。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 环境保护与环境治理的理论与技术: 研究环境保护的基本理论、生态学原理、环境工程技术，以及环境管理的政策和方法，为解决环境问题提供科学依据和技术支撑。
▮▮▮▮ⓗ 学科特点:
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 综合性: 环境问题往往涉及自然科学和社会科学的多个领域，环境科学需要综合运用地理学 (geography)、生物学 (biology)、化学 (chemistry)、物理学 (physics)、生态学 (ecology)、工程学 (engineering)、经济学 (economics)、社会学 (sociology) 等多学科的知识和方法。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 交叉性: 环境科学是一门典型的交叉学科，它与许多传统学科相互渗透、交叉融合，例如与生态学交叉形成环境生态学 (environmental ecology)，与化学交叉形成环境化学 (environmental chemistry)，与工程学交叉形成环境工程 (environmental engineering) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 实践性: 环境科学的研究目的是解决现实环境问题，为环境保护和可持续发展提供科学基础和技术支持，具有很强的实践应用性。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 前沿性: 随着全球环境问题的日益突出，环境科学不断发展和创新，研究领域和技术方法也在不断拓展和更新，具有鲜明的前沿性。

1.1.2 环境工程的定义与内涵 (Definition and Connotation of Environmental Engineering)

环境工程 (Environmental Engineering) 是一门运用工程原理和技术，防治环境污染，改善环境质量，保护人类健康和生态环境的应用性学科。它侧重于工程技术的研发和应用，旨在解决实际环境问题，实现可持续发展。

① 定义: 环境工程是运用工程学的原理和方法，研究和开发控制、治理、改善和保护环境的技术和方法，以达到保护人群健康、保障社会可持续发展的目的的工程技术学科。

② 内涵:
▮▮▮▮ⓑ 研究对象: 环境工程的研究对象主要是环境污染问题，包括水污染、空气污染、土壤污染、固体废物污染、噪声污染等。也包括生态破坏与环境退化问题。
▮▮▮▮ⓒ 研究内容: 环境工程的研究内容主要包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 污染物控制与治理技术: 研发和应用各种物理、化学、生物方法，控制和治理各种类型的环境污染，例如污水处理技术 (wastewater treatment technologies)、废气处理技术 (exhaust gas treatment technologies)、固体废物处理与处置技术 (solid waste treatment and disposal technologies)、土壤修复技术 (soil remediation technologies) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 清洁生产与污染预防技术: 研究和推广清洁生产 (cleaner production) 工艺和技术，从源头减少污染物产生，实现污染预防 (pollution prevention)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 环境监测与评价技术: 开发和应用环境监测 (environmental monitoring) 技术和仪器，对环境质量进行监测和评价，为环境管理和决策提供数据支持。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 环境规划与管理工程: 运用工程方法参与环境规划 (environmental planning) 和管理，例如环境影响评价 (environmental impact assessment, EIA)、环境风险评估 (environmental risk assessment) 等。
▮▮▮▮ⓗ 学科特点:
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 工程性: 环境工程的核心是运用工程原理和技术解决环境问题，强调工程设计、建设、运行和管理。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 应用性: 环境工程是一门高度应用性的学科，其研究成果直接应用于解决实际环境问题，服务于社会需求。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 系统性: 环境工程问题往往复杂且相互关联，需要采用系统工程 (systems engineering) 的方法，从整体上进行分析和解决。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 综合性: 环境工程也需要综合运用多学科知识，例如流体力学 (fluid mechanics)、热力学 (thermodynamics)、化学工程 (chemical engineering)、生物工程 (bioengineering) 等。

1.1.3 环境科学与工程的交叉与融合 (Intersection and Integration of Environmental Science and Engineering)

环境科学与环境工程虽然是两个不同的学科，但它们之间联系紧密，相互依存，交叉融合。环境科学是环境工程的理论基础，为环境工程提供环境问题的科学认知、污染机理的解析、以及环境保护的理论指导；环境工程是环境科学的技术支撑和实践手段，将环境科学的理论应用于解决实际环境问题，并将实践经验反馈给环境科学，推动其发展。

① 相互关系:
▮▮▮▮ⓑ 环境科学是基础: 环境科学侧重于“认识环境”，研究环境的组成、结构、功能和演变规律，揭示环境问题的本质和成因，为环境工程提供理论基础和科学依据。例如，环境科学研究污染物在环境中的迁移转化规律，为环境工程设计污染控制方案提供科学参数。
▮▮▮▮ⓒ 环境工程是应用: 环境工程侧重于“改造环境”，运用工程技术解决实际环境问题，将环境科学的理论应用于污染防治、环境保护和环境改善。例如，环境工程根据环境科学的研究成果，开发和应用污水处理、废气治理等技术。
▮▮▮▮ⓓ 相互促进: 环境科学和环境工程相互促进，共同发展。环境科学的发展为环境工程提供新的理论和方法，推动环境工程技术的创新；环境工程的实践又为环境科学研究提供实际案例和数据，检验和完善环境科学理论。

② 交叉融合:
▮▮▮▮ⓑ 学科交叉: 环境科学与环境工程在研究对象、研究内容和研究方法上存在广泛的交叉。例如，环境化学、环境生态学、环境生物技术 (environmental biotechnology) 等都是环境科学与环境工程交叉融合的产物。
▮▮▮▮ⓒ 技术融合: 环境科学和环境工程的技术方法也相互融合。例如，环境监测技术既是环境科学研究的重要手段，也是环境工程实践的必要环节；生态工程技术 (ecological engineering technologies) 融合了生态学原理和工程技术，用于生态修复和生态建设。
▮▮▮▮ⓓ 人才培养: 环境科学与工程专业的本科和研究生教育，通常都强调环境科学基础知识和环境工程技术能力的培养，体现了学科交叉融合的趋势。

③ 发展趋势:
▮▮▮▮ⓑ 综合化: 未来环境科学与工程将更加强调综合性研究，从生态系统整体性和社会经济环境系统耦合的角度，系统地解决复杂环境问题。
▮▮▮▮ⓒ 智能化: 随着信息技术、人工智能 (artificial intelligence, AI) 的发展，环境科学与工程将更加智能化，例如利用大数据 (big data) 和机器学习 (machine learning) 技术进行环境监测、污染预警和智能决策。
▮▮▮▮ⓓ 绿色化: 环境科学与工程将更加注重绿色发展理念，推动绿色技术创新和应用，例如发展循环经济 (circular economy)、清洁能源 (clean energy)、生态友好型技术 (eco-friendly technologies)，实现经济发展与环境保护的双赢。
▮▮▮▮ⓔ 全球化: 全球环境问题日益突出，环境科学与工程的研究和实践需要加强国际合作，共同应对气候变化、跨境污染等全球性环境挑战。

1.2 环境科学与工程的发展历程 (Development History of Environmental Science and Engineering)

1.2.1 早期萌芽阶段 (Early Budding Stage)

环境科学与工程的早期萌芽阶段可以追溯到古代社会，人类在与自然环境的互动中，逐渐积累了朴素的环境保护意识和初步的环境治理实践。

① 古代朴素的环境保护意识:
▮▮▮▮ⓑ 天人合一思想: 中国古代的“天人合一”思想，强调人与自然和谐共生，蕴含着朴素的生态智慧和环境保护理念。例如，道家 (Taoism) 的“道法自然”，儒家 (Confucianism) 的“仁者爱山水”等思想，都体现了对自然的尊重和敬畏。
▮▮▮▮ⓒ 风水学: 风水学 (Feng Shui) 强调人居环境与自然环境的和谐统一，追求“藏风聚气，得水为上”，体现了对环境选择和布局的早期思考。
▮▮▮▮ⓓ 传统农业的生态 practices: 古代传统农业 (traditional agriculture) 积累了许多生态 practices，例如轮作 (crop rotation)、间作 (intercropping)、堆肥 (composting)、生物防治 (biological control) 等，体现了朴素的生态循环和可持续利用的思想。

② 早期的环境治理实践:
▮▮▮▮ⓑ 水利工程: 古代社会为了解决水资源短缺和洪涝灾害问题，兴建了许多水利工程 (hydraulic engineering)，例如都江堰 (Dujiangyan Irrigation System)、大运河 (Grand Canal) 等，这些工程在改善水环境、保障农业生产和生活用水方面发挥了重要作用。
▮▮▮▮ⓒ 城市环境卫生: 古代城市也开始关注环境卫生问题，例如设置排水系统 (drainage system)、垃圾收集系统 (garbage collection system) 等，以改善城市环境质量，减少疾病传播。
▮▮▮▮ⓓ 矿业环境保护: 古代矿业开发活动也带来了一定的环境问题，例如矿山废水 (mine wastewater)、废渣 (waste residue) 等，一些地区开始尝试进行矿山环境治理和生态恢复。

③ 科学萌芽:
▮▮▮▮ⓑ 自然哲学: 古希腊 (Ancient Greece) 的自然哲学 (natural philosophy) 开始探索自然界的规律，为环境科学的萌芽奠定了思想基础。例如，亚里士多德 (Aristotle) 对生物分类和自然现象的观察和描述，对后世环境科学的发展产生了一定影响。
▮▮▮▮ⓒ 早期科学实验: 文艺复兴 (Renaissance) 之后，科学实验 (scientific experiment) 方法开始兴起，一些科学家开始对环境现象进行科学研究，例如对大气成分、水质等进行初步分析。

1.2.2 快速发展阶段 (Rapid Development Stage)

环境科学与工程的快速发展阶段始于18世纪工业革命 (Industrial Revolution) 之后，特别是20世纪中叶以来，全球环境问题日益突出，促使环境科学与工程学科迅速发展。

① 工业革命与环境问题:
▮▮▮▮ⓑ 工业化加速: 工业革命以来，工业化 (industrialization) 进程加速，大量工厂兴建，能源消耗剧增，导致环境污染日益严重。
▮▮▮▮ⓒ 城市化扩张: 城市化 (urbanization) 快速发展，人口向城市集中，城市生活污水 (domestic sewage)、垃圾 (garbage)、空气污染问题日益突出。
▮▮▮▮ⓓ 环境问题爆发: 20世纪中叶，一系列严重的环境污染事件爆发，例如伦敦烟雾事件 (Great Smog of London, 1952)、日本水俣病事件 (Minamata disease, 1956) 等，引起社会各界对环境问题的广泛关注。

② 环境科学的建立与发展:
▮▮▮▮ⓑ 《寂静的春天》: 美国生物学家蕾切尔·卡逊 (Rachel Carson) 于1962年出版《寂静的春天》 (Silent Spring) 一书，揭露了化学农药 (chemical pesticides) 对环境和生物的危害，引发了公众对环境问题的深刻反思，被认为是现代环境运动 (modern environmental movement) 的开端。
▮▮▮▮ⓒ 环境科学学科建立: 20世纪60-70年代，环境科学作为一门独立的学科逐渐建立起来，大学开始设立环境科学专业，环境科学研究机构纷纷成立。
▮▮▮▮ⓓ 环境科学研究领域拓展: 环境科学的研究领域不断拓展，从最初关注污染问题，逐步扩展到全球环境变化、生态环境保护、可持续发展等领域。

③ 环境工程的兴起与壮大:
▮▮▮▮ⓑ 环境工程学科兴起: 20世纪60-70年代，环境工程学科迅速兴起，大学开始设立环境工程专业，环境工程技术研发和应用得到快速发展。
▮▮▮▮ⓒ 污染控制技术发展: 各类污染控制技术 (pollution control technologies) 不断进步，例如污水处理技术、废气治理技术、固体废物处理技术等，为解决环境污染问题提供了技术手段。
▮▮▮▮ⓓ 环境工程领域拓展: 环境工程的领域不断拓展，从最初关注末端治理 (end-of-pipe treatment)，逐步扩展到清洁生产、污染预防、生态工程 (ecological engineering) 等领域。

1.2.3 成熟与深化阶段 (Mature and Deepening Stage)

环境科学与工程进入成熟与深化阶段，是20世纪末至今。这一阶段，环境科学与工程在理论、技术和应用方面都取得了显著进展，同时也面临着新的挑战和发展机遇。

① 理论体系的完善:
▮▮▮▮ⓑ 环境系统科学: 环境系统科学 (environmental systems science) 理论不断完善，强调从系统整体角度认识和解决环境问题，例如生态系统服务 (ecosystem services) 理论、生态系统健康 (ecosystem health) 理论等。
▮▮▮▮ⓒ 全球变化科学: 全球变化科学 (global change science) 深入发展，对气候变化、生物多样性丧失、土地利用变化 (land use change) 等全球环境问题进行系统研究，为应对全球环境挑战提供科学依据。
▮▮▮▮ⓓ 可持续发展理论: 可持续发展理论 (sustainable development theory) 日益成熟，成为环境科学与工程的重要指导思想，推动环境、经济和社会协调发展。

② 技术的创新与突破:
▮▮▮▮ⓑ 环境监测技术进步: 环境监测技术 (environmental monitoring technologies) 取得显著进步，例如遥感技术 (remote sensing technology)、在线监测技术 (online monitoring technology)、生物监测技术 (biomonitoring technology) 等，提高了环境监测的精度和效率。
▮▮▮▮ⓒ 污染控制技术升级: 污染控制技术不断升级，例如膜分离技术 (membrane separation technology)、高级氧化技术 (advanced oxidation processes, AOPs)、生物修复技术 (bioremediation technology) 等，提高了污染治理的效率和水平。
▮▮▮▮ⓓ 绿色技术发展: 绿色技术 (green technologies) 快速发展，例如清洁能源技术、循环经济技术、生态工程技术等，为实现绿色发展提供了技术支撑。

③ 应用领域的拓展与深化:
▮▮▮▮ⓑ 环境管理精细化: 环境管理 (environmental management) 更加精细化和科学化，例如基于环境风险评估的环境管理、基于生态系统服务的环境管理等。
▮▮▮▮ⓒ 政策法规体系完善: 各国环境政策法规体系不断完善，环境保护法律法规更加健全，环境监管更加严格。
▮▮▮▮ⓓ 公众参与加强: 公众环境意识 (public environmental awareness) 显著提高，公众参与环境保护的程度不断加强，形成政府、企业、公众共同参与的环境治理格局。

④ 面临的新挑战:
▮▮▮▮ⓑ 全球环境问题复杂化: 全球环境问题日益复杂化和综合化，例如气候变化、生物多样性丧失、环境污染等相互交织，给环境科学与工程带来新的挑战。
▮▮▮▮ⓒ 可持续发展目标艰巨: 实现可持续发展目标 (Sustainable Development Goals, SDGs) 面临诸多挑战，需要环境科学与工程提供更有效的技术和方案。
▮▮▮▮ⓓ 技术创新需求迫切: 解决复杂环境问题，实现绿色发展，迫切需要环境科学与工程在理论和技术上不断创新和突破。

1.3 环境问题与可持续发展 (Environmental Problems and Sustainable Development)

1.3.1 全球主要环境问题 (Major Global Environmental Problems)

当前，全球面临着严峻的环境挑战，主要环境问题包括气候变化 (climate change)、环境污染 (environmental pollution)、生态破坏 (ecological degradation) 和资源短缺 (resource scarcity) 等。这些问题相互关联，相互影响，对人类社会的可持续发展构成严重威胁。

① 气候变化 (Climate Change):
▮▮▮▮ⓑ 温室效应加剧: 人类活动排放大量温室气体 (greenhouse gases, GHGs)，如二氧化碳 (carbon dioxide, \(CO_2\))、甲烷 (methane, \(CH_4\))、氧化亚氮 (nitrous oxide, \(N_2O\)) 等，导致温室效应 (greenhouse effect) 加剧，全球气候变暖 (global warming)。
▮▮▮▮ⓒ 极端天气事件频发: 气候变化导致极端天气事件 (extreme weather events) 频发，如高温 (heatwave)、干旱 (drought)、洪涝 (flood)、飓风 (hurricane) 等，给人类生命财产安全和经济社会发展带来严重影响。
▮▮▮▮ⓓ 海平面上升: 气候变暖导致冰川融化 (glacier melting) 和海水热膨胀 (thermal expansion of seawater)，海平面上升 (sea level rise) 威胁沿海城市和岛屿的安全。
▮▮▮▮ⓔ 生态系统影响: 气候变化对生态系统产生广泛而深远的影响，例如物候期改变 (phenological shifts)、栖息地丧失 (habitat loss)、物种分布范围变化 (species distribution shifts)、珊瑚礁白化 (coral bleaching) 等。

② 环境污染 (Environmental Pollution):
▮▮▮▮ⓑ 空气污染 (Air Pollution): 工业生产、交通运输、燃煤等排放大量空气污染物 (air pollutants)，如颗粒物 (particulate matter, PM)、二氧化硫 (sulfur dioxide, \(SO_2\))、氮氧化物 (nitrogen oxides, \(NO_x\))、挥发性有机物 (volatile organic compounds, VOCs) 等，导致空气质量下降，危害人体健康，引发酸雨 (acid rain)、雾霾 (smog) 等环境问题。
▮▮▮▮ⓒ 水污染 (Water Pollution): 工业废水、生活污水、农业面源污染 (agricultural non-point source pollution) 等排放大量水污染物 (water pollutants)，如有机物 (organic matter)、重金属 (heavy metals)、营养物质 (nutrients)、病原微生物 (pathogenic microorganisms) 等，导致水体富营养化 (eutrophication)、水资源短缺、饮用水安全受到威胁。
▮▮▮▮ⓓ 土壤污染 (Soil Pollution): 工业废弃物 (industrial waste)、农业化学品 (agrochemicals)、生活垃圾 (domestic waste) 等导致土壤污染，污染物在土壤中积累，影响土壤质量和生态功能，并通过食物链危害人体健康。
▮▮▮▮ⓔ 固体废物污染 (Solid Waste Pollution): 城市生活垃圾、工业固体废物、农业废弃物等大量产生，若处理不当，会造成土壤、水、空气污染，占用土地资源，影响环境卫生。
▮▮▮▮ⓕ 噪声污染 (Noise Pollution): 交通噪声 (traffic noise)、工业噪声 (industrial noise)、建筑噪声 (construction noise)、社会生活噪声 (social noise) 等干扰人们正常生活、工作和学习，影响身心健康。
▮▮▮▮ⓖ 光污染 (Light Pollution): 过度的人工照明 (artificial lighting) 造成光污染，影响天文观测、生物节律和人体健康。

③ 生态破坏 (Ecological Degradation):
▮▮▮▮ⓑ 森林锐减 (Deforestation): 毁林开荒 (deforestation for agriculture)、过度采伐 (over-logging)、森林火灾 (forest fire) 等导致森林面积锐减，破坏森林生态系统，造成水土流失 (soil erosion)、生物多样性丧失、气候变化加剧等问题。
▮▮▮▮ⓒ 草地退化 (Grassland Degradation): 过度放牧 (overgrazing)、不合理利用 (unreasonable utilization)、气候变化等导致草地退化，草原生态系统功能下降，土地荒漠化 (desertification) 加剧。
▮▮▮▮ⓓ 湿地萎缩 (Wetland Loss): 围湖造田 (land reclamation from lakes)、城市建设 (urban construction)、水利工程 (hydraulic engineering) 等导致湿地面积萎缩，湿地生态系统服务功能丧失，生物多样性减少。
▮▮▮▮ⓔ 生物多样性丧失 (Biodiversity Loss): 栖息地丧失、环境污染、气候变化、过度开发利用等导致生物多样性丧失，物种灭绝速度加快，生态系统稳定性下降。
▮▮▮▮ⓕ 土地荒漠化 (Desertification): 气候变化、过度放牧、不合理耕作 (unreasonable cultivation) 等导致土地荒漠化，土地生产力下降，生态环境恶化。

④ 资源短缺 (Resource Scarcity):
▮▮▮▮ⓑ 水资源短缺 (Water Scarcity): 人口增长 (population growth)、经济发展 (economic development)、气候变化等导致水资源短缺日益严重，许多地区面临水资源危机。
▮▮▮▮ⓒ 能源短缺 (Energy Scarcity): 传统能源 (fossil fuels) 储量有限，过度依赖化石能源 (fossil energy) 带来环境污染和气候变化问题，能源转型 (energy transition) 迫在眉睫。
▮▮▮▮ⓓ 矿产资源枯竭 (Mineral Resource Depletion): 矿产资源 (mineral resources) 是不可再生资源 (non-renewable resources)，过度开采导致部分矿产资源面临枯竭风险。
▮▮▮▮ⓔ 土地资源紧张 (Land Resource Stress): 人口增长、城市扩张、工业发展等导致土地资源紧张，耕地面积减少，土地利用矛盾突出。

1.3.2 可持续发展理念 (Concept of Sustainable Development)

可持续发展 (Sustainable Development) 理念是应对全球环境问题，实现人类社会与自然环境和谐共生的重要指导思想。它强调在满足当代人需求的同时，不损害后代人满足其需求的能力。

① 定义:
▮▮▮▮ⓑ 1987年《我们共同的未来》: 世界环境与发展委员会 (World Commission on Environment and Development, WCED) 在1987年发布的报告《我们共同的未来》 (Our Common Future)，又称《布伦特兰报告》 (Brundtland Report)，对可持续发展给出了经典定义：“可持续发展是既满足当代人的需要，又不损害后代人满足其需要的能力的发展”。
▮▮▮▮ⓒ 核心思想: 可持续发展的核心思想是代际公平 (intergenerational equity) 和环境、经济、社会协调发展 (coordinated development of environment, economy, and society)。

② 基本原则:
▮▮▮▮ⓑ 公平性原则 (Equity Principle): 包括代内公平 (intragenerational equity) 和代际公平。代内公平指同一代人之间，不同国家、地区、群体之间享有平等的发展机会和环境权益；代际公平指当代人与后代人之间共享地球资源和环境容量，后代人享有与当代人同等的发展机会和环境权益。
▮▮▮▮ⓒ 持续性原则 (Sustainability Principle): 强调经济、社会、环境的可持续性。经济可持续性 (economic sustainability) 指经济发展要保持长期稳定增长，提高资源利用效率，减少资源消耗和环境污染；社会可持续性 (social sustainability) 指社会发展要促进社会公平、公正，改善民生，提高人民生活水平，保障社会和谐稳定；环境可持续性 (environmental sustainability) 指环境保护要维护生态系统健康，保护生物多样性，防止环境污染和生态破坏，保障环境承载力 (environmental carrying capacity)。
▮▮▮▮ⓓ 共同但有区别的责任原则 (Principle of Common but Differentiated Responsibilities, CBDR): 在全球环境问题治理中，发达国家和发展中国家承担共同但有区别的责任。发达国家由于历史排放 (historical emissions) 累积较多，经济技术实力较强，应承担更大的责任，为发展中国家提供资金和技术支持；发展中国家应根据自身能力，积极参与全球环境治理，走绿色发展道路。
▮▮▮▮ⓔ 预防为主、防治结合原则 (Principle of Prevention First, Combination of Prevention and Control): 环境保护应坚持预防为主，从源头减少环境污染和生态破坏；同时，要加强污染治理和生态修复，防治结合，综合施策。
▮▮▮▮ⓕ 公众参与原则 (Public Participation Principle): 环境保护和可持续发展需要公众广泛参与，提高公众环境意识，保障公众环境知情权、参与权和监督权，形成全社会共同参与的环境治理体系。

③ 主要内涵:
▮▮▮▮ⓑ 环境维度: 强调环境保护优先，维护生态系统健康，保护生物多样性，防治环境污染，合理利用自然资源，实现环境承载力与人类活动相协调。
▮▮▮▮ⓒ 经济维度: 强调经济发展要绿色化、低碳化，提高资源利用效率，发展循环经济，推动产业结构优化升级，实现经济增长与环境保护相协调。
▮▮▮▮ⓓ 社会维度: 强调社会公平、公正，改善民生，消除贫困，促进教育、健康、文化发展，保障社会和谐稳定，实现社会进步与环境保护相协调。

1.3.3 环境科学与工程在可持续发展中的作用 (Role of Environmental Science and Engineering in Sustainable Development)

环境科学与工程在推动可持续发展中发挥着关键作用。环境科学为可持续发展提供科学理论基础，环境工程为可持续发展提供技术支撑和解决方案。

① 环境科学的作用:
▮▮▮▮ⓑ 揭示环境问题本质: 环境科学研究环境问题的成因、机制和影响，揭示环境问题的本质，为可持续发展提供科学认知。例如，环境科学研究气候变化的科学规律，为应对气候变化提供科学依据。
▮▮▮▮ⓒ 评估环境风险: 环境科学发展环境风险评估 (environmental risk assessment) 方法和技术，评估环境污染、生态破坏等环境风险，为可持续发展决策提供科学依据。
▮▮▮▮ⓓ 构建可持续发展理论框架: 环境科学参与构建可持续发展理论框架，例如生态系统服务理论、生态系统健康理论、环境承载力理论等，为可持续发展提供理论指导。
▮▮▮▮ⓔ 开展环境教育与公众宣传: 环境科学承担环境教育 (environmental education) 和公众宣传 (public communication) 的重要任务，提高公众环境意识，推动公众参与可持续发展。

② 环境工程的作用:
▮▮▮▮ⓑ 研发污染控制技术: 环境工程研发和应用各种污染控制技术，例如污水处理技术、废气治理技术、固体废物处理技术等，减少污染物排放，改善环境质量，为可持续发展提供技术保障。
▮▮▮▮ⓒ 推广清洁生产技术: 环境工程推广清洁生产技术，从源头减少污染物产生，提高资源利用效率，实现污染预防，为可持续发展提供技术路径。
▮▮▮▮ⓓ 发展资源循环利用技术: 环境工程发展资源循环利用技术 (resource recycling technologies)，例如废水资源化 (wastewater reuse)、固体废物资源化 (solid waste recycling)、能量回收 (energy recovery) 等，提高资源利用效率，减少资源消耗，推动循环经济发展。
▮▮▮▮ⓔ 创新生态工程技术: 环境工程创新生态工程技术，例如生态修复技术、生态建设技术、生态治理技术等，修复受损生态系统，改善生态环境，提高生态系统服务功能，为可持续发展提供生态支撑。
▮▮▮▮ⓕ 参与环境规划与管理: 环境工程专业人员参与环境规划和管理，例如环境影响评价、环境规划、环境管理体系建设等，为可持续发展提供技术咨询和管理支持。

③ 技术路径:
▮▮▮▮ⓑ 绿色低碳技术: 发展和应用绿色低碳技术 (green and low-carbon technologies)，例如清洁能源技术、节能减排技术 (energy conservation and emission reduction technologies)、碳捕集与封存技术 (carbon capture and storage, CCS) 等，应对气候变化，推动绿色发展。
▮▮▮▮ⓒ 循环经济技术: 发展和应用循环经济技术，例如资源高效利用技术 (resource efficient utilization technologies)、再制造技术 (remanufacturing technologies)、废弃物资源化利用技术等，提高资源利用效率，减少废弃物产生，推动循环经济发展。
▮▮▮▮ⓓ 生态友好型技术: 发展和应用生态友好型技术 (eco-friendly technologies)，例如生态农业技术 (ecological agriculture technologies)、生态建筑技术 (ecological building technologies)、生态交通技术 (ecological transportation technologies) 等，减少人类活动对生态环境的负面影响，实现人与自然和谐共生。
▮▮▮▮ⓔ 环境修复与治理技术: 持续创新和应用环境修复与治理技术，提高污染治理效率和水平，修复受损生态系统，改善环境质量，为可持续发展提供环境保障。

2. 环境科学基础 (Fundamentals of Environmental Science)

本章介绍环境科学的基本理论，包括环境系统、物质循环、能量流动、生态学原理等，为理解环境问题提供科学基础。

2.1 环境系统与环境要素 (Environmental Systems and Environmental Elements)

阐述环境系统的组成、结构、功能，以及主要环境要素的特征与相互作用。

2.1.1 环境系统的概念与特征 (Concept and Characteristics of Environmental Systems)

定义环境系统，分析其开放性、复杂性、动态性等特征。

① 环境系统 (environmental system) 的概念

环境系统是由环境要素 (environmental elements) 相互作用形成的，在一定空间范围内具有特定结构和功能的复合整体。它可以是自然形成的，如森林生态系统、海洋生态系统；也可以是人工构建的，如城市生态系统、农业生态系统。广义的环境系统包括地球上所有的自然环境和社会环境，狭义的环境系统则侧重于特定区域或特定类型的环境。

② 环境系统的特征

环境系统具有以下几个显著特征：

▮ 开放性 (openness)：环境系统与外部环境之间存在物质、能量和信息的交换。系统内部与外部环境不断进行着输入 (input) 和输出 (output)，这种开放性是维持系统功能和动态平衡的基础。例如，森林生态系统从大气中吸收二氧化碳和水，释放氧气，同时接受太阳能的输入，并向外输出生物质和热量。

▮ 复杂性 (complexity)：环境系统由多种多样的环境要素构成，要素之间相互作用、相互影响，关系错综复杂。这种复杂性体现在：
▮▮▮▮ⓐ 组分多样性 (component diversity)：环境系统包含生物组分（生产者、消费者、分解者）、非生物组分（大气、水、土壤、岩石）以及人为组分（人类活动、社会经济因素）等多种组分。
▮▮▮▮ⓑ 结构层次性 (structural hierarchy)：环境系统具有不同的组织层次，如个体、种群、群落、生态系统、生物圈等，每个层次都有其特定的结构和功能。
▮▮▮▮ⓒ 功能多样性 (functional diversity)：环境系统具有物质循环、能量流动、信息传递、维持生物多样性、调节气候等多种功能。
▮▮▮▮ⓓ 关系网络复杂 (complex relationship network)：环境要素之间存在复杂的食物链、食物网、竞争、共生、寄生等关系，形成 intricate 的网络结构。

▮ 动态性 (dynamism)：环境系统处于不断变化和发展之中，表现出动态平衡的特征。这种动态性包括：
▮▮▮▮ⓐ 时间动态 (temporal dynamics)：环境系统随时间推移发生变化，例如季节性变化、昼夜变化、演替过程等。生态系统的演替 (ecological succession) 就是一个典型的长期时间动态过程。
▮▮▮▮ⓑ 空间动态 (spatial dynamics)：环境系统在空间上分布不均匀，呈现出异质性 (heterogeneity)。不同区域的环境条件和生态特征可能存在显著差异。
▮▮▮▮ⓒ 反馈调节 (feedback regulation)：环境系统内部存在正反馈 (positive feedback) 和负反馈 (negative feedback) 机制，通过反馈调节维持系统的相对稳定。例如，植被覆盖增加可以减少地表径流，从而减少土壤侵蚀，这是一种负反馈调节。而冰川融化导致地表反照率降低，吸收更多太阳辐射，加速升温，这是一种正反馈调节。

▮ 整体性 (integrity)：环境系统是一个不可分割的整体，各要素之间相互依存、相互制约，牵一发而动全身。系统整体的功能大于各组分功能之和，表现出 emergent property （涌现性）。对环境系统的研究和管理必须从整体出发，综合考虑各要素之间的相互作用。

▮ 自组织性 (self-organization)：环境系统在一定程度上具有自我组织、自我调节和自我修复的能力。在没有外部人为干预的情况下，环境系统可以通过内部的相互作用，自发地形成有序的结构和功能。例如，湿地生态系统可以通过植物的生长和微生物的分解作用，净化水质，维持生态平衡。

理解环境系统的概念和特征，有助于我们从系统论的角度认识环境问题，为环境保护和管理提供理论指导。

2.1.2 环境要素的类型与特征 (Types and Characteristics of Environmental Elements)

介绍大气、水、土壤、生物等环境要素的类型、性质和功能。

① 环境要素的类型

环境要素 (environmental elements) 是构成环境系统的基本单元，根据其自然属性和功能，可以分为以下主要类型：

▮ 大气 (atmosphere)：包围地球的气体圈层，主要成分包括氮气 (nitrogen, \(N_2\))、氧气 (oxygen, \(O_2\))、氩气 (argon, \(Ar\))、二氧化碳 (carbon dioxide, \(CO_2\)) 和水蒸气 (water vapor, \(H_2O\)) 等。大气是地球生命活动的重要保障，提供生物呼吸所需的氧气，调节地球温度，阻挡有害辐射。

▮ 水 (water)：地球上以液态、固态和气态形式存在的水的总称，包括地表水 (surface water)（河流、湖泊、海洋、湿地）、地下水 (groundwater)、冰川 (glaciers)、土壤水 (soil water) 和大气水 (atmospheric water) 等。水是生命之源，是生物体的重要组成部分，参与地球上的物质循环和能量流动，影响气候和生态系统分布。

▮ 土壤 (soil)：陆地地表的疏松表层，由矿物质、有机质、水分、空气和生物组成。土壤是植物生长的基础，是陆地生态系统的核心组成部分，参与物质循环和能量流动，具有重要的生态、经济和社会功能。

▮ 生物 (biota)：地球上所有生命有机体的总称，包括植物 (plants)、动物 (animals)、微生物 (microorganisms)（细菌、真菌、病毒等）。生物是环境系统中最活跃、最复杂的要素，通过物质生产、消费和分解，驱动生态系统的物质循环和能量流动，维持生态平衡和生物多样性。

▮ 岩石圈 (lithosphere)：地球的固体外壳，主要由岩石和矿物组成。岩石圈是土壤形成的母质，为生物提供栖息地和营养元素，参与地球的物质循环和能量流动，影响地貌和地质过程。

除了以上主要的自然环境要素外，人为要素 (anthropogenic elements) 也日益成为重要的环境要素。人类活动 (human activities) 产生的污染物 (pollutants)、人为设施 (artificial facilities)（城市、工业区、交通网络）以及社会经济因素 (socio-economic factors) 等都深刻影响着环境系统的结构和功能。

② 环境要素的特征

不同的环境要素具有各自独特的性质和功能：

▮ 大气：
▮▮▮▮ⓐ 流动性 (fluidity)：大气具有很强的流动性，大气污染物可以快速扩散和迁移，影响范围广。
▮▮▮▮ⓑ 可压缩性 (compressibility)：大气是可压缩的，气压随高度变化，影响天气和气候。
▮▮▮▮ⓒ 热容量小 (low heat capacity)：大气的热容量较小，温度易受外界影响而变化，导致昼夜温差和季节变化。
▮▮▮▮ⓓ 透明性 (transparency)：大气对可见光具有较好的透明性，使太阳辐射能够到达地表，为地球提供能量。

▮ 水：
▮▮▮▮ⓐ 溶解性 (solubility)：水具有很强的溶解性，可以溶解多种物质，但也容易受到污染。
▮▮▮▮ⓑ 高热容 (high heat capacity)：水的比热容高，温度变化相对缓慢，对气候和生态系统具有调节作用。
▮▮▮▮ⓒ 表面张力 (surface tension)：水具有较大的表面张力，影响水的毛细作用和生物的生存。
▮▮▮▮ⓓ 密度异常 (density anomaly)：水在 \(4^\circ C\) 时密度最大，结冰后密度减小，冰浮在水面，对水生生物过冬具有重要意义。

▮ 土壤：
▮▮▮▮ⓐ 多孔性 (porosity)：土壤具有多孔结构，孔隙中充满空气和水分，为植物根系提供生长空间和养分。
▮▮▮▮ⓑ 持水性 (water retention)：土壤能够保持水分，供植物吸收利用，影响陆地生态系统的水分循环。
▮▮▮▮ⓒ 缓冲性 (buffering capacity)：土壤具有一定的缓冲能力，可以中和酸碱，减轻污染的影响。
▮▮▮▮ⓓ 肥力 (fertility)：土壤含有植物生长所需的养分，是农业生产的基础。

▮ 生物：
▮▮▮▮ⓐ 生命活动 (life activities)：生物具有生长、繁殖、代谢等生命活动，是生态系统中最活跃的组分。
▮▮▮▮ⓑ 生物多样性 (biodiversity)：生物种类繁多，形成复杂的食物链和食物网，维持生态系统稳定性。
▮▮▮▮ⓒ 适应性 (adaptability)：生物能够适应不同的环境条件，并在环境变化时发生进化。
▮▮▮▮ⓓ 指示性 (indicative property)：某些生物对环境污染敏感，可以作为环境质量的指示生物 (indicator species)。

理解环境要素的类型和特征，有助于我们深入认识环境系统的结构和功能，为环境保护和资源管理提供科学依据。

2.1.3 环境要素之间的相互作用 (Interactions between Environmental Elements)

分析环境要素之间相互影响、相互制约的关系。

① 环境要素相互作用的普遍性

环境要素并非孤立存在，而是相互联系、相互作用的。大气、水、土壤、生物等要素之间，以及自然要素与人为要素之间，都存在着复杂的相互作用关系。这些相互作用是环境系统功能的基础，也是环境演变和环境问题的根源。

② 环境要素相互作用的主要形式

环境要素之间的相互作用形式多样，主要包括：

▮ 物质迁移与转化 (material migration and transformation)：
环境要素之间通过物质的迁移和转化相互影响。例如：
▮▮▮▮ⓐ 水循环 (water cycle)：水分在水圈 (hydrosphere)、大气圈 (atmosphere)、岩石圈 (lithosphere) 和生物圈 (biosphere) 之间循环，大气降水补给地表水和地下水，地表水蒸发和植物蒸腾作用将水分返回大气，生物体通过摄取和排泄参与水分循环。
▮▮▮▮ⓑ 养分循环 (nutrient cycle)：碳、氮、磷等养分在生物和非生物环境之间循环，植物从土壤和大气中吸收养分，动物通过食物链获取养分，分解者将有机物分解为无机物，养分重新返回土壤和大气。
▮▮▮▮ⓒ 污染物迁移 (pollutant migration)：污染物可以在大气、水、土壤等环境介质中迁移和转化，例如大气污染物通过干湿沉降进入水体和土壤，水体污染物可以通过蒸发进入大气，土壤污染物可以通过淋溶进入地下水。

▮ 能量流动与传递 (energy flow and transfer)：
能量在环境要素之间流动和传递，驱动环境系统的运行。例如：
▮▮▮▮ⓐ 太阳辐射 (solar radiation)：太阳辐射是地球环境系统的主要能量来源，大气吸收和散射部分太阳辐射，到达地表的太阳辐射被地表水、土壤和植物吸收，转化为热能和化学能。
▮▮▮▮ⓑ 热量交换 (heat exchange)：大气、水、土壤之间进行热量交换，调节地表温度和气候。水体和土壤的热容量较大，可以吸收和释放热量，减缓温度变化。
▮▮▮▮ⓒ 食物链能量传递 (food chain energy transfer)：能量在食物链中由生产者向消费者逐级传递，能量传递效率逐级递减，最终以热的形式散失到环境中。

▮ 信息传递与反馈 (information transfer and feedback)：
环境要素之间通过信息传递和反馈相互调节，维持环境系统的动态平衡。例如：
▮▮▮▮ⓐ 气候反馈 (climate feedback)：气候变化会引起环境要素的变化，而环境要素的变化又会反过来影响气候变化，形成反馈循环。例如，气温升高导致冰雪融化，地表反照率降低，吸收更多太阳辐射，进一步加速升温，形成正反馈。
▮▮▮▮ⓑ 生态系统反馈 (ecosystem feedback)：生态系统内部的生物和非生物要素之间存在反馈调节机制。例如，草食动物数量增加会导致植被减少，植被减少又会限制草食动物的食物来源，导致草食动物数量下降，形成负反馈。
▮▮▮▮ⓒ 生物地球化学反馈 (biogeochemical feedback)：生物地球化学循环过程与气候变化、生态系统功能之间存在复杂的反馈关系。例如，森林生态系统吸收二氧化碳，减缓气候变暖，但气候变暖也可能导致森林火灾和病虫害，释放二氧化碳，形成反馈。

▮ 生物与环境的互适应与协同进化 (co-adaptation and co-evolution between organisms and environment)：
生物与环境之间相互适应、相互影响，共同进化。例如：
▮▮▮▮ⓐ 生物对环境的适应 (biological adaptation to environment)：生物在长期进化过程中，形成了与特定环境条件相适应的形态、生理和行为特征。例如，沙漠植物具有耐旱的结构，极地动物具有御寒的皮毛。
▮▮▮▮ⓑ 环境对生物的选择 (environmental selection on organisms)：环境条件对生物进行选择，适者生存，不适者淘汰，推动生物进化。例如，工业污染导致某些生物种群产生抗污染能力。
▮▮▮▮ⓒ 生物对环境的改造 (biological modification of environment)：生物的生命活动也会改造环境，例如植物的光合作用改变大气成分，微生物的分解作用影响土壤肥力，珊瑚礁的形成改变海洋环境。

理解环境要素之间的相互作用，有助于我们从整体和联系的观点出发，认识环境问题的复杂性和系统性，为解决环境问题提供综合性的思路和方法。

2.2 物质循环与能量流动 (Material Cycles and Energy Flow)

讲解生态系统中物质循环和能量流动的基本规律，以及人类活动对这些过程的影响。

2.2.1 生物地球化学循环 (Biogeochemical Cycles)

详细介绍水循环 (water cycle)、碳循环 (carbon cycle)、氮循环 (nitrogen cycle)、磷循环 (phosphorus cycle) 等重要物质循环过程。

① 生物地球化学循环 (biogeochemical cycles) 的概念

生物地球化学循环 是指化学元素或化合物在生物群落 (biotic community) 与无机环境 (abiotic environment) 之间，通过生物和地质化学过程进行的循环运动。它是地球上物质循环的主要形式，维持着生态系统的正常功能和地球系统的动态平衡。生物地球化学循环涉及多种化学元素，其中对生命活动最重要的包括水、碳、氮、磷、硫等元素的循环。

② 重要的生物地球化学循环

▮ 水循环 (water cycle)：水循环是地球上最重要的物质循环之一，驱动着气候、地貌和生态系统的运行。水循环的主要过程包括：
▮▮▮▮ⓐ 蒸发 (evaporation)：液态水从地表水体、土壤和植物表面蒸发变成水蒸气进入大气。
▮▮▮▮ⓑ 蒸腾作用 (transpiration)：植物通过叶片气孔将水分以水蒸气形式释放到大气中。
▮▮▮▮ⓒ 凝结 (condensation)：水蒸气在大气中冷却凝结成液态水滴或固态冰晶，形成云、雾、露、霜等。
▮▮▮▮ⓓ 降水 (precipitation)：大气中的水汽凝结物以雨、雪、冰雹等形式降落到地表，补充地表水和地下水。
▮▮▮▮ⓔ 径流 (runoff)：降水一部分汇集到地表，形成地表径流，最终流入河流、湖泊和海洋。
▮▮▮▮ⓕ 下渗 (infiltration)：降水一部分渗入土壤，补充土壤水和地下水。
▮▮▮▮ⓖ 地下径流 (groundwater flow)：地下水在地下缓慢流动，最终排泄到地表水体或海洋。
水循环是一个全球性的循环过程，太阳能是水循环的主要驱动力。

\[ 蒸发 + 蒸腾作用 \xrightarrow{太阳能} 大气水蒸气 \xrightarrow{凝结} 云 \xrightarrow{降水} 地表水 + 地下水 \xrightarrow{径流} 海洋 \xrightarrow{蒸发} 大气水蒸气 \]

▮ 碳循环 (carbon cycle)：碳是生命有机体的基本组成元素，碳循环对于维持地球气候和生态系统至关重要。碳循环的主要过程包括：
▮▮▮▮ⓐ 光合作用 (photosynthesis)：绿色植物、藻类和某些细菌通过光合作用，将大气中的二氧化碳和水转化为有机物（碳水化合物），并释放氧气。
\[ CO_2 + H_2O \xrightarrow{光能} (CH_2O)_n + O_2 \]
▮▮▮▮ⓑ 呼吸作用 (respiration)：生物通过呼吸作用，分解有机物，释放二氧化碳和能量。
\[ (CH_2O)_n + O_2 \xrightarrow{酶} CO_2 + H_2O + 能量 \]
▮▮▮▮ⓒ 分解作用 (decomposition)：动植物残体和排泄物被分解者（细菌、真菌等）分解，释放二氧化碳和无机养分。
▮▮▮▮ⓓ 燃烧 (combustion)：有机物燃烧（如化石燃料燃烧、森林火灾）释放二氧化碳。
▮▮▮▮ⓔ 碳酸盐沉淀 (carbonate precipitation)：大气中的二氧化碳溶解在水中，与钙离子等结合形成碳酸盐沉淀，沉积在海底。
▮▮▮▮ⓕ 化石燃料形成 (fossil fuel formation)：古代生物遗体经过漫长地质年代的转化，形成煤、石油、天然气等化石燃料，将碳元素长期储存在地下。
碳循环是一个复杂的过程，大气、海洋、陆地生物和岩石圈都是碳循环的重要碳库 (carbon pool)。

\[ 大气 CO_2 \xleftrightarrow[呼吸作用，燃烧]{光合作用，溶解} 生物有机碳 \xleftrightarrow[分解作用]{摄食} 土壤有机碳 \xleftrightarrow[沉积]{风化，火山爆发} 岩石碳酸盐 \xleftrightarrow[溶解，沉淀]{} 海洋溶解碳 \]

▮ 氮循环 (nitrogen cycle)：氮是蛋白质和核酸的重要组成元素，氮循环对于生物生长和生态系统功能至关重要。氮循环的主要过程包括：
▮▮▮▮ⓐ 固氮作用 (nitrogen fixation)：大气中的氮气 (N₂) 转化为生物可利用的氨 (NH₃) 或铵盐 (NH₄⁺) 的过程。主要通过生物固氮（固氮菌）和工业固氮（合成氨）实现。
\[ N_2 \xrightarrow{固氮菌/工业} NH_3/NH_4^+ \]
▮▮▮▮ⓑ 氨化作用 (ammonification)：有机氮化合物（如蛋白质、核酸）被分解者分解，释放氨或铵盐。
\[ 有机氮化合物 \xrightarrow{分解者} NH_3/NH_4^+ \]
▮▮▮▮ⓒ 硝化作用 (nitrification)：氨或铵盐在硝化细菌的作用下，逐步氧化为亚硝酸盐 (NO₂⁻) 和硝酸盐 (NO₃⁻)。
\[ NH_4^+ \xrightarrow{硝化细菌} NO_2^- \xrightarrow{硝化细菌} NO_3^- \]
▮▮▮▮ⓓ 反硝化作用 (denitrification)：硝酸盐在反硝化细菌的作用下，还原为氮气 (N₂) 或一氧化二氮 (N₂O) 释放到大气中。
\[ NO_3^- \xrightarrow{反硝化细菌} N_2/N_2O \]
▮▮▮▮ⓔ 同化作用 (assimilation)：植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，合成有机氮化合物。动物通过食物链获取有机氮。
氮循环是一个开放性的循环，大气是氮循环的主要氮库。

\[ 大气 N_2 \xleftrightarrow[反硝化作用]{固氮作用} 土壤/水体 NH_4^+/NO_3^- \xleftrightarrow[反硝化作用]{固氮作用，氨化作用，硝化作用} 生物有机氮 \]

▮ 磷循环 (phosphorus cycle)：磷是核酸、磷脂和 ATP 的重要组成元素，磷循环对于生物生长和能量代谢至关重要。磷循环的主要过程包括：
▮▮▮▮ⓐ 风化作用 (weathering)：岩石中的磷矿物风化，释放磷酸盐 (PO₄³⁻) 进入土壤和水体。
▮▮▮▮ⓑ 吸收作用 (absorption)：植物从土壤中吸收磷酸盐，合成有机磷化合物。动物通过食物链获取有机磷。
▮▮▮▮ⓒ 分解作用 (decomposition)：动植物残体和排泄物被分解者分解，释放磷酸盐。
▮▮▮▮ⓓ 沉积作用 (sedimentation)：水体中的磷酸盐与金属离子结合形成磷酸盐沉淀，沉积在水底。
▮▮▮▮ⓔ 地质抬升 (geological uplift)：地质运动将沉积在海底的磷矿物抬升到陆地，重新参与循环。
磷循环是一个缓慢的沉积型循环，岩石圈是磷循环的主要磷库。

\[ 岩石磷矿物 \xrightarrow{风化作用} 土壤/水体 PO_4^{3-} \xleftrightarrow[沉积作用]{吸收作用，分解作用} 生物有机磷 \]

理解生物地球化学循环的原理和过程，有助于我们认识各种环境问题的物质基础，例如温室效应与碳循环、水体富营养化与氮磷循环等。

2.2.2 能量流动与食物链 (Energy Flow and Food Chains)

阐述生态系统中能量流动规律，食物链和食物网的概念。

① 能量流动 (energy flow) 的概念与规律

能量流动 是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。生态系统的能量主要来源于太阳辐射，通过生产者的光合作用将光能转化为化学能，然后沿着食物链逐级传递，最终以热能的形式散失到环境中。能量流动具有以下基本规律：

▮ 单向流动 (unidirectional flow)：生态系统中的能量流动是单向的，只能从低营养级流向高营养级，不能逆向流动。能量一旦被生物利用，就不能再次被生产者利用。

▮ 逐级递减 (progressive decrease)：能量在食物链中逐级传递时，会发生能量损失，传递效率较低。相邻两个营养级之间的能量传递效率通常为 10%~20%。这意味着，从一个营养级到下一个营养级，能量大约减少 80%~90%。这种能量传递效率的递减，限制了食物链的长度，生态系统中营养级的数量通常不会超过 5~6 个。

▮ 能量转化与散失 (energy conversion and dissipation)：能量在生态系统中以不同的形式存在和转化。太阳能转化为化学能，化学能转化为动能、热能等。能量在转化过程中，一部分会以热能的形式散失到环境中，无法再被生物利用。热力学第二定律 (Second Law of Thermodynamics) 决定了能量转化和传递过程中必然存在能量散失。

② 食物链 (food chain) 与食物网 (food web)

食物链 是指生态系统中不同生物之间由于食物关系而形成的一种链状结构。食物链反映了能量和物质在不同营养级之间的传递途径。典型的食物链由生产者 (producer)、消费者 (consumer) 和分解者 (decomposer) 组成：

▮ 生产者 (producer)：主要指绿色植物、藻类和某些细菌，能够通过光合作用或化能合成作用，将无机物转化为有机物，是生态系统的 primary producer (初级生产者)，也是能量的最初来源。

▮ 消费者 (consumer)：指不能自己生产有机物，必须直接或间接以生产者或其他消费者为食的生物。消费者可以分为：
▮▮▮▮ⓐ 初级消费者 (primary consumer)：herbivore (草食动物)，以生产者为食，如兔子、牛、羊等。
▮▮▮▮ⓑ 次级消费者 (secondary consumer)：carnivore (肉食动物)，以初级消费者为食，如狼、狐狸等。
▮▮▮▮ⓒ 三级消费者 (tertiary consumer)：top carnivore (顶级肉食动物)，以次级消费者为食，如鹰、狮子等。

▮ 分解者 (decomposer)：主要指细菌、真菌等微生物，能够分解动植物残体和排泄物，将有机物转化为无机物，参与物质循环。

食物网 是指生态系统中多条相互关联的食物链相互交错形成的复杂网络结构。在自然生态系统中，生物之间的食物关系往往不是单一的链状，而是复杂的网状。一个物种可能同时位于多条食物链中，并与其他物种存在多种食物关系。食物网比食物链更能真实反映生态系统中能量流动和物质循环的复杂性。

③ 营养级 (trophic level)

营养级 是指生态系统中生物在食物链或食物网中所处的层次。生产者属于第一营养级，初级消费者属于第二营养级，次级消费者属于第三营养级，以此类推。同一个营养级上的生物可能属于不同的物种，但它们在生态系统中的功能相似，都以相同营养级以下的生物为食。营养级是生态系统能量流动和物质循环分析的重要概念。

理解能量流动和食物链的原理，有助于我们认识生态系统的结构和功能，分析人类活动对生态系统的影响，为生态环境保护和资源管理提供科学依据。

2.2.3 人类活动对物质循环与能量流动的影响 (Impact of Human Activities on Material Cycles and Energy Flow)

分析人类活动如何干扰和改变自然的物质循环和能量流动过程。

① 人类活动对物质循环的影响

人类活动深刻地影响着地球上的物质循环，主要表现在以下几个方面：

▮ 加速和扰乱碳循环 (accelerating and disrupting carbon cycle)：
▮▮▮▮ⓐ 化石燃料燃烧 (fossil fuel combustion)：大量燃烧煤炭、石油、天然气等化石燃料，将原本长期储存在地下的碳元素以二氧化碳的形式释放到大气中，导致大气二氧化碳浓度迅速升高，打破了自然碳循环的平衡，引发温室效应和气候变化。
▮▮▮▮ⓑ 森林砍伐 (deforestation)：森林是陆地生态系统重要的碳汇 (carbon sink)，森林砍伐减少了陆地生态系统的碳吸收能力，加剧了大气二氧化碳浓度的升高。
▮▮▮▮ⓒ 土地利用变化 (land use change)：土地利用方式的改变，如将森林、草原转化为农田、城市，会改变地表植被覆盖和土壤碳储量，影响陆地生态系统的碳循环。

▮ 干扰氮循环 (disturbing nitrogen cycle)：
▮▮▮▮ⓐ 工业固氮 (industrial nitrogen fixation)：大规模工业合成氨，用于生产化肥，增加了活性氮 (reactive nitrogen) 进入环境的量，超过了自然固氮的水平，导致氮循环失衡。
▮▮▮▮ⓑ 化肥施用 (fertilizer application)：大量施用氮肥，提高了农业生产力，但也导致过量的氮素进入水体和大气，引发水体富营养化、大气污染等环境问题。
▮▮▮▮ⓒ 化石燃料燃烧和生物质燃烧 (fossil fuel and biomass combustion)：燃烧过程产生氮氧化物 (nitrogen oxides, NOx)，是大气污染的重要来源，也参与氮循环过程。

▮ 干扰磷循环 (disturbing phosphorus cycle)：
▮▮▮▮ⓐ 磷矿开采和化肥生产 (phosphate mining and fertilizer production)：大量开采磷矿，用于生产磷肥，增加了磷元素进入环境的量，加速了磷循环。
▮▮▮▮ⓑ 含磷洗涤剂使用 (phosphate detergent use)：使用含磷洗涤剂，导致大量磷进入污水，加剧水体富营养化。
▮▮▮▮ⓒ 土壤侵蚀 (soil erosion)：土壤侵蚀导致土壤中的磷流失，进入水体，影响水质。

▮ 水循环变化 (water cycle change)：
▮▮▮▮ⓐ 水资源过度开发 (overexploitation of water resources)：过度抽取地下水、拦截河流，改变了地表水和地下水的分布和水量，影响水循环过程。
▮▮▮▮ⓑ 土地利用变化 (land use change)：城市化、森林砍伐等土地利用变化，改变了地表径流、下渗和蒸发蒸腾过程，影响区域水循环。
▮▮▮▮ⓒ 气候变化 (climate change)：气候变化导致降水模式改变、极端天气事件增多，影响全球水循环的稳定性和可靠性。

② 人类活动对能量流动的影响

人类活动也对生态系统的能量流动产生显著影响：

▮ 能量输入变化 (change in energy input)：
▮▮▮▮ⓐ 化石燃料利用 (fossil fuel utilization)：人类大量利用化石燃料，将地质时期积累的能量在短时间内释放出来，改变了地球系统的能量平衡。
▮▮▮▮ⓑ 核能利用 (nuclear energy utilization)：核能利用也增加了地球系统的能量输入。
▮▮▮▮ⓒ 可再生能源利用 (renewable energy utilization)：太阳能、风能、水能等可再生能源的利用，是可持续能源发展的方向，但大规模利用也会对局部地区的能量流动产生影响。

▮ 能量流动途径改变 (change in energy flow pathways)：
▮▮▮▮ⓐ 农业生态系统简化 (simplification of agricultural ecosystems)：农业生态系统人为简化了食物链和食物网，能量流动途径变得单一，生态系统稳定性降低。
▮▮▮▮ⓑ 城市生态系统高能耗 (high energy consumption in urban ecosystems)：城市生态系统高度依赖外部能量输入，能量流动效率较低，产生大量的废热和污染。
▮▮▮▮ⓒ 工业生产高能耗 (high energy consumption in industrial production)：工业生产消耗大量能量，产生大量的废热和污染，影响区域能量平衡和环境质量。

▮ 生态系统能量利用效率降低 (decrease in energy utilization efficiency of ecosystems)：
▮▮▮▮ⓐ 生态破坏 (ecological destruction)：森林砍伐、草原退化、湿地破坏等生态破坏，降低了生态系统的生产力和能量利用效率。
▮▮▮▮ⓑ 环境污染 (environmental pollution)：环境污染会影响生物的生长和代谢，降低生态系统的能量流动效率。
▮▮▮▮ⓒ 生物多样性丧失 (biodiversity loss)：生物多样性丧失降低了生态系统的复杂性和稳定性，影响能量流动和物质循环的效率。

人类活动对物质循环和能量流动的干扰和改变，是导致全球环境问题的重要根源。理解这些影响机制，有助于我们采取有效措施，减缓和扭转环境恶化趋势，实现可持续发展。

2.3 生态学原理 (Principles of Ecology)

介绍生态学的基本原理，如种群生态学、群落生态学、生态系统生态学等，为理解生态环境问题提供理论支撑。

2.3.1 种群生态学 (Population Ecology)

讲解种群增长、种群动态、种间关系等种群生态学基本概念。

① 种群 (population) 的概念与特征

种群 (population) 是指在一定空间和时间内，同种生物个体的集合，是生物进化的基本单位，也是生态系统结构和功能的基本单元。种群具有以下主要特征：

▮ 种群密度 (population density)：指单位面积或单位体积内种群的个体数量，是种群最基本的数量特征。种群密度直接影响种群内个体之间的竞争和资源利用。

▮ 出生率 (birth rate) 和死亡率 (death rate)：出生率 指单位时间内种群新出生的个体数量占种群总数量的比例，死亡率 指单位时间内种群死亡的个体数量占种群总数量的比例。出生率和死亡率是决定种群数量变化的关键因素。

▮ 年龄结构 (age structure)：指种群中不同年龄组的个体数量比例。年龄结构可以分为：
▮▮▮▮ⓐ 增长型 (growing type)：幼年个体比例高，老年个体比例低，种群数量趋于增长。
▮▮▮▮ⓑ 稳定型 (stable type)：各年龄组个体比例适中，种群数量相对稳定。
▮▮▮▮ⓒ 衰退型 (declining type)：老年个体比例高，幼年个体比例低，种群数量趋于下降。

▮ 性别比例 (sex ratio)：指种群中雄性和雌性个体的数量比例，影响种群的繁殖能力和增长潜力。

▮ 空间分布型 (spatial distribution pattern)：指种群个体在空间上的分布格局，主要有以下三种类型：
▮▮▮▮ⓐ 均匀型 (uniform distribution)：种群个体分布均匀，个体之间竞争激烈，如人工种植的作物。
▮▮▮▮ⓑ 随机型 (random distribution)：种群个体分布随机，环境资源分布均匀，个体之间互不影响，如森林中的树木。
▮▮▮▮ⓒ 集群型 (clumped distribution)：种群个体呈集群分布，环境资源分布不均，个体之间相互依赖，如群居动物。

② 种群增长 (population growth) 模型

种群数量在一定时期内的变化称为种群增长。种群增长模型主要包括：

▮ “J”型增长 (J-shaped growth)：在理想条件下（资源无限、环境适宜、没有天敌），种群数量呈指数增长，增长曲线呈“J”型。数学模型为：

\[ \frac{dN}{dt} = r_{max}N \]

其中，\(N\) 为种群数量，\(t\) 为时间，\(r_{max}\) 为最大 intrinsic rate of increase (内禀增长率)。 “J”型增长通常发生在环境条件突然改善、种群迁入新环境初期等情况。

▮ “S”型增长 (S-shaped growth)：在自然条件下，环境资源是有限的，种群增长受到环境阻力 (environmental resistance) 的限制。种群数量先快速增长，后增长速率减慢，最终趋于稳定，增长曲线呈“S”型。数学模型为：

\[ \frac{dN}{dt} = r_{max}N \left( \frac{K-N}{K} \right) \]

其中，\(K\) 为环境容纳量 (carrying capacity)，指在特定环境下，种群能够维持的最大数量。 “S”型增长更符合自然界种群增长的实际情况。

③ 种群动态 (population dynamics)

种群动态 是指种群数量随时间变化的规律和过程。种群数量受到多种因素的影响，包括：

▮ 内源性因素 (intrinsic factors)：
▮▮▮▮ⓐ 出生率和死亡率 (birth rate and death rate)：出生率高于死亡率，种群数量增长；死亡率高于出生率，种群数量下降。
▮▮▮▮ⓑ 年龄结构和性别比例 (age structure and sex ratio)：年龄结构和性别比例影响种群的繁殖能力和增长潜力。

▮ 外源性因素 (extrinsic factors)：
▮▮▮▮ⓐ 气候因素 (climatic factors)：温度、降水、光照等气候因素直接或间接影响种群的出生率、死亡率和迁徙。
▮▮▮▮ⓑ 食物资源 (food resources)：食物资源的丰富程度和质量影响种群的生长、繁殖和存活。
▮▮▮▮ⓒ 天敌 (predators)：天敌捕食会直接降低被捕食种群的数量，也可能通过影响被捕食种群的行为和生理，间接影响种群动态。
▮▮▮▮ⓓ 疾病和寄生虫 (diseases and parasites)：疾病和寄生虫会降低种群的健康水平和存活率，影响种群数量。
▮▮▮▮ⓔ 竞争 (competition)：种内竞争 (intraspecific competition) 和种间竞争 (interspecific competition) 都会限制种群数量的增长。

④ 种间关系 (interspecific relationships)

种间关系 是指不同种群之间在共同生活环境中形成的相互作用关系。主要的种间关系类型包括：

▮ 竞争 (competition)：两种或多种生物争夺相同的资源（如食物、空间、光照等），对双方都不利，表现为 “-\,-\( \)” 型关系。

▮ 捕食 (predation)：一种生物（捕食者）捕食另一种生物（被捕食者），对捕食者有利，对被捕食者不利，表现为 “+\,-\( \)” 型关系。

▮ 寄生 (parasitism)：一种生物（寄生者）寄生在另一种生物（寄主）体内或体表，从寄主体内获取营养，对寄生者有利，对寄主不利，表现为 “+\,-\( \)” 型关系。

▮ 互利共生 (mutualism)：两种生物相互依存，彼此互利，对双方都有利，表现为 “+,+\( \)” 型关系，如豆科植物与根瘤菌、地衣中的藻类和真菌。

▮ 偏利共生 (commensalism)：一种生物受益，另一种生物既不受益也不受损，表现为 “+,0\( \)” 型关系，如附生植物附着在树木上。

▮ 偏害共生 (amensalism)：一种生物受损，另一种生物既不受益也不受损，表现为 “-,0\( \)” 型关系，如大型乔木对林下植物的遮蔽作用。

理解种群生态学的基本原理，有助于我们认识种群数量变动的规律，分析种群与环境之间的关系，为生物资源管理和保护提供科学依据。

2.3.2 群落生态学 (Community Ecology)

介绍生物群落的结构、功能、演替等群落生态学基本原理。

① 生物群落 (biological community) 的概念与特征

生物群落 (biological community) 是指在一定区域内，相互之间存在直接或间接关系的各种生物种群的集合。生物群落是生态系统的重要组成部分，具有以下主要特征：

▮ 物种组成 (species composition)：指群落内包含的物种种类和数量。物种组成是群落最基本的特征，反映了群落的物种多样性 (species diversity)。

▮ 群落结构 (community structure)：指群落内不同物种在空间和时间上的分布格局，以及种间关系的组织方式。群落结构包括：
▮▮▮▮ⓐ 水平结构 (horizontal structure)：指群落在水平方向上的分布格局，如斑块状分布、镶嵌分布等。
▮▮▮▮ⓑ 垂直结构 (vertical structure)：指群落在垂直方向上的分层现象，如森林群落的乔木层、灌木层、草本层、地被层。
▮▮▮▮ⓒ 时间结构 (temporal structure)：指群落随时间变化而表现出的动态特征，如昼夜节律、季节变化、年际波动等。

▮ 优势种 (dominant species)：指在群落中数量多、生物量大、作用突出的物种。优势种在群落结构和功能中起主导作用，决定群落的基本面貌和性质。

▮ 建群种 (keystone species)：指对群落结构和功能具有 disproportionately large effect (不成比例的大影响) 的物种。建群种的缺失或改变会对群落产生连锁反应，甚至导致群落结构崩溃。

▮ 群落功能 (community function)：指群落作为一个整体所表现出的生态功能，如物质循环、能量流动、信息传递、生产力、分解力等。

② 群落演替 (community succession)

群落演替 (community succession) 是指在一个区域内，生物群落随时间推移而发生的有规律的、 directional (定向的) 变化过程。群落演替是一个长期而复杂的过程，通常可以分为：

▮ 初生演替 (primary succession)：指在一个 primary barren area (原生裸地) 上发生的演替，如裸岩、沙丘、冰川泥等。初生演替的起始条件是没有任何植被覆盖和土壤基础，演替过程缓慢而漫长。
▮▮▮▮ⓐ 先锋种群 (pioneer community)：演替初期，首先 colonize (定殖) 的是一些 hardy (耐逆) 的生物，如地衣、苔藓、蓝藻等，它们被称为先锋种群。先锋种群能够改良土壤条件，为后续物种的定殖创造条件。
▮▮▮▮ⓑ 中间演替阶段 (intermediate successional stages)：随着土壤条件的改善，草本植物、灌木相继定殖，形成草本群落、灌丛。
▮▮▮▮ⓒ 顶级群落 (climax community)：演替后期，形成相对稳定的、 self-perpetuating (自我维持) 的群落，称为 climax community (顶级群落)，如森林群落。顶级群落的类型受气候、土壤等环境因素的影响。

▮ 次生演替 (secondary succession)：指在原有植被已存在，但由于 disturbance (干扰)（如火灾、洪水、人为破坏等）而使植被受损或消失的区域发生的演替。次生演替的起始条件是已存在土壤和部分生物繁殖体，演替速度较初生演替快。次生演替的过程与初生演替类似，但起始条件和演替速度有所不同。

③ 群落稳定性 (community stability)

群落稳定性 (community stability) 是指群落抵抗外界干扰并维持自身结构和功能相对稳定的能力。群落稳定性包括：

▮ 抵抗力稳定性 (resistance stability)：指群落抵抗外界干扰，保持原有结构和功能不发生显著变化的能力。抵抗力稳定性高的群落，在受到干扰时，变化小，恢复慢。

▮ 恢复力稳定性 (resilience stability)：指群落在受到外界干扰破坏后，恢复到原状或接近原状的能力。恢复力稳定性高的群落，在受到干扰破坏后，恢复快。

群落稳定性受到多种因素的影响，如：

▮ 物种多样性 (species diversity)：一般来说，物种多样性高的群落，食物网复杂，营养结构稳定，抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较高。

▮ 营养结构复杂性 (complexity of trophic structure)：食物网越复杂，营养级越多，群落的自我调节能力越强，稳定性越高。

▮ 环境条件稳定性 (environmental stability)：环境条件稳定的区域，群落演替速度慢，群落结构和功能相对稳定。

理解群落生态学的基本原理，有助于我们认识生物群落的结构、功能和演替规律，分析群落与环境之间的关系，为生态系统管理和保护提供科学依据。

2.3.3 生态系统生态学 (Ecosystem Ecology)

阐述生态系统的结构、功能、动态平衡等生态系统生态学基本理论。

① 生态系统 (ecosystem) 的概念与结构

生态系统 (ecosystem) 是指在一定空间范围内，生物群落与其 living environment (非生物环境) 相互作用形成的 ecological unit (生态学功能单位)。生态系统是生态学研究的核心层次，具有以下结构组成：

▮ 组分 (components)：生态系统由 biotic components (生物组分) 和 abiotic components (非生物组分) 组成。
▮▮▮▮ⓐ 生物组分 (biotic components)：包括生产者 (producers)、消费者 (consumers) 和分解者 (decomposers)。
▮▮▮▮▮▮▮▮⚝ 生产者 (producers)：autotrophs (自养生物)，主要指绿色植物、藻类和某些细菌，通过光合作用或化能合成作用，将无机物转化为有机物，是生态系统的 primary producer (初级生产者)。
▮▮▮▮▮▮▮▮⚝ 消费者 (consumers)：heterotrophs (异养生物)，指不能自己生产有机物，必须直接或间接以生产者或其他消费者为食的生物。消费者包括 herbivore (草食动物)、carnivore (肉食动物)、omnivore (杂食动物) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮⚝ 分解者 (decomposers)：saprophytes (腐生生物)，主要指细菌、真菌等微生物，能够分解动植物残体和排泄物，将有机物转化为无机物。
▮▮▮▮ⓑ 非生物组分 (abiotic components)：包括气候因子 (climatic factors)（光照、温度、降水、风等）、 soil and substrate factors (土壤和基质因子)（土壤类型、 pH 值、矿物质等）、 water (水) 和 inorganic substances (无机物质)（CO₂、H₂O、N、P、K 等）。

▮ 食物链和食物网 (food chains and food webs)：生态系统内不同生物之间由于食物关系而形成的链状或网状结构，反映了能量流动和物质循环的途径。

▮ 营养级 (trophic levels)：生态系统中生物在食物链或食物网中所处的层次，反映了能量和物质传递的等级。

② 生态系统功能 (ecosystem functions)

生态系统功能 (ecosystem functions) 是指生态系统作为一个整体所表现出的各种生态学过程和作用，主要包括：

▮ 能量流动 (energy flow)：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。能量流动是生态系统运行的动力，驱动着物质循环和生物生产。

▮ 物质循环 (material cycling)：生态系统中化学元素或化合物在生物群落与无机环境之间进行的循环运动。物质循环是生态系统维持结构和功能的基础。

▮ 信息传递 (information transfer)：生态系统中生物与生物之间、生物与环境之间通过物理、化学和行为信号进行的信息交流和传递。信息传递维持生态系统的协调和稳定。

▮ 生产力 (productivity)：生态系统在单位时间和单位面积内生产有机物的能力。生产力是衡量生态系统功能的重要指标，包括：
▮▮▮▮ⓐ 初级生产力 (primary productivity)：生产者通过光合作用或化能合成作用，在单位时间和单位面积内固定的能量或生产的有机物量。
▮▮▮▮ⓑ 次级生产力 (secondary productivity)：消费者在单位时间和单位面积内利用初级生产力生产的生物量或积累的能量。
▮▮▮▮ⓒ 总初级生产力 (gross primary productivity, GPP)：生产者在单位时间和单位面积内通过光合作用固定的总能量或生产的总有机物量。
▮▮▮▮ⓓ 净初级生产力 (net primary productivity, NPP)：总初级生产力减去生产者自身呼吸消耗后的剩余部分，是生产者积累的生物量或可供消费者利用的能量。

▮ 分解功能 (decomposition function)：分解者将动植物残体和排泄物分解为无机物，释放养分，参与物质循环。

③ 生态系统动态平衡 (ecosystem homeostasis)

生态系统动态平衡 (ecosystem homeostasis) 是指生态系统在一定范围内，通过自我调节机制，维持结构和功能相对稳定的状态。生态系统具有一定的 self-regulation capacity (自我调节能力)，能够抵抗外界干扰，维持动态平衡。生态系统动态平衡的维持机制主要包括：

▮ 负反馈调节 (negative feedback regulation)：生态系统内部普遍存在的自我调节机制。当生态系统受到外界干扰，偏离平衡状态时，负反馈机制会启动，抑制偏离方向的变化，使系统恢复到平衡状态。例如，草食动物数量增加导致植被减少，植被减少又会限制草食动物的食物来源，导致草食动物数量下降，最终使草食动物和植被数量趋于平衡。

▮ 正反馈调节 (positive feedback regulation)：正反馈机制会放大生态系统偏离平衡状态的变化，加速系统崩溃或状态转变。正反馈在生态系统中相对较少，但有时也起重要作用。例如，气候变暖导致冰川融化，地表反照率降低，吸收更多太阳辐射，进一步加速升温，形成正反馈，加剧气候变暖。

▮ 生态系统的 resilience (恢复力)：生态系统在受到干扰破坏后，恢复到原状或接近原状的能力。恢复力是生态系统稳定性的重要方面，受生态系统结构和功能的影响。

④ 生态系统服务 (ecosystem services)

生态系统服务 (ecosystem services) 是指人类从生态系统获得的各种 benefit (惠益)。生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础，包括：

▮ 供给服务 (provisioning services)：指生态系统提供的物质产品，如食物、水、木材、药材、基因资源等。

▮ 调节服务 (regulating services)：指生态系统对环境的调节作用，如气候调节、水文调节、空气净化、洪水调蓄、土壤保持、病虫害控制、授粉服务等。

▮ 文化服务 (cultural services)：指生态系统提供的文化、审美、 recreation (游憩) 和精神价值，如景观美学、文化遗产、 recreation 机会、精神寄托等。

▮ 支持服务 (supporting services)：指维持其他生态系统服务的基础性生态过程，如养分循环、土壤形成、初级生产力等。

理解生态系统生态学的基本原理，有助于我们从整体和系统的角度认识生态系统的结构、功能和动态，分析人类活动对生态系统的影响，为生态系统管理、保护和可持续利用提供科学理论基础。

3. 环境工程原理 (Principles of Environmental Engineering)

3.1 污染物在环境中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in the Environment)

本节阐述污染物在不同环境介质，如大气、水和土壤中的迁移、转化过程和规律。理解这些过程是进行环境污染控制和管理的基础。污染物一旦进入环境，并非静止不动，而是在各种物理、化学和生物作用下不断运动和变化。掌握这些迁移转化规律，可以预测污染物在环境中的分布和归趋，为污染防治提供科学依据。

3.1.1 污染物在大气中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in the Atmosphere)

大气是污染物迁移转化的重要介质。大气污染物从排放源释放后，会经历扩散 (diffusion)、输送 (transport)、化学转化 (chemical transformation) 和沉降 (deposition) 等复杂过程。

① 大气扩散 (Atmospheric Diffusion)：
大气扩散是指污染物在空气中由于分子运动和湍流混合作用而向周围空间散布的过程。扩散作用使得污染物浓度随距离排放源的增加而降低。描述大气扩散常用的模型包括：

▮▮▮▮ⓐ 高斯扩散模型 (Gaussian dispersion model)：
高斯扩散模型是应用最广泛的大气扩散模型之一，尤其适用于描述稳定和中性大气条件下的污染物扩散。该模型假设污染物浓度在水平和垂直方向上均呈高斯 (正态) 分布。点源排放的高斯烟羽模型公式如下：

                                
                                    

                            
1
                            
C(x, y, z) = [Q / (2πσ_yσ_z u)] * exp[-(y^2 / 2σ_y^2)] * {exp[-(z-H)^2 / 2σ_z^2] + exp[-(z+H)^2 / 2σ_z^2]}
                        
                                
                            

\[ C(x, y, z) = \frac{Q}{2\pi \sigma_y \sigma_z u} \exp\left(-\frac{y^2}{2\sigma_y^2}\right) \left\{ \exp\left(-\frac{(z-H)^2}{2\sigma_z^2}\right) + \exp\left(-\frac{(z+H)^2}{2\sigma_z^2}\right) \right\} \]

其中：
⚝ \( C(x, y, z) \) 为空间坐标 \((x, y, z)\) 处的污染物浓度，单位通常为 \( \mu g/m^3 \) 或 \( ppm \)。
⚝ \( Q \) 为污染物排放速率，单位通常为 \( g/s \) 或 \( kg/h \)。
⚝ \( u \) 为平均风速，单位通常为 \( m/s \)。
⚝ \( H \) 为有效源高度，包括烟囱高度和烟羽抬升高度，单位为 \( m \)。
⚝ \( \sigma_y \) 和 \( \sigma_z \) 分别为水平和垂直方向的扩散参数，是关于下风向距离 \( x \) 的函数，反映了大气湍流的强度。
⚝ \( x \) 为下风向距离， \( y \) 为侧风向距离， \( z \) 为垂直高度，单位均为 \( m \)。

高斯模型的优点是数学形式简洁，参数相对容易确定，计算速度快。但其局限性在于假设条件较理想化，例如要求地形平坦、风场均匀、排放源稳定等，在复杂地形和气象条件下，其预测精度会降低。

▮▮▮▮ⓑ 箱模式 (Box model)：
箱模式是一种简化的扩散模型，将研究区域视为一个三维的“箱子”，假设污染物在箱内均匀混合。箱模式常用于区域尺度的大气污染估算。其基本公式为：

                                
                                    

                            
1
                            
V * dC/dt = Q - k * C * V - (u * h * L) * C
                        
                                
                            

\[ V \frac{dC}{dt} = Q - kCV - (uhL)C \]

其中：
⚝ \( V \) 为箱子的体积，单位为 \( m^3 \)。
⚝ \( C \) 为箱内污染物的平均浓度。
⚝ \( t \) 为时间。
⚝ \( Q \) 为污染物进入箱子的总速率。
⚝ \( k \) 为污染物在箱内的去除速率常数（如化学反应、沉降等）。
⚝ \( u \) 为风速。
⚝ \( h \) 为箱子的高度。
⚝ \( L \) 为箱子的水平长度。

箱模式的优点是简单易用，所需输入参数少，适用于初步估算和教学演示。缺点是过于简化，忽略了箱内浓度分布的不均匀性，精度较低。

② 化学转化 (Chemical Transformation)：
大气中的污染物会发生各种化学反应，改变其化学形态和毒性。重要的大气化学转化过程包括：

▮▮▮▮ⓐ 光化学反应 (Photochemical Reactions)：
在太阳光照射下，某些大气污染物会发生光化学反应，产生二次污染物。例如，臭氧 (O₃) 的光化学生成是光化学烟雾 (photochemical smog) 的主要成因。氮氧化物 (NOₓ) 和挥发性有机物 (VOCs) 在紫外线辐射下，经过一系列复杂反应生成臭氧、PAN (过氧乙酰硝酸酯, peroxyacetyl nitrate) 等光化学氧化剂。

                                
                                    

                            
1
                            
NO₂ + hv → NO + O
                        

                            
2
                            
O + O₂ + M → O₃ + M   (M is a third molecule, e.g., N₂, O₂)
                        
                                
                            

\[ \begin{aligned} & \text{NO}_2 + h\nu \rightarrow \text{NO} + \text{O} \\ & \text{O} + \text{O}_2 + \text{M} \rightarrow \text{O}_3 + \text{M} \quad (\text{M is a third molecule, e.g., N}_2, \text{O}_2) \end{aligned} \]

▮▮▮▮ⓑ 氧化反应 (Oxidation Reactions)：
许多大气污染物会被大气中的氧化剂氧化，如臭氧 (O₃)、羟基自由基 (·OH)、过氧化氢 (H₂O₂) 等。例如，二氧化硫 (SO₂) 可以被氧化成三氧化硫 (SO₃)，进而与水蒸气反应生成硫酸 (H₂SO₄)，形成酸雨 (acid rain)。

                                
                                    

                            
1
                            
SO₂ + O₃ → SO₃ + O₂
                        

                            
2
                            
SO₃ + H₂O → H₂SO₄
                        
                                
                            

\[ \begin{aligned} & \text{SO}_2 + \text{O}_3 \rightarrow \text{SO}_3 + \text{O}_2 \\ & \text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 \end{aligned} \]

③ 沉降 (Deposition)：
大气污染物最终会通过沉降过程从大气中去除，返回到地球表面。沉降分为干沉降 (dry deposition) 和湿沉降 (wet deposition) 两种方式。

▮▮▮▮ⓐ 干沉降 (Dry Deposition)：
干沉降是指大气污染物在干燥条件下，通过重力沉降、湍流扩散、惯性碰撞、拦截和扩散等机制，直接沉降到地面或植被表面的过程。颗粒物 (particulate matter, PM) 的重力沉降是干沉降的重要方式。气态污染物也可以通过吸附、吸收等作用发生干沉降。

▮▮▮▮ⓑ 湿沉降 (Wet Deposition)：
湿沉降是指大气污染物被雨、雪、雾、露等降水吸收或冲刷，随降水一起降落到地面的过程。酸雨就是典型的湿沉降现象，大气中的酸性污染物如硫酸 (H₂SO₄) 和硝酸 (HNO₃) 被雨水吸收，导致降水pH值降低。颗粒物也可以作为凝结核参与湿沉降过程。

了解大气污染物的迁移转化过程，有助于制定有效的大气污染控制策略，例如控制污染物排放源、优化工业布局、采取区域联防联控措施等。

3.1.2 污染物在水体中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in Water Bodies)

水体是另一个重要的环境介质，污染物进入水体后，也会经历一系列迁移转化过程，包括稀释 (dilution) 和扩散 (dispersion)、水解 (hydrolysis)、生物降解 (biodegradation)、吸附 (adsorption)、沉淀 (sedimentation) 和挥发 (volatilization) 等。

① 稀释和扩散 (Dilution and Dispersion)：
当污染物排入河流、湖泊或海洋等水体后，由于水体的流动和湍流作用，污染物浓度会逐渐降低，并向周围水域扩散。稀释和扩散是水体自净能力的重要组成部分。

▮▮▮▮ⓐ 稀释 (Dilution)：
稀释是污染物与清洁水体混合的过程，导致污染物浓度降低。稀释效果与排放量、水体流量和混合程度有关。对于河流，排放口下游的污染物浓度可以用混合模型估算。

▮▮▮▮ⓑ 扩散 (Dispersion)：
扩散是污染物在水体中由于分子运动和湍流作用而分散的过程。扩散作用使得污染物从高浓度区域向低浓度区域转移，最终趋于均匀分布。扩散速率与水体湍流强度和污染物的分子扩散系数有关。

② 水解 (Hydrolysis)：
水解是指污染物与水分子发生化学反应，导致污染物分子结构改变的过程。许多有机污染物，如酯类、酰胺类和卤代烃等，容易发生水解反应。水解产物可能毒性降低，也可能产生新的环境问题。

例如，有机磷农药马拉硫磷 (malathion) 在水中可以水解生成毒性较低的马拉氧磷 (malaoxon) 和其他产物。

                                
                                    

                            
1
                            
Malathion + H₂O → Malaoxon + ...
                        
                                
                            

\[ \text{Malathion} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Malaoxon} + ... \]

③ 生物降解 (Biodegradation)：
生物降解是指微生物利用污染物作为营养物质或能量来源，将其分解转化为无毒或低毒物质的过程。生物降解是水体自净能力的关键机制，也是污水生物处理的核心原理。生物降解可以分为好氧生物降解 (aerobic biodegradation) 和厌氧生物降解 (anaerobic biodegradation)。

▮▮▮▮ⓐ 好氧生物降解 (Aerobic Biodegradation)：
好氧生物降解是指在有氧条件下，微生物利用氧气作为电子受体，将有机污染物氧化分解的过程。好氧生物降解速率快，降解程度高，是自然水体和污水处理厂中主要的生物降解方式。

                                
                                    

                            
1
                            
Organic Pollutants + O₂ + Microorganisms → CO₂ + H₂O + Biomass + ...
                        
                                
                            

\[ \text{Organic Pollutants} + \text{O}_2 + \text{Microorganisms} \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{Biomass} + ... \]

▮▮▮▮ⓑ 厌氧生物降解 (Anaerobic Biodegradation)：
厌氧生物降解是指在无氧条件下，微生物利用其他物质（如硝酸根、硫酸根、二氧化碳等）作为电子受体，将有机污染物分解的过程。厌氧生物降解速率相对较慢，但对于某些难降解有机物或高浓度有机废水，厌氧生物处理是有效的选择。

                                
                                    

                            
1
                            
Organic Pollutants + Electron Acceptors + Anaerobic Microorganisms → CH₄ + CO₂ + H₂S + ...
                        
                                
                            

\[ \text{Organic Pollutants} + \text{Electron Acceptors} + \text{Anaerobic Microorganisms} \rightarrow \text{CH}_4 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{S} + ... \]

④ 吸附 (Adsorption)：
吸附是指污染物从水相转移到固相表面的过程。水体中的悬浮物、底泥和水生生物等都可以吸附污染物。吸附作用可以降低水中污染物的浓度，但被吸附的污染物可能在条件改变时重新释放出来，造成二次污染。

⑤ 沉淀 (Sedimentation)：
沉淀是指污染物以颗粒态形式，由于重力作用从水体中沉降到底泥的过程。颗粒态污染物，如悬浮物、重金属沉淀物等，容易发生沉淀。沉淀作用可以将污染物从水相转移到固相，但底泥中的污染物可能长期存在，并对底栖生物产生影响。

⑥ 挥发 (Volatilization)：
挥发是指液态或固态污染物转化为气态，从水体表面逸散到大气中的过程。挥发性有机物 (VOCs)，如苯系物、卤代烃等，容易发生挥发。挥发作用可以将污染物从水体转移到大气，减轻水污染，但可能造成大气污染。

了解污染物在水体中的迁移转化过程，有助于评估水污染的程度和风险，选择合理的水污染控制技术，例如污水处理、水体修复和流域管理等。

3.1.3 污染物在土壤中的迁移转化 (Migration and Transformation of Pollutants in Soil)

土壤是陆地生态系统的基础，也是污染物的重要受体和迁移转化场所。污染物进入土壤后，会经历吸附 (adsorption) 和解吸 (desorption)、淋溶 (leaching) 和迁移 (transport)、生物降解 (biodegradation) 和化学降解 (chemical degradation) 等过程。

① 吸附和解吸 (Adsorption and Desorption)：
土壤颗粒，特别是土壤中的有机质和黏土矿物，具有很强的吸附能力，可以吸附多种污染物，如重金属、有机农药、多环芳烃 (PAHs) 等。吸附作用可以降低土壤溶液中污染物的浓度，减少其生物有效性，但也可能导致污染物在土壤中的长期积累。解吸是吸附的逆过程，指被吸附的污染物从土壤颗粒表面释放到土壤溶液中的过程。吸附和解吸过程受多种因素影响，如土壤性质 (pH值, 有机质含量, 黏土矿物类型等)、污染物性质 (溶解度, 极性, 分子结构等) 和环境条件 (温度, 湿度等)。

吸附过程可以用吸附等温线 (adsorption isotherm) 描述，常用的吸附等温线模型包括：

▮▮▮▮ⓐ 线性模型 (Linear Model)：

                                
                                    

                            
1
                            
q_e = K_d * C_e
                        
                                
                            

\[ q_e = K_d C_e \]

▮▮▮▮ⓑ Freundlich 模型 (Freundlich Model)：

                                
                                    

                            
1
                            
q_e = K_F * C_e^(1/n)
                        
                                
                            

\[ q_e = K_F C_e^{1/n} \]

▮▮▮▮ⓒ Langmuir 模型 (Langmuir Model)：

                                
                                    

                            
1
                            
q_e = (q_m * K_L * C_e) / (1 + K_L * C_e)
                        
                                
                            

\[ q_e = \frac{q_m K_L C_e}{1 + K_L C_e} \]

其中：
⚝ \( q_e \) 为平衡吸附量，表示单位质量土壤吸附的污染物量。
⚝ \( C_e \) 为平衡溶液浓度，表示溶液中剩余的污染物浓度。
⚝ \( K_d \) 为线性分配系数。
⚝ \( K_F \) 和 \( n \) 为 Freundlich 常数。
⚝ \( q_m \) 为 Langmuir 最大吸附量。
⚝ \( K_L \) 为 Langmuir 吸附平衡常数。

② 淋溶和迁移 (Leaching and Transport)：
淋溶是指土壤中的污染物在降水或灌溉水的作用下，向下迁移进入地下水的过程。淋溶作用是土壤污染物进入地下水的主要途径。污染物的淋溶潜力取决于其溶解度、吸附性、降水量和土壤渗透性等因素。土壤中污染物的迁移过程受到土壤水分运动和污染物自身特性的共同影响。描述土壤中溶质运移的常用模型是溶质运移方程 (solute transport equation)，考虑了对流 (advection)、弥散 (dispersion) 和反应 (reaction) 等过程。

一维稳态流条件下，考虑吸附的溶质运移方程可以简化为：

                                
                                    

                            
1
                            
R * ∂C/∂t = -v * ∂C/∂x + D * ∂²C/∂x² - μ * C
                        
                                
                            

\[ R \frac{\partial C}{\partial t} = -v \frac{\partial C}{\partial x} + D \frac{\partial^2 C}{\partial x^2} - \mu C \]

其中：
⚝ \( R \) 为阻滞因子 (retardation factor)，考虑了吸附对溶质运移的阻滞作用。
⚝ \( C \) 为污染物浓度。
⚝ \( t \) 为时间。
⚝ \( x \) 为运移距离。
⚝ \( v \) 为土壤水流速度。
⚝ \( D \) 为水力弥散系数。
⚝ \( μ \) 为污染物的一阶降解速率常数。

③ 生物降解和化学降解 (Biodegradation and Chemical Degradation)：
土壤中的微生物和化学反应可以降解污染物，降低其毒性和环境风险。生物降解是土壤自净能力的重要组成部分，土壤微生物可以利用多种有机污染物作为碳源和能源进行代谢。化学降解包括水解、氧化还原、光解等反应，可以改变污染物的化学结构，降低其毒性或将其转化为更易降解的物质。土壤中污染物的降解速率受多种因素影响，如污染物性质、土壤微生物活性、土壤理化性质和环境条件等。

了解污染物在土壤中的迁移转化过程，有助于评估土壤污染的程度和风险，选择合适的土壤修复技术，例如植物修复 (phytoremediation)、生物修复 (bioremediation)、化学淋洗 (soil washing) 和热脱附 (thermal desorption) 等。同时，合理规划土地利用，控制污染源排放，可以有效预防土壤污染。

3.2 环境工程单元操作 (Unit Operations in Environmental Engineering)

环境工程单元操作 (unit operations) 是指在环境工程领域中，为实现特定环境目标，例如污染物去除、资源回收等，所采用的基本物理、化学和生物过程。单元操作是构成环境工程工艺流程的基本单元，通过不同单元操作的组合和优化，可以构建各种复杂的环境工程系统，例如污水处理厂、大气污染控制设施和固体废物处理厂等。

3.2.1 物理单元操作 (Physical Unit Operations)

物理单元操作是利用物质的物理性质差异，例如密度、粒径、挥发性等，实现污染物分离或浓度改变的单元操作。常用的物理单元操作包括沉淀 (sedimentation)、过滤 (filtration)、分离 (separation) 和浓缩 (concentration) 等。

① 沉淀 (Sedimentation)：
沉淀是利用重力作用，使悬浮液中密度大于水的颗粒物沉降分离的单元操作。沉淀主要用于去除水中较大的悬浮固体颗粒，例如砂粒、絮凝体等。沉淀过程可分为自由沉淀 (free settling) 和絮凝沉淀 (flocculent settling)。

▮▮▮▮ⓐ 自由沉淀 (Free Settling)：
自由沉淀是指颗粒在沉降过程中，不受周围颗粒干扰，独立沉降的现象。自由沉淀速度 (settling velocity, \(v_s\)) 可以用斯托克斯公式 (Stokes' Law) 估算，适用于球形颗粒，雷诺数 \(Re < 1\)。

                                
                                    

                            
1
                            
v_s = (g * (ρ_p - ρ_f) * d_p²) / (18μ)
                        
                                
                            

\[ v_s = \frac{g (\rho_p - \rho_f) d_p^2}{18\mu} \]

其中：
⚝ \( v_s \) 为颗粒沉降速度。
⚝ \( g \) 为重力加速度。
⚝ \( ρ_p \) 为颗粒密度。
⚝ \( ρ_f \) 为流体密度。
⚝ \( d_p \) 为颗粒直径。
⚝ \( μ \) 为流体动力粘度。

▮▮▮▮ⓑ 絮凝沉淀 (Flocculent Settling)：
絮凝沉淀是指在水中投加絮凝剂 (coagulant)，使细小悬浮颗粒凝聚成较大絮体 (floc)，然后通过重力沉降分离的过程。絮凝沉淀可以有效去除水中难以自然沉降的胶体颗粒和细小悬浮物。常用的絮凝剂包括无机絮凝剂 (如 alum (明矾), ferric chloride (氯化铁)) 和有机高分子絮凝剂 (如 polyacrylamide (聚丙烯酰胺, PAM))。

常用的沉淀池类型包括：

⚝ 平流沉淀池 (Horizontal Flow Sedimentation Tank)：水流水平方向流动，颗粒在重力作用下沉降。
⚝ 竖流沉淀池 (Vertical Flow Sedimentation Tank)：水流垂直方向流动，颗粒逆流沉降。
⚝ 辐流沉淀池 (Radial Flow Sedimentation Tank)：水流从中心向四周呈辐射状流动，颗粒向中心或周边沉降。

② 过滤 (Filtration)：
过滤是利用多孔介质，截留悬浮液中的固体颗粒，实现固液分离的单元操作。过滤广泛应用于饮用水处理、污水处理和工业废气净化等领域。根据过滤介质和驱动力的不同，过滤可分为多种类型。

▮▮▮▮ⓐ 砂滤 (Sand Filtration)：
砂滤是以砂作为滤料的过滤方式，常用于饮用水处理和污水深度处理。砂滤可以去除水中的悬浮物、细菌和部分有机物。根据水流方向，砂滤可分为重力式砂滤 (gravity sand filter) 和压力式砂滤 (pressure sand filter)。

▮▮▮▮ⓑ 膜滤 (Membrane Filtration)：
膜滤是利用具有选择性渗透功能的膜，在压力差驱动下，实现物质分离的单元操作。膜滤技术包括微滤 (microfiltration, MF)、超滤 (ultrafiltration, UF)、纳滤 (nanofiltration, NF) 和反渗透 (reverse osmosis, RO) 等，可以去除水中的颗粒物、胶体、细菌、病毒、溶解性有机物和无机盐等。膜滤技术具有分离效率高、能耗低、操作简便等优点，是水处理领域的重要发展方向。

③ 分离和浓缩 (Separation and Concentration)：
分离和浓缩是指利用物质的物理性质差异，将混合物中的组分分离出来，或提高目标组分的浓度的单元操作。常用的分离和浓缩方法包括：

▮▮▮▮ⓐ 蒸馏 (Distillation)：
蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点差异，通过蒸发和冷凝操作，实现组分分离的单元操作。蒸馏广泛应用于海水淡化、有机溶剂回收和化工产品提纯等领域。

▮▮▮▮ⓑ 蒸发 (Evaporation)：
蒸发是利用加热或其他方式，使液体汽化，与固体或其他液体分离的单元操作。蒸发常用于溶液浓缩、结晶和干燥等过程。

▮▮▮▮ⓒ 膜分离 (Membrane Separation)：
膜分离技术不仅可以用于过滤，也可以用于分离和浓缩。例如，反渗透膜可以用于海水淡化，将海水中的盐分分离出来，获得淡水；纳滤膜可以用于去除水中的多价离子，实现水的软化和脱盐。

物理单元操作是环境工程技术的基础，其原理和应用贯穿于各种环境工程领域。合理选择和优化物理单元操作，可以有效去除污染物，实现资源回收，提高环境工程系统的效率和经济性。

3.2.2 化学单元操作 (Chemical Unit Operations)

化学单元操作是利用化学反应原理，改变污染物的化学形态，实现污染物去除或资源回收的单元操作。常用的化学单元操作包括化学沉淀 (chemical precipitation)、氧化还原 (oxidation-reduction)、中和 (neutralization) 和化学吸附 (chemical adsorption) 等。

① 化学沉淀 (Chemical Precipitation)：
化学沉淀是通过投加化学药剂，使溶解性污染物与药剂发生化学反应，生成难溶性沉淀物，然后通过沉淀或过滤等物理方法分离去除的单元操作。化学沉淀主要用于去除水中的重金属离子、磷酸盐等无机污染物。

▮▮▮▮ⓐ 石灰沉淀法 (Lime Precipitation)：
石灰沉淀法是投加石灰 (CaO 或 Ca(OH)₂) 作为沉淀剂，去除水中重金属离子和磷酸盐的常用方法。石灰与重金属离子反应生成氢氧化物沉淀，与磷酸盐反应生成磷酸钙沉淀。石灰沉淀法具有药剂廉价易得、处理效果好等优点，但产生污泥量大，污泥处理难度较大。

                                
                                    

                            
1
                            
Ca(OH)₂ + M²⁺ → M(OH)₂(s) + Ca²⁺   (M²⁺ represents heavy metal ions)
                        

                            
2
                            
3Ca(OH)₂ + 2PO₄³⁻ → Ca₃(PO₄)₂(s) + 6OH⁻
                        
                                
                            

\[ \begin{aligned} & \text{Ca(OH)}_2 + \text{M}^{2+} \rightarrow \text{M(OH)}_2(s) + \text{Ca}^{2+} \quad (\text{M}^{2+} \text{ represents heavy metal ions}) \\ & 3\text{Ca(OH)}_2 + 2\text{PO}_4^{3-} \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2(s) + 6\text{OH}^- \end{aligned} \]

▮▮▮▮ⓑ 铁盐沉淀法 (Ferric Salt Precipitation)：
铁盐沉淀法是投加铁盐 (如 FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃) 作为沉淀剂，去除水中磷酸盐和硫化物的常用方法。铁盐与磷酸盐反应生成磷酸铁沉淀，与硫化物反应生成硫化铁沉淀。铁盐沉淀法具有沉淀效果好、沉淀物易于分离等优点，但铁盐腐蚀性较强，药剂成本较高。

                                
                                    

                            
1
                            
FeCl₃ + PO₄³⁻ → FePO₄(s) + 3Cl⁻
                        

                            
2
                            
2FeCl₃ + 3S²⁻ → Fe₂S₃(s) + 6Cl⁻
                        
                                
                            

\[ \begin{aligned} & \text{FeCl}_3 + \text{PO}_4^{3-} \rightarrow \text{FePO}_4(s) + 3\text{Cl}^- \\ & 2\text{FeCl}_3 + 3\text{S}^{2-} \rightarrow \text{Fe}_2\text{S}_3(s) + 6\text{Cl}^- \end{aligned} \]

② 氧化还原 (Oxidation-Reduction)：
氧化还原是利用氧化剂或还原剂，改变污染物的氧化态，使其转化为毒性较低或易于去除的物质的单元操作。氧化还原广泛应用于水处理和废气处理领域。

▮▮▮▮ⓐ 氧化 (Oxidation)：
氧化是利用氧化剂，将还原性污染物氧化为氧化态物质的过程。常用的氧化剂包括氯气 (Cl₂)、臭氧 (O₃)、过氧化氢 (H₂O₂) 和高锰酸钾 (KMnO₄) 等。氧化技术常用于去除水中的有机污染物、氰化物、硫化物和氨氮等。高级氧化技术 (advanced oxidation processes, AOPs) 是近年来发展迅速的氧化技术，利用羟基自由基 (·OH) 等强氧化剂，可以高效降解难降解有机污染物。

▮▮▮▮ⓑ 还原 (Reduction)：
还原是利用还原剂，将氧化性污染物还原为还原态物质的过程。常用的还原剂包括亚硫酸钠 (Na₂SO₃)、硫代硫酸钠 (Na₂S₂O₃) 和活性炭 (activated carbon) 等。还原技术常用于去除水中的六价铬 (Cr(VI))、硝酸盐 (NO₃⁻) 和余氯等。

③ 中和 (Neutralization)：
中和是利用酸或碱，调节废水pH值至中性范围 (pH 6-9) 的单元操作。中和是废水处理的预处理或后处理步骤，可以为后续生物处理或排放创造适宜的pH条件。酸性废水通常用碱性物质 (如石灰、氢氧化钠、碳酸钠) 中和，碱性废水通常用酸性物质 (如硫酸、盐酸) 中和。

④ 化学吸附 (Chemical Adsorption)：
化学吸附是利用吸附剂表面的化学活性位点，与污染物发生化学反应，从而将污染物吸附去除的单元操作。化学吸附与物理吸附的区别在于，化学吸附过程中存在化学键的形成，吸附力较强，吸附选择性较高。常用的化学吸附剂包括活性炭、改性黏土矿物和金属氧化物等。例如，活性炭负载金属氧化物可以用于去除水中的重金属离子和硫化氢等。

化学单元操作是环境工程技术的重要组成部分，其应用和发展为解决各种环境污染问题提供了多样化的技术手段。在实际应用中，需要根据污染物的性质和处理目标，合理选择和组合化学单元操作，并优化操作条件，以达到最佳的处理效果和经济效益。

3.2.3 生物单元操作 (Biological Unit Operations)

生物单元操作是利用微生物的代谢功能，降解污染物或转化物质的单元操作。生物单元操作是污水处理和固体废物处理的核心技术，具有处理成本低、环境友好等优点。常用的生物单元操作包括好氧生物处理 (aerobic biological treatment) 和厌氧生物处理 (anaerobic biological treatment)。

① 好氧生物处理 (Aerobic Biological Treatment)：
好氧生物处理是指在有氧条件下，利用好氧微生物降解有机污染物的单元操作。好氧生物处理是污水生物处理中最常用的方法，适用于处理可生物降解的有机废水。常用的好氧生物处理工艺包括活性污泥法 (activated sludge process)、生物滤池 (biofilter) 和生物转盘 (rotating biological contactor, RBC) 等。

▮▮▮▮ⓐ 活性污泥法 (Activated Sludge Process)：
活性污泥法是污水好氧生物处理的典型代表，其基本原理是培养高浓度活性污泥，利用活性污泥中的微生物群体吸附、氧化分解污水中的有机污染物。活性污泥法工艺灵活、处理效率高，广泛应用于城市污水和工业废水处理。活性污泥法工艺的核心设备是曝气池 (aeration tank) 和二沉池 (secondary settling tank)。在曝气池中，污水与活性污泥混合，并通入空气或氧气，维持好氧条件，促进微生物降解有机物。混合液从曝气池流出后进入二沉池，活性污泥沉降分离，上清液为处理后的出水，沉淀的活性污泥部分回流至曝气池，保持曝气池内活性污泥浓度。

▮▮▮▮ⓑ 生物滤池 (Biofilter)：
生物滤池是利用滤料表面生长的生物膜 (biofilm) 处理污水的生物处理工艺。污水通过滤料层时，生物膜吸附并降解污水中的有机污染物。生物滤池具有结构简单、运行稳定、管理方便等优点，适用于处理规模较小、水质要求较高的污水。常用的生物滤池滤料包括砂、砾石、焦炭和塑料填料等。

▮▮▮▮ⓒ 生物转盘 (Rotating Biological Contactor, RBC)：
生物转盘是一种生物膜法污水处理工艺，由部分浸没在污水中的转盘组成，转盘表面生长生物膜。转盘缓慢转动，使生物膜交替接触污水和空气，实现有机污染物的去除。生物转盘具有能耗低、运行稳定、维护简单等特点，适用于中小规模污水处理。

② 厌氧生物处理 (Anaerobic Biological Treatment)：
厌氧生物处理是指在无氧条件下，利用厌氧微生物降解有机污染物的单元操作。厌氧生物处理主要用于处理高浓度有机废水和污泥，可以将有机物转化为甲烷 (CH₄) 和二氧化碳 (CO₂)，实现能源回收。常用的厌氧生物处理工艺包括厌氧消化 (anaerobic digestion) 和 UASB 反应器 (upflow anaerobic sludge blanket reactor, 上流式厌氧污泥床反应器) 等。

▮▮▮▮ⓐ 厌氧消化 (Anaerobic Digestion)：
厌氧消化是利用厌氧微生物，在无氧条件下，将有机物分解转化为甲烷和二氧化碳等产物的过程。厌氧消化广泛应用于污泥处理、有机固体废物处理和高浓度有机废水处理。厌氧消化过程复杂，涉及多个微生物群体和代谢步骤，主要包括水解 (hydrolysis)、酸化 (acidogenesis)、产乙酸 (acetogenesis) 和产甲烷 (methanogenesis) 四个阶段。

▮▮▮▮ⓑ UASB 反应器 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor)：
UASB 反应器是一种高效厌氧生物处理工艺，其特点是形成颗粒污泥 (granular sludge) 和三相分离器 (gas-solid-liquid separator)。污水从反应器底部向上流经污泥床，有机污染物被颗粒污泥中的厌氧微生物降解。产生的沼气 (biogas) 通过三相分离器收集，处理后的出水从反应器顶部排出。UASB 反应器具有处理效率高、污泥产量低、运行稳定等优点，广泛应用于食品、造纸、制药等行业的工业废水处理。

生物单元操作是环境工程领域的重要组成部分，其发展和应用为解决水污染、固体废物污染和土壤污染等问题提供了经济有效的技术途径。随着生物技术和环境工程的不断发展，新型生物单元操作技术，如膜生物反应器 (membrane bioreactor, MBR)、生物滴滤池 (trickling biofilter) 和人工湿地 (constructed wetland) 等，也在不断涌现，为环境污染控制和生态环境保护提供更多选择。

3.3 清洁生产与污染预防 (Cleaner Production and Pollution Prevention)

清洁生产 (cleaner production) 和污染预防 (pollution prevention) 是现代环境管理的重要理念和策略，强调从源头减少污染物产生，提高资源利用效率，实现经济发展与环境保护的协调统一。清洁生产侧重于生产过程的优化和改进，污染预防则更加强调全过程、多层次的污染控制。

3.3.1 清洁生产的概念与原则 (Concept and Principles of Cleaner Production)

清洁生产是指将综合预防的环境策略持续应用于生产过程、产品和服务，以减少对人类和环境的风险。对于生产过程，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒有害原材料，在所有排放物和废物离开生产过程之前，尽可能减少其数量和毒性。对于产品，清洁生产旨在减少产品整个生命周期 (life cycle) 内的环境影响，从原材料提取到产品最终处置。对于服务，清洁生产是指将环境因素纳入服务的设计和交付中。

清洁生产的核心原则是“3R”原则，即减量化 (reduce)、再利用 (reuse) 和再循环 (recycle)。

① 减量化 (Reduce)：
减量化是清洁生产的首要原则，指从源头减少资源消耗和污染物产生。减量化措施包括：

▮▮▮▮ⓐ 源头减排 (Source Reduction)：
通过改进生产工艺、优化设备、采用低污染或无污染原材料等措施，从源头减少污染物的产生。例如，采用水基涂料替代溶剂型涂料，可以减少挥发性有机物 (VOCs) 排放；优化燃烧工艺，可以减少氮氧化物 (NOₓ) 和烟尘排放。

▮▮▮▮ⓑ 过程控制 (Process Control)：
通过加强生产过程管理，优化操作参数，减少物料和能源的浪费，降低污染物产生强度。例如，精细化化学品配料，减少化学品用量；优化生产过程控制系统，减少废品率；加强设备维护保养，减少泄漏和跑冒滴漏。

② 再利用 (Reuse)：
再利用是指将生产过程中产生的废物或副产品，经过简单处理后，重新用于原生产过程或其他生产过程，延长物料使用寿命，减少废物排放。例如，将冷却循环水处理后循环使用；将清洗废水处理后用于绿化或冲厕；将生产过程中产生的边角料或废料回收利用。

③ 再循环 (Recycle)：
再循环是指将生产过程中产生的废物或废旧产品，经过回收、加工处理后，重新作为原材料或产品使用，实现资源循环利用。再循环包括物料再循环和能量再循环。例如，废纸回收造纸；废塑料回收再生塑料；废金属回收冶炼；废弃物焚烧发电。

除了“3R”原则，清洁生产还强调以下原则：

⚝ 预防为主 (Prevention First)：优先采取预防措施，从源头减少污染物产生，而不是末端治理。
⚝ 全过程控制 (Process Control)：将环境因素纳入产品和服务的全生命周期管理，从设计、生产、销售、使用到废弃处置，全过程减少环境影响。
⚝ 持续改进 (Continuous Improvement)：清洁生产是一个持续改进的过程，企业应不断评估和改进生产过程，寻找新的清洁生产机会，实现环境绩效的持续提升。
⚝ 综合效益 (Integrated Benefits)：清洁生产不仅带来环境效益，还能带来经济效益和社会效益，提高企业竞争力，促进可持续发展。

3.3.2 清洁生产技术 (Cleaner Production Technologies)

清洁生产技术的应用是实现清洁生产目标的关键。清洁生产技术涵盖多个领域，主要包括源头减排技术、过程控制技术和资源综合利用技术。

① 源头减排技术 (Source Reduction Technologies)：
源头减排技术是指在生产过程的源头，通过技术创新和工艺改进，减少污染物产生或消除有毒有害物质的技术。常用的源头减排技术包括：

▮▮▮▮ⓐ 工艺优化 (Process Optimization)：
通过优化生产工艺流程、改进设备结构、提高工艺参数控制水平等措施，减少原材料消耗和污染物产生。例如，采用连续化生产替代间歇式生产，可以减少物料损耗和清洗废水量；采用密闭化生产设备，可以减少物料挥发和泄漏。

▮▮▮▮ⓑ 原材料替代 (Raw Material Substitution)：
采用低污染或无污染原材料替代有毒有害原材料，从源头消除或减少污染物产生。例如，采用水性涂料、水性油墨替代溶剂型涂料、油墨；采用天然纤维替代合成纤维；采用可降解塑料替代难降解塑料。

② 过程控制技术 (Process Control Technologies)：
过程控制技术是指在生产过程中，通过自动化、信息化等技术手段，实现生产过程的精确控制和优化运行，减少资源浪费和污染物排放的技术。常用的过程控制技术包括：

▮▮▮▮ⓐ 自动化控制 (Automation Control)：
采用自动化控制系统，实现生产过程的自动监测、自动调节和优化控制，提高生产效率，减少人为操作失误，降低污染物排放。例如，采用自动化配料系统，精确控制物料配比，减少物料浪费；采用自动化生产线，提高生产效率，降低单位产品能耗和物耗。

▮▮▮▮ⓑ 泄漏检测与修复 (Leak Detection and Repair, LDAR)：
针对生产过程中可能发生的物料泄漏，采用先进的检测技术，及时发现泄漏点，并采取有效措施进行修复，减少物料泄漏和污染物排放。LDAR 技术广泛应用于石油化工、天然气、制药等行业，可以有效控制挥发性有机物 (VOCs) 和有毒有害物质的泄漏。

③ 资源综合利用技术 (Resource Recycling and Utilization Technologies)：
资源综合利用技术是指将生产过程中产生的废物或副产品，经过回收、加工处理后，重新作为资源利用的技术。常用的资源综合利用技术包括：

▮▮▮▮ⓐ 余热回收 (Waste Heat Recovery)：
将生产过程中产生的余热回收利用，用于供暖、发电或预热原材料等，提高能源利用效率，减少能源消耗和温室气体排放。例如，工业锅炉烟气余热回收；发电厂冷却水余热利用；钢铁冶炼余热回收。

▮▮▮▮ⓑ 水循环利用 (Water Recycling)：
将生产过程中产生的废水，经过处理后，循环用于生产过程或其他用途，减少新鲜水取用量，降低废水排放量。水循环利用是节约水资源、减轻水污染的重要措施，广泛应用于各个行业。例如，工业冷却循环水系统；城市污水再生利用；农业灌溉水循环利用。

3.3.3 污染预防策略 (Pollution Prevention Strategies)

污染预防是一种更加宏观和综合的环境管理策略，强调从源头控制污染，减少污染物产生，保护环境和人体健康。污染预防不仅包括清洁生产，还包括更广泛的政策、法规、技术和管理措施。

① 污染预防层级 (Hierarchy of Pollution Prevention)：
污染预防遵循一定的优先次序，形成污染预防层级，指导污染预防措施的选择和实施。污染预防层级通常包括以下几个层次，优先级由高到低排列：

▮▮▮▮ⓐ 源头减量 (Source Reduction)：
也称为污染源削减，是污染预防的最优先层次。指通过改变生产工艺、原材料替代、产品设计优化等措施，从源头减少或消除污染物的产生。源头减量是治本之策，可以从根本上解决污染问题。

▮▮▮▮ⓑ 循环利用 (Recycling)：
指将生产过程中产生的废物或废旧产品，经过回收、加工处理后，重新作为资源利用。循环利用可以减少资源消耗，降低废物排放，实现资源循环经济。

▮▮▮▮ⓒ 处理 (Treatment)：
指对已经产生的污染物进行处理，使其达到排放标准或资源化利用。处理是污染控制的重要手段，但相对于源头减量和循环利用，处理的优先级较低。

▮▮▮▮ⓓ 处置 (Disposal)：
指将无法再利用或处理的废物，进行安全处置，防止对环境和人体健康造成危害。处置是污染控制的最后一道防线，应尽可能减少废物的最终处置量。

② 生命周期评价 (Life Cycle Assessment, LCA) 在污染预防中的应用：
生命周期评价是一种评估产品或服务从“摇篮到坟墓” (cradle-to-grave) 的全生命周期环境影响的方法。LCA 可以识别产品生命周期各阶段的环境热点问题，为污染预防提供科学依据。通过 LCA 分析，可以优化产品设计、改进生产工艺、选择环境友好的原材料和能源，降低产品全生命周期的环境影响。

③ 最佳管理实践 (Best Management Practices, BMPs) 用于污染预防：
最佳管理实践是指在特定行业或领域，为了实现污染预防和环境保护目标，所采用的最佳技术、操作规程和管理措施。BMPs 具有实践性强、操作性好、成本效益高等优点，是推动污染预防的重要手段。例如，农业 BMPs 包括合理施肥、农药减量使用、保护性耕作等；工业 BMPs 包括清洁生产审核、能源管理体系、环境管理体系等；城市 BMPs 包括雨水径流管理、绿色建筑、公共交通优先发展等。

污染预防策略的实施需要政府、企业和社会各界的共同努力。政府应制定完善的法律法规和政策，引导和激励企业实施污染预防；企业应积极采用清洁生产技术和管理措施，降低环境影响，提高资源利用效率；公众应树立绿色消费理念，选择环境友好产品和服务，共同推动污染预防和可持续发展。

4. 水环境污染与控制 (Water Pollution and Control)

本章系统阐述水环境污染的类型、来源、危害，以及各种水污染控制技术和管理措施，旨在全面掌握水环境保护与治理方法。

4.1 水环境概论 (Introduction to Water Environment)

本节介绍水环境的组成、功能和重要性，以及水资源面临的挑战。

4.1.1 水环境的组成与功能 (Composition and Functions of Water Environment)

水环境 (water environment) 是指地球表层由水体组成的环境系统，是地球生态系统的重要组成部分。它主要包括地表水 (surface water)、地下水 (groundwater) 和海洋 (ocean) 等多种类型，共同构成了复杂而又相互联系的水圈 (hydrosphere)。

① 地表水 (Surface Water)：指陆地表面上以液态形式存在的水体，包括河流 (rivers)、湖泊 (lakes)、水库 (reservoirs)、沼泽 (marshes)、湿地 (wetlands) 等。
▮▮▮▮ⓑ 河流 (Rivers)：地表径流的主要通道，具有输水、排洪、航运、灌溉、发电等多种功能，是重要的淡水资源和生态廊道。
▮▮▮▮ⓒ 湖泊 (Lakes)：地表洼地积水形成的较大水体，具有调蓄径流、调节气候、提供水源、发展水产等功能，是重要的淡水资源和生态系统。
▮▮▮▮ⓓ 水库 (Reservoirs)：人工建造的蓄水工程，具有防洪、灌溉、供水、发电、航运、养殖等综合利用功能。
▮▮▮▮ⓔ 沼泽 (Marshes) 与 湿地 (Wetlands)：地表过湿和经常积水的地带，具有蓄水防洪、调节气候、净化水质、维护生物多样性等重要的生态功能，被誉为“地球之肾 (kidneys of the Earth)”。

② 地下水 (Groundwater)：赋存于地下岩土孔隙、裂隙和溶洞中的水，是重要的饮用水源和工农业用水来源。根据埋藏条件和赋存状态，地下水可分为：
▮▮▮▮ⓑ 潜水 (Unconfined Groundwater)：埋藏在第一个隔水层之上的地下水，易受地表活动和污染的影响。
▮▮▮▮ⓒ 承压水 (Confined Groundwater)：埋藏在两个隔水层之间的地下水，水质相对较好，但开采难度较大。

③ 海洋 (Ocean)：地球表面积最大的水体，占地球总面积的 71%。海洋具有调节气候、孕育生命、提供资源、交通运输等重要功能。
▮▮▮▮ⓑ 气候调节功能：海洋通过吸收和释放太阳辐射，调节地球的热量平衡，影响全球气候。
▮▮▮▮ⓒ 生态功能：海洋是地球上最大的生态系统，孕育了丰富的海洋生物，维持着全球生态平衡。
▮▮▮▮ⓓ 资源功能：海洋蕴藏着丰富的生物、矿产、能源等资源，是人类重要的资源宝库。

水环境的生态功能 (ecological functions of water environment) 主要体现在以下几个方面：

⚝ 水源供给功能 (Water supply function)：水环境是人类和生物生存的基本保障，提供工农业生产和生活所需的水资源。
⚝ 生态支持功能 (Ecological support function)：水环境是多种生物的栖息地，维持着生物多样性和生态平衡。
⚝ 环境净化功能 (Environmental purification function)：水体具有一定的自净能力，通过物理、化学和生物过程降解污染物。
⚝ 气候调节功能 (Climate regulation function)：水体通过蒸发、降水等过程，影响局部和全球气候。
⚝ 景观美学功能 (Landscape aesthetics function)：水体具有独特的自然景观和美学价值，提供游憩和文化功能。

4.1.2 水资源的重要性与挑战 (Importance and Challenges of Water Resources)

水资源 (water resources) 是指可供人类直接或间接利用的水量，是维系地球生命系统、支撑经济社会可持续发展的战略性自然资源和基础性环境要素。

① 水资源的重要性 (Importance of Water Resources)：

⚝ 生命之源 (Source of life)：水是生命之源，是所有生物生存的必需物质。人体约 70% 是水，动植物的生长发育也离不开水。
⚝ 生产要素 (Production factor)：水是工农业生产的重要要素。农业灌溉需要大量的水，工业生产中的冷却、清洗、原料加工等环节也离不开水。
⚝ 生态基础 (Ecological basis)：水是生态系统的基础，维持着湿地、森林、草原、海洋等生态系统的健康和稳定。
⚝ 社会经济发展支撑 (Support for socio-economic development)：水资源在能源、交通、旅游、城市发展等方面都发挥着重要作用，是社会经济可持续发展的重要支撑。

② 水资源面临的挑战 (Challenges of Water Resources)：

⚝ 水资源短缺 (Water scarcity)：全球水资源分布不均，许多地区面临严重的水资源短缺问题。人口增长、经济发展和气候变化加剧了水资源短缺的矛盾。
⚝ 水污染 (Water pollution)：工业废水、生活污水、农业面源污染等导致水环境质量恶化，威胁人体健康和生态安全。
⚝ 水生态破坏 (Water ecological destruction)：过度开发利用水资源、水利工程建设、水污染等导致河流、湖泊、湿地等水生态系统退化，生物多样性丧失。
⚝ 水灾害 (Water disasters)：洪涝、干旱、水土流失等水灾害频繁发生，给人类生命财产和经济社会发展造成巨大损失。
⚝ 气候变化影响 (Impact of climate change)：气候变化导致降水模式改变、极端天气事件增多、冰川融化加速等，进一步加剧水资源管理的复杂性和挑战性。

面对日益严峻的水资源挑战，必须加强水环境保护与治理，推动水资源可持续利用，保障水安全，实现人水和谐共生。

4.2 水污染来源与分类 (Sources and Classification of Water Pollution)

本节详细分析工业废水、生活污水、农业面源污染等主要水污染来源及其特点，并对水污染物进行分类。

4.2.1 工业废水 (Industrial Wastewater)

工业废水 (industrial wastewater) 是指工业生产过程中产生的废水，是水污染的重要来源之一。不同行业的工业废水水质差异很大，污染物种类繁多，成分复杂，处理难度较大。

① 主要工业废水类型及特点 (Main types and characteristics of industrial wastewater)：

⚝ 造纸废水 (Papermaking wastewater)：水量大，COD\(_{Cr}\) (化学需氧量)、BOD\(_{5}\) (五日生化需氧量) 浓度高，含有大量纤维、木质素、碱、硫化物等，色度高，难降解。
⚝ 印染废水 (Textile dyeing wastewater)：色度高，COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\) 较高，含有染料、浆料、助剂等，成分复杂，毒性大。
⚝ 化工废水 (Chemical wastewater)：种类繁多，成分复杂，毒性大，含有机物、重金属、酸、碱、盐等，pH 值变化大。
⚝ 制革废水 (Leather making wastewater)：COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\) 高，含有硫化物、铬、鞣质、蛋白质等，污染严重。
⚝ 食品工业废水 (Food industry wastewater)：COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\) 高，含有糖类、蛋白质、油脂、纤维素等，易腐败发臭。
⚝ 采矿和选矿废水 (Mining and mineral processing wastewater)：含有大量悬浮物、重金属、酸、碱、氰化物等，污染范围广，危害大。
⚝ 冶金废水 (Metallurgical wastewater)：水量大，含有重金属、酸、碱、氰化物、酚等，污染严重。
⚝ 石油化工废水 (Petrochemical wastewater)：含有油类、酚、氰化物、硫化物、有机物等，毒性大，难降解。
⚝ 医药废水 (Pharmaceutical wastewater)：成分复杂，含有抗生素、药物中间体、有机溶剂等，生物毒性强。
⚝ 电力工业废水 (Power industry wastewater)：主要包括冷却水、化学水处理废水、脱硫废水等，水温高，含有悬浮物、盐类、重金属等。

② 工业废水的主要污染物 (Main pollutants in industrial wastewater)：

⚝ 有机污染物 (Organic pollutants)：如 COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\)、TOC (总有机碳)、挥发性有机物 (volatile organic compounds, VOCs)、持久性有机污染物 (persistent organic pollutants, POPs) 等，消耗水中的溶解氧，导致水体缺氧，污染水质。
⚝ 重金属 (Heavy metals)：如汞 (Hg)、镉 (Cd)、铅 (Pb)、铬 (Cr)、砷 (As) 等，毒性大，在生物体内蓄积，危害人体健康和生态环境。
⚝ 无机污染物 (Inorganic pollutants)：如酸、碱、盐、氮、磷等，改变水体的 pH 值，导致水体富营养化 (eutrophication)，污染水质。
⚝ 油类 (Oils)：如石油、矿物油、动植物油等，污染水面，影响水生生物生存，降低水体景观价值。
⚝ 有毒有害物质 (Toxic and hazardous substances)：如氰化物、酚、农药、放射性物质等，毒性大，危害人体健康和生态环境。
⚝ 悬浮物 (Suspended solids, SS)：如泥沙、纤维、颗粒物等，增加水体浊度，影响水生生物光合作用，堵塞河道。
⚝ 色度、气味 (Color and odor)：影响水体感官性状，降低水体使用价值。
⚝ 热污染 (Thermal pollution)：工业冷却水排放导致水温升高，影响水生生物生存和水体自净能力。

4.2.2 生活污水 (Domestic Wastewater)

生活污水 (domestic wastewater) 也称城市污水 (municipal wastewater)，是指居民日常生活产生的废水，主要包括冲厕污水、洗浴污水、厨房污水、洗衣污水等。生活污水是城市水污染的主要来源之一。

① 生活污水的来源 (Sources of domestic wastewater)：

⚝ 居民家庭排水 (Residential wastewater)：包括居民日常洗涤、沐浴、冲厕、厨房等产生的废水。
⚝ 公共场所排水 (Public place wastewater)：包括机关、学校、医院、宾馆、饭店、商场、娱乐场所等公共场所产生的废水。
⚝ 商业服务业排水 (Commercial service industry wastewater)：包括餐饮、洗浴、美容美发、洗车等服务行业产生的废水。
⚝ 部分初期雨水 (Initial rainwater)：城市初期雨水径流冲刷地面污染物，也可能进入城市污水收集系统。

② 生活污水的组成 (Composition of domestic wastewater)：

⚝ 有机物 (Organic matter)：主要包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等，是 BOD\(_{5}\) 和 COD\(_{Cr}\) 的主要来源。
⚝ 氮、磷 (Nitrogen and phosphorus)：主要来自含氮、磷洗涤剂、人类排泄物等，是水体富营养化的重要营养盐。
⚝ 悬浮物 (Suspended solids, SS)：主要包括粪便、食物残渣、纤维、泥沙等，增加水体浊度。
⚝ 病原微生物 (Pathogenic microorganisms)：如细菌、病毒、寄生虫卵等，可能传播疾病。
⚝ 洗涤剂 (Detergents)：含有表面活性剂、磷酸盐等，可能导致水体富营养化和泡沫污染。
⚝ 油脂 (Oils and fats)：主要来自厨房排水，可能堵塞管道，影响污水处理设施运行。
⚝ 无机盐 (Inorganic salts)：如氯化物、硫酸盐等，增加水体盐度。

③ 城乡生活污水的特点差异 (Differences in characteristics between urban and rural domestic wastewater)：

⚝ 城市生活污水 (Urban domestic wastewater)：水量大，水质相对稳定，污染物浓度相对较低，收集和处理系统较完善。
⚝ 农村生活污水 (Rural domestic wastewater)：水量分散，水质波动大，污染物浓度相对较高，收集和处理系统不完善，排放分散，面源污染特征明显。

4.2.3 农业面源污染 (Agricultural Non-point Source Pollution)

农业面源污染 (agricultural non-point source pollution) 是指由农业生产活动引起的，通过降雨径流、农田排水等方式进入水体的污染，具有面广、分散、隐蔽性强、难于控制等特点。农业面源污染已成为许多地区水体污染的重要来源。

① 农业面源污染的主要来源 (Main sources of agricultural non-point source pollution)：

⚝ 化肥流失 (Fertilizer runoff)：过量施用化肥，未被作物吸收的氮、磷等营养盐随降雨径流进入水体，导致水体富营养化。
⚝ 农药流失 (Pesticide runoff)：农药在施用过程中，部分农药随降雨径流进入水体，污染水质，危害水生生物和人体健康。
⚝ 畜禽养殖污染 (Livestock and poultry breeding pollution)：畜禽粪便、尿液等未经处理直接排放或不合理利用，其中的有机物、氮、磷、病原微生物等随降雨径流进入水体，造成水污染。
⚝ 农田地膜残留污染 (Farmland mulch film residual pollution)：废弃农田地膜残留在土壤中，难以降解，随降雨径流进入水体，造成“白色污染 (white pollution)”和水污染。
⚝ 秸秆焚烧及不合理利用 (Straw burning and unreasonable utilization)：秸秆焚烧产生大气污染物，部分灰分随降雨进入水体；秸秆不合理利用，导致养分流失，加剧面源污染。
⚝ 水产养殖污染 (Aquaculture pollution)：水产养殖过程中，饵料残渣、排泄物等排放到水体中，造成水污染。

② 农业面源污染的主要污染物 (Main pollutants in agricultural non-point source pollution)：

⚝ 氮、磷营养盐 (Nitrogen and phosphorus nutrients)：主要来自化肥、畜禽粪便等，导致水体富营养化，引发藻类 (algae) 爆发，造成水华 (water bloom) 或赤潮 (red tide) 等生态灾害。
⚝ 农药 (Pesticides)：包括有机磷农药、有机氯农药、氨基甲酸酯农药等，毒性大，持久性强，可能通过食物链富集，危害人体健康和生态环境。
⚝ 病原微生物 (Pathogenic microorganisms)：主要来自畜禽粪便，可能传播人畜共患疾病。
⚝ 重金属 (Heavy metals)：主要来自化肥、农药、畜禽粪便等，可能在土壤和水体中积累，并通过食物链进入人体。
⚝ 有机物 (Organic matter)：主要来自畜禽粪便、秸秆、作物残茬等，消耗水中的溶解氧，污染水质。
⚝ 悬浮物 (Suspended solids, SS)：主要来自水土流失，增加水体浊度，影响水质。
⚝ 抗生素 (Antibiotics)：畜禽养殖中使用的抗生素可能随粪便进入水体，导致水体抗生素污染，威胁人体健康。

4.2.4 水污染物的分类 (Classification of Water Pollutants)

根据水污染物的物理、化学、生物特性，可将水污染物分为以下几类：

① 物理性污染物 (Physical pollutants)：主要指能够改变水体物理性状的污染物，如：
▮▮▮▮ⓑ 悬浮物 (Suspended solids, SS)：不溶于水中的固体颗粒物质，如泥沙、粉尘、纤维、颗粒物等，使水体浑浊，影响水生生物生存和水体感官性状。
▮▮▮▮ⓒ 热污染 (Thermal pollution)：工业冷却水、核电站冷却水等排放导致水温升高，改变水体温度，影响水生生物生存和水体自净能力。
▮▮▮▮ⓓ 放射性污染物 (Radioactive pollutants)：含有放射性核素的物质，如核工业、核医学、核试验等产生的放射性废水，对生物体具有辐射危害。

② 化学性污染物 (Chemical pollutants)：指各种化学物质造成的污染，种类繁多，成分复杂，是水污染的主要类型。
▮▮▮▮ⓑ 无机污染物 (Inorganic pollutants)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 无机有毒物 (Inorganic toxicants)：如重金属 (Hg, Cd, Pb, Cr, As 等)、氰化物 (CN\(^{-}\))、氟化物 (F\(^{-}\))、亚硝酸盐 (NO\(_{2}^{-}\)) 等，毒性大，危害人体健康和生态环境。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 无机需氧污染物 (Inorganic oxygen-demanding pollutants)：如硫化物 (S\(^{2-}\))、亚硫酸盐 (SO\(_{3}^{2-}\))、氨氮 (NH\(_{3}\)-N) 等，在氧化过程中消耗水中的溶解氧，导致水体缺氧。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 无机营养物 (Inorganic nutrients)：如氮 (N)、磷 (P) 等，过量排放导致水体富营养化。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 酸、碱、盐 (Acids, alkalis, and salts)：工业废水、矿山废水等可能含有酸、碱、盐，改变水体的 pH 值，影响水生生物生存和水体自净能力。
▮▮▮▮ⓖ 有机污染物 (Organic pollutants)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 天然有机物 (Natural organic matter, NOM)：如腐殖质、动植物残体分解物等，天然存在于水体中，是水中溶解有机碳 (dissolved organic carbon, DOC) 的主要组成部分。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 合成有机物 (Synthetic organic compounds)：人类活动产生的有机污染物，种类繁多，如：
▮▮▮▮ⓙ 可生化降解有机物 (Biodegradable organic compounds)：如糖类、蛋白质、脂肪等，易被微生物分解，但过量排放会消耗水中的溶解氧，造成二次污染。
▮▮▮▮ⓚ 难生物降解有机物 (Non-biodegradable organic compounds)：如持久性有机污染物 (POPs)、石油烃、农药、染料、表面活性剂、挥发性有机物 (VOCs) 等，难以降解，毒性大，持久性强，对环境和人体健康危害大。

③ 生物性污染物 (Biological pollutants)：指病原微生物造成的污染。
▮▮▮▮ⓑ 病原微生物 (Pathogenic microorganisms)：如细菌 (bacteria)、病毒 (viruses)、原生动物 (protozoa)、寄生虫卵 (parasite eggs) 等，主要来自生活污水、畜禽粪便等，可能传播霍乱 (cholera)、伤寒 (typhoid fever)、痢疾 (dysentery)、肝炎 (hepatitis) 等疾病。
▮▮▮▮ⓒ 藻类 (Algae) 和其他水生生物 (Other aquatic organisms)：过量繁殖的藻类和其他水生生物也可能造成水污染，如水华 (water bloom)、赤潮 (red tide) 等。

了解水污染物的分类和特性，有助于针对性地选择水污染控制技术和管理措施，提高水环境保护与治理效率。

4.3 水污染控制技术 (Water Pollution Control Technologies)

本节系统介绍物理、化学、生物等各类水污染控制技术，包括饮用水处理和污水处理工艺。水污染控制技术 (water pollution control technologies) 是指用于减少或消除水体污染物，改善水环境质量的各种工程技术和方法。根据作用原理和处理对象，水污染控制技术可分为物理处理技术、化学处理技术、生物处理技术和高级处理技术等。

4.3.1 物理处理技术 (Physical Treatment Technologies)

物理处理技术 (physical treatment technologies) 是利用物理作用分离和去除水中悬浮物、固体颗粒、油类等污染物的技术，具有工艺简单、操作方便、成本较低等优点，常作为水处理的预处理或一级处理工艺。

① 格栅 (Bar Screen)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用格栅拦截水中较大尺寸的悬浮物和漂浮物，如树枝、杂草、塑料、砂石等。
▮▮▮▮ⓒ 类型 (Types)：粗格栅 (coarse bar screen, 栅条间距 50~100mm)、细格栅 (fine bar screen, 栅条间距 10~40mm)。
▮▮▮▮ⓓ 应用 (Applications)：常用于污水处理厂的进水端，去除粗大杂物，保护后续处理构筑物和设备。

② 沉砂池 (Grit Chamber)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用砂粒和污水之间的重力差，在控制流速的条件下，使相对密度较大的砂粒沉淀下来，而有机悬浮物仍随水流出。
▮▮▮▮ⓒ 类型 (Types)：平流沉砂池 (horizontal flow grit chamber)、曝气沉砂池 (aerated grit chamber)、涡流沉砂池 (vortex grit chamber) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用 (Applications)：主要去除污水中相对密度较大的无机砂粒，防止砂粒磨损水泵和管道，影响后续处理构筑物的正常运行。

③ 沉淀池 (Sedimentation Tank)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用重力沉降作用，使水中相对密度大于水的悬浮物沉淀分离。
▮▮▮▮ⓒ 类型 (Types)：平流沉淀池 (horizontal flow sedimentation tank)、竖流沉淀池 (vertical flow sedimentation tank)、辐流沉淀池 (radial flow sedimentation tank) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 初次沉淀 (Primary sedimentation)：去除污水中可沉降的悬浮物，降低污水 SS 和部分 BOD\(_{5}\) 浓度，一般可去除 SS 40%~60%，BOD\(_{5}\) 25%~40%。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 二次沉淀 (Secondary sedimentation)：活性污泥法等生物处理工艺后，用于泥水分离，沉淀去除生物絮凝体 (活性污泥)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 化学沉淀 (Chemical sedimentation)：投加化学药剂，使水中溶解性污染物转化为不溶性沉淀物，然后通过沉淀池分离去除。

④ 过滤 (Filtration)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用滤料 (filter media) 的截留作用，去除水中悬浮物、胶体颗粒、细菌等。
▮▮▮▮ⓒ 类型 (Types)：砂滤 (sand filtration)、活性炭过滤 (activated carbon filtration)、膜过滤 (membrane filtration) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 普通砂滤 (Conventional sand filtration)：常用于饮用水处理和污水处理的深度处理，去除水中悬浮物、浊度、细菌等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 活性炭过滤 (Activated carbon filtration)：利用活性炭的吸附作用，去除水中溶解性有机物、色度、气味等，常用于饮用水深度处理和工业废水处理。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 膜过滤 (Membrane filtration)：利用膜的选择透过性，分离水中的悬浮物、胶体、细菌、病毒、溶解性物质等，包括微滤 (microfiltration, MF)、超滤 (ultrafiltration, UF)、纳滤 (nanofiltration, NF)、反渗透 (reverse osmosis, RO) 等，是高级水处理技术。

⑤ 其他物理处理技术 (Other physical treatment technologies)：
▮▮▮▮ⓑ 气浮 (Air flotation)：通过在水中产生微小气泡，使水中密度接近于水的细小悬浮物或乳化油粘附在气泡上，形成密度小于水的“气-水-颗粒”集合体，上浮至水面，实现固液分离或液液分离。常用于去除水中藻类、活性污泥、油脂等。
▮▮▮▮ⓒ 磁分离 (Magnetic separation)：利用磁场力作用，将水中磁性或可磁化的污染物分离出来。常用于去除水中悬浮物、重金属、磷等。
▮▮▮▮ⓓ 离心分离 (Centrifugal separation)：利用离心力作用，加速水中悬浮物的沉降分离。常用于污泥脱水、固液分离等。

4.3.2 化学处理技术 (Chemical Treatment Technologies)

化学处理技术 (chemical treatment technologies) 是利用化学反应原理和化学药剂，去除水中溶解性污染物、胶体污染物、重金属等的技术。化学处理技术处理效果好，应用广泛，但运行成本相对较高，可能产生二次污染。

① 混凝与絮凝 (Coagulation and Flocculation)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：投加混凝剂 (coagulant)，使水中胶体颗粒失去稳定，相互凝聚形成微絮体 (micro-flocs) 的过程称为混凝；再投加絮凝剂 (flocculant)，使微絮体相互聚集长大，形成较大絮凝体 (flocs) 的过程称为絮凝。絮凝体易于沉淀分离。
▮▮▮▮ⓒ 常用混凝剂 (Commonly used coagulants)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 无机混凝剂 (Inorganic coagulants)：
▮▮▮▮ⓔ 铝盐 (Aluminum salts)：如硫酸铝 (aluminum sulfate, Al\(_{2}\)(SO\(_{4}\))\(_{3}\)·18H\(_{2}\)O)、聚合氯化铝 (polyaluminum chloride, PAC) 等。PAC 混凝效果优于硫酸铝，矾花形成快而密实，受水温和 pH 值影响小。
▮▮▮▮ⓕ 铁盐 (Iron salts)：如氯化铁 (ferric chloride, FeCl\(_{3}\)·6H\(_{2}\)O)、硫酸铁 (ferric sulfate, Fe\(_{2}\)(SO\(_{4}\))\(_{3}\)·nH\(_{2}\)O)、聚合硫酸铁 (polyferric sulfate, PFS) 等。铁盐混凝剂矾花密实、沉降性能好，混凝效果受 pH 值影响较小，但可能引入铁离子，导致水体色度增加。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 有机高分子混凝剂 (Organic polymer coagulants)：如聚丙烯酰胺 (polyacrylamide, PAM) 等，具有用量少、絮凝效果好、矾花大而沉速快、受水温和 pH 值影响小、脱水性能好等优点，但成本较高。
▮▮▮▮ⓗ 常用絮凝剂 (Commonly used flocculants)：主要是高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺 (PAM) 及其衍生物等。
▮▮▮▮ⓘ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 饮用水处理 (Drinking water treatment)：去除原水中的浊度、色度、胶体、藻类、部分有机物和细菌等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 污水处理 (Wastewater treatment)：
▮▮▮▮ⓛ 化学强化一级处理 (Chemically enhanced primary treatment, CEPT)：提高初次沉淀的去除效果，降低 SS、BOD\(_{5}\)、总磷 (total phosphorus, TP) 等污染物浓度。
▮▮▮▮ⓜ 污泥脱水预处理 (Sludge dewatering pretreatment)：改善污泥脱水性能，提高脱水效率。
▮▮▮▮ⓝ 工业废水处理 (Industrial wastewater treatment)：去除工业废水中的悬浮物、胶体、重金属、磷酸盐等。

② 消毒 (Disinfection)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用消毒剂的氧化、破坏或干扰微生物代谢等作用，杀灭水中的病原微生物，达到饮用水安全或污水排放标准。
▮▮▮▮ⓒ 常用消毒剂 (Commonly used disinfectants)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 氯系消毒剂 (Chlorine disinfectants)：
▮▮▮▮ⓔ 液氯 (Liquid chlorine, Cl\(_{2}\)): 消毒效果好，价格便宜，但安全性较差，易泄漏，可能产生氯代消毒副产物 (disinfection byproducts, DBPs)。
▮▮▮▮ⓕ 次氯酸钠 (Sodium hypochlorite, NaClO)：消毒效果好，使用方便，安全性较液氯高，但稳定性较差，易分解，也可能产生氯代 DBPs。
▮▮▮▮ⓖ 二氧化氯 (Chlorine dioxide, ClO\(_{2}\)): 消毒效果好，消毒能力强，受 pH 值影响小，不产生氯代 DBPs，但制备和使用成本较高，可能产生亚氯酸盐 (chlorite, ClO\(_{2}^{-}\)) 和氯酸盐 (chlorate, ClO\(_{3}^{-}\)) 等消毒副产物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 臭氧 (Ozone, O\(_{3}\)): 消毒能力极强，氧化性强，可有效灭活病毒和原生动物，不产生氯代 DBPs，可去除水中的色度、气味等，但稳定性差，需现场制备，设备投资和运行成本较高，可能产生溴酸盐 (bromate, BrO\(_{3}^{-}\)) 等消毒副产物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 紫外线 (Ultraviolet, UV)：消毒效率高，不产生消毒副产物，操作简单，运行成本较低，但穿透力弱，受水体浊度影响大，无持续消毒能力。
▮▮▮▮ⓙ 应用 (Applications)：饮用水处理、污水处理排放前消毒、医院污水消毒等。

③ 化学沉淀 (Chemical Precipitation)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：投加化学药剂，使水中溶解性污染物与药剂发生化学反应，生成难溶性沉淀物，然后通过沉淀池分离去除。
▮▮▮▮ⓒ 常用化学沉淀方法 (Commonly used chemical precipitation methods)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 石灰沉淀法 (Lime precipitation)：投加石灰 (CaO 或 Ca(OH)\(_{2}\))，去除水中重金属、磷酸盐、氟化物等。例如，石灰沉淀法去除磷酸盐的反应方程式为：
\[ 3Ca(OH)_2 + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2(s) + 6OH^- \]
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 硫化物沉淀法 (Sulfide precipitation)：投加硫化物 (如 Na\(_{2}\)S、FeS 等)，去除水中重金属。例如，硫化物沉淀法去除镉离子的反应方程式为：
\[ Cd^{2+} + S^{2-} \rightarrow CdS(s) \]
▮▮▮▮ⓒ 应用 (Applications)：工业废水处理，去除重金属、磷酸盐、氟化物等。

④ 氧化还原 (Oxidation-Reduction)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用氧化剂或还原剂的氧化还原作用，将水中有毒有害物质转化为无毒或低毒物质。
▮▮▮▮ⓒ 常用氧化还原方法 (Commonly used oxidation-reduction methods)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 氧化法 (Oxidation methods)：
▮▮▮▮ⓔ 化学氧化 (Chemical oxidation)：投加化学氧化剂，如氯气 (Cl\(_{2}\))、臭氧 (O\(_{3}\))、高锰酸钾 (KMnO\(_{4}\))、过氧化氢 (H\(_{2}\)O\(_{2}\))、Fenton 试剂 (Fenton's reagent, Fe\(^{2+}\)/H\(_{2}\)O\(_{2}\)) 等，氧化分解水中有机物、氰化物、硫化物、亚硝酸盐等。例如，臭氧氧化分解苯酚的反应：
\[ C_6H_5OH + 14O_3 \rightarrow 6CO_2 + 3H_2O \]
▮▮▮▮ⓑ 高级氧化技术 (Advanced oxidation processes, AOPs)：指产生羟基自由基 (\(\cdot\)OH) 等强氧化性自由基的氧化技术，具有氧化能力强、反应速度快、无选择性、可将难降解有机物彻底氧化为 CO\(_{2}\) 和 H\(_{2}\)O 等优点。常用的 AOPs 包括臭氧/过氧化氢 (O\(_{3}\)/H\(_{2}\)O\(_{2}\))、紫外/过氧化氢 (UV/H\(_{2}\)O\(_{2}\))、Fenton 法 (Fenton process)、光催化氧化 (photocatalytic oxidation) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 还原法 (Reduction methods)：投加还原剂，如亚硫酸钠 (Na\(_{2}\)SO\(_{3}\))、活性铁 (Fe\(^{0}\)) 等，还原去除水中六价铬 (Cr\(^{6+}\))、汞 (Hg\(^{2+}\))、硝酸盐 (NO\(_{3}^{-}\)) 等。例如，活性铁还原去除六价铬的反应方程式为：
\[ 3Fe^0 + 2Cr^{6+} + 7H_2O \rightarrow 3Fe^{2+} + Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ \]
▮▮▮▮ⓒ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 饮用水处理 (Drinking water treatment)：氧化去除有机物、铁锰、色度、气味等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 工业废水处理 (Industrial wastewater treatment)：氧化分解难降解有机物、氰化物、硫化物等；还原去除重金属、硝酸盐等。

⑤ 中和 (Neutralization)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：对于酸性或碱性废水，投加碱性或酸性药剂，使其 pH 值调节至中性范围 (pH 6~9)。
▮▮▮▮ⓒ 常用中和剂 (Commonly used neutralizing agents)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 碱性中和剂 (Alkaline neutralizing agents)：如石灰 (CaO 或 Ca(OH)\(_{2}\))、氢氧化钠 (NaOH)、碳酸钠 (Na\(_{2}\)CO\(_{3}\)) 等，用于中和酸性废水。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 酸性中和剂 (Acidic neutralizing agents)：如硫酸 (H\(_{2}\)SO\(_{4}\))、盐酸 (HCl)、二氧化碳 (CO\(_{2}\)) 等，用于中和碱性废水。
▮▮▮▮ⓕ 应用 (Applications)：酸性或碱性工业废水处理，将废水 pH 值调节至排放标准或后续处理工艺要求范围。

⑥ 吸附 (Adsorption)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用吸附剂 (adsorbent) 的表面吸附作用，将水中污染物吸附到吸附剂表面，从而从水中去除污染物。
▮▮▮▮ⓒ 常用吸附剂 (Commonly used adsorbents)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 活性炭 (Activated carbon)：具有比表面积大、吸附能力强、应用广泛等优点，可吸附水中的有机物、色度、气味、重金属等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 沸石 (Zeolite)：具有离子交换和吸附性能，可吸附水中的氨氮、重金属等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 活性氧化铝 (Activated alumina)：主要用于吸附水中的氟化物、砷等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 树脂 (Resin)：具有选择吸附性，可用于吸附水中的特定污染物，如离子交换树脂用于去除水中的离子，大孔吸附树脂用于吸附水中的有机物。
▮▮▮▮ⓗ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 饮用水深度处理 (Advanced drinking water treatment)：去除有机物、色度、气味、微量污染物等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 工业废水处理 (Industrial wastewater treatment)：去除难降解有机物、重金属、色度等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 废气处理 (Waste gas treatment)：活性炭吸附法用于吸附废气中的 VOCs、恶臭气体等。

4.3.3 生物处理技术 (Biological Treatment Technologies)

生物处理技术 (biological treatment technologies) 是利用微生物的代谢作用，分解转化水中有机污染物，达到净化水质的目的的技术。生物处理技术是污水处理的核心技术，具有处理效果好、运行成本较低、可资源化利用等优点，但处理速度相对较慢，受环境条件影响较大。

① 好氧生物处理 (Aerobic Biological Treatment)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：在有氧条件下，利用好氧微生物 (aerobic microorganisms) 的代谢作用，将污水中的有机污染物氧化分解为 CO\(_{2}\)、H\(_{2}\)O、NH\(_{3}\)、H\(_{2}\)PO\(_{4}^{-}\) 等无机物，同时微生物自身也得到繁殖增长，形成生物污泥 (biological sludge)。
▮▮▮▮ⓒ 常用好氧生物处理工艺 (Commonly used aerobic biological treatment processes)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 活性污泥法 (Activated Sludge Process)：
▮▮▮▮ⓔ 工艺流程 (Process flow)：污水与活性污泥混合，在曝气池 (aeration tank) 中进行曝气，提供溶解氧，使好氧微生物降解有机物；混合液进入二次沉淀池 (secondary sedimentation tank) 进行泥水分离，上清液为处理后的出水，沉淀污泥部分回流至曝气池，维持曝气池中活性污泥浓度，剩余污泥 (excess sludge) 排放。
▮▮▮▮ⓕ 特点 (Characteristics)：处理效率高，运行稳定，应用广泛，但能耗较高，易产生污泥膨胀 (sludge bulking) 问题。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 生物滤池 (Biofilter)：
▮▮▮▮ⓗ 原理 (Principle)：污水通过装有滤料 (如砾石、焦炭、塑料填料等) 的滤池，滤料表面生长生物膜 (biofilm)，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附和降解。
▮▮▮▮ⓘ 类型 (Types)：低负荷生物滤池 (low-rate biofilter)、高负荷生物滤池 (high-rate biofilter)、曝气生物滤池 (biological aerated filter, BAF) 等。曝气生物滤池在滤池底部或中部曝气，提高溶解氧浓度，强化生物降解效果。
▮▮▮▮ⓙ 特点 (Characteristics)：结构简单，运行管理方便，能耗较低，处理效果稳定，抗冲击负荷能力较强，但占地面积较大，易发生滤料堵塞问题。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 生物转盘 (Rotating Biological Contactor, RBC)：
▮▮▮▮ⓛ 原理 (Principle)：部分浸没在污水中的转盘 (通常为塑料或石棉水泥制成) 缓慢转动，转盘表面生长生物膜，转动过程中，生物膜交替接触污水和空气，实现吸附有机物和获得氧气，从而降解有机污染物。
▮▮▮▮ⓜ 特点 (Characteristics)：运行管理简单，能耗较低，处理效果稳定，耐冲击负荷能力较强，污泥量少，但占地面积较大，机械故障率较高。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 氧化塘 (Oxidation Pond)：
▮▮▮▮ⓞ 原理 (Principle)：利用天然净化能力处理污水的人工构筑物。污水在塘内停留较长时间，通过藻类光合作用产氧，好氧细菌分解有机物，以及沉淀、吸附、生物吸收等综合作用净化污水。
▮▮▮▮ⓟ 类型 (Types)：好氧塘 (aerobic pond)、兼性塘 (facultative pond)、厌氧塘 (anaerobic pond) 等。
▮▮▮▮ⓠ 特点 (Characteristics)：运行管理简单，能耗极低，处理成本低廉，但占地面积巨大，处理效率较低，受气候条件影响较大，易产生藻类超标和臭味问题。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 人工湿地 (Constructed Wetland)：
▮▮▮▮ⓢ 原理 (Principle)：模拟自然湿地生态系统的净化功能，利用基质 (如砂砾、土壤等)、植物和微生物的协同作用，去除污水中的污染物。
▮▮▮▮ⓣ 类型 (Types)：表面流人工湿地 (surface flow constructed wetland, FWS)、潜流人工湿地 (subsurface flow constructed wetland, SFS)，潜流人工湿地又分为水平潜流人工湿地 (horizontal subsurface flow constructed wetland, HSSF) 和垂直潜流人工湿地 (vertical subsurface flow constructed wetland, VSSF)。
▮▮▮▮ⓤ 特点 (Characteristics)：生态效益显著，景观效果好，运行费用低廉，处理效果稳定，抗冲击负荷能力较强，可去除多种污染物，但占地面积较大，易受季节和气候影响，可能产生蚊蝇和臭味问题。

② 厌氧生物处理 (Anaerobic Biological Treatment)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：在无氧条件下，利用厌氧微生物 (anaerobic microorganisms) 的代谢作用，将污水中的有机污染物分解转化为甲烷 (CH\(_{4}\))、二氧化碳 (CO\(_{2}\))、硫化氢 (H\(_{2}\)S) 等气体，以及少量无机物和生物污泥。
▮▮▮▮ⓒ 厌氧生物处理过程 (Anaerobic biological treatment process)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 水解阶段 (Hydrolysis)：大分子有机物 (如碳水化合物、蛋白质、脂肪等) 被水解酶分解为小分子有机物 (如单糖、氨基酸、脂肪酸等)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 酸化阶段 (Acidogenesis)：水解产物被酸化菌转化为挥发性脂肪酸 (volatile fatty acids, VFAs)、醇、醛、CO\(_{2}\)、H\(_{2}\) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 产乙酸阶段 (Acetogenesis)：酸化产物进一步被产乙酸菌转化为乙酸、H\(_{2}\)、CO\(_{2}\) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 产甲烷阶段 (Methanogenesis)：产乙酸阶段的产物 (主要是乙酸、H\(_{2}\) 和 CO\(_{2}\)) 被产甲烷菌转化为甲烷 (CH\(_{4}\)) 和 CO\(_{2}\)。甲烷是厌氧生物处理的主要最终产物，可作为生物能源回收利用。
▮▮▮▮ⓗ 常用厌氧生物处理工艺 (Commonly used anaerobic biological treatment processes)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 普通厌氧消化器 (Conventional Anaerobic Digester)：结构简单，适用于处理浓度较高的有机废水和污泥，但处理效率较低，启动时间长，易受环境条件影响。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 升流式厌氧污泥床反应器 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor, UASB)：污水自下而上流经反应器，厌氧微生物聚集形成颗粒污泥 (granular sludge)，具有良好的沉降性能，反应器内污泥浓度高，处理效率高，适用于处理中高浓度有机废水。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 厌氧流化床反应器 (Anaerobic Fluidized Bed Reactor, AFBR)：利用惰性载体 (如砂粒、活性炭等) 作为生物膜载体，载体在水中呈流化状态，生物膜与污水充分接触，传质效果好，处理效率高，适用于处理低浓度有机废水。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 厌氧膜生物反应器 (Anaerobic Membrane Bioreactor, AnMBR)：将膜分离技术与厌氧生物处理技术相结合，利用膜分离组件截留生物污泥，实现泥水分离，出水水质好，污泥截留率高，反应器内污泥浓度高，处理效率高，适用于处理高浓度有机废水。
▮▮▮▮ⓜ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 高浓度有机废水处理 (High-concentration organic wastewater treatment)：如食品工业废水、造纸废水、制药废水、酒精废水、味精废水等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 污泥稳定化处理 (Sludge stabilization treatment)：厌氧消化可有效减少污泥量，降低污泥臭味，提高污泥稳定性和资源化利用价值，同时产生生物能源甲烷。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 沼气工程 (Biogas engineering)：利用厌氧消化技术处理农业废弃物 (如秸秆、畜禽粪便等)、生活垃圾等，生产沼气 (biogas) 作为清洁能源。

4.3.4 高级处理技术 (Advanced Treatment Technologies)

高级处理技术 (advanced treatment technologies) 也称深度处理技术 (tertiary treatment technologies)，是指在常规二级生物处理基础上，进一步去除水中难降解有机物、氮、磷、重金属、微量污染物等，以提高出水水质，满足更高排放标准或回用要求的处理技术。高级处理技术通常处理成本较高，但处理效果好，是实现水资源可持续利用的重要保障。

① 膜分离技术 (Membrane Separation Technologies)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用膜的选择透过性，在外压作用下，使水分子和部分小分子溶质透过膜 (permeate)，而污染物、胶体、细菌、病毒等被膜截留 (retentate)，实现分离净化。
▮▮▮▮ⓒ 膜分离技术类型 (Types of membrane separation technologies)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 微滤 (Microfiltration, MF)：膜孔径为 0.1~10μm，主要去除水中的悬浮物、颗粒物、细菌、藻类等，操作压力低 (0.01~0.2MPa)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 超滤 (Ultrafiltration, UF)：膜孔径为 0.01~0.1μm，主要去除水中的胶体、蛋白质、大分子有机物、病毒等，操作压力中等 (0.1~1MPa)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 纳滤 (Nanofiltration, NF)：膜孔径为 0.001~0.01μm，介于超滤和反渗透之间，可截留分子量为 200~1000 Da 的溶质，对二价离子盐类截留率较高，对单价离子盐类截留率较低，操作压力较高 (0.5~2MPa)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 反渗透 (Reverse Osmosis, RO)：膜孔径小于 0.001μm，可截留几乎所有溶质，包括溶解盐、有机物、重金属、细菌、病毒等，出水水质极高，操作压力最高 (1~10MPa)。
▮▮▮▮ⓗ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 饮用水深度处理 (Advanced drinking water treatment)：去除浊度、色度、细菌、病毒、有机物、溶解盐等，制备高品质饮用水。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 污水回用 (Wastewater reuse)：将城市污水或工业废水处理至回用水水质标准，用于工业冷却水、城市杂用水、农业灌溉等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 海水淡化 (Seawater desalination)：利用反渗透膜技术将海水淡化为淡水资源。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 工业废水深度处理 (Advanced industrial wastewater treatment)：去除难降解有机物、重金属、溶解盐等，实现工业废水零排放或近零排放。
▮▮▮▮ⓜ 膜生物反应器 (Membrane Bioreactor, MBR)：将膜分离技术与生物处理技术相结合的新型高效污水处理工艺。膜组件可取代传统二沉池，实现泥水分离，具有出水水质好、污泥浓度高、占地面积小、剩余污泥少等优点。MBR 可分为好氧膜生物反应器 (aerobic MBR, MBR) 和厌氧膜生物反应器 (anaerobic MBR, AnMBR)。

② 高级氧化技术 (Advanced Oxidation Processes, AOPs)：
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：通过产生羟基自由基 (\(\cdot\)OH) 等强氧化性自由基，将水中难降解有机污染物氧化分解为 CO\(_{2}\)、H\(_{2}\)O 等无毒无害的小分子物质，实现深度净化。
▮▮▮▮ⓒ 常用高级氧化技术类型 (Types of commonly used advanced oxidation processes)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 臭氧高级氧化 (Ozone-based AOPs)：
▮▮▮▮ⓔ 臭氧/过氧化氢 (O\(_{3}\)/H\(_{2}\)O\(_{2}\)): 臭氧与过氧化氢协同作用，产生更多的羟基自由基，提高氧化效率。
▮▮▮▮ⓕ 臭氧/紫外 (O\(_{3}\)/UV)：紫外线照射臭氧，促进臭氧分解，产生羟基自由基。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 光催化氧化 (Photocatalytic Oxidation)：利用半导体光催化剂 (如 TiO\(_{2}\)) 在紫外或可见光照射下，产生电子-空穴对，与水和氧气反应生成羟基自由基等活性氧物种，氧化分解有机污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ Fenton 法 (Fenton Process)：利用 Fe\(^{2+}\) 催化过氧化氢分解产生羟基自由基，氧化分解有机污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 电化学氧化 (Electrochemical Oxidation)：利用电极材料作为阳极，在电化学作用下，直接或间接产生羟基自由基等氧化剂，氧化分解有机污染物。
▮▮▮▮ⓙ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 饮用水深度处理 (Advanced drinking water treatment)：去除微量有机污染物、消毒副产物前驱物、色度、气味等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 工业废水深度处理 (Advanced industrial wastewater treatment)：去除难降解有机物、有毒有害有机物、色度等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 地下水修复 (Groundwater remediation)：去除地下水中的有机污染物。

③ 吸附技术 (Adsorption Technologies)：高级处理中常用的吸附技术主要指活性炭吸附，特别是粉末活性炭 (powdered activated carbon, PAC) 和颗粒活性炭 (granular activated carbon, GAC) 吸附。
▮▮▮▮ⓑ 粉末活性炭吸附 (Powdered Activated Carbon Adsorption)：将粉末活性炭投加到水中，吸附水中污染物，然后通过沉淀或过滤等方式分离去除。PAC 吸附速度快，投加灵活，成本较低，但再生困难，一般为一次性使用。
▮▮▮▮ⓒ 颗粒活性炭吸附 (Granular Activated Carbon Adsorption)：将颗粒活性炭装填在吸附柱 (adsorption column) 中，污水通过活性炭床层，污染物被吸附去除。GAC 可再生循环使用，运行成本相对较低，但吸附速度较慢，再生过程能耗较高。
▮▮▮▮ⓓ 应用 (Applications)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 饮用水深度处理 (Advanced drinking water treatment)：去除有机物、色度、气味、微量污染物、消毒副产物前驱物等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 工业废水深度处理 (Advanced industrial wastewater treatment)：去除难降解有机物、色度等。

④ 生物脱氮除磷技术 (Biological Nitrogen and Phosphorus Removal Technologies)：为了控制水体富营养化，需要去除污水中的氮和磷。生物脱氮除磷技术是利用微生物的代谢作用，将污水中的氮和磷去除的生物处理方法。
▮▮▮▮ⓑ 生物脱氮 (Biological Nitrogen Removal)：主要通过硝化 (nitrification) 和反硝化 (denitrification) 两个过程实现。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 硝化 (Nitrification)：在好氧条件下，硝化细菌 (nitrifying bacteria) 将氨氮 (NH\(_{3}\)-N) 氧化为硝酸盐氮 (NO\(_{3}^{-}\)-N)。硝化过程分为两个阶段：
▮▮▮▮ⓓ 亚硝酸盐化 (Nitritation)：氨氧化菌 (ammonia-oxidizing bacteria, AOB) 将氨氮氧化为亚硝酸盐氮 (NO\(_{2}^{-}\)-N)：
\[ 2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2NO_2^- + 2H_2O + 2H^+ \]
▮▮▮▮ⓑ 硝酸盐化 (Nitratation)：亚硝酸盐氧化菌 (nitrite-oxidizing bacteria, NOB) 将亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮 (NO\(_{3}^{-}\)-N)：
\[ 2NO_2^- + O_2 \rightarrow 2NO_3^- \]
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 反硝化 (Denitrification)：在厌氧或缺氧条件下，反硝化细菌 (denitrifying bacteria) 利用有机碳源 (carbon source) 作为电子供体，将硝酸盐氮还原为氮气 (N\(_{2}\)) 释放到大气中。反硝化过程是一个逐步还原过程，中间产物包括亚硝酸盐、一氧化氮 (NO)、一氧化二氮 (N\(_{2}\)O) 等，最终产物为氮气。以葡萄糖为碳源的反硝化反应方程式为：
\[ 5C_6H_{12}O_6 + 24NO_3^- \rightarrow 30CO_2 + 12N_2 + 18H_2O + 24OH^- \]
▮▮▮▮ⓑ 生物除磷 (Biological Phosphorus Removal)：主要通过聚磷菌 (polyphosphate-accumulating organisms, PAOs) 的吸磷和释磷作用实现。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 释磷阶段 (Phosphorus Release)：在厌氧条件下，聚磷菌分解体内储存的聚磷酸盐 (poly-P)，释放磷酸盐到水中，同时吸收有机碳源 (如乙酸) 并转化为聚羟基烷酸酯 (polyhydroxyalkanoates, PHAs) 储存起来，释放能量。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 吸磷阶段 (Phosphorus Uptake)：在好氧条件下，聚磷菌利用释磷阶段储存的能量，吸收污水中的磷酸盐，并将磷酸盐以聚磷酸盐的形式重新储存到体内。通过排放富含聚磷酸盐的剩余污泥，实现除磷。
▮▮▮▮ⓓ 常用生物脱氮除磷工艺 (Commonly used biological nitrogen and phosphorus removal processes)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ A/O 工艺 (Anaerobic/Oxic Process)：厌氧池 (Anaerobic zone) + 好氧池 (Oxic zone)，主要用于生物除磷。污水先进入厌氧池进行释磷，然后进入好氧池进行吸磷和硝化。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ A\(^{2}\)/O 工艺 (Anaerobic/Anoxic/Oxic Process)：厌氧池 + 缺氧池 (Anoxic zone) + 好氧池，兼具生物脱氮除磷功能。污水先进入厌氧池进行释磷，然后进入缺氧池进行反硝化脱氮，最后进入好氧池进行吸磷和硝化。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ UCT 工艺 (University of Cape Town Process) 和 改良型 UCT 工艺 (Modified UCT Process)：是对 A\(^{2}\)/O 工艺的改进，通过污泥回流方式优化碳源利用和硝酸盐浓度控制，提高脱氮除磷效果。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ UNITANK 工艺 (UNITANK Process)：采用同一池体，通过时间分割控制，实现厌氧、缺氧、好氧状态的交替运行，完成脱氮除磷过程。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ CAST 工艺 (Cyclic Activated Sludge Technology) 和 SBR 工艺 (Sequencing Batch Reactor Process)：均为序批式活性污泥法，在一个反应器内按时间顺序进行进水、反应、沉淀、排水、闲置等工序，通过控制运行周期和参数，实现脱氮除磷。

4.4 饮用水处理 (Drinking Water Treatment)

本节详细介绍饮用水水源选择、常规处理工艺和深度处理技术，确保饮用水安全。饮用水处理 (drinking water treatment) 的目标是将天然水源 (地表水或地下水) 处理成符合国家饮用水水质标准的安全、卫生、感官性状良好的饮用水。饮用水处理工艺的选择和组合，取决于原水水质、出水水质要求、经济技术条件等因素。

4.4.1 饮用水水源选择与保护 (Drinking Water Source Selection and Protection)

饮用水水源 (drinking water source) 的选择是饮用水安全的第一道关口。优先选择水质良好、水量充足、易于保护的水源作为饮用水水源。

① 饮用水水源选择原则 (Principles for selecting drinking water sources)：

⚝ 水质良好 (Good water quality)：优先选择污染轻微或未受污染的水源，原水水质越好，处理工艺越简单，处理成本越低，出水水质越安全。
⚝ 水量充足 (Sufficient water quantity)：水源水量应能满足供水需求，并具有一定的备用量，以应对枯水期或突发事件。
⚝ 易于保护 (Easy to protect)：水源地应易于划定保护区，采取保护措施，防止水源受到污染。
⚝ 经济合理 (Economically reasonable)：水源取水、输水、处理等成本应经济合理，符合当地经济发展水平。
⚝ 可持续利用 (Sustainable utilization)：水源开采量不应超过水源补给量，保证水资源可持续利用。
⚝ 地质条件适宜 (Suitable geological conditions)：水源地地质条件应稳定，避免地质灾害影响水源安全。

② 饮用水水源地保护措施 (Protection measures for drinking water source areas)：为了防止饮用水水源受到污染，保障饮用水安全，必须加强水源地保护。水源地保护区划分为一级保护区、二级保护区和准保护区。

⚝ 一级保护区 (Primary protection zone)：也称绝对保护区，是水源地最核心的保护区域，直接影响饮用水水质安全。
▮▮▮▮ⓐ 保护措施 (Protection measures)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 禁止 (Prohibition)：禁止新建、扩建、改建与供水设施和保护水源无关的建设项目；禁止从事可能污染水源的活动，如旅游、游泳、垂钓、养殖、洗衣、堆放废弃物、施用农药化肥等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 隔离 (Isolation)：设置隔离防护设施，如围栏、警示牌等，防止人为破坏和污染。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 巡查 (Inspection)：加强日常巡查和监测，及时发现和处理污染隐患。
⚝ 二级保护区 (Secondary protection zone)：是水源地的重要保护区域，防止一级保护区受到污染的屏障。
▮▮▮▮ⓐ 保护措施 (Protection measures)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 限制 (Restriction)：限制新建、扩建排放污染物的建设项目；已建成的排放污染物的建设项目，应当采取措施，减少污染物排放，确保水质符合规定要求。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 控制 (Control)：控制人口规模和密度，限制发展可能污染水源的产业，如化工、印染、造纸、电镀、养殖等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 治理 (Treatment)：加强污染治理，对生活污水、工业废水进行收集和处理，达标排放。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 生态修复 (Ecological restoration)：加强水源涵养林建设，恢复湿地生态功能，提高水源地自净能力。
⚝ 准保护区 (Quasi-protection zone)：也称缓冲带，是二级保护区以外，可能影响水源水质的区域，起到缓冲和隔离作用。
▮▮▮▮ⓐ 保护措施 (Protection measures)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 管理 (Management)：加强环境管理，控制污染物排放，防止污染扩散到保护区。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 生态建设 (Ecological construction)：加强生态建设，植树造林，涵养水源，改善生态环境。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 监测 (Monitoring)：加强水质监测，及时掌握水质状况，预警和防控污染风险。

4.4.2 饮用水常规处理工艺 (Conventional Drinking Water Treatment Processes)

饮用水常规处理工艺 (conventional drinking water treatment processes) 是指针对地表水水源，常用的基本处理工艺流程，主要包括混凝、沉淀、过滤、消毒等单元处理过程。常规处理工艺主要去除原水中的浊度、悬浮物、胶体、细菌等，满足一般饮用水水质要求。

① 混凝 (Coagulation)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：去除原水中的浊度、色度、胶体、藻类、部分有机物和细菌等。
▮▮▮▮ⓒ 工艺流程 (Process flow)：在原水中投加混凝剂 (如聚合氯化铝 PAC)，通过混合设备快速混合，使混凝剂迅速均匀分散到水中，发生混凝反应，形成微絮体。
▮▮▮▮ⓓ 关键设备 (Key equipment)：加药装置 (dosing device)、混合设备 (mixing equipment)，如水力混合器 (hydraulic mixer)、机械混合器 (mechanical mixer) 等。

② 絮凝 (Flocculation)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：使混凝阶段形成的微絮体进一步聚集长大，形成较大、密实的絮凝体，有利于后续沉淀和过滤分离。
▮▮▮▮ⓒ 工艺流程 (Process flow)：在混凝后的水中投加絮凝剂 (如聚丙烯酰胺 PAM)，通过缓慢搅拌，促进微絮体相互碰撞、吸附、缠绕，形成较大絮凝体。
▮▮▮▮ⓓ 关键设备 (Key equipment)：絮凝池 (flocculation tank)，通常采用机械搅拌或折板絮凝池，控制搅拌强度和时间，保证絮凝效果。

③ 沉淀 (Sedimentation)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：去除经混凝絮凝处理后水中的絮凝体，使水体初步澄清。
▮▮▮▮ⓒ 工艺流程 (Process flow)：絮凝后的水进入沉淀池，利用重力沉降作用，使絮凝体沉淀分离，上清液为沉淀出水。
▮▮▮▮ⓓ 常用沉淀池类型 (Commonly used sedimentation tank types)：平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池、斜管沉淀池 (inclined tube settler)、加速沉淀池 (accelerated sedimentation tank) 等。斜管沉淀池和加速沉淀池具有沉淀效率高、占地面积小等优点。

④ 过滤 (Filtration)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：进一步去除沉淀出水中的细小悬浮物、胶体、细菌等，使水体进一步澄清，降低浊度，提高水质。
▮▮▮▮ⓒ 常用滤池类型 (Commonly used filter types)：普通快滤池 (rapid sand filter)、慢滤池 (slow sand filter)、无阀滤池 (valveless filter) 等。普通快滤池是目前应用最广泛的滤池类型，过滤速度快，处理能力大，但需要反冲洗 (backwashing) 定期清洗滤料。慢滤池过滤水质好，运行稳定，但过滤速度慢，占地面积大，适用于小型供水系统或水质较好的水源。
▮▮▮▮ⓓ 滤料 (Filter media)：常用滤料包括石英砂 (quartz sand)、砾石 (gravel)、无烟煤 (anthracite coal) 等。双层滤料滤池 (dual media filter) 和三层滤料滤池 (multi-media filter) 采用不同粒径和密度的滤料组合，提高滤池截污能力和出水水质。

⑤ 消毒 (Disinfection)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：杀灭水中残留的病原微生物，确保饮用水符合微生物指标要求，防止疾病传播。
▮▮▮▮ⓒ 常用消毒方法 (Commonly used disinfection methods)：氯消毒 (chlorination)、二氧化氯消毒 (chlorine dioxide disinfection)、臭氧消毒 (ozonation)、紫外线消毒 (UV disinfection) 等。氯消毒是目前应用最广泛的消毒方法，经济有效，但可能产生氯代消毒副产物。二氧化氯和臭氧消毒效果好，不产生氯代消毒副产物，但成本较高。紫外线消毒安全无副产物，但穿透力弱，受水质浊度影响大。
▮▮▮▮ⓓ 消毒工艺流程 (Disinfection process flow)：消毒剂投加点通常设在滤后水或清水池 (clear well) 出水处，保证消毒效果。氯消毒通常需要设置接触池 (contact tank)，保证消毒剂与水充分接触，达到一定的消毒时间 (接触时间)。

⑥ 校正处理 (Correction Treatment)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：根据原水水质和出水水质要求，对水质进行调整和改善，如 pH 值调节、除铁除锰 (iron and manganese removal)、除氟 (fluoride removal)、软化 (softening) 等。
▮▮▮▮ⓒ 常用校正处理方法 (Commonly used correction treatment methods)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ pH 值调节 (pH adjustment)：投加石灰、氢氧化钠等碱性药剂提高 pH 值，或投加二氧化碳、酸等酸性药剂降低 pH 值，使出水 pH 值符合饮用水标准要求。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 除铁除锰 (Iron and manganese removal)：采用曝气氧化 (aeration oxidation) + 过滤法，将水中溶解性铁锰氧化为不溶性沉淀物，然后通过过滤去除。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 除氟 (Fluoride removal)：采用吸附法 (如活性氧化铝吸附)、混凝沉淀法 (如投加钙盐或铝盐) 等去除水中氟化物，防止氟斑牙和氟骨症。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 软化 (Softening)：采用石灰软化法 (lime softening)、石灰-苏打软化法 (lime-soda softening)、离子交换法 (ion exchange softening)、膜法软化 (membrane softening) 等降低水硬度，改善饮用水口感和减少管道结垢。

4.4.3 饮用水深度处理技术 (Advanced Drinking Water Treatment Technologies)

饮用水深度处理技术 (advanced drinking water treatment technologies) 是指在常规处理工艺基础上，进一步去除水中微量有机污染物、消毒副产物前驱物、色度、气味、溶解性无机物等，以提高饮用水水质，满足更高水质要求的高级处理工艺。当原水水质较差，常规处理工艺难以满足饮用水标准要求时，或为提高饮用水品质，需要采用深度处理技术。

① 臭氧氧化 (Ozone Oxidation)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：氧化分解水中有机物、微量污染物、消毒副产物前驱物、色度、气味等，提高出水水质，改善感官性状，同时具有消毒作用。
▮▮▮▮ⓒ 工艺流程 (Process flow)：臭氧发生器 (ozone generator) 产生臭氧气体，通过曝气装置 (aeration device) 将臭氧溶解到水中，进行臭氧氧化反应。臭氧氧化通常设置在过滤后或活性炭吸附前。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：氧化能力强，可有效去除难降解有机物和微量污染物，消毒效果好，不产生氯代消毒副产物，可改善水体感官性状。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：设备投资和运行成本较高，臭氧稳定性差，需现场制备，可能产生溴酸盐等消毒副产物。

② 活性炭吸附 (Activated Carbon Adsorption)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：去除水中溶解性有机物、微量污染物、消毒副产物前驱物、色度、气味等，进一步提高出水水质。
▮▮▮▮ⓒ 常用活性炭吸附工艺 (Commonly used activated carbon adsorption processes)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 粉末活性炭 (PAC) 投加 (Powdered Activated Carbon Addition)：将粉末活性炭直接投加到水中，与水混合接触一段时间后，通过沉淀或过滤去除。PAC 投加灵活，适用于处理藻类、突发性污染等，但再生困难，运行成本较高。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 颗粒活性炭 (GAC) 滤池 (Granular Activated Carbon Filter)：将颗粒活性炭装填在滤池中，作为滤料使用，污水通过活性炭床层，污染物被吸附去除。GAC 滤池可替代普通砂滤池，或作为独立的深度处理单元设置在常规处理工艺之后。GAC 可再生循环使用，运行成本相对较低。
▮▮▮▮ⓕ 优点 (Advantages)：吸附能力强，可有效去除多种有机污染物和微量污染物，出水水质好，运行稳定可靠。
▮▮▮▮ⓖ 缺点 (Disadvantages)：投资和运行成本较高，活性炭再生过程能耗较高，再生效率有限，吸附饱和后需更换活性炭。

③ 膜处理技术 (Membrane Treatment Technologies)：
▮▮▮▮ⓑ 目的 (Purpose)：深度净化水质，去除水中几乎所有污染物，包括悬浮物、胶体、细菌、病毒、有机物、溶解盐等，制备高品质饮用水或纯水。
▮▮▮▮ⓒ 常用膜处理技术 (Commonly used membrane treatment technologies)：超滤 (UF)、纳滤 (NF)、反渗透 (RO)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 超滤 (UF)：主要去除水中悬浮物、胶体、细菌、病毒、大分子有机物等，出水浊度低，细菌去除率高，可作为饮用水深度处理的预处理或独立处理单元。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 纳滤 (NF)：可去除水中硬度、部分溶解盐、有机物、重金属、农药等，出水水质优于常规处理工艺，可作为饮用水深度处理的选择。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 反渗透 (RO)：可去除水中几乎所有溶质，出水水质极高，可制备纯净水或超纯水，适用于高品质饮用水制备或特殊用途用水。
▮▮▮▮ⓖ 优点 (Advantages)：处理效果好，出水水质高，运行稳定可靠，占地面积小，自动化程度高。
▮▮▮▮ⓗ 缺点 (Disadvantages)：投资和运行成本高昂，膜易污染，需定期清洗或更换，浓水 (膜浓缩液) 需妥善处理。

④ 组合工艺 (Combined Processes)：为了充分发挥各种处理技术的优势，提高处理效果，降低处理成本，通常采用多种处理技术组合的工艺流程。
▮▮▮▮ⓑ 常规处理 + 深度处理组合 (Conventional treatment + advanced treatment combination)：如 “混凝-沉淀-过滤-消毒 + 臭氧-活性炭吸附” 工艺、“混凝-沉淀-过滤-消毒 + 膜滤” 工艺等，在常规处理工艺基础上，增加深度处理单元，提高出水水质。
▮▮▮▮ⓒ 多膜组合工艺 (Multi-membrane combination process)：如 “超滤 + 反渗透” 工艺、“微滤 + 超滤 + 反渗透” 工艺等，利用不同膜技术的特点，组合成多级膜处理系统，制备高品质饮用水或纯水。
▮▮▮▮ⓓ 生物处理 + 深度处理组合 (Biological treatment + advanced treatment combination)：如 “生物滤池 + 活性炭吸附” 工艺、“生物滤池 + 膜滤” 工艺等，利用生物处理技术去除大部分有机污染物，再利用深度处理技术进一步去除难降解有机物和微量污染物。

4.5 污水处理 (Wastewater Treatment)

本节系统讲解城市污水和工业废水的处理工艺流程和关键技术，实现污染物有效去除和资源回收。污水处理 (wastewater treatment) 的目标是将城市污水和工业废水处理至符合国家或地方排放标准，或达到回用水水质要求，保护水环境，实现水资源可持续利用。污水处理工艺的选择和组合，取决于污水水质、排放标准或回用水水质要求、经济技术条件等因素。

4.5.1 城市污水处理工艺 (Urban Wastewater Treatment Processes)

城市污水处理 (urban wastewater treatment) 的主要目的是去除污水中的有机污染物、悬浮物、氮、磷、病原微生物等，防止水体污染，保护人体健康和生态环境。城市污水处理厂通常采用二级生物处理工艺为主，根据出水水质要求，可增加深度处理工艺。

① 城市污水处理厂常规工艺流程 (Conventional process flow of urban wastewater treatment plant)：

⚝ 预处理 (Pretreatment)：
▮▮▮▮ⓐ 格栅 (Bar screen)：去除粗大悬浮物和漂浮物。
▮▮▮▮ⓑ 沉砂池 (Grit chamber)：去除砂粒等无机颗粒物。
▮▮▮▮ⓒ 初次沉淀池 (Primary sedimentation tank)：去除可沉降悬浮物，降低 SS 和部分 BOD\(_{5}\) 浓度。
▮▮▮▮ⓓ 调节池 (Equalization basin)：调节水量和水质，均衡进水负荷，为后续生物处理创造稳定条件。
⚝ 二级生物处理 (Secondary biological treatment)：核心处理单元，主要去除污水中的有机污染物。
▮▮▮▮ⓐ 活性污泥法 (Activated sludge process)：是最常用的二级生物处理工艺，包括曝气池和二次沉淀池。曝气池中微生物降解有机物，二次沉淀池进行泥水分离。
▮▮▮▮ⓑ 生物滤池 (Biofilter)、生物转盘 (RBC)、氧化沟 (Oxidation ditch) 等也是常用的二级生物处理工艺。
⚝ 深度处理 (Tertiary treatment) (可选)：当出水水质要求较高时，需要在二级生物处理后增加深度处理工艺，进一步去除氮、磷、难降解有机物、微量污染物等。
▮▮▮▮ⓐ 生物脱氮除磷 (Biological nitrogen and phosphorus removal)：如 A\(^{2}\)/O 工艺、UCT 工艺、SBR 工艺等，去除污水中的氮和磷，防止水体富营养化。
▮▮▮▮ⓑ 高级氧化技术 (AOPs)：如臭氧氧化、紫外/过氧化氢、Fenton 法等，去除难降解有机物和微量污染物。
▮▮▮▮ⓒ 膜滤 (Membrane filtration)：如超滤、纳滤、反渗透等，深度净化水质，实现污水回用。
▮▮▮▮ⓓ 活性炭吸附 (Activated carbon adsorption)：去除有机物、色度、气味等。
⚝ 消毒 (Disinfection)：杀灭出水中的病原微生物，确保出水卫生安全。常用消毒方法包括氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等。
⚝ 污泥处理 (Sludge treatment)：污水处理过程中产生的污泥需要进行处理和处置，主要包括浓缩 (thickening)、消化 (digestion)、脱水 (dewatering)、干化 (drying)、焚烧 (incineration)、土地利用 (land application) 等。

② 不同处理规模城市污水处理厂工艺选择 (Process selection for urban wastewater treatment plants of different scales)：

⚝ 大型城市污水处理厂 (Large-scale urban wastewater treatment plants)：通常采用 “预处理 + 活性污泥法 + 二次沉淀 + 深度处理 (可选) + 消毒” 工艺流程。活性污泥法可根据实际情况选择传统活性污泥法、改良型活性污泥法 (如 A\(^{2}\)/O、UCT)、氧化沟、SBR 等。深度处理工艺根据出水水质要求和回用需求选择。
⚝ 中小型城市污水处理厂 (Medium and small-scale urban wastewater treatment plants)：可采用 “预处理 + 生物滤池/生物转盘/氧化沟 + 二次沉淀 + 消毒” 工艺流程。生物滤池、生物转盘、氧化沟等工艺具有运行管理简单、能耗较低、抗冲击负荷能力较强等优点，适用于中小型城市污水处理厂。也可采用膜生物反应器 (MBR) 工艺，MBR 工艺占地面积小，出水水质好，但投资和运行成本相对较高。
⚝ 村镇污水处理厂 (Rural wastewater treatment plants)：宜采用经济适用、运行管理简便、生态环保的工艺技术，如人工湿地、生物塘、稳定塘、小型生物滤池、小型生物转盘等。人工湿地和生物塘具有生态效益显著、运行费用低廉、维护管理简单等优点，适用于村镇污水处理。

③ 城市污水处理厂提标改造 (Upgrading and renovation of urban wastewater treatment plants)：随着环保要求的提高，许多城市污水处理厂需要进行提标改造，以满足更严格的排放标准。提标改造的主要方向包括：

⚝ 提高脱氮除磷效率 (Improving nitrogen and phosphorus removal efficiency)：采用生物脱氮除磷工艺或增加深度脱氮除磷单元，降低出水中总氮 (total nitrogen, TN) 和总磷 (TP) 浓度。
⚝ 去除难降解有机物和微量污染物 (Removing refractory organic pollutants and trace pollutants)：增加高级氧化技术 (AOPs)、活性炭吸附、膜滤等深度处理单元，去除出水中难降解有机物、内分泌干扰物 (endocrine disrupting compounds, EDCs)、抗生素 (antibiotics) 等微量污染物。
⚝ 降低出水浊度和色度 (Reducing effluent turbidity and color)：优化过滤工艺，采用高效滤料或膜滤技术，降低出水浊度和色度，提高出水感官性状。
⚝ 减少污泥产生量和提高污泥资源化利用水平 (Reducing sludge production and improving sludge resource utilization)：优化污水处理工艺运行参数，减少剩余污泥产生量；采用厌氧消化、污泥干化等技术，提高污泥稳定性和资源化利用水平。

4.5.2 工业废水处理工艺 (Industrial Wastewater Treatment Processes)

工业废水 (industrial wastewater) 种类繁多，水质复杂，污染物成分差异很大，需要根据不同行业工业废水的特点和排放标准，选择合适的处理工艺和技术。工业废水处理的原则是优先采用清洁生产工艺，从源头减少污染物产生；对产生的废水进行分类收集、分质处理、综合利用，实现废水资源化和污染物减量化。

① 工业废水处理工艺选择原则 (Principles for selecting industrial wastewater treatment processes)：

⚝ 针对性原则 (Targeted principle)：根据不同行业工业废水的特点和污染物成分，选择有针对性的处理工艺和技术，提高处理效率和经济性。
⚝ 组合工艺原则 (Combined process principle)：通常需要采用多种处理技术组合的工艺流程，发挥各种处理技术的优势，实现污染物综合去除。
⚝ 资源化原则 (Resource utilization principle)：优先考虑废水资源化利用，如废水回用、有价物质回收等，实现废水资源化和循环经济。
⚝ 经济性原则 (Economic principle)：在满足处理效果的前提下，选择投资和运行成本较低的处理工艺和技术，降低企业环保负担。
⚝ 可持续性原则 (Sustainability principle)：选择环境友好、节能降耗、可持续发展的处理工艺和技术，实现经济效益、环境效益和社会效益的统一。

② 不同行业工业废水处理工艺特点 (Treatment process characteristics of industrial wastewater in different industries)：

⚝ 造纸废水处理 (Papermaking wastewater treatment)：主要污染物为 COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\)、悬浮物、色度等。常用处理工艺包括：
▮▮▮▮ⓐ 预处理 (Pretreatment)：沉淀、气浮等，去除悬浮物和纤维。
▮▮▮▮ⓑ 生物处理 (Biological treatment)：活性污泥法、生物滤池、厌氧消化等，去除有机污染物。
▮▮▮▮ⓒ 深度处理 (Advanced treatment)：高级氧化、活性炭吸附、膜滤等，去除色度、难降解有机物。
▮▮▮▮ⓓ 碱回收 (Alkali recovery)：碱法制浆产生的黑液 (black liquor) 可通过蒸发浓缩、碱回收等工艺回收碱和热能。
⚝ 印染废水处理 (Textile dyeing wastewater treatment)：主要污染物为色度、COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\)、染料、浆料、助剂等。常用处理工艺包括：
▮▮▮▮ⓐ 预处理 (Pretreatment)：混凝沉淀、气浮、吸附等，去除色度、悬浮物。
▮▮▮▮ⓑ 生物处理 (Biological treatment)：活性污泥法、生物滤池、SBR 等，去除有机污染物。
▮▮▮▮ⓒ 深度处理 (Advanced treatment)：高级氧化、活性炭吸附、膜滤等，去除难降解有机物、色度。
▮▮▮▮ⓓ 物化脱色 (Physicochemical decolorization)：活性炭吸附、混凝沉淀、氧化脱色等，去除色度。
⚝ 化工废水处理 (Chemical wastewater treatment)：种类繁多，成分复杂，污染物毒性大。常用处理工艺包括：
▮▮▮▮ⓐ 预处理 (Pretreatment)：物化预处理，如混凝沉淀、气浮、吸附、萃取、汽提等，去除悬浮物、油类、重金属、有毒有害物质。
▮▮▮▮ⓑ 生物处理 (Biological treatment)：活性污泥法、生物滤池、厌氧消化等，去除可生化降解有机物。
▮▮▮▮ⓒ 深度处理 (Advanced treatment)：高级氧化、活性炭吸附、膜滤等，去除难降解有机物、微量污染物。
▮▮▮▮ⓓ 分类分质处理 (Classified and separate treatment)：根据废水性质和污染物成分，进行分类收集、分质处理，提高处理效率和资源化利用水平。
⚝ 制革废水处理 (Leather making wastewater treatment)：主要污染物为 COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\)、悬浮物、硫化物、铬等。常用处理工艺包括：
▮▮▮▮ⓐ 预处理 (Pretreatment)：格栅、沉砂池、沉淀池等，去除粗大杂物和悬浮物。
▮▮▮▮ⓑ 硫化物去除 (Sulfide removal)：化学沉淀法 (如石灰沉淀、铁盐沉淀)、生物脱硫法等，去除硫化物。
▮▮▮▮ⓒ 铬回收 (Chromium recovery)：化学沉淀法、离子交换法、膜分离法等，回收铬。
▮▮▮▮ⓓ 生物处理 (Biological treatment)：活性污泥法、生物滤池、SBR 等，去除有机污染物。
▮▮▮▮ⓔ 深度处理 (Advanced treatment)：高级氧化、活性炭吸附、膜滤等，进一步去除有机物、色度。
⚝ 食品工业废水处理 (Food industry wastewater treatment)：主要污染物为 COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\)、悬浮物、油脂、氮、磷等。常用处理工艺包括：
▮▮▮▮ⓐ 预处理 (Pretreatment)：隔油池 (oil separator)、沉淀池、气浮等，去除油脂和悬浮物。
▮▮▮▮ⓑ 生物处理 (Biological treatment)：活性污泥法、生物滤池、SBR、厌氧消化等，去除有机污染物。
▮▮▮▮ⓒ 深度处理 (Advanced treatment)：生物脱氮除磷、膜滤等，去除氮、磷，实现回用。
▮▮▮▮ⓓ 厌氧消化 (Anaerobic digestion)：高浓度有机废水可采用厌氧消化处理，回收生物能源甲烷。
⚝ 采矿和选矿废水处理 (Mining and mineral processing wastewater treatment)：主要污染物为悬浮物、重金属、酸、碱、氰化物等。常用处理工艺包括：
▮▮▮▮ⓐ 预处理 (Pretreatment)：沉淀、浓缩、中和等，去除悬浮物、调节 pH 值。
▮▮▮▮ⓑ 重金属去除 (Heavy metal removal)：化学沉淀法 (硫化物沉淀、石灰沉淀)、吸附法、离子交换法、电解法、膜分离法等，去除重金属。
▮▮▮▮ⓒ 氰化物去除 (Cyanide removal)：化学氧化法 (氯氧化、臭氧氧化、过氧化氢氧化)、生物法等，去除氰化物。
▮▮▮▮ⓓ 酸碱中和 (Acid-base neutralization)：投加酸碱中和剂，调节 pH 值至排放标准。

③ 工业园区废水集中处理 (Centralized wastewater treatment in industrial parks)：工业园区内企业废水种类多、水量大，集中处理可提高处理效率，降低处理成本，实现资源共享和协同治理。工业园区废水集中处理厂通常采用 “预处理 + 分类分质处理 + 综合处理 + 深度处理” 工艺流程。

⚝ 预处理 (Pretreatment)：格栅、沉砂池、调节池等，去除粗大杂物、砂粒，调节水量和水质。
⚝ 分类分质处理 (Classified and separate treatment)：根据不同行业废水特点和污染物成分，进行分类分质处理，如重金属废水单独处理、高浓度有机废水厌氧处理、易生化降解有机废水好氧处理等。
⚝ 综合处理 (Comprehensive treatment)：将分类分质处理后的废水混合，进行综合处理，通常采用活性污泥法、生物滤池等二级生物处理工艺，去除剩余有机污染物。
⚝ 深度处理 (Advanced treatment)：根据出水水质要求和回用需求，增加深度处理单元，如高级氧化、活性炭吸附、膜滤、生物脱氮除磷等，进一步提高出水水质，实现废水回用或达标排放。

4.5.3 污水资源化利用 (Wastewater Resource Utilization)

污水资源化利用 (wastewater resource utilization) 是指将处理后的污水作为一种水资源进行循环利用，减少新鲜水取用量，缓解水资源短缺，实现水资源可持续利用。污水资源化利用是解决水资源短缺和水污染问题的重要途径，也是循环经济和绿色发展的重要组成部分。

① 污水资源化利用的主要途径 (Main ways of wastewater resource utilization)：

⚝ 工业回用 (Industrial reuse)：将处理后的工业废水回用于工业生产过程，如冷却水、循环水、工艺用水、洗涤用水等。工业回用是污水资源化利用的重要方向，可大幅度降低工业用水量，节约水资源，减少废水排放。
⚝ 城市杂用水回用 (Urban non-potable reuse)：将处理后的城市污水回用于城市绿化浇灌、道路清扫、冲厕、景观水体补给、消防用水等。城市杂用水回用可减少城市自来水用量，降低供水压力，缓解城市水资源紧张局面。
⚝ 农业灌溉回用 (Agricultural irrigation reuse)：将处理后的城市污水或农业废水回用于农田灌溉。农业灌溉回用可节约农业用水，减少化肥施用量，提高土壤肥力，但需注意控制水质，防止重金属、病原微生物等污染物对土壤和农作物的污染。
⚝ 地下水回灌 (Groundwater recharge)：将处理后的污水回灌到地下含水层，补充地下水资源，缓解地下水超采和地面沉降问题。地下水回灌需严格控制水质，防止地下水污染。
⚝ 生态环境用水 (Ecological environment water use)：将处理后的污水用于河流生态补水、湿地生态恢复、景观水体建设等，改善水生态环境，恢复水体生态功能。

② 污水回用水质标准 (Water quality standards for wastewater reuse)：不同用途的污水回用，对水质要求不同，需要制定相应的回用水水质标准。回用水水质标准应根据回用用途、受纳水体环境功能、人体健康风险等因素确定，并应符合国家或地方相关法规和标准。

⚝ 工业回用水水质标准 (Water quality standards for industrial reuse)：根据不同工业行业和不同工艺用水要求，制定相应的回用水水质标准，如冷却水回用水水质标准、循环水回用水水质标准、工艺用水回用水水质标准等。
⚝ 城市杂用水水质标准 (Water quality standards for urban non-potable reuse)：根据不同用途的城市杂用水要求，制定相应的回用水水质标准，如城市绿化灌溉回用水水质标准、道路清扫回用水水质标准、冲厕回用水水质标准、景观水体补给回用水水质标准等。
⚝ 农业灌溉回用水水质标准 (Water quality standards for agricultural irrigation reuse)：应符合国家《农田灌溉水质标准》(GB 5084) 的要求，控制重金属、盐分、病原微生物等污染物指标，保障土壤和农作物安全。
⚝ 景观环境用水水质标准 (Water quality standards for landscape and environmental water use)：应符合国家《地表水环境质量标准》(GB 3838) 中相应水域功能区划的水质要求，或参照《城市污水再生利用 景观环境用水水质》(GB/T 18921) 等标准执行。

③ 污水回用处理技术 (Wastewater reuse treatment technologies)：污水回用需要对污水进行深度处理，以满足不同回用用途的水质要求。常用的污水回用处理技术包括：

⚝ 膜生物反应器 (MBR)：MBR 出水水质好，可有效去除悬浮物、浊度、细菌、病毒、有机物等，是污水回用的核心技术。
⚝ 膜滤 (Membrane filtration)：超滤、纳滤、反渗透等膜滤技术可深度净化水质，去除溶解盐、重金属、微量污染物等，制备高品质回用水。
⚝ 高级氧化技术 (AOPs)：臭氧氧化、紫外/过氧化氢、Fenton 法等 AOPs 可去除难降解有机物、微量污染物，提高回用水水质。
⚝ 活性炭吸附 (Activated carbon adsorption)：活性炭吸附可去除有机物、色度、气味，改善回用水感官性状。
⚝ 生物脱氮除磷 (Biological nitrogen and phosphorus removal)：生物脱氮除磷工艺可去除污水中的氮和磷，防止回用水引起水体富营养化。

④ 污泥资源化利用 (Sludge resource utilization)：污水处理过程中产生的污泥含有丰富的有机质、氮、磷等营养元素，以及热值，具有资源化利用价值。污泥资源化利用的主要途径包括：

⚝ 土地利用 (Land application)：将处理后的污泥 (如厌氧消化后的污泥、堆肥后的污泥) 作为土壤改良剂或肥料施用于土地，提高土壤肥力，促进植物生长。土地利用是污泥资源化利用的重要途径，但需注意控制污泥中的重金属、病原微生物等污染物，防止土壤和农作物污染。
⚝ 建材利用 (Building material utilization)：将污泥制成建材产品，如污泥砖、污泥水泥、污泥陶粒等。建材利用可消耗大量污泥，实现污泥减量化和资源化，但需注意控制建材产品的重金属浸出毒性。
⚝ 能源利用 (Energy utilization)：
▮▮▮▮ⓐ 厌氧消化产沼气 (Anaerobic digestion for biogas production)：利用污泥进行厌氧消化，产生沼气 (主要成分为甲烷)，作为生物能源回收利用。沼气可用于发电、供热、或提纯为天然气。
▮▮▮▮ⓑ 污泥焚烧发电 (Sludge incineration for power generation)：将脱水干化后的污泥进行焚烧，利用焚烧产生的热能发电或供热。污泥焚烧可实现污泥彻底减量化和能源回收，但需注意控制焚烧过程中产生的二次污染物，如二噁英 (dioxins) 和重金属。
⚝ 制备活性炭 (Activated carbon production)：利用污泥炭化或活化制备活性炭，用于污水处理、废气处理、土壤修复等领域。污泥制备活性炭可实现污泥高值化利用，但制备工艺和成本需进一步优化。

4.6 水环境管理与保护 (Water Environment Management and Protection)

本节介绍水环境管理体系、法律法规、水质标准，以及流域综合管理和水生态保护措施。水环境管理与保护 (water environment management and protection) 是指运用法律、经济、技术、行政等手段，对水环境进行规划、控制、治理和保护，实现水资源可持续利用和水环境质量持续改善。

4.6.1 水环境管理体系与法规 (Water Environment Management System and Regulations)

完善的水环境管理体系和健全的法律法规是水环境保护与治理的重要保障。

① 中国水环境管理体系 (Water environment management system in China)：中国水环境管理体系是由中央政府、地方政府、环保部门、水利部门、其他相关部门、企业、公众等共同组成的复杂系统，各主体在水环境管理中承担不同的职责和作用。

⚝ 中央政府 (Central government)：
▮▮▮▮ⓐ 制定水环境管理政策和法规 (Formulate water environment management policies and regulations)：国务院 (State Council) 及其环境保护主管部门 (生态环境部, Ministry of Ecology and Environment, MEE) 负责制定国家水环境保护政策、法律法规、标准规范，指导全国水环境保护工作。
▮▮▮▮ⓑ 组织和领导全国水环境保护工作 (Organize and lead national water environment protection work)：国务院领导全国水环境保护工作，生态环境部具体负责组织、协调、监督、指导全国水环境保护工作。
▮▮▮▮ⓒ 重大水环境问题决策 (Decision-making on major water environment issues)：国务院负责重大水环境问题决策，如跨流域调水、重大水污染事件处置、重要生态功能区划定等。
⚝ 地方政府 (Local governments)：
▮▮▮▮ⓐ 执行国家水环境管理政策和法规 (Implement national water environment management policies and regulations)：地方各级人民政府 (local people's governments) 负责执行国家水环境保护政策、法律法规、标准规范，落实水环境保护责任。
▮▮▮▮ⓑ 制定地方水环境管理规定和标准 (Formulate local water environment management regulations and standards)：省级人民政府 (provincial people's governments) 可以根据地方实际情况，制定地方性水环境保护法规、规章和标准，但不得与国家法律法规和标准相抵触。
▮▮▮▮ⓒ 组织和领导本行政区域水环境保护工作 (Organize and lead water environment protection work within their administrative regions)：地方各级人民政府领导本行政区域水环境保护工作，环境保护主管部门 (生态环境部门) 具体负责组织、协调、监督、指导本行政区域水环境保护工作。
⚝ 环境保护部门 (Environmental protection departments) (生态环境部门)：各级生态环境部门是水环境管理的主管部门，承担以下主要职责：
▮▮▮▮ⓐ 水环境质量监测与评价 (Water environment quality monitoring and assessment)：组织开展水环境质量监测，掌握水环境状况，发布水环境质量信息，进行水环境质量评价。
▮▮▮▮ⓑ 水污染物排放管理 (Water pollutant discharge management)：实施排污许可制度 (pollutant discharge permit system)，核发排污许可证 (pollutant discharge permit)，监督管理企事业单位污染物排放行为，征收排污费 (pollution discharge fee)。
▮▮▮▮ⓒ 水污染防治 (Water pollution prevention and control)：组织编制水污染防治规划 (water pollution prevention and control plan)，实施水污染防治措施，防治工业废水、生活污水、农业面源污染等。
▮▮▮▮ⓓ 饮用水水源地保护 (Drinking water source protection)：划定饮用水水源保护区 (drinking water source protection zone)，实施水源地保护措施，保障饮用水水源安全。
▮▮▮▮ⓔ 水生态保护与修复 (Water ecological protection and restoration)：组织开展水生态调查与评估，制定水生态保护与修复规划，实施水生态保护与修复工程。
▮▮▮▮ⓕ 水环境执法监督 (Water environment law enforcement and supervision)：依法查处水环境违法行为，维护水环境法律法规的权威性。
⚝ 水利部门 (Water resources departments)：各级水利部门在水资源管理和保护中也发挥重要作用，主要职责包括：
▮▮▮▮ⓐ 水资源调查与评价 (Water resources investigation and assessment)：组织开展水资源调查，评价水资源状况，发布水资源公报 (water resources bulletin)。
▮▮▮▮ⓑ 水资源规划与配置 (Water resources planning and allocation)：编制水资源综合规划 (water resources comprehensive plan)，进行水资源优化配置，保障供水安全。
▮▮▮▮ⓒ 取水许可管理 (Water abstraction permit management)：实施取水许可制度 (water abstraction permit system)，核发取水许可证 (water abstraction permit)，管理取水行为，控制水资源开发利用强度。
▮▮▮▮ⓓ 节约用水管理 (Water conservation management)：推广节水技术和措施，提高用水效率，促进节约用水。
▮▮▮▮ⓔ 水功能区划与管理 (Water function zoning and management)：划定水功能区 (water function zone)，进行水功能区管理，保障水体功能实现。
⚝ 其他相关部门 (Other relevant departments)：如发展改革部门 (development and reform departments)、财政部门 (finance departments)、农业农村部门 (agriculture and rural affairs departments)、住房城乡建设部门 (housing and urban-rural development departments) 等，在水环境管理中也承担相应的职责。
⚝ 企业 (Enterprises)：是水污染防治的主体责任人，必须遵守水环境保护法律法规和标准，履行污染防治责任，减少污染物排放，实现达标排放。
⚝ 公众 (Public)：是水环境保护的参与者和监督者，有权了解水环境信息，参与水环境保护决策，监督企业排污行为，举报水环境违法行为，共同保护水环境。

② 主要水环境法律法规 (Main water environment laws and regulations)：中国已建立较为完善的水环境法律法规体系，为水环境保护与治理提供了法律依据。

⚝ 《中华人民共和国环境保护法》 (Environmental Protection Law of the People's Republic of China)：是环境保护领域的基本法，确立了环境保护的基本原则、制度和法律责任，是水环境保护法律体系的基石。
⚝ 《中华人民共和国水污染防治法》 (Water Pollution Prevention and Control Law of the People's Republic of China)：是水污染防治领域的核心法律，规定了水污染防治的基本制度、措施和法律责任，是水污染防治工作的主要法律依据。
⚝ 《中华人民共和国水法》 (Water Law of the People's Republic of China)：是水资源管理和保护领域的基本法，规定了水资源开发、利用、节约、保护和管理的基本制度和法律责任，为水资源可持续利用提供了法律保障。
⚝ 《中华人民共和国长江保护法》 (Yangtze River Protection Law of the People's Republic of China)：针对长江流域生态环境保护的专门法律，强化了长江流域生态环境保护的顶层设计和制度安排，是推动长江经济带高质量发展的重要法律保障。
⚝ 《中华人民共和国黄河保护法》 (Yellow River Protection Law of the People's Republic of China)：针对黄河流域生态保护和高质量发展的专门法律，为加强黄河流域生态环境保护和治理，保障黄河长治久安提供了法治保障。
⚝ 《中华人民共和国海洋环境保护法》 (Marine Environmental Protection Law of the People's Republic of China)：是海洋环境保护领域的基本法，规定了海洋环境保护的基本制度、措施和法律责任，保护海洋生态环境，防治海洋污染损害。
⚝ 《排污许可管理条例》 (Regulations on the Administration of Pollutant Discharge Permits)：是排污许可制度的核心法规，规定了排污许可的申请、核发、管理、监督检查和法律责任，规范排污行为，控制污染物排放。
⚝ 《水污染防治行动计划》 (Water Pollution Prevention and Control Action Plan) (简称 “水十条”)：是国务院印发的水污染防治行动纲领性文件，提出了水污染防治的总体目标、主要任务和保障措施，是当前和今后一段时期水污染防治工作的行动指南。
⚝ 《地表水环境质量标准》 (Environmental Quality Standard for Surface Water) (GB 3838)：是评价地表水环境质量和进行水污染控制与管理的基本依据，规定了地表水环境质量的分类、标准限值、监测方法和评价方法。
⚝ 《生活饮用水卫生标准》 (Standards for Drinking Water Quality) (GB 5749)：是评价生活饮用水水质是否安全卫生的强制性国家标准，规定了生活饮用水水质的指标、限值、检验方法和卫生要求。
⚝ 《污水综合排放标准》 (Integrated Wastewater Discharge Standard) (GB 8978)：是工业企业和城镇污水处理厂等排污单位排放污水的控制标准，规定了不同行业和不同排放去向的污水排放限值和控制要求。

③ 国际水环境管理体系与法规 (International water environment management system and regulations)：全球性或区域性水环境问题需要国际合作和共同治理。国际水环境管理体系主要包括联合国 (United Nations, UN) 及其专门机构、区域性国际组织、非政府组织 (non-governmental organizations, NGOs) 等。

⚝ 联合国 (United Nations, UN)：是全球最重要的国际组织，在水资源管理和水环境保护方面发挥着重要的领导和协调作用。
▮▮▮▮ⓐ 联合国环境规划署 (United Nations Environment Programme, UNEP)：是联合国系统内负责环境事务的机构，致力于推动全球环境问题的解决，包括水资源管理和水环境保护。
▮▮▮▮ⓑ 联合国教科文组织 (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, UNESCO)：通过国际水文计划 (International Hydrological Programme, IHP) 等项目，推动水科学研究、水资源管理和水教育。
▮▮▮▮ⓒ 联合国水机制 (UN-Water)：是联合国系统内负责协调涉水事务的机制，整合联合国各机构在水资源领域的资源和力量，推动全球水资源可持续管理和水卫生改善。
▮▮▮▮ⓓ 可持续发展目标 (Sustainable Development Goals, SDGs)：联合国 2030 年可持续发展议程 (2030 Agenda for Sustainable Development) 提出了 17 项可持续发展目标，其中 SDG 6 专门关注清洁饮水和卫生设施，SDG 14 和 SDG 15 分别关注海洋和陆地生态系统保护，都与水环境管理与保护密切相关。
⚝ 区域性国际组织 (Regional international organizations)：如欧盟 (European Union, EU)、北美自由贸易协定 (North American Free Trade Agreement, NAFTA)、东南亚国家联盟 (Association of Southeast Asian Nations, ASEAN) 等，在区域水资源管理和水环境保护方面开展合作，制定区域性水环境法规和标准。如欧盟的《水框架指令》 (Water Framework Directive, WFD) 是欧盟水环境管理的核心法规，旨在实现欧盟水体良好生态环境状况。
⚝ 国际水法 (International water law)：是调整国际水事关系的法律规范体系，主要包括国际河流法 (law of international rivers)、国际地下水法 (law of international groundwater)、国际湖泊法 (law of international lakes)、国际环境法 (international environmental law) 等。国际水法为解决跨界水资源争端、保护跨界水环境提供了法律框架。
⚝ 国际环境公约 (International environmental conventions)：如《联合国气候变化框架公约》 (United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)、《生物多样性公约》 (Convention on Biological Diversity, CBD)、《拉姆萨尔湿地公约》 (Ramsar Convention on Wetlands)、《控制危险废物越境转移及其处置巴塞尔公约》 (Basel Convention on the Control of Transboundary Movements of Hazardous Wastes and Their Disposal) 等，都与水环境保护密切相关，对全球水环境管理与保护产生重要影响。
⚝ 非政府组织 (NGOs)：如世界自然基金会 (World Wide Fund for Nature, WWF)、绿色和平组织 (Greenpeace)、国际水资源协会 (International Water Resources Association, IWRA)、国际水协会 (International Water Association, IWA) 等，积极参与水环境保护宣传教育、科学研究、政策倡导、公众参与等活动，推动全球水环境管理与保护。

4.6.2 水质标准与评价 (Water Quality Standards and Assessment)

水质标准 (water quality standards) 是衡量水体质量和评价水环境状况的基本依据，是进行水污染控制和水资源管理的重要工具。水质评价 (water quality assessment) 是根据水质标准，对水体质量状况进行分析、评价和判断的过程，为水环境管理和决策提供科学依据。

① 中国主要水质标准 (Main water quality standards in China)：

⚝ 《地表水环境质量标准》 (Environmental Quality Standard for Surface Water) (GB 3838)：根据地表水水域功能和保护目标，将地表水划分为五类，并规定了各类水域的水质指标和限值。
▮▮▮▮ⓐ 分类 (Classification)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ Ⅰ类 (Class I)：主要适用于源头水、国家自然保护区核心区等，水质良好，基本未受污染，只经消毒处理即可供生活饮用。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ Ⅱ类 (Class II)：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等，水质受轻度污染，经常规净化处理可供生活饮用。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ Ⅲ类 (Class III)：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等，水质受中度污染，经净化处理后可供生活饮用。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ Ⅳ类 (Class IV)：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区等，水质受较重污染，不宜直接作为饮用水水源，经处理后可作工业用水。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ Ⅴ类 (Class V)：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域等，水质污染严重，基本丧失水体使用功能。
▮▮▮▮ⓖ 水质指标 (Water quality indicators)：包括 pH 值、溶解氧 (dissolved oxygen, DO)、化学需氧量 (COD\(_{Cr}\))、五日生化需氧量 (BOD\(_{5}\))、氨氮 (NH\(_{3}\)-N)、总磷 (TP)、高锰酸盐指数 (COD\(_{Mn}\))、铜 (Cu)、锌 (Zn)、氟化物 (F\(^{-}\))、硒 (Se)、砷 (As)、汞 (Hg)、镉 (Cd)、六价铬 (Cr\(^{6+}\))、铅 (Pb)、氰化物 (CN\(^{-}\))、挥发酚 (volatile phenols)、石油类 (petroleum)、阴离子表面活性剂 (anionic surfactants)、硫化物 (S\(^{2-}\))、粪大肠菌群 (fecal coliforms) 等。不同类别水域的水质指标限值不同，类别越高，水质要求越高，限值越严格。
⚝ 《生活饮用水卫生标准》 (Standards for Drinking Water Quality) (GB 5749)：是评价生活饮用水水质是否安全卫生的强制性国家标准，规定了生活饮用水水质的指标、限值、检验方法和卫生要求。
▮▮▮▮ⓐ 水质指标分类 (Classification of water quality indicators)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 感官性状和一般化学指标 (Sensory characteristics and general chemical indicators)：色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、pH 值、铝 (Al)、铁 (Fe)、锰 (Mn)、铜 (Cu)、锌 (Zn)、氯化物 (Cl\(^{-}\))、硫酸盐 (SO\(_{4}^{2-}\)), 总硬度 (total hardness)、溶解性总固体 (total dissolved solids, TDS) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 毒理指标 (Toxicological indicators)：
▮▮▮▮ⓓ 无机毒理指标 (Inorganic toxicological indicators)：砷 (As)、镉 (Cd)、铬 (Cr\(^{6+}\))、铅 (Pb)、汞 (Hg)、硒 (Se)、氰化物 (CN\(^{-}\))、氟化物 (F\(^{-}\)), 硝酸盐 (NO\(_{3}^{-}\)-N)、亚硝酸盐 (NO\(_{2}^{-}\)-N) 等。
▮▮▮▮ⓔ 有机毒理指标 (Organic toxicological indicators)：苯并[a]芘 (benzo[a]pyrene, BaP)、滴滴涕 (DDT)、六六六 (HCH)、多环芳烃 (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)、挥发性有机物 (VOCs)、三卤甲烷 (trihalomethanes, THMs) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 放射性指标 (Radioactive indicators)：总 α 放射性 (gross alpha radioactivity)、总 β 放射性 (gross beta radioactivity)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 微生物指标 (Microbiological indicators)：总大肠菌群 (total coliforms)、耐热大肠菌群 (thermotolerant coliforms)、大肠埃希氏菌 (Escherichia coli)。
▮▮▮▮ⓗ 水质指标限值 (Water quality indicator limits)：标准对每项水质指标都规定了最高允许浓度或限值，生活饮用水水质必须符合标准要求。
⚝ 《污水综合排放标准》 (Integrated Wastewater Discharge Standard) (GB 8978)：是控制工业企业和城镇污水处理厂等排污单位排放污水的国家污染物排放标准，规定了不同行业和不同排放去向的污水排放限值和控制要求。
▮▮▮▮ⓐ 排放控制方式 (Emission control methods)：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 按行业控制 (Control by industry)：对不同行业工业废水，分别规定了不同的污染物排放限值。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 按排放去向控制 (Control by discharge destination)：根据污水排放去向 (排入地表水体、城镇下水道、海域等)，分别规定了不同的污染物排放限值。排入地表水体的污水，根据受纳水体功能区划，执行相应的水污染物排放限值。
▮▮▮▮ⓓ 水污染物控制项目 (Water pollutant control items)：包括 pH 值、悬浮物 (SS)、化学需氧量 (COD\(_{Cr}\))、五日生化需氧量 (BOD\(_{5}\))、氨氮 (NH\(_{3}\)-N)、总磷 (TP)、石油类、挥发酚、重金属 (如汞、镉、铅、铬、砷) 等。不同行业和不同排放去向的污水，水污染物控制项目和排放限值有所不同。

② 水质评价方法 (Water quality assessment methods)：水质评价方法是根据水质标准，对水体质量状况进行定量或定性评价的方法。常用的水质评价方法包括：

⚝ 单因子评价法 (Single factor assessment method)：选择水体中某一代表性污染物的浓度或指标值，与水质标准进行比较，评价水体质量。单因子评价法简单易行，但只能反映水体某一方面的污染状况，不能全面反映水体质量。
⚝ 综合污染指数法 (Comprehensive pollution index method)：选择多个水质指标，计算综合污染指数，综合评价水体污染程度。常用的综合污染指数包括：
▮▮▮▮ⓐ 纳氏污染指数 (Nemerow pollution index)：考虑了水质指标的超标倍数和权重，能较好地反映水体污染程度，是目前应用较广泛的综合污染指数之一。
▮▮▮▮ⓑ 综合水质标识指数 (Water quality identification index, WQI)：根据不同水质指标对水环境质量的影响程度，赋予不同的权重，计算综合水质指数，评价水质优劣。
\[ WQI = \sum_{i=1}^{n} W_i \times C_i \]
其中，\(W_i\) 为第 \(i\) 项水质指标的权重，\(C_i\) 为第 \(i\) 项水质指标的标准化值。
▮▮▮▮ⓒ 模糊综合评价法 (Fuzzy comprehensive evaluation method)：利用模糊数学理论，对水质进行模糊综合评价，考虑水质评价的模糊性和不确定性，评价结果更符合实际情况。
⚝ 富营养化评价法 (Eutrophication assessment method)：针对湖泊、水库等缓流水体，评价水体富营养化程度。常用的富营养化评价指标包括总磷 (TP)、总氮 (TN)、叶绿素 a (chlorophyll a, Chl-a)、透明度 (transparency, SD)、高锰酸盐指数 (COD\(_{Mn}\)) 等。常用的富营养化评价方法包括：
▮▮▮▮ⓐ 综合营养状态指数法 (Comprehensive trophic state index, TSI)：根据叶绿素 a、总磷、总氮、透明度等指标，计算综合营养状态指数，评价水体营养状态。
\[ TSI = \sum_{j=1}^{m} W_j \times TSI_j \]
其中，\(TSI_j\) 为基于第 \(j\) 项指标的营养状态指数，\(W_j\) 为第 \(j\) 项指标的权重。
▮▮▮▮ⓑ 多参数综合评价法 (Multi-parameter comprehensive assessment method)：综合考虑多种富营养化评价指标，利用层次分析法 (analytic hierarchy process, AHP)、人工神经网络 (artificial neural network, ANN) 等方法进行综合评价。
⚝ 生物完整性评价法 (Biological integrity assessment method)：从生物学角度评价水体质量，通过调查水生生物群落结构和功能，评价水生态系统健康状况。常用的生物完整性评价指标包括鱼类完整性指数 (index of biotic integrity, IBI)、大型底栖无脊椎动物指数 (macroinvertebrate biotic index, MBI)、藻类指数 (algal index) 等。生物完整性评价法能更全面、客观地反映水体质量和生态环境状况，是水质评价的重要发展方向。

③ 水质监测与信息发布 (Water quality monitoring and information release)：水质监测是水质评价的基础，是水环境管理的重要支撑。水质监测包括：

⚝ 监测项目 (Monitoring items)：根据水质评价目的和水体污染特征，确定监测项目，如常规五参数 (水温、pH 值、溶解氧、电导率、浊度)、COD\(_{Cr}\)、BOD\(_{5}\)、氨氮、总磷、重金属、有机污染物、微生物指标等。
⚝ 监测点位 (Monitoring locations)：根据水域特点和污染源分布，合理设置监测点位，如河流干支流、湖泊入水口和出水口、饮用水水源地、排污口下游等。
⚝ 监测频率 (Monitoring frequency)：根据水质变化规律和管理需求，确定监测频率，如日常监测、月度监测、季度监测、年度监测、应急监测等。
⚝ 监测方法 (Monitoring methods)：采用国家标准监测方法，保证监测数据的准确性和可靠性。
⚝ 质量控制与质量保证 (Quality control and quality assurance, QC/QA)：建立完善的质量控制和质量保证体系，确保监测数据质量。
⚝ 信息发布 (Information release)：及时发布水质监测信息，向公众公开水环境质量状况，保障公众知情权和参与权。水质监测信息发布内容包括水质监测数据、水质评价结果、水环境质量状况报告等。

4.6.3 流域综合管理 (Integrated River Basin Management)

流域 (river basin) 是指河流及其支流所汇集的地理区域，是一个自然地理单元、生态系统单元和社会经济单元。流域综合管理 (integrated river basin management, IRBM) 是指以流域为单元，统筹考虑水资源、水环境、水生态、水灾害、水文化等要素，协调流域上下游、左右岸、干支流、地表水与地下水、人与自然之间的关系，实现流域水资源可持续利用和水环境质量持续改善的综合管理模式。流域综合管理强调跨部门、跨区域、跨行业的协同合作和公众参与，是实现流域可持续发展的重要途径。

① 流域综合管理的基本原则 (Basic principles of integrated river basin management)：

⚝ 整体性原则 (Holistic principle)：将流域作为一个整体系统进行管理，统筹考虑流域内水资源、水环境、水生态、水灾害、水文化等要素，实现流域各要素协同管理和综合效益最大化。
⚝ 系统性原则 (Systemic principle)：将流域水系统、生态系统、社会经济系统作为一个复杂系统进行管理，分析流域各子系统之间的相互关系和相互影响，实现流域系统协调发展。
⚝ 可持续性原则 (Sustainability principle)：以水资源可持续利用和水环境质量持续改善为目标，实现流域经济社会发展与资源环境承载能力相协调，保障流域可持续发展能力。
⚝ 协调性原则 (Coordination principle)：加强流域上下游、左右岸、干支流、地表水与地下水、部门之间、区域之间、行业之间、政府与公众之间的协调合作，形成流域管理合力。
⚝ 公众参与原则 (Public participation principle)：充分发挥公众在流域管理中的作用，保障公众知情权、参与权、监督权，提高流域管理的民主性和有效性。
⚝ 因地制宜原则 (Principle of adapting to local conditions)：根据不同流域的自然地理特征、社会经济条件、水资源禀赋、水环境问题等，制定差异化的流域管理策略和措施，提高流域管理的针对性和有效性。
⚝ 分级管理与合作原则 (Principle of hierarchical management and cooperation)：建立流域管理机构和流域管理委员会，明确各级政府和部门在流域管理中的职责，加强流域管理机构与地方政府、部门之间的合作，形成流域管理合力。

② 流域综合管理的主要内容 (Main contents of integrated river basin management)：

⚝ 流域水资源管理 (River basin water resources management)：
▮▮▮▮ⓐ 水资源调查与评价 (Water resources investigation and assessment)：查清流域水资源量、水质、时空分布、开发利用现状和潜力，为水资源规划和管理提供科学依据。
▮▮▮▮ⓑ 水资源规划与配置 (Water resources planning and allocation)：编制流域水资源综合规划，确定流域水资源开发利用目标、方向和布局，进行水资源优化配置，保障流域供水安全。
▮▮▮▮ⓒ 取水许可管理与水资源费征收 (Water abstraction permit management and water resources fee collection)：实施取水许可制度，控制流域取水总量，规范取水行为；征收水资源费，促进节约用水和水资源可持续利用。
▮▮▮▮ⓓ 节约用水管理 (Water conservation management)：推广节水技术和措施，提高用水效率，加强用水需求管理，促进流域节约用水型社会建设。
▮▮▮▮ⓔ 水资源调度与应急管理 (Water resources dispatching and emergency management)：建立流域水资源调度机制，优化水库群联合调度，提高水资源调控能力；建立流域水资源应急管理体系，应对突发水资源短缺事件。
⚝ 流域水污染防治 (River basin water pollution prevention and control)：
▮▮▮▮ⓐ 流域污染源调查与评估 (River basin pollution source investigation and assessment)：查清流域污染源类型、数量、分布、排放量和污染特征，为水污染防治规划和管理提供基础数据。
▮▮▮▮ⓑ 流域水污染防治规划 (River basin water pollution prevention and control planning)：编制流域水污染防治规划，确定流域水污染防治目标、重点任务和保障措施，指导流域水污染防治工作。
▮▮▮▮ⓒ 工业污染源治理 (Industrial pollution source treatment)：实施排污许可制度，加强工业污染源监管，推动工业企业清洁生产和达标排放，削减工业废水污染物排放量。
▮▮▮▮ⓓ 城镇生活污染源治理 (Urban domestic pollution source treatment)：加快城镇污水处理设施建设和提标改造，提高城镇污水处理率和处理水平，削减城镇生活污水污染物排放量。
▮▮▮▮ⓔ 农业面源污染防治 (Agricultural non-point source pollution prevention and control)：推广测土配方施肥、病虫害绿色防控、畜禽养殖污染防治、农膜回收利用等技术和措施，控制农业面源污染，减少农业污染物入河量。
▮▮▮▮ⓕ 流域水环境综合整治 (River basin water environment comprehensive整治)：开展流域水环境综合整治，治理重点污染河流和湖泊，改善流域水环境质量。
⚝ 流域水生态保护与修复 (River basin water ecological protection and restoration)：
▮▮▮▮ⓐ 流域水生态调查与评估 (River basin water ecological investigation and assessment)：调查流域水生生物、湿地、河湖生态系统状况，评估流域水生态系统健康状况，为水生态保护与修复提供科学依据。
▮▮▮▮ⓑ 流域水生态保护规划 (River basin water ecological protection planning)：编制流域水生态保护规划，划定流域重要生态功能区和生态保护红线，确定水生态保护目标、重点任务和保障措施。
▮▮▮▮ⓒ 水生生物多样性保护 (Aquatic biodiversity conservation)：加强珍稀濒危水生生物保护，实施水生生物栖息地保护和恢复工程，保护流域水生生物多样性。
▮▮▮▮ⓓ 湿地保护与恢复 (Wetland protection and restoration)：加强流域湿地保护，禁止非法侵占和破坏湿地；实施退耕还湿、退养还滩、生态补水等湿地恢复工程，恢复湿地生态功能。
▮▮▮▮ⓔ 河流生态修复 (River ecological restoration)：实施河流生态修复工程，恢复河流自然形态和水文连通性，改善河流生态环境，提升河流生态服务功能。
▮▮▮▮ⓕ 湖泊生态保护与治理 (Lake ecological protection and治理)：加强湖泊生态保护，控制湖泊污染，治理湖泊富营养化，恢复湖泊生态系统健康。
⚝ 流域防洪减灾 (River basin flood control and disaster reduction)：
▮▮▮▮ⓐ 流域防洪规划 (River basin flood control planning)：编制流域防洪规划，确定流域防洪标准、防洪工程体系和非工程措施，提高流域防洪能力。
▮▮▮▮ⓑ 防洪工程建设与管理 (Flood control project construction and management)：加强流域堤防、水库、河道整治、蓄滞洪区等防洪工程建设，提高流域防洪工程标准；加强防洪工程运行管理，保障防洪工程安全有效运行。
▮▮▮▮ⓒ 非工程措施 (Non-engineering measures)：加强流域洪水预报预警，提高洪水预报精度和预见期；完善防洪预案体系，提高防洪应急响应能力；加强防洪宣传教育，提高公众防洪意识和自救能力。
▮▮▮▮ⓓ 山洪灾害防治 (Mountain torrent disaster prevention and control)：加强山区山洪灾害防治，开展山洪灾害调查评价和风险区划，建设山洪灾害预警预报系统和防治工程，提高山洪灾害防御能力。
▮▮▮▮ⓔ 干旱灾害应对 (Drought disaster response)：加强流域抗旱能力建设，建设抗旱水源工程，优化水资源配置，实施人工增雨，提高流域抗旱能力，保障干旱缺水地区供水安全。
⚝ 流域水文化保护与传承 (River basin water culture protection and inheritance)：
▮▮▮▮ⓐ 流域水文化资源调查与评估 (River basin water culture resources investigation and assessment)：调查流域水文化遗产、水利文化景观、水文化习俗、水文化艺术等，评估流域水文化价值和保护现状。
▮▮▮▮ⓑ 流域水文化保护规划 (River basin water culture protection planning)：编制流域水文化保护规划，确定流域水文化保护目标、重点任务和保障措施，指导流域水文化保护工作。
▮▮▮▮ⓒ 水文化遗产保护 (Water culture heritage protection)：加强流域水文化遗产保护，如古水利工程、古桥梁、古码头、古渡口、水神庙宇等，挖掘和传承水文化遗产的文化内涵和历史价值。
▮▮▮▮ⓓ 水利文化景观保护 (Water conservancy cultural landscape protection)：加强流域水利文化景观保护，如水库、堤坝、灌区、水利风景区等，维护水利文化景观的完整性和美学价值。
▮▮▮▮ⓔ 水文化传承与弘扬 (Water culture inheritance and promotion)：开展水文化宣传教育，普及水文化知识，弘扬水文化精神，提高公众水文化素养和水资源保护意识。
⚝ 流域管理能力建设 (River basin management capacity building)：
▮▮▮▮ⓐ 流域管理机构建设 (River basin management agency building)：建立流域管理机构或流域管理委员会，明确流域管理机构的职责和权限，加强流域管理机构的能力建设。
▮▮▮▮ⓑ 流域管理制度建设 (River basin management system building)：建立健全流域管理法律法规、政策制度、技术规范和标准体系，为流域管理提供制度保障。
▮▮▮▮ⓒ 流域管理技术支撑体系建设 (River basin management technical support system building)：建设流域水资源监测网络、水环境监测网络、水生态监测网络、水文预报预警系统、水资源信息管理系统、决策支持系统等，提高流域管理科技支撑能力。
▮▮▮▮ⓓ 流域管理人才队伍建设 (River basin management talent team building)：加强流域管理人才培养和培训，提高流域管理人员的专业素质和管理能力。

③ 流域综合管理的实施机制 (Implementation mechanisms of integrated river basin management)：

⚝ 流域管理机构 (River basin management agency)：是流域综合管理的组织领导机构，负责流域综合管理的规划、协调、监督和实施。流域管理机构的类型和组织形式，因国家和流域而异，常见的流域管理机构类型包括：
▮▮▮▮ⓐ 流域管理委员会 (River basin management commission)：由流域内各级政府、相关部门、专家学者、公众代表等组成，负责流域重大事项决策和协调。
▮▮▮▮ⓑ 流域管理局 (River basin authority)：是流域管理委员会的执行机构，负责流域综合管理的具体实施和日常管理。
▮▮▮▮ⓒ 流域管理办公室 (River basin management office)：是流域管理委员会的常设办事机构，负责流域管理委员会的日常工作。
⚝ 流域管理规划体系 (River basin management planning system)：是流域综合管理的规划指导体系，包括流域综合规划、专项规划、区域规划等，形成多层次、多类型、相互衔接的流域规划体系，指导流域综合管理各项工作。
⚝ 流域管理政策法规体系 (River basin management policy and regulation system)：是流域综合管理的制度保障，包括流域管理法律、法规、规章、政策、标准、规范等，构成完善的流域管理政策法规体系，为流域综合管理提供法律和政策依据。
⚝ 流域管理信息平台 (River basin management information platform)：是流域综合管理的信息支撑平台，集成流域水资源、水环境、水生态、水灾害、社会经济等信息，为流域管理决策提供数据支持和信息服务。
⚝ 公众参与机制 (Public participation mechanism)：是流域综合管理的重要组成部分，建立和完善公众参与流域管理的制度和平台，保障公众参与流域规划编制、方案论证、项目实施、监督评估等环节，提高流域管理的民主性和有效性。
⚝ 流域合作机制 (River basin cooperation mechanism)：流域综合管理需要加强流域上下游、左右岸、区域之间、部门之间的合作，建立流域合作机制，如流域联席会议制度、跨界河流合作机制、部门联动执法机制等，形成流域管理合力。

4.6.4 水生态保护与修复 (Water Ecological Protection and Restoration)

水生态保护与修复 (water ecological protection and restoration) 是指为维护水生态系统健康和完整性，采取的保护、恢复和重建水生态系统的措施和技术。水生态保护是前提，水生态修复是手段，水生态保护与修复相结合，才能实现水生态系统良性循环和可持续发展。

① 水生态保护 (Water ecological protection)：是指为防止水生态系统退化和破坏，维护水生态系统健康和完整性，采取的预防性和保护性措施。水生态保护的重点是保护水生生物多样性、维护水生态系统结构和功能、保障水生态系统服务功能。

⚝ 加强水污染控制 (Strengthening water pollution control)：控制工业废水、生活污水、农业面源污染等各类污染源，减少污染物排放，改善水环境质量，减轻水污染对水生态系统的压力。
⚝ 严格控制水资源开发强度 (Strictly controlling the intensity of water resources development)：科学合理开发利用水资源，严格控制取用水总量，保障河流生态基流 (ecological base flow)，维护河流生态系统基本功能。
⚝ 加强饮用水水源地保护 (Strengthening drinking water source protection)：划定饮用水水源保护区，实施水源地保护措施，防止水源地污染，保障饮用水水源安全和水生态安全。
⚝ 保护湿地和河湖生态系统 (Protecting wetlands and river and lake ecosystems)：加强湿地和河湖生态系统保护，禁止非法侵占和破坏湿地和河湖，维护湿地和河湖生态功能。
⚝ 建立水生态保护区 (Establishing water ecological protection zones)：划定水生态保护区，对重要水生生物栖息地、珍稀濒危水生生物分布区、重要湿地、重要水源地等进行重点保护。
⚝ 加强外来水生生物入侵防控 (Strengthening prevention and control of invasive aquatic species)：加强外来水生生物入侵风险评估和防控，防止外来水生生物入侵，保护本地水生生物多样性。
⚝ 实施生态补偿 (Implementing ecological compensation)：建立水生态补偿机制，对为水生态保护做出贡献的地区和群体进行补偿，调动水生态保护的积极性。

② 水生态修复 (Water ecological restoration)：是指对已退化或受损的水生态系统，采取工程技术和生态措施，恢复其结构和功能，提高其生态服务功能的过程。水生态修复的目的是恢复水生生物栖息地、改善水质、恢复水文连通性、提高水生态系统稳定性。

⚝ 河流生态修复 (River ecological restoration)：
▮▮▮▮ⓐ 河流形态恢复 (River morphology restoration)：恢复河流自然弯曲、深潭浅滩、泛洪漫滩等自然形态，增加河流生境多样性。
▮▮▮▮ⓑ 河流连通性恢复 (River connectivity restoration)：拆除或改造河流拦坝、堰坝等水工建筑物，恢复河流纵向和横向连通性，保障鱼类洄游和水生生物栖息地连通。
▮▮▮▮ⓒ 河岸带生态修复 (Riparian zone ecological restoration)：恢复河岸带植被，构建河岸缓冲带，减少陆源污染物入河，稳定河岸，提供水生生物栖息地。
▮▮▮▮ⓓ 底栖生境修复 (Benthic habitat restoration)：投放人工鱼巢、砾石、石块等，改善河床底质，增加底栖生境多样性，为底栖动物和鱼类提供栖息地和产卵场。
▮▮▮▮ⓔ 水质改善 (Water quality improvement)：通过污染源控制、生态净化等措施，改善河流

5. 大气环境污染与控制 (Air Pollution and Control)

5.1 大气环境概论 (Introduction to Atmospheric Environment)

5.1.1 大气圈的结构与组成 (Structure and Composition of the Atmosphere)

大气圈 (atmosphere) 是包围地球的气体层，是地球环境的重要组成部分，对地球上的生命和气候系统起着至关重要的作用。从地面向上，大气圈可以根据温度、密度和化学成分等特征垂直分为若干层次。

① 对流层 (troposphere)：
▮▮▮▮ⓑ 对流层是大气圈的最底层，也是与人类活动和生态环境关系最密切的一层。其厚度在赤道地区约为 17-18 公里，两极地区约为 8-9 公里。
▮▮▮▮ⓒ 对流层的主要特点是气温随高度升高而降低，平均递减率为每升高 100 米降低约 0.65℃。这种温度递减导致空气垂直方向不稳定，容易发生强烈的对流运动，这也是对流层名称的由来。
▮▮▮▮ⓓ 对流层集中了大气质量的绝大部分（约占 75%），几乎所有的水汽和大气尘埃也都集中在对流层中。因此，天气现象，如云、雨、雪、雾、雷电等，主要发生在对流层。
▮▮▮▮ⓔ 对流层大气的主要成分是氮气 (nitrogen, N\( _2 \))（约占 78%）和氧气 (oxygen, O\( _2 \))（约占 21%），氩气 (argon, Ar)（约占 0.93%）和二氧化碳 (carbon dioxide, CO\( _2 \))（约占 0.04%）等为痕量气体。这些气体成分的比例在水平和垂直方向上相对稳定，被称为大气的恒定成分。此外，大气中还存在一些含量较少但对环境影响显著的可变成分，如水汽 (H\( _2 \)O)、臭氧 (ozone, O\( _3 \))、甲烷 (methane, CH\( _4 \))、一氧化二氮 (nitrous oxide, N\( _2 \)O) 等。

② 平流层 (stratosphere)：
▮▮▮▮ⓑ 平流层位于对流层之上，高度约为 10 公里至 50 公里。
▮▮▮▮ⓒ 平流层的主要特点是气温随高度升高而升高，在平流层顶部达到最高值，接近 0℃。这种温度分布使得平流层大气垂直方向稳定，空气以水平运动为主，对流运动较弱。
▮▮▮▮ⓓ 平流层中最重要的特征是臭氧层 (ozone layer)，它位于平流层中部，约 20-30 公里高度处。臭氧层能够吸收太阳辐射中大部分的紫外线 (ultraviolet radiation, UV)，特别是UV-B和UV-C，对地球上的生物起到保护作用。
▮▮▮▮ⓔ 平流层大气相对干燥，水汽含量极少，尘埃也比对流层少。

③ 中间层 (mesosphere)：
▮▮▮▮ⓑ 中间层位于平流层之上，高度约为 50 公里至 85 公里。
▮▮▮▮ⓒ 中间层是大气圈中温度最低的一层，气温随高度升高而迅速降低，在中间层顶部可达 -90℃ 甚至更低。
▮▮▮▮ⓓ 中间层大气非常稀薄，密度很小。

④ 热层 (thermosphere)：
▮▮▮▮ⓑ 热层位于中间层之上，高度约为 85 公里以上。
▮▮▮▮ⓒ 热层大气更加稀薄，但能够吸收太阳辐射中的高能射线，如 X 射线和 γ 射线，导致气温随高度升高而迅速升高，可达数百甚至上千摄氏度。然而，由于大气密度极低，热层的“高温”并不能直接理解为我们日常感受到的温度。
▮▮▮▮ⓓ 电离层 (ionosphere) 是热层的一部分，由于太阳辐射的电离作用，大气中的气体分子和原子发生电离，形成大量的自由电子和离子。电离层对无线电波的传播具有重要影响。

⑤ 外逸层 (exosphere)：
▮▮▮▮ⓑ 外逸层是大气圈的最外层，没有明显的上界，逐渐过渡到星际空间。
▮▮▮▮ⓒ 外逸层大气极其稀薄，气体分子和原子可以克服地球引力，逃逸到太空，因此称为外逸层。

大气圈的组成并非完全均一，不同高度、不同区域的大气成分和含量可能存在差异。例如，近地面大气受人类活动和自然过程的影响最为显著，污染物浓度较高，成分也更为复杂。了解大气圈的结构和组成是理解大气环境问题和进行大气污染控制的基础。

5.1.2 大气环境的功能与重要性 (Functions and Importance of the Atmospheric Environment)

大气环境作为地球环境的重要组成部分，具有多方面的功能，对地球生命和人类社会的发展至关重要。

① 维持生命：
▮▮▮▮ⓑ 提供呼吸气体：大气中含有生物呼吸所必需的氧气 (O\( _2 \))。地球上绝大多数生物，包括人类，都需要从大气中获取氧气进行呼吸作用，维持生命活动。
▮▮▮▮ⓒ 提供光合作用原料：大气中的二氧化碳 (CO\( _2 \)) 是植物进行光合作用的主要原料。植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物和氧气，不仅为自身生长提供能量，也为地球上其他生物提供了食物来源和氧气。
▮▮▮▮ⓓ 调节地表温度：大气层像一层保温层，能够吸收和散射太阳辐射，同时吸收地表向外放出的长波辐射，产生温室效应 (greenhouse effect)，使地球表面平均温度维持在适宜生物生存的水平。如果没有大气层，地球表面昼夜温差会非常剧烈，不适宜生命生存。

② 保护作用：
▮▮▮▮ⓑ 吸收有害辐射：大气中的臭氧层 (ozone layer) 能够吸收太阳辐射中大部分的紫外线 (UV)，特别是对生物危害极大的 UV-B 和 UV-C，有效保护地球生物免受过量紫外线辐射的伤害。
▮▮▮▮ⓒ 阻挡宇宙射线和陨石：大气层能够阻挡和减弱来自宇宙空间的宇宙射线 (cosmic ray) 和陨石 (meteorite) 的轰击，保护地球表面免受直接冲击。大部分陨石在穿过大气层时会因摩擦生热而燃烧殆尽，形成流星现象。

③ 能量和物质循环：
▮▮▮▮ⓑ 能量传递和分配：大气是地球能量系统的重要组成部分，参与地球的能量收支平衡。大气通过吸收、散射、反射太阳辐射以及长波辐射，将能量在全球范围内进行传递和分配，影响着全球气候和天气变化。
▮▮▮▮ⓒ 水循环：大气是地球水循环 (water cycle) 的重要环节。水分通过蒸发、凝结、降水等过程在大气、地表和地下之间循环，大气输送水汽，调节降水分布，为陆地生态系统提供水源。
▮▮▮▮ⓓ 气体和颗粒物输送：大气能够输送各种气体和颗粒物，包括自然产生的和人为排放的。大气环流将不同地区的空气污染物进行扩散和传输，影响着全球和区域的空气质量。

④ 气候和天气系统：
▮▮▮▮ⓑ 形成天气：大气中的水汽、温度、气压等要素相互作用，形成各种天气现象，如风、云、雨、雪、雷电等。天气变化直接影响着人类的生产和生活。
▮▮▮▮ⓒ 影响气候：大气环流、大气成分（如温室气体）等因素共同决定了地球的气候特征。气候变化对全球生态系统、农业生产、水资源、人类健康等方面产生深远影响。

⑤ 社会经济价值：
▮▮▮▮ⓑ 航空运输：大气层是航空运输的重要空间。飞机在对流层和平流层飞行，连接世界各地，促进经济和文化交流。
▮▮▮▮ⓒ 无线电通讯：电离层对无线电波具有反射和折射作用，是无线电通讯的重要媒介，特别是短波通讯和卫星通讯。
▮▮▮▮ⓓ 旅游资源：晴朗的大气、美丽的云彩、壮观的气象景观等都是重要的旅游资源，吸引着人们进行观光和休闲活动。

然而，随着人类社会的发展，特别是工业化和城市化的快速推进，人为活动排放的大量污染物进入大气，导致大气环境质量下降，出现了 大气污染 (air pollution)、酸雨 (acid rain)、臭氧层破坏 (ozone layer depletion)、气候变化 (climate change) 等一系列全球性和区域性环境问题，严重威胁着人类健康和生态环境安全。因此，保护大气环境，防治大气污染，实现大气环境的可持续利用，是当前和未来社会发展面临的重大挑战。

5.1.3 大气环境问题概述 (Overview of Atmospheric Environmental Problems)

随着工业化和城市化的快速发展，人类活动对大气环境的影响日益加剧，导致全球和区域性大气环境问题日益突出。主要的大气环境问题包括：

① 大气污染 (air pollution)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：大气污染是指由于人为或自然原因，大量污染物进入大气，超过大气的自净能力，导致大气成分、物理和化学性质发生改变，对人类健康、生态环境、生产生活等产生不利影响的现象。
▮▮▮▮ⓒ 主要污染物：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 颗粒物 (particulate matter, PM)：包括 PM\( _{10} \) (空气动力学直径小于等于 10 微米的颗粒物)、PM\( _{2.5} \) (空气动力学直径小于等于 2.5 微米的颗粒物)、TSP (总悬浮颗粒物) 等。主要来源包括化石燃料燃烧、工业生产、扬尘、生物质燃烧等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 硫氧化物 (sulfur oxides, SO\( _x \))：主要是二氧化硫 (sulfur dioxide, SO\( _2 \))，主要来自化石燃料（特别是煤炭）燃烧、工业冶炼等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 氮氧化物 (nitrogen oxides, NO\( _x \))：主要包括一氧化氮 (nitric oxide, NO) 和二氧化氮 (nitrogen dioxide, NO\( _2 \))，主要来自化石燃料燃烧、机动车尾气、工业生产等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 一氧化碳 (carbon monoxide, CO)：主要来自化石燃料不完全燃烧、机动车尾气、工业生产等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 挥发性有机物 (volatile organic compounds, VOCs)：包括甲烷以外的各种有机化合物，来源广泛，如工业排放、机动车尾气、油品挥发、溶剂使用等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 光化学氧化剂 (photochemical oxidants)：主要是臭氧 (ozone, O\( _3 \))，是二次污染物，由氮氧化物和挥发性有机物在阳光照射下发生光化学反应生成。
▮▮▮▮ⓙ 危害：大气污染对人体健康、生态环境、气候变化、材料文物等方面都产生严重的危害，如引发呼吸系统疾病、心血管疾病、酸雨、雾霾、光化学烟雾、温室效应等。

② 酸雨 (acid rain)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：酸雨是指 pH 值小于 5.6 的降水，主要是由于大气中的 二氧化硫 (SO\( _2 \)) 和 氮氧化物 (NO\( _x \)) 等酸性污染物经过复杂的化学反应，形成硫酸 (H\( _2 \)SO\( _4 \)) 和硝酸 (HNO\( _3 \)) 等酸性物质，随降水沉降到地面。
▮▮▮▮ⓒ 成因：酸雨的主要成因是人为排放的二氧化硫和氮氧化物，主要来自燃煤电厂、工业锅炉、机动车尾气等。
▮▮▮▮ⓓ 危害：酸雨对生态环境造成广泛的危害，如酸化土壤和水体，损害森林和植被，腐蚀建筑物和文物，危害人体健康等。

③ 臭氧层破坏 (ozone layer depletion)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：臭氧层破坏是指平流层中 臭氧 (O\( _3 \)) 浓度显著降低的现象，特别是在南极和北极地区出现的 臭氧空洞 (ozone hole)。
▮▮▮▮ⓒ 成因：臭氧层破坏的主要原因是人为排放的 消耗臭氧层物质 (ozone-depleting substances, ODS)，如氯氟烃 (chlorofluorocarbons, CFCs)、哈龙 (halons)、四氯化碳 (carbon tetrachloride, CCl\( _4 \))、甲基氯仿 (methyl chloroform, CH\( _3 \)CCl\( _3 \)) 等。这些物质释放到大气中后，经过输送进入平流层，在紫外线照射下分解产生氯原子 (Cl) 和溴原子 (Br)，通过催化反应破坏臭氧分子。
▮▮▮▮ⓓ 危害：臭氧层破坏导致到达地面的 紫外线辐射 (UV radiation) 增强，特别是 UV-B 辐射增加，对人体健康（如皮肤癌、白内障、免疫系统抑制）、陆地和水生生态系统、农作物、材料等产生不利影响。

④ 气候变化 (climate change)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：气候变化是指长时期内气候平均状态的显著变化，包括温度、降水、风等气候要素的变化。当前主要指以全球变暖为主要特征的气候变化。
▮▮▮▮ⓒ 成因：气候变化的主要原因是人为活动排放的 温室气体 (greenhouse gases) 浓度升高，如二氧化碳 (CO\( _2 \))、甲烷 (CH\( _4 \))、氧化亚氮 (N\( _2 \)O)、氟化温室气体 (HFCs, PFCs, SF\( _6 \), NF\( _3 \)) 等。温室气体能够吸收地表向外放出的长波辐射，增强温室效应，导致全球气温升高。
▮▮▮▮ⓓ 危害：气候变化对全球生态环境和社会经济系统产生广泛而深远的影响，如海平面上升、极端天气事件频发（如干旱、洪涝、高温热浪、强台风）、冰川融化、生态系统变化、粮食减产、疾病传播等。

⑤ 区域性大气环境问题：
▮▮▮▮ⓑ 光化学烟雾 (photochemical smog)：主要发生在城市地区，由机动车尾气、工业排放等产生的氮氧化物和挥发性有机物在强烈阳光照射下发生光化学反应，生成臭氧、PAN (过氧乙酰硝酸酯) 等二次污染物，形成刺激性烟雾。
▮▮▮▮ⓒ 雾霾 (haze)：指大量细颗粒物 (PM\( _{2.5} \))、气溶胶等悬浮在大气中，导致能见度降低的现象。雾霾天气对人体健康、交通安全、社会经济活动等产生不利影响。
▮▮▮▮ⓓ 沙尘暴 (sandstorm)：主要发生在干旱和半干旱地区，强风将地面沙尘卷入空中，形成能见度极低的沙尘天气。沙尘暴影响空气质量、交通运输、人体健康、农业生产等。

上述大气环境问题相互关联，相互影响，构成复杂的大气环境挑战。解决这些问题需要全球合作，采取综合性的防治措施，包括减少污染物排放、发展清洁能源、提高资源利用效率、加强环境管理、推动绿色发展等。

5.2 大气污染物及其来源 (Air Pollutants and Their Sources)

5.2.1 主要大气污染物类型 (Types of Major Air Pollutants)

大气污染物种类繁多，根据不同的分类标准，可以进行不同的划分。按照物理状态可分为气态污染物 (gaseous pollutants) 和 颗粒物 (particulate matter)；按照来源可分为 一次污染物 (primary pollutants) 和 二次污染物 (secondary pollutants)。

① 颗粒物 (Particulate Matter, PM)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：颗粒物是指悬浮在大气中的固态和液态颗粒的总称，也称为 大气气溶胶 (atmospheric aerosol)。颗粒物成分复杂，粒径大小、化学组成、物理性质等差异很大。
▮▮▮▮ⓒ 分类：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 按粒径大小：
▮▮▮▮ⓔ 总悬浮颗粒物 (Total Suspended Particulates, TSP)：指空气动力学直径小于等于 100 微米的所有颗粒物。
▮▮▮▮ⓕ PM\( _{10} \)：也称为 可吸入颗粒物 (inhalable particulate matter) 或 粗颗粒物 (coarse particles)，指空气动力学直径小于等于 10 微米的颗粒物。PM\( _{10} \) 可以被人体吸入呼吸道，对健康产生危害。
▮▮▮▮ⓖ PM\( _{2.5} \)：也称为 细颗粒物 (fine particles) 或 可入肺颗粒物 (respirable particulate matter)，指空气动力学直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。PM\( _{2.5} \) 粒径更小，更容易进入肺泡深处，对健康危害更大。
▮▮▮▮ⓗ 超细颗粒物 (ultrafine particles, UFPs)：指空气动力学直径小于 0.1 微米的颗粒物。超细颗粒物粒径极小，比表面积大，活性高，更容易进入人体血液循环系统，对健康危害的潜在风险更高，但目前对超细颗粒物的健康影响研究尚不充分，监测和控制技术也相对薄弱。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 按化学成分：
▮▮▮▮ⓙ 无机颗粒物：如沙尘、矿物粉尘、金属氧化物、硫酸盐、硝酸盐等。
▮▮▮▮ⓚ 有机颗粒物：如碳黑 (black carbon, BC)、有机碳 (organic carbon, OC)、多环芳烃 (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)、生物气溶胶 (bioaerosols) 等。
▮▮▮▮ⓛ 来源：颗粒物来源复杂，既有自然来源，也有人为来源。
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 自然来源：如沙尘、火山灰、海盐粒子、花粉、孢子、森林火灾等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 人为来源：
▮▮▮▮ⓞ 一次颗粒物：直接排放到大气中的颗粒物，如化石燃料燃烧产生的烟尘、工业生产过程产生的粉尘、机动车尾气排放的颗粒物、扬尘等。
▮▮▮▮ⓟ 二次颗粒物：由气态污染物经过大气化学反应转化形成的颗粒物，如二氧化硫和氮氧化物经过氧化、水解等反应形成的硫酸盐和硝酸盐颗粒物，挥发性有机物光化学反应形成的二次有机气溶胶 (secondary organic aerosol, SOA)。二次颗粒物是 PM\( _{2.5} \) 的重要组成部分。
▮▮▮▮ⓠ 健康影响：颗粒物特别是 PM\( _{2.5} \) 和超细颗粒物，可以被人体吸入呼吸道，沉积在肺部，引发呼吸系统疾病（如哮喘、支气管炎、肺癌）、心血管疾病、神经系统疾病等。颗粒物表面还可以吸附多种有害物质，如重金属、多环芳烃等，增加其毒性。

② 硫氧化物 (Sulfur Oxides, SO\( _x \))：
▮▮▮▮ⓑ 主要成分：主要是 二氧化硫 (sulfur dioxide, SO\( _2 \))，少量 三氧化硫 (sulfur trioxide, SO\( _3 \))。通常所说的硫氧化物主要指二氧化硫。
▮▮▮▮ⓒ 来源：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 人为来源：
▮▮▮▮ⓔ 化石燃料燃烧：特别是燃煤，煤炭中含有硫元素，燃烧后生成二氧化硫。燃煤电厂、工业锅炉、民用燃煤是二氧化硫的主要人为来源。
▮▮▮▮ⓕ 工业生产：冶金工业（有色金属冶炼）、石油化工、硫酸生产等工业过程排放二氧化硫。
▮▮▮▮ⓖ 自然来源：火山爆发、生物分解等也会释放少量二氧化硫。但人为排放是硫氧化物的主要来源。
▮▮▮▮ⓗ 环境影响：
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 酸雨：二氧化硫是形成酸雨的主要前体物。二氧化硫排放到大气中后，经过氧化和水解等反应，形成硫酸，随降水沉降形成酸雨。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 呼吸道刺激：二氧化硫对呼吸道具有刺激作用，高浓度二氧化硫会引起咳嗽、呼吸困难、支气管炎、肺水肿等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 植被损害：二氧化硫会损害植物叶片，影响植物光合作用，导致森林衰退、农作物减产。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 腐蚀：二氧化硫会腐蚀金属、建筑物、文物等。

③ 氮氧化物 (Nitrogen Oxides, NO\( _x \))：
▮▮▮▮ⓑ 主要成分：主要包括 一氧化氮 (nitric oxide, NO) 和 二氧化氮 (nitrogen dioxide, NO\( _2 \))。通常所说的氮氧化物主要指二氧化氮和一氧化氮的总和，表示为 NO\( _x \)。
▮▮▮▮ⓒ 来源：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 人为来源：
▮▮▮▮ⓔ 化石燃料燃烧：高温燃烧过程中，空气中的氮气和燃料中的氮元素会与氧气反应生成氮氧化物。燃煤电厂、燃油锅炉、工业窑炉、内燃机（如汽车发动机）等是氮氧化物的重要人为来源。
▮▮▮▮ⓕ 工业生产：硝酸生产、化肥生产、有色金属冶炼等工业过程排放氮氧化物。
▮▮▮▮ⓖ 自然来源：闪电、土壤微生物活动、森林火灾等也会产生少量氮氧化物。但人为排放是氮氧化物的主要来源。
▮▮▮▮ⓗ 环境影响：
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 光化学烟雾：氮氧化物是形成光化学烟雾的重要前体物。二氧化氮在阳光照射下发生光解，产生原子氧，与空气中的氧气反应生成臭氧，参与光化学烟雾的形成。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 酸雨：氮氧化物经过氧化和水解等反应，形成硝酸，是酸雨的成分之一。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 温室效应：氧化亚氮 (N\( _2 \)O) 是一种强效温室气体，虽然大气中浓度较低，但其增温潜势 (Global Warming Potential, GWP) 远高于二氧化碳。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 呼吸道刺激：二氧化氮对呼吸道具有刺激作用，高浓度二氧化氮会引起支气管炎、肺气肿等。

④ 一氧化碳 (Carbon Monoxide, CO)：
▮▮▮▮ⓑ 性质：无色、无味、无刺激性的有毒气体。
▮▮▮▮ⓒ 来源：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 化石燃料不完全燃烧：当燃料燃烧时氧气不足，碳元素不能完全氧化成二氧化碳，就会生成一氧化碳。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 机动车尾气：汽车发动机在怠速、低速行驶或冷启动时，燃烧不完全，排放较多一氧化碳。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 工业生产：冶金、化工、炼油等工业过程也会产生一氧化碳。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 生物质燃烧：如秸秆、森林火灾等。
▮▮▮▮ⓗ 健康影响：一氧化碳具有很强的毒性。吸入人体后，一氧化碳与血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，降低血液的携氧能力，导致人体组织缺氧，引起头痛、头晕、恶心、乏力，严重时可导致昏迷甚至死亡。

⑤ 挥发性有机物 (Volatile Organic Compounds, VOCs)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：挥发性有机物是指在常温下以气态存在的有机化合物的总称，通常指在标准条件下，饱和蒸汽压大于 70Pa，沸点小于或等于 250℃ 的有机化合物。VOCs 成分非常复杂，种类繁多，包括烷烃、烯烃、芳烃、卤代烃、酮、醛、醇、醚、酯等。
▮▮▮▮ⓒ 来源：VOCs 来源广泛，人为来源和自然来源都有。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 人为来源：
▮▮▮▮ⓔ 工业排放：石油化工、涂料、油墨、印刷、制药、电子、家具制造等行业排放 VOCs。
▮▮▮▮ⓕ 交通运输：机动车尾气、油品挥发、船舶排放、飞机排放等。
▮▮▮▮ⓖ 溶剂使用：涂料、油漆、胶粘剂、清洗剂、印刷油墨、化妆品等溶剂型产品在使用过程中挥发释放 VOCs。
▮▮▮▮ⓗ 生物质燃烧：秸秆焚烧、森林火灾等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 自然来源：植物释放的异戊二烯、单萜烯等生物源 VOCs (Biogenic VOCs, BVOCs)。
▮▮▮▮ⓙ 环境影响：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 光化学烟雾：VOCs 是形成光化学烟雾的重要前体物。VOCs 在阳光照射下与氮氧化物发生光化学反应，生成臭氧、PAN 等二次污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 二次有机气溶胶 (SOA)：部分 VOCs 经过大气化学反应，可以转化为二次有机气溶胶，是 PM\( _{2.5} \) 的重要组成部分。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 健康危害：部分 VOCs 具有毒性、刺激性、致癌性。如苯、甲苯、二甲苯、甲醛等。长期暴露于高浓度 VOCs 环境中，会危害人体健康。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 温室效应：部分 VOCs，如甲烷，是温室气体，对全球气候变化有贡献。

⑥ 光化学氧化剂 (Photochemical Oxidants)：
▮▮▮▮ⓑ 主要成分：主要是 臭氧 (ozone, O\( _3 \))，也包括 过氧乙酰硝酸酯 (Peroxyacetyl Nitrate, PAN) 等。
▮▮▮▮ⓒ 来源：光化学氧化剂是 二次污染物，不是直接排放的，而是由 氮氧化物 (NO\( _x \)) 和 挥发性有机物 (VOCs) 在阳光照射下发生复杂的光化学反应生成的。
▮▮▮▮ⓓ 生成机理：
\[ \begin{aligned} \text{NO}_2 + h\nu & \longrightarrow \text{NO} + \text{O} \\ \text{O} + \text{O}_2 + \text{M} & \longrightarrow \text{O}_3 + \text{M} \\ \text{O}_3 + \text{NO} & \longrightarrow \text{NO}_2 + \text{O}_2 \\ \end{aligned} \]
在没有 VOCs 的情况下，臭氧会与 NO 快速反应消耗掉，难以积累。但在 VOCs 存在的情况下，VOCs 及其光化学反应中间产物（如自由基）可以与 NO 反应，将 NO 氧化为 NO\( _2 \)，从而减少臭氧的消耗，导致臭氧浓度升高，形成光化学烟雾。
▮▮▮▮ⓓ 环境影响：
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 光化学烟雾：臭氧是光化学烟雾的主要成分，高浓度臭氧是光化学烟雾的标志性污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 健康危害：臭氧具有强氧化性，对呼吸道、眼睛、皮肤等具有刺激和损害作用。长期暴露于高浓度臭氧环境，会引发呼吸系统疾病、肺功能下降等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 植被损害：臭氧会损害植物叶片，影响植物光合作用，导致农作物减产、森林衰退。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 材料老化：臭氧会加速橡胶、塑料等材料的老化和龟裂。

⑦ 温室气体 (Greenhouse Gases)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：温室气体是指大气中能够吸收和散射地表长波辐射，产生温室效应的气体。
▮▮▮▮ⓒ 主要温室气体：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 二氧化碳 (CO\( _2 \))：最主要的温室气体，人为排放量最大，对全球变暖的贡献最大。主要来源是化石燃料燃烧、毁林等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 甲烷 (CH\( _4 \))：增温潜势 (GWP) 远高于二氧化碳。主要来源是农业活动（如水稻种植、畜牧业）、化石燃料开采、垃圾填埋等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 氧化亚氮 (N\( _2 \)O)：增温潜势也很高。主要来源是农业活动（化肥使用）、工业生产、化石燃料燃烧等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 氟化温室气体 (Fluorinated Greenhouse Gases)：包括氢氟碳化物 (Hydrofluorocarbons, HFCs)、全氟碳化物 (Perfluorocarbons, PFCs)、六氟化硫 (Sulfur Hexafluoride, SF\( _6 \))、三氟化氮 (Nitrogen Trifluoride, NF\( _3 \)) 等。这些气体是人为合成的，增温潜势极高，寿命长，但排放量相对较少。主要用作制冷剂、发泡剂、灭火剂、电子工业气体等。
▮▮▮▮ⓗ 来源：温室气体既有自然来源，也有人为来源。但工业革命以来，人为活动排放的温室气体浓度迅速升高，是导致全球气候变暖的主要原因。
▮▮▮▮ⓘ 环境影响：温室气体浓度升高导致 温室效应增强，全球气候变暖，引发一系列气候变化问题，如海平面上升、极端天气事件频发、冰川融化、生态系统变化等。

⑧ 持久性有机污染物 (Persistent Organic Pollutants, POPs)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：持久性有机污染物是指具有持久性、生物蓄积性、长距离迁移性和毒性的有机化合物。POPs 在环境中难以降解，可以在生物体内蓄积，可以通过大气、水、食物链等途径进行长距离迁移，对人类健康和生态环境造成长期危害。
▮▮▮▮ⓒ 主要 POPs：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 农药类 POPs：如滴滴涕 (DDT)、氯丹 (chlordane)、毒杀芬 (toxaphene)、灭蚁灵 (mirex)、狄氏剂 (dieldrin)、异狄氏剂 (endrin)、七氯 (heptachlor)、六氯苯 (hexachlorobenzene, HCB)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 工业化学品 POPs：如多氯联苯 (polychlorinated biphenyls, PCBs)、六氯丁二烯 (hexachlorobutadiene, HCBD)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 二噁英和呋喃 (dioxins and furans)：非有意产生的副产物，如多氯二苯并二噁英 (polychlorinated dibenzo-p-dioxins, PCDDs) 和多氯二苯并呋喃 (polychlorinated dibenzofurans, PCDFs)。
▮▮▮▮ⓖ 来源：POPs 主要来源包括农药生产和使用、工业生产过程、废物焚烧、不完全燃烧等。
▮▮▮▮ⓗ 环境影响：
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 生物蓄积性：POPs 具有脂溶性，容易在生物体内蓄积，通过食物链富集，最终危害处于食物链顶端的生物，包括人类。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 毒性：POPs 具有多种毒性，如致癌性、致畸性、致突变性、内分泌干扰效应、免疫毒性、神经毒性等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 长距离迁移性：POPs 可以通过大气和水体进行长距离迁移，导致全球范围内的环境污染。

⑨ 重金属 (Heavy Metals)：
▮▮▮▮ⓑ 定义：重金属通常指密度大于 4.5 克/厘米\( ^3 \) 的金属元素。环境污染物中常见的重金属主要包括汞 (mercury, Hg)、镉 (cadmium, Cd)、铅 (lead, Pb)、铬 (chromium, Cr)、砷 (arsenic, As) 等（虽然砷是类金属，但通常也作为重金属污染物进行管理）。
▮▮▮▮ⓒ 来源：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 人为来源：
▮▮▮▮ⓔ 工业排放：冶金、采矿、电镀、化工、电池生产、燃煤电厂等工业排放重金属。
▮▮▮▮ⓕ 交通运输：汽车尾气、轮胎磨损、刹车片磨损等释放铅、镉等重金属。
▮▮▮▮ⓖ 农业活动：化肥、农药、污水灌溉等可能导致土壤重金属污染，进而通过扬尘等途径进入大气。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 自然来源：火山爆发、岩石风化等也会释放少量重金属。
▮▮▮▮ⓘ 环境影响：
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 毒性：重金属具有毒性，可以通过呼吸道、消化道、皮肤等途径进入人体，在体内蓄积，危害人体健康，引起神经系统、肾脏、肝脏、骨骼等损伤，甚至致癌。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 持久性：重金属在环境中难以降解，具有持久性。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 生物富集性：部分重金属可以在生物体内富集，通过食物链传递，最终危害人类健康。

5.2.2 大气污染源 (Sources of Air Pollution)

大气污染源是指向大气排放污染物的场所、设施或活动。根据污染源的性质和特点，可以进行不同的分类。

① 按污染源性质分类：
▮▮▮▮ⓑ 固定源 (stationary sources)：指位置相对固定的污染源，如工厂、电厂、锅炉房、加油站等。固定源是大气污染的重要来源。
▮▮▮▮ⓒ 移动源 (mobile sources)：指可以移动的污染源，如汽车、火车、轮船、飞机等。随着机动车保有量的快速增加，移动源已成为城市大气污染的重要来源，特别是在大城市，机动车尾气排放是 PM\( _{2.5} \)、氮氧化物、挥发性有机物等污染物的主要来源之一。

② 按污染源行业分类：
▮▮▮▮ⓑ 工业污染源 (industrial sources)：指工业生产过程中排放污染物的企业。工业是大气污染的重要来源，排放的污染物种类多、浓度高，包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、挥发性有机物、重金属等。不同行业排放的污染物种类和特点有所不同，如电力行业主要排放二氧化硫、氮氧化物和颗粒物，钢铁行业主要排放颗粒物、二氧化硫和重金属，化工行业主要排放挥发性有机物和有毒有害气体。
▮▮▮▮ⓒ 交通污染源 (transportation sources)：指交通运输工具排放污染物的污染源，主要包括机动车、船舶、飞机等。机动车尾气是城市交通污染的主要来源，排放的污染物主要包括一氧化碳、氮氧化物、挥发性有机物、颗粒物等。船舶和飞机排放的污染物也对区域和全球大气环境产生影响。
▮▮▮▮ⓓ 生活污染源 (residential sources)：指居民日常生活活动产生的污染源，主要包括民用燃煤、餐饮油烟、装修涂料挥发、生活垃圾焚烧等。在一些地区，特别是农村地区，民用燃煤仍然是冬季大气污染的重要来源。餐饮油烟是城市 PM\( _{2.5} \) 和挥发性有机物的重要来源之一。
▮▮▮▮ⓔ 农业污染源 (agricultural sources)：指农业生产活动产生的污染源，主要包括秸秆焚烧、畜禽养殖、化肥农药使用等。秸秆焚烧是农业大气污染的重要来源，排放大量颗粒物、一氧化碳、挥发性有机物等。畜禽养殖排放氨气、甲烷等污染物。化肥农药使用可能导致氮氧化物、挥发性有机物等排放。
▮▮▮▮ⓕ 其他污染源：如建筑扬尘、道路扬尘、餐饮油烟、干洗行业、汽修行业、加油站、储油库等。

③ 按污染源自然属性分类：
▮▮▮▮ⓑ 人为污染源 (anthropogenic sources)：指人类活动产生的污染源，如工业、交通、生活、农业等各种人为排放源。人为污染源是当前大气污染的主要来源，也是大气污染控制的主要对象。
▮▮▮▮ⓒ 自然污染源 (natural sources)：指自然界自身产生的污染源，如火山爆发、森林火灾、沙尘暴、生物源排放等。自然污染源虽然也向大气排放污染物，但其排放量和影响程度通常远小于人为污染源，且自然污染源的排放往往难以控制。

了解大气污染源的类型和特点，有助于针对不同污染源采取相应的控制措施，提高大气污染防治的针对性和有效性。

5.3 大气污染的危害 (Harms of Air Pollution)

5.3.1 对人体健康的危害 (Harm to Human Health)

大气污染对人体健康产生多方面的危害，从短期刺激到长期慢性影响，甚至危及生命。

① 呼吸系统疾病 (Respiratory Diseases)：
▮▮▮▮ⓑ 刺激性：大气污染物如颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧等，对呼吸道具有刺激作用，可引起咳嗽、咳痰、咽喉疼痛、呼吸困难等症状。
▮▮▮▮ⓒ 炎症：长期吸入污染物，可引起呼吸道炎症，如支气管炎、慢性阻塞性肺疾病 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)、哮喘等。PM\( _{2.5} \) 等细颗粒物可以深入肺泡，引起肺部炎症，甚至损伤肺组织。
▮▮▮▮ⓓ 肺癌：长期暴露于大气污染，特别是颗粒物和多环芳烃等污染物，会增加肺癌的发生风险。

② 心血管疾病 (Cardiovascular Diseases)：
▮▮▮▮ⓑ 动脉粥样硬化：大气污染物特别是 PM\( _{2.5} \) 等细颗粒物，可以通过呼吸系统进入血液循环，引起全身炎症反应，促进动脉粥样硬化的发生和发展，增加心血管疾病风险。
▮▮▮▮ⓒ 心脏病：大气污染可诱发心律失常、心肌梗死、心力衰竭等心脏疾病。
▮▮▮▮ⓓ 高血压：长期暴露于大气污染，可能增加高血压的发生风险。

③ 神经系统疾病 (Nervous System Diseases)：
▮▮▮▮ⓑ 神经发育障碍：孕妇暴露于大气污染，特别是颗粒物和重金属，可能影响胎儿神经系统发育，增加儿童神经发育障碍的风险，如智力发育迟缓、自闭症等。
▮▮▮▮ⓒ 神经退行性疾病：研究表明，长期暴露于大气污染，可能增加老年人患神经退行性疾病的风险，如阿尔茨海默病 (Alzheimer's disease)、帕金森病 (Parkinson's disease) 等。

④ 致癌效应 (Carcinogenic Effects)：
▮▮▮▮ⓑ 肺癌：大气污染是肺癌的重要危险因素。颗粒物、多环芳烃、苯等大气污染物具有致癌性，长期暴露于高浓度大气污染环境，会显著增加肺癌的发生风险。
▮▮▮▮ⓒ 其他癌症：一些研究表明，大气污染可能与膀胱癌、乳腺癌、白血病等其他癌症的发生也有一定关联。

⑤ 其他健康影响：
▮▮▮▮ⓑ 免疫系统：大气污染可抑制免疫系统功能，降低人体抵抗力，增加感染疾病的风险。
▮▮▮▮ⓒ 生殖系统：大气污染可能影响生殖系统功能，降低生育能力，增加流产、早产、胎儿畸形等风险。
▮▮▮▮ⓓ 内分泌系统：部分大气污染物具有内分泌干扰效应，可能影响内分泌系统功能，引发相关疾病。

大气污染对不同人群的健康影响程度可能存在差异。儿童、老年人、孕妇、慢性病患者等 易感人群 (sensitive population) 对大气污染更为敏感，受害程度更重。

5.3.2 对生态环境的危害 (Harm to the Ecological Environment)

大气污染不仅危害人体健康，也对生态环境造成广泛而深远的影响，破坏生态系统的平衡和功能。

① 酸雨 (Acid Rain)：
▮▮▮▮ⓑ 土壤酸化：酸雨使土壤 pH 值降低，土壤酸化，导致土壤养分流失，有益微生物减少，土壤肥力下降，影响植物生长。土壤酸化还会活化土壤中的重金属，增加重金属的生物有效性，对生态系统造成毒害。
▮▮▮▮ⓒ 水体酸化：酸雨进入湖泊、河流等水体，导致水体酸化，水生生态系统受到破坏。水体酸化会影响鱼类、浮游生物等水生生物的生存和繁殖，降低水生生物多样性。严重时，水体酸化可导致“生物荒漠化”。
▮▮▮▮ⓓ 森林衰退：酸雨是导致森林衰退的重要原因之一。酸雨直接损害植物叶片，影响植物光合作用，降低植物抗逆性，使森林易受病虫害侵袭。土壤酸化也影响植物根系吸收养分，进一步加剧森林衰退。
▮▮▮▮ⓔ 植被损害：酸雨对农作物、草地等植被也造成损害，降低农作物产量，破坏草原生态系统。

② 光化学烟雾 (Photochemical Smog)：
▮▮▮▮ⓑ 植被损害：光化学烟雾中的臭氧、PAN 等光化学氧化剂对植物叶片具有强氧化性，破坏叶绿素，抑制光合作用，导致植物叶片出现斑点、坏死，影响植物生长和产量。
▮▮▮▮ⓒ 生态系统影响：光化学烟雾对森林、草原、湿地等生态系统都可能产生不利影响，改变生态系统结构和功能。

③ 雾霾 (Haze)：
▮▮▮▮ⓑ 影响植物光合作用：雾霾天气下，太阳辐射减弱，光照不足，影响植物光合作用，降低植物生长速率和生物量。
▮▮▮▮ⓒ 影响生态系统服务功能：雾霾天气影响生态系统的调节气候、净化空气、涵养水源等服务功能。

④ 气候变化 (Climate Change)：
▮▮▮▮ⓑ 生态系统变化：气候变化导致气温升高、降水模式改变、极端天气事件频发，对生态系统产生深刻影响。气候变化可能改变物种分布范围、迁徙规律、物候期等，破坏生态系统平衡，降低生态系统稳定性。
▮▮▮▮ⓒ 生物多样性丧失：气候变化加速生物多样性丧失。部分物种无法适应快速变化的气候环境，面临灭绝风险。生态系统变化也可能导致栖息地丧失，进一步加剧生物多样性危机。

⑤ 对植被和动物的直接毒害：
▮▮▮▮ⓑ 植被毒害：大气污染物如二氧化硫、二氧化氮、臭氧、重金属等，对植物具有直接毒害作用，损害植物叶片、根系，影响植物生理功能，降低植物生长速率和产量，甚至导致植物死亡。
▮▮▮▮ⓒ 动物毒害：大气污染物可以通过呼吸、食物链等途径进入动物体内，对动物健康产生危害。如重金属、POPs 等污染物在动物体内蓄积，可能引起中毒、生殖障碍、免疫系统抑制等。

5.3.3 对材料和文化遗产的危害 (Harm to Materials and Cultural Heritage)

大气污染不仅危害生物，也对建筑物、材料、文化遗产等造成腐蚀和破坏，造成巨大的经济损失和文化损失。

① 腐蚀金属材料：
▮▮▮▮ⓑ 酸雨腐蚀：酸雨中的硫酸和硝酸与金属材料发生化学反应，加速金属腐蚀。钢铁、铜、铝等金属材料在酸雨环境下容易生锈、腐蚀，强度降低，使用寿命缩短。
▮▮▮▮ⓒ 二氧化硫腐蚀：二氧化硫与金属材料表面的水汽反应生成亚硫酸，进一步氧化为硫酸，腐蚀金属材料。
▮▮▮▮ⓓ 颗粒物磨损：大气中的颗粒物，特别是硬质颗粒物如沙尘、矿物粉尘等，对金属材料表面产生磨损作用，加速材料老化。

② 腐蚀建筑物和构筑物：
▮▮▮▮ⓑ 酸雨腐蚀：酸雨对建筑物、桥梁、雕塑等构筑物造成腐蚀。石灰石、大理石等碳酸盐岩石材料容易与酸雨发生化学反应，溶解、剥落，导致建筑物表面粗糙、变色、强度降低。
▮▮▮▮ⓒ 二氧化硫腐蚀：二氧化硫与建筑物表面材料反应，形成硫酸盐，导致材料腐蚀、开裂。
▮▮▮▮ⓓ 颗粒物污染：大气中的颗粒物沉积在建筑物表面，造成污染，影响建筑物美观。

③ 损坏文化遗产：
▮▮▮▮ⓑ 文物古迹腐蚀：酸雨、二氧化硫等大气污染物对文物古迹，特别是石质、金属质文物古迹造成严重腐蚀和破坏，加速文物风化、剥蚀，导致文物价值降低，甚至损毁。
▮▮▮▮ⓒ 壁画、雕塑损坏：大气污染物对古代壁画、石窟雕塑、露天雕塑等文化艺术品造成污染和腐蚀，影响艺术品的保存和观赏价值。
▮▮▮▮ⓓ 纸质、纺织品文物老化：大气污染物加速纸质、纺织品文物的老化、褪色、脆化，影响文物的保存寿命。

④ 橡胶、塑料、油漆等材料老化：
▮▮▮▮ⓑ 臭氧老化：臭氧具有强氧化性，加速橡胶、塑料等高分子材料的老化、龟裂、变色，降低材料使用性能和寿命。
▮▮▮▮ⓒ 酸性污染物腐蚀：酸雨、二氧化硫等酸性污染物腐蚀油漆涂层，导致油漆脱落、褪色，影响建筑物、汽车等外观和防护性能。
▮▮▮▮ⓓ 颗粒物污染：颗粒物沉积在材料表面，造成污染，影响材料美观。

大气污染对材料和文化遗产的危害是长期积累的，一旦造成损坏，难以修复，文化损失不可估量。加强大气污染控制，保护材料和文化遗产，具有重要的经济和文化意义。

5.4 大气污染控制技术 (Air Pollution Control Technologies)

5.4.1 颗粒物控制技术 (Particulate Matter Control Technologies)

颗粒物控制技术是大气污染控制的重要组成部分，针对不同粒径、不同来源的颗粒物，需要采用不同的控制技术。

① 机械除尘 (Mechanical Dust Removal)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用重力、惯性力、离心力等机械力，使颗粒物从气流中分离出来。
▮▮▮▮ⓒ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 重力沉降室 (Gravity Settling Chamber)：结构简单，利用重力使大颗粒沉降。除尘效率较低，主要用于去除粒径大于 50 微米的粗大颗粒物，作为预处理设备。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 惯性除尘器 (Inertial Separator)：利用气流方向急剧改变时的惯性力，使颗粒物从气流中分离。如挡板式除尘器、百叶窗式除尘器等。除尘效率比重力沉降室高，可去除粒径大于 10 微米的颗粒物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 旋风除尘器 (Cyclone Separator)：利用旋转气流产生的离心力，将颗粒物甩向器壁，在重力作用下沉降。旋风除尘器结构简单、造价低廉、阻力适中、适应性强，广泛应用于工业除尘，可去除粒径大于 5 微米的颗粒物。

② 湿式除尘 (Wet Dust Removal)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用液滴或液膜捕集气流中的颗粒物。颗粒物与液滴碰撞、拦截、扩散或凝聚，被液滴捕集，然后通过气液分离装置将液滴和捕集的颗粒物分离出来。
▮▮▮▮ⓒ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 喷淋塔 (Spray Tower)：利用喷嘴将液体喷成雾状液滴，与上升气流中的颗粒物接触捕集。结构简单，造价低廉，但除尘效率较低，主要用于去除粒径较大的颗粒物和同时吸收气态污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 文丘里洗涤器 (Venturi Scrubber)：利用高速气流通过喉管时产生的文丘里效应，将液体雾化成细小液滴，高速气流使液滴与颗粒物充分混合碰撞，实现高效除尘。文丘里洗涤器除尘效率高，可去除 PM\( _{2.5} \) 等细颗粒物，也可同时吸收气态污染物，但阻力较大，能耗较高。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 鼓泡洗涤器 (Bubble Column Scrubber)：气流通过液层时，在液层中鼓泡，气泡破裂产生液滴，液滴捕集颗粒物。结构简单，阻力较低，但除尘效率有限。

③ 袋式除尘 (Baghouse Filtration)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用纤维滤袋过滤含尘气流，将颗粒物截留在滤袋表面。滤袋材料通常为纺织布或毡，如玻璃纤维、合成纤维、天然纤维等。
▮▮▮▮ⓒ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 机械振打清灰袋式除尘器：通过机械振打装置振动滤袋，使滤袋表面的积灰脱落。清灰效果有限，滤袋容易破损。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 反吹风清灰袋式除尘器：利用反向气流吹扫滤袋，使滤袋膨胀变形，积灰脱落。清灰效果较好，但滤袋易磨损。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 脉冲喷吹清灰袋式除尘器：利用压缩空气脉冲喷吹滤袋，使滤袋产生瞬间膨胀变形，积灰脱落。清灰效果好，滤袋寿命长，除尘效率高，可去除 PM\( _{2.5} \) 等细颗粒物，是应用最广泛的袋式除尘器类型。
▮▮▮▮ⓖ 特点：袋式除尘器除尘效率高，可达 99.9% 以上，对细颗粒物去除效果好，运行稳定可靠，适应性强，广泛应用于电力、冶金、建材、化工等行业的烟尘治理。但滤袋易磨损、破损，需要定期更换，运行维护费用较高。

④ 电除尘 (Electrostatic Precipitation, ESP)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用高压电场使气体电离，产生阴离子 (negative ions) 和阳离子 (positive ions)。阴离子向阳极 (anode) 移动过程中，与气流中的颗粒物碰撞，使颗粒物带负电。带负电的颗粒物在电场力作用下向阳极移动，沉积在阳极上，然后通过清灰装置将积灰清除。
▮▮▮▮ⓒ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 管式电除尘器：阳极为金属管，阴极为管中心悬挂的电晕线。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 板式电除尘器：阳极为平行金属板，阴极为板间悬挂的电晕线。板式电除尘器应用更为广泛。
▮▮▮▮ⓕ 特点：电除尘器除尘效率高，阻力小，能耗低，可处理高温、高湿、腐蚀性烟气，适应性强，广泛应用于电力、冶金、建材等行业的大型烟尘治理。但设备造价较高，对颗粒物比电阻敏感，运行维护要求较高。

5.4.2 气态污染物控制技术 (Gaseous Pollutant Control Technologies)

气态污染物控制技术主要针对二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等气态污染物，根据污染物种类和性质，采用不同的控制技术。

① 吸收法 (Absorption)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用吸收剂吸收气流中的气态污染物。污染物从气相转移到液相吸收剂中，实现气液分离，达到净化气体的目的。
▮▮▮▮ⓒ 吸收剂：根据污染物性质选择合适的吸收剂。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 水吸收：适用于易溶于水的气体，如氯化氢 (HCl)、氟化氢 (HF)、氨气 (NH\( _3 \)) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 碱液吸收：适用于酸性气体，如二氧化硫 (SO\( _2 \))、氯气 (Cl\( _2 \))、硫化氢 (H\( _2 \)S)、氮氧化物 (NO\( _x \)) 等。常用的碱液吸收剂有氢氧化钠 (NaOH)、碳酸钠 (Na\( _2 \)CO\( _3 \))、石灰乳 (Ca(OH)\( _2 \)) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 有机溶剂吸收：适用于难溶于水的气体，如挥发性有机物 (VOCs)、硫化氢 (H\( _2 \)S) 等。常用的有机溶剂吸收剂有矿物油、煤油、柴油、活性炭浆液等。
▮▮▮▮ⓖ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 填料吸收塔 (Packed Absorption Tower)：塔内填充填料，增加气液接触面积，提高吸收效率。适用于处理低浓度气态污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 板式吸收塔 (Plate Absorption Tower)：塔内设置多层塔板，气液在塔板上进行多次接触，提高吸收效率。适用于处理中高浓度气态污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 喷淋吸收塔 (Spray Absorption Tower)：利用喷嘴将吸收剂喷成雾状液滴，与气流接触吸收污染物。适用于处理颗粒物和气态污染物混合的烟气。
▮▮▮▮ⓚ 特点：吸收法设备简单、操作方便、运行成本较低，适用于处理大风量、低浓度气态污染物。但吸收剂可能产生二次污染，需要进行后续处理。吸收效率受气液接触面积、传质速率、吸收剂选择等因素影响。

② 吸附法 (Adsorption)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用固体吸附剂表面的吸附力，将气流中的气态污染物吸附在吸附剂表面，实现气固分离，达到净化气体的目的。
▮▮▮▮ⓒ 吸附剂：常用的吸附剂有活性炭 (activated carbon)、活性炭纤维 (activated carbon fiber, ACF)、分子筛 (molecular sieve)、硅胶 (silica gel)、活性氧化铝 (activated alumina) 等。活性炭是最常用的吸附剂，具有比表面积大、吸附能力强、价格低廉等优点。
▮▮▮▮ⓓ 吸附过程：
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 物理吸附 (physical adsorption)：吸附剂与污染物之间主要依靠范德华力 (Van der Waals force) 作用，吸附力较弱，吸附过程可逆，易于解吸再生。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 化学吸附 (chemical adsorption)：吸附剂与污染物之间发生化学反应，形成化学键，吸附力较强，吸附过程不可逆，难以解吸再生。
▮▮▮▮ⓖ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 固定床吸附器 (Fixed Bed Adsorber)：吸附剂固定在吸附床中，气流通过吸附床进行吸附。结构简单，操作方便，适用于处理低浓度、小风量气态污染物。吸附剂饱和后需要更换或再生。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 移动床吸附器 (Moving Bed Adsorber)：吸附剂在吸附器内缓慢移动，连续进行吸附和解吸再生。适用于处理大风量、连续性气态污染物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 流化床吸附器 (Fluidized Bed Adsorber)：吸附剂在气流作用下呈流化状态，气液接触面积大，传质效率高。适用于处理大风量、高浓度气态污染物。
▮▮▮▮ⓚ 解吸再生：吸附剂吸附饱和后，需要进行解吸再生，将吸附的污染物脱附出来，恢复吸附剂的吸附能力，实现吸附剂的循环利用。常用的解吸再生方法有热解吸 (thermal desorption)、变压解吸 (pressure swing adsorption, PSA)、变温解吸 (temperature swing adsorption, TSA)、蒸汽解吸 (steam desorption)、溶剂解吸 (solvent desorption) 等。
▮▮▮▮ⓛ 特点：吸附法除污效率高，可深度净化气体，适用于处理低浓度、有价值的气态污染物。吸附剂可再生循环利用，但再生过程能耗较高，吸附剂易中毒、老化，需要定期更换。

③ 催化转化法 (Catalytic Conversion)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用催化剂降低化学反应的活化能，加速气态污染物的氧化、还原或分解反应，将其转化为无害或低害物质。
▮▮▮▮ⓒ 催化剂：根据污染物种类和反应类型选择合适的催化剂。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 氧化催化剂 (oxidation catalyst)：用于氧化 VOCs、CO 等可燃性气体，将其氧化为二氧化碳和水。常用的氧化催化剂有贵金属催化剂（Pt, Pd, Ru）、金属氧化物催化剂（CuO, MnO\( _2 \), Cr\( _2 \)O\( _3 \)) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 还原催化剂 (reduction catalyst)：用于还原氮氧化物 (NO\( _x \))，将其还原为氮气 (N\( _2 \))。常用的还原催化剂有贵金属催化剂（Pt, Pd, Rh）、非贵金属催化剂（V\( _2 \)O\( _5 \)-WO\( _3 \)/TiO\( _2 \), CuO-ZnO/Al\( _2 \)O\( _3 \), Fe-ZSM-5, Cu-ZSM-5）等。
▮▮▮▮ⓕ 催化燃烧 (Catalytic Combustion)：用于处理 VOCs 和 CO 等可燃性气体。在催化剂作用下，VOCs 和 CO 在较低温度下即可完全燃烧，生成二氧化碳和水。催化燃烧具有燃烧温度低、能耗低、二次污染少等优点。
▮▮▮▮ⓖ 选择性催化还原 (Selective Catalytic Reduction, SCR)：用于脱硝，即去除烟气中的氮氧化物。在催化剂和还原剂（如氨气 NH\( _3 \)、尿素 (CO(NH\( _2 \))\( _2 \))) 的作用下，氮氧化物被选择性还原为氮气和水。SCR 技术是目前应用最广泛、脱硝效率最高的烟气脱硝技术。
\[ 4\text{NO} + 4\text{NH}_3 + \text{O}_2 \longrightarrow 4\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \]
\[ 6\text{NO}_2 + 8\text{NH}_3 \longrightarrow 7\text{N}_2 + 12\text{H}_2\text{O} \]
\[ 2\text{NO}_2 + 4\text{NH}_3 + \text{O}_2 \longrightarrow 3\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \]
▮▮▮▮ⓔ 非选择性催化还原 (Non-Selective Catalytic Reduction, NSCR)：也用于脱硝，但还原剂通常为燃料或一氧化碳等，在催化剂作用下，氮氧化物被还原为氮气，同时燃料或一氧化碳被氧化。NSCR 技术主要用于处理机动车尾气。
\[ 2\text{NO}_x + (2x+1)\text{CO} \longrightarrow \text{N}_2 + (2x+1)\text{CO}_2 \]
▮▮▮▮ⓕ 三效催化转化器 (Three-Way Catalytic Converter)：用于处理汽油车尾气，同时催化转化 CO、HC 和 NO\( _x \) 三种污染物，将其转化为无害的二氧化碳、水和氮气。
▮▮▮▮ⓖ 特点：催化转化法反应温度低、能耗低、除污效率高、二次污染少，适用于处理低浓度、可燃性或可还原性气态污染物。催化剂易中毒、老化，需要定期更换或再生，催化剂成本较高。

④ 燃烧法 (Combustion)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用高温将可燃性气态污染物完全氧化燃烧，转化为二氧化碳和水。
▮▮▮▮ⓒ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 直接燃烧炉 (Direct-Flame Incinerator)：利用燃烧器将可燃性气体直接燃烧。结构简单，造价低廉，但燃烧温度高，能耗高，易产生氮氧化物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 热力焚烧炉 (Thermal Incinerator)：将烟气加热到高温 (700-1200℃)，使可燃性气体在高温下氧化燃烧。燃烧效率高，但能耗高，易产生氮氧化物。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 蓄热式热力焚烧炉 (Regenerative Thermal Oxidizer, RTO)：利用蓄热体预热烟气，降低燃烧温度，节约燃料。蓄热体交替进行吸热和放热过程，实现热量回收。RTO 具有燃烧效率高、能耗低、运行成本低等优点，是目前 VOCs 治理领域应用最广泛的热力焚烧技术。
▮▮▮▮ⓖ 适用范围：燃烧法适用于处理高浓度、可燃性气态污染物，如挥发性有机物 (VOCs)、恶臭气体等。
▮▮▮▮ⓗ 特点：燃烧法除污效率高，可将可燃性气体完全转化为无害物质。但燃烧温度高，能耗高，易产生氮氧化物，运行成本较高。对于低浓度 VOCs，需要进行浓缩后再燃烧，或采用催化燃烧技术。

⑤ 冷凝法 (Condensation)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用降低温度或提高压力的方法，使气态污染物冷凝为液态，从气流中分离出来。
▮▮▮▮ⓒ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 表面冷凝器 (Surface Condenser)：利用冷却介质冷却换热管表面，使气态污染物在换热管表面冷凝。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 混合冷凝器 (Mixing Condenser)：将冷却介质（如冷水）与含污染物气流直接混合，使污染物冷凝。
▮▮▮▮ⓕ 适用范围：冷凝法适用于处理高浓度、高沸点、易冷凝的气态污染物，如油气、溶剂蒸气等。
▮▮▮▮ⓖ 特点：冷凝法设备简单，操作方便，可回收有价值的污染物，实现资源回收利用。但除污效率有限，只能去除部分污染物，对于低浓度、低沸点污染物去除效果差，需要与其他净化技术联合使用。

5.4.3 机动车尾气控制技术 (Vehicle Emission Control Technologies)

机动车尾气是城市大气污染的重要来源，控制机动车尾气排放是改善城市空气质量的关键措施。

① 催化转化器 (Catalytic Converter)：
▮▮▮▮ⓑ 三效催化转化器 (Three-Way Catalytic Converter)：用于汽油车尾气净化，安装在排气管中，利用催化剂同时催化转化 CO、HC 和 NO\( _x \) 三种污染物，将其转化为无害的二氧化碳、水和氮气。是目前汽油车尾气净化最核心的技术。
▮▮▮▮ⓒ 柴油机氧化催化转化器 (Diesel Oxidation Catalyst, DOC)：用于柴油车尾气净化，主要催化氧化 HC 和 CO，降低尾气中的碳氢化合物和一氧化碳排放。对颗粒物也有一定的氧化去除作用。
▮▮▮▮ⓓ 选择性催化还原 (Selective Catalytic Reduction, SCR)：用于柴油车尾气脱硝，在催化剂和还原剂（尿素水溶液）的作用下，将尾气中的氮氧化物还原为氮气和水。是目前柴油车尾气脱硝效率最高的成熟技术。

② 颗粒物捕集器 (Diesel Particulate Filter, DPF)：
▮▮▮▮ⓑ 壁流式颗粒物捕集器 (Wall-Flow DPF)：利用多孔陶瓷材料制成的蜂窝状结构，尾气通过多孔陶瓷壁时，颗粒物被拦截捕集在陶瓷壁内。DPF 对颗粒物去除效率高，可达 90% 以上，有效降低柴油车尾气中的颗粒物排放。
▮▮▮▮ⓒ 再生：DPF 运行一段时间后，捕集的颗粒物会积累增多，导致排气阻力增大，需要进行再生，将捕集的颗粒物氧化燃烧清除。再生方式有被动再生 (passive regeneration) 和主动再生 (active regeneration)。被动再生利用尾气中的 NO\( _2 \) 或添加燃料催化剂，在正常行驶条件下氧化燃烧颗粒物；主动再生通过提高排气温度，强制燃烧颗粒物。

③ 废气再循环 (Exhaust Gas Recirculation, EGR)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：将部分排出的尾气重新引入发动机进气歧管，与新鲜空气混合后再次进入气缸燃烧。EGR 可以降低气缸内的燃烧温度，减少氮氧化物的生成。EGR 技术是控制柴油机氮氧化物排放的常用技术之一。

④ 燃油蒸气回收装置 (Onboard Refueling Vapor Recovery, ORVR)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：在汽车加油过程中，将加油枪排出的油气蒸气收集起来，防止油气蒸气泄漏到大气中，减少 VOCs 排放。ORVR 系统是控制汽车油箱油气挥发的重要措施。

⑤ 替代燃料 (Alternative Fuels)：
▮▮▮▮ⓑ 天然气 (Natural Gas, NG)：天然气汽车尾气污染物排放量远低于汽油车和柴油车，特别是颗粒物排放量极低。推广天然气汽车是改善城市空气质量的有效途径之一。
▮▮▮▮ⓒ 液化石油气 (Liquefied Petroleum Gas, LPG)：LPG 汽车尾气污染物排放量也低于汽油车和柴油车。
▮▮▮▮ⓓ 生物燃料 (Biofuels)：如乙醇汽油、生物柴油等。生物燃料来源于可再生资源，可以减少化石燃料消耗，降低温室气体排放。
▮▮▮▮ⓔ 电动汽车 (Electric Vehicles, EV)：电动汽车使用电能驱动，尾气零排放，是清洁交通的重要发展方向。

5.4.4 挥发性有机物 (VOCs) 控制技术 (VOCs Control Technologies)

挥发性有机物 (VOCs) 是大气污染的重要前体物，也是危害人体健康的有害污染物。VOCs 控制技术多种多样，根据 VOCs 浓度、组分、排放特点等选择合适的控制技术。

① 吸附浓缩+焚烧 (Adsorption-Concentration + Incineration)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：对于低浓度、大风量 VOCs 废气，先采用吸附法将 VOCs 吸附浓缩，然后将浓缩后的高浓度 VOCs 废气进行焚烧处理。吸附浓缩可以降低焚烧处理的运行成本。
▮▮▮▮ⓒ 工艺流程：VOCs 废气先进入吸附器，VOCs 被吸附剂吸附，净化后的气体排放。吸附剂饱和后进行解吸再生，解吸出的高浓度 VOCs 废气进入焚烧炉进行焚烧处理，转化为二氧化碳和水。常用的吸附剂为活性炭、活性炭纤维、分子筛等。焚烧炉可采用热力焚烧炉 (TO) 或催化燃烧炉 (CO)。
▮▮▮▮ⓓ 特点：适用于处理低浓度、大风量 VOCs 废气，运行成本较低，除污效率高。

② 生物处理法 (Biological Treatment)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用微生物的代谢作用，将 VOCs 分解为二氧化碳、水和无机盐等无害物质。
▮▮▮▮ⓒ 设备类型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 生物滤池 (Biofilter)：VOCs 废气通过填料层，填料层表面附着微生物，微生物降解 VOCs。结构简单，运行成本低，适用于处理低浓度、易生物降解的 VOCs 废气。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 生物滴滤池 (Biotrickling Filter)：在生物滤池基础上改进，填料层持续喷淋营养液，保持填料湿润和微生物活性。除污效率比生物滤池高。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 生物洗涤器 (Bioscrubber)：先采用吸收法将 VOCs 吸收液相，然后将吸收液送入生物反应器，利用微生物降解液相中的 VOCs。适用于处理高浓度、难生物降解的 VOCs 废气。
▮▮▮▮ⓖ 特点：生物处理法运行成本低、二次污染少，适用于处理低浓度、易生物降解的 VOCs 废气。但处理效率较低，受环境条件影响较大，启动时间较长。

③ 冷凝回收 (Condensation Recovery)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用冷凝法将 VOCs 从废气中冷凝回收，实现 VOCs 资源化利用。
▮▮▮▮ⓒ 工艺流程：VOCs 废气通过冷凝器，降低温度，使 VOCs 冷凝为液态，回收液态 VOCs。冷凝回收可作为 VOCs 治理的预处理工艺，回收高浓度 VOCs，降低后续处理负荷。
▮▮▮▮ⓓ 特点：可回收 VOCs，实现资源化利用，经济效益好。适用于处理高浓度、高沸点 VOCs 废气。除污效率有限，需要与其他净化技术联合使用。

④ 膜分离 (Membrane Separation)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用膜的选择渗透性，将 VOCs 从废气中分离出来。
▮▮▮▮ⓒ 膜类型：常用的膜材料有聚合物膜、无机膜、复合膜等。根据膜孔径大小和分离机理，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、气体分离膜等。气体分离膜主要用于 VOCs 分离。
▮▮▮▮ⓓ 工艺流程：VOCs 废气在高压下通过膜组件，VOCs 优先透过膜，在膜的另一侧富集，实现 VOCs 分离。膜分离可用于 VOCs 回收和净化。
▮▮▮▮ⓔ 特点：膜分离过程无相变、能耗低、操作简单、可连续运行。适用于处理中低浓度 VOCs 废气。膜污染、膜寿命等问题需要解决。

5.5 大气污染管理与政策 (Air Pollution Management and Policy)

5.5.1 大气环境质量标准 (Ambient Air Quality Standards)

大气环境质量标准是评价和衡量大气环境质量状况的尺度，是大气污染管理和政策制定的重要依据。不同国家和地区根据自身情况制定了不同的大气环境质量标准。

① 中国大气环境质量标准：
▮▮▮▮ⓑ 《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)：是中国现行的大气环境质量标准，规定了环境空气质量 基本项目 和 其他项目 的浓度限值、监测方法、质量评价等内容。
▮▮▮▮ⓒ 基本项目：包括 二氧化硫 (SO\( _2 \))、二氧化氮 (NO\( _2 \))、颗粒物 (PM\( _{10} \), PM\( _{2.5} \))、一氧化碳 (CO)、臭氧 (O\( _3 \)) 六项污染物。
▮▮▮▮ⓓ 质量评价：采用 空气质量指数 (Air Quality Index, AQI) 进行评价。AQI 根据各项污染物浓度计算得出，AQI 值越大，空气质量越差。AQI 分为六个级别：优、良、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染。
▮▮▮▮ⓔ 浓度限值：标准规定了各项污染物在不同功能区（一类区、二类区）的 年平均浓度限值 和 24 小时平均浓度限值。一类区为自然保护区、风景名胜区等生态功能区，执行较严格的标准；二类区为城镇居住区、工业区、农村地区等，执行相对宽松的标准。

② 世界卫生组织 (WHO) 空气质量指南：
▮▮▮▮ⓑ WHO 空气质量指南：是国际上权威的空气质量指导性文件，为各国制定空气质量标准提供科学依据。WHO 定期更新空气质量指南，反映最新的科学研究成果。
▮▮▮▮ⓒ 推荐值：WHO 空气质量指南给出了 指导值 (guideline values) 和 过渡时期目标值 (interim targets)。指导值是基于健康风险评估的理想目标，过渡时期目标值是为逐步改善空气质量而设定的阶段性目标。
▮▮▮▮ⓓ 污染物：WHO 空气质量指南重点关注 颗粒物 (PM\( _{2.5} \), PM\( _{10} \))、臭氧 (O\( _3 \))、二氧化氮 (NO\( _2 \))、二氧化硫 (SO\( _2 \)) 等污染物。
▮▮▮▮ⓔ 浓度限值：WHO 空气质量指南给出了各项污染物的 年平均浓度限值、24 小时平均浓度限值 和 8 小时平均浓度限值 (O\( _3 \))。WHO 的标准通常比许多国家和地区的标准更为严格。

③ 其他国家和地区大气环境质量标准：
▮▮▮▮ⓑ 美国国家环境空气质量标准 (National Ambient Air Quality Standards, NAAQS)：由美国环境保护署 (EPA) 制定，包括 一次标准 (primary standards) 和 二次标准 (secondary standards)。一次标准旨在保护公众健康，二次标准旨在保护公众福利，包括生态环境、文物建筑等。
▮▮▮▮ⓒ 欧盟空气质量指令 (Air Quality Directives)：由欧盟委员会制定，各成员国需将欧盟指令转化为本国法律。欧盟空气质量指令规定了各项污染物的 限值 (limit values)、目标值 (target values)、警戒值 (alert thresholds) 等。
▮▮▮▮ⓓ 日本环境空气质量标准：由日本环境省制定，规定了各项污染物的 环境标准 (environmental standards) 和 紧急情况指标 (emergency indicators)。

5.5.2 污染物排放标准 (Pollutant Emission Standards)

污染物排放标准是规定污染源排放污染物的浓度、总量、强度等限值的标准，是控制污染源排放、实现达标排放的法律依据。污染物排放标准根据不同行业、不同污染物、不同排放方式等进行分类。

① 中国污染物排放标准：
▮▮▮▮ⓑ 行业污染物排放标准：针对不同工业行业制定的污染物排放标准，如 《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223)、《钢铁工业大气污染物排放标准》(GB 9078)、《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915)、《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271) 等。行业排放标准规定了本行业企业排放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、重金属、挥发性有机物等污染物的浓度限值、排放总量控制指标、监测要求等。
▮▮▮▮ⓒ 综合排放标准：适用于多个行业或通用性污染源的排放标准，如 《大气污染物综合排放标准》(GB 16297)。
▮▮▮▮ⓓ 机动车污染物排放标准：针对不同类型机动车（汽油车、柴油车、摩托车等）制定的尾气排放标准，如 《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》(GB 18352.6)、《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》(GB 17691) 等。机动车排放标准不断升级，从国一、国二到国六，排放限值越来越严格。

② 国际污染物排放标准：
▮▮▮▮ⓑ 欧盟排放标准 (EURO Standards)：欧盟针对汽车尾气排放制定的系列标准，从 EURO 1 到 EURO 6，排放限值不断加严。EURO 标准被许多国家和地区采用或借鉴。
▮▮▮▮ⓒ 美国排放标准 (US EPA Standards)：美国 EPA 也制定了针对汽车、工业锅炉、电厂等不同污染源的排放标准。
▮▮▮▮ⓓ 国际海事组织 (IMO) 船舶排放标准：IMO 制定了船舶排放标准，控制船舶排放的硫氧化物、氮氧化物、颗粒物等污染物，以减少船舶对海洋和大气环境的影响。

5.5.3 大气污染防治法律法规 (Air Pollution Prevention and Control Laws and Regulations)

大气污染防治法律法规是大气污染防治工作的法律保障，明确政府、企业和公民在大气污染防治方面的权利和义务，规范大气污染防治行为，惩处违法排污行为。

① 中国大气污染防治法律法规：
▮▮▮▮ⓑ 《中华人民共和国大气污染防治法》：是中国大气污染防治领域的基本法律，规定了大气污染防治的基本原则、制度、措施、法律责任等。大气污染防治法多次修订，不断完善和强化大气污染防治措施。
▮▮▮▮ⓒ 《中华人民共和国环境保护法》：是中国环境保护领域的基本法律，也对大气污染防治作出了原则性规定。
▮▮▮▮ⓓ 地方性大气污染防治法规：各省、自治区、直辖市根据国家大气污染防治法，结合本地实际情况，制定地方性大气污染防治条例或办法，细化国家法律的规定，加强地方大气污染防治工作。
▮▮▮▮ⓔ 部门规章和规范性文件：国务院环境保护主管部门（生态环境部）和其他有关部门制定了一系列大气污染防治部门规章和规范性文件，对大气污染防治的具体措施、技术规范、管理要求等进行规定。

② 国际大气污染防治法律法规：
▮▮▮▮ⓑ 《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)：是应对全球气候变化的最重要的国际法律框架，旨在控制温室气体排放，减缓气候变化。
▮▮▮▮ⓒ 《京都议定书》(Kyoto Protocol)：是 UNFCCC 的第一个具有法律约束力的议定书，规定了发达国家在 2008-2012 年期间的温室气体减排目标。
▮▮▮▮ⓓ 《巴黎协定》(Paris Agreement)：是继京都议定书之后，又一个重要的全球气候治理协议，提出了将全球平均气温升幅控制在工业革命前水平以上 2℃ 之内，并努力限制在 1.5℃ 之内的长期目标。
▮▮▮▮ⓔ 《蒙特利尔议定书》(Montreal Protocol)：是为保护臭氧层而制定的国际公约，旨在逐步淘汰消耗臭氧层物质 (ODS)。蒙特利尔议定书被认为是国际环境合作的成功典范。
▮▮▮▮ⓕ 区域性大气污染防治公约：如欧洲的 《长程越境空气污染公约》(Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution, CLRTAP)，旨在减少欧洲地区的长程越境空气污染。

5.5.4 大气污染总量控制 (Total Emission Control of Air Pollutants)

大气污染总量控制是指在一定区域和时间内，对主要大气污染物排放总量进行限制和控制的管理制度。总量控制是实现区域空气质量改善的重要手段。

① 总量控制指标：
▮▮▮▮ⓑ 主要污染物：总量控制的主要污染物通常包括二氧化硫 (SO\( _2 \))、氮氧化物 (NO\( _x \))、化学需氧量 (COD)、氨氮 (NH\( _3 \)-N)、挥发性有机物 (VOCs)、颗粒物 (PM) 等。不同地区和不同时期，总量控制的污染物种类可能有所不同。
▮▮▮▮ⓒ 控制目标：总量控制目标通常以一定时期内（如五年规划期）污染物排放量削减百分比或绝对量下降为目标。

② 总量控制方法：
▮▮▮▮ⓑ 排污许可证制度 (Permit System)：对排污单位核发排污许可证，明确排污单位的污染物排放种类、浓度、总量、排放方式、排放去向等，排污单位必须按照排污许可证的规定排放污染物。排污许可证制度是总量控制的重要管理手段。
▮▮▮▮ⓒ 排污权交易制度 (Emission Trading Scheme, ETS)：在总量控制的前提下，允许排污单位之间进行排污权交易。排污量少的企业可以将剩余的排污权出售给排污量超标的企业，实现排污权的市场化配置，降低减排成本，提高减排效率。
▮▮▮▮ⓓ 清洁生产审核 (Cleaner Production Audit)：推动企业开展清洁生产审核，从源头和过程控制减少污染物产生和排放，实现污染物减排目标。
▮▮▮▮ⓔ 产业结构调整和能源结构优化：调整产业结构，淘汰落后产能，发展战略性新兴产业和现代服务业；优化能源结构，减少煤炭消费，发展清洁能源和可再生能源，从根本上减少污染物排放。
▮▮▮▮ⓕ 区域联防联控 (Regional Joint Prevention and Control)：加强区域大气污染联防联控，建立区域合作机制，统一规划、统一标准、统一监测、统一执法，共同治理区域性大气污染问题。

5.5.5 区域大气污染联防联控 (Joint Prevention and Control of Regional Air Pollution)

区域大气污染具有明显的区域性和复合性特征，单一行政区域难以有效解决，需要加强区域联防联控，协同治理。

① 区域联防联控机制：
▮▮▮▮ⓑ 合作框架协议：区域内各级政府签订区域大气污染联防联控合作框架协议，明确合作目标、任务、内容、机制等。
▮▮▮▮ⓒ 联席会议制度：建立区域大气污染联防联控联席会议制度，定期召开会议，研究解决区域大气污染防治重大问题，协调各方行动。
▮▮▮▮ⓓ 专家咨询委员会：成立区域大气污染防治专家咨询委员会，为区域联防联控提供技术支持和决策咨询。
▮▮▮▮ⓔ 联合工作组：成立区域大气污染防治联合工作组，负责区域联防联控的日常工作，协调推进各项合作事项。

② 联防联控重点内容：
▮▮▮▮ⓑ 统一规划：区域内统一编制大气污染防治规划，明确区域大气污染防治目标、任务、重点工程、保障措施等。
▮▮▮▮ⓒ 统一标准：区域内逐步统一大气环境质量标准、污染物排放标准、监测方法标准、执法标准等，实现区域环境管理一体化。
▮▮▮▮ⓓ 统一监测：建立区域大气环境质量联合监测网络，共享监测数据，开展区域空气质量联合预报预警。
▮▮▮▮ⓔ 统一执法：开展区域联合执法行动，严厉打击跨区域违法排污行为。
▮▮▮▮ⓕ 信息共享：建立区域大气污染防治信息共享平台，共享污染源信息、监测数据、执法信息、治理经验等。
▮▮▮▮ⓖ 应急联动：建立区域重污染天气应急联动机制，统一发布预警信息，同步启动应急响应措施，共同应对区域重污染天气。
▮▮▮▮ⓗ 产业协同：推动区域产业结构优化升级，引导产业合理布局，避免产业转移污染。
▮▮▮▮ⓘ 资金投入：建立区域大气污染防治资金投入机制，加大对区域联防联控的资金支持。

③ 京津冀及周边地区大气污染联防联控：
▮▮▮▮ⓑ “2+26” 城市：京津冀及周边地区大气污染联防联控重点区域包括北京市、天津市、河北省石家庄、唐山、廊坊、保定、沧州、衡水、邢台、邯郸市，山西省太原、阳泉、长治、晋城，山东省济南、淄博、济宁、德州、聊城、滨州、菏泽市，河南省郑州、开封、安阳、鹤壁、焦作、濮阳、新乡、济源市（简称 “2+26” 城市）。
▮▮▮▮ⓒ 联防联控措施：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 压减燃煤：推进煤改气、煤改电工程，减少燃煤污染。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 治理工业污染：开展工业企业达标排放改造，整治 “散乱污” 企业。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 控制机动车污染：推广新能源汽车，淘汰老旧车辆，加强机动车尾气监管。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 扬尘综合治理：加强施工扬尘、道路扬尘、堆场扬尘治理。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 重污染天气应对：实施重污染天气应急预案，采取限产停产、机动车限行等应急措施。
▮▮▮▮ⓘ 成效：经过多年联防联控，京津冀及周边地区空气质量得到显著改善，PM\( _{2.5} \) 浓度明显下降，重污染天气明显减少。但空气质量与国家标准和 WHO 指南相比仍有差距，大气污染防治工作任重道远。

6. 固体废物处理与处置 (Solid Waste Treatment and Disposal)

6.1 固体废物概述 (Overview of Solid Waste)

6.1.1 固体废物的定义与分类 (Definition and Classification of Solid Waste)

固体废物 (solid waste) 是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的，丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。根据不同的分类标准，固体废物可以分为多种类型。

① 按来源分类:
▮▮▮▮ⓑ 城市生活垃圾 (municipal solid waste, MSW)：指城市日常生活中产生的固体废物，来源广泛，成分复杂，主要包括居民生活垃圾、商业垃圾、街道清扫垃圾等。
▮▮▮▮ⓒ 工业固体废物 (industrial solid waste)：指工业生产活动中产生的固体废物，种类繁多，成分复杂，性质差异大，包括一般工业固体废物和危险废物 (hazardous waste)。
▮▮▮▮ⓓ 农业固体废物 (agricultural solid waste)：指农业生产活动中产生的固体废物，主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农膜、农药包装物等。
▮▮▮▮ⓔ 建筑垃圾 (construction and demolition waste)：指工程建设、建筑物拆除等过程中产生的固体废物，主要包括渣土、废弃混凝土、砖瓦、木材、金属、塑料等。
▮▮▮▮ⓕ 危险废物 (hazardous waste)：指具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感染性等一种或几种危险特性的固体废物，以及不排除具有危险特性，可能对环境或者人体健康造成有害影响，需要按照危险废物进行管理的固体废物。例如，废弃化学试剂、医疗废物 (medical waste)、重金属 (heavy metal) 污染污泥等。

② 按形态分类:
▮▮▮▮ⓑ 固态废物 (solid waste)：指具有一定形状和体积，不易流动的固体废物，如废塑料、废金属、建筑垃圾等。
▮▮▮▮ⓒ 半固态废物 (semi-solid waste)：指介于固态和液态之间的，具有一定流动性的废物，如污泥 (sludge)、部分食品加工残渣等。
▮▮▮▮ⓓ 气态废物 (gaseous waste) (置于容器中的)：指被压缩、液化或吸附在容器中的气态物质，例如废弃的压力容器、气雾剂罐等。

③ 按危害特性分类:
▮▮▮▮ⓑ 一般固体废物 (general solid waste)：指不具有危险特性的固体废物，对环境和人体健康危害较小。
▮▮▮▮ⓒ 危险废物 (hazardous waste)：如前所述，指具有一种或多种危险特性的固体废物，对环境和人体健康危害大，需要特殊管理和处置。

④ 按可回收利用性分类:
▮▮▮▮ⓑ 可回收物 (recyclables)：指可以回收再利用的固体废物，如废纸、废塑料、废金属、废玻璃等。
▮▮▮▮ⓒ 不可回收物 (non-recyclables)：指不宜回收利用或目前技术经济条件下难以回收利用的固体废物，如厨余垃圾 (kitchen waste)、灰渣 (ash residue)、部分混合塑料等。

理解固体废物的分类对于后续的针对性处理和处置至关重要。不同的固体废物具有不同的特性和危害，需要采取不同的处理技术和管理策略。

6.1.2 固体废物的来源与组成 (Sources and Composition of Solid Waste)

固体废物的来源极其广泛，几乎涵盖人类生产和生活的各个领域。了解固体废物的来源有助于从源头减少固体废物的产生，优化管理和处理策略。

① 城市生活垃圾 (MSW) 的来源与组成:
▮▮▮▮ⓑ 居民生活 (residential)：家庭日常生活中产生的垃圾，如厨余垃圾、废纸、塑料、玻璃、金属、纺织物、废旧家具、废弃电器电子产品等。厨余垃圾通常占比较高，尤其是在推行垃圾分类前的城市。
▮▮▮▮ⓒ 商业与服务业 (commercial and service)：商业场所、餐饮业、服务行业等产生的垃圾，成分与居民生活垃圾类似，但可能某些组分比例不同，例如餐饮业厨余垃圾比例更高，商业区废纸和包装物较多。
▮▮▮▮ⓓ 街道清扫 (street sweeping)：道路、公园、公共场所等清扫产生的垃圾，主要包括树叶、尘土、碎石、包装物等。
▮▮▮▮ⓔ 机构与公共设施 (institutional and public facilities)：学校、医院、机关单位、公共交通场站等产生的垃圾，成分较为复杂，可能包含办公垃圾、医疗废物 (需单独处理)、实验废弃物等。

② 工业固体废物的来源与组成:
▮▮▮▮ⓑ 采矿业 (mining)：采矿、选矿、冶炼等过程产生的废石、尾矿 (tailings)、矿渣 (slag) 等。尾矿和矿渣产生量巨大，是工业固体废物的重要组成部分。
▮▮▮▮ⓒ 制造业 (manufacturing)：各个制造行业生产过程中产生的边角料、废品、包装物、工艺废渣、污泥等。不同行业产生的工业固体废物性质差异很大，例如化工行业可能产生大量危险废物，食品工业则可能产生大量有机废渣。
▮▮▮▮ⓓ 能源工业 (energy industry)：电力、热力生产过程中产生的煤灰 (coal ash)、炉渣 (boiler slag)、脱硫石膏 (desulfurization gypsum) 等。煤灰是能源工业固体废物的主要类型。
▮▮▮▮ⓔ 其他工业 (other industries)：例如建筑业、交通运输业、仓储业等也会产生各种工业固体废物。

③ 农业固体废物的来源与组成:
▮▮▮▮ⓑ 种植业 (crop farming)：农作物秸秆 (straw)、谷壳 (hull)、蔬菜残余、废弃农膜 (agricultural film)、农药和化肥包装物等。农作物秸秆是中国农业固体废物的主要来源，资源化利用潜力巨大。
▮▮▮▮ⓒ 养殖业 (animal husbandry)：畜禽粪便 (livestock and poultry manure)、养殖废水产生的污泥、废弃兽药包装物等。畜禽粪便是重要的农业有机废弃物，处理不当易造成环境污染。
▮▮▮▮ⓓ 农产品加工业 (agricultural product processing)：农产品初加工和深加工过程中产生的果蔬皮核、粮食加工副产品、食品工业废渣等。

④ 建筑垃圾的来源与组成:
▮▮▮▮ⓑ 新建建筑 (new construction)：施工过程中产生的渣土、余泥、废弃包装材料、施工人员生活垃圾等。
▮▮▮▮ⓒ 建筑物拆除 (building demolition)：旧建筑物拆除产生的废混凝土、砖瓦、砂浆、木材、金属、塑料、玻璃等。废混凝土和砖瓦是建筑垃圾的主要组成部分。
▮▮▮▮ⓓ 装修垃圾 (decoration waste)：建筑物装修过程中产生的废弃陶瓷、木材、涂料桶、包装材料等。
▮▮▮▮ⓔ 道路桥梁建设与维护 (road and bridge construction and maintenance)：道路开挖、路面翻修、桥梁维护等产生的废弃沥青混凝土、渣土、废金属等。

了解固体废物的来源和组成是进行有效管理和资源化利用的基础。针对不同来源和组成的固体废物，可以采取不同的分类、收集、处理和处置方法，实现减量化、资源化、无害化目标。

6.1.3 固体废物的特性 (Characteristics of Solid Waste)

固体废物的特性是决定其处理、处置和资源化利用方式的关键因素。固体废物的特性复杂多样，主要包括以下几个方面：

① 物理特性 (physical characteristics)：
▮▮▮▮ⓑ 含水率 (moisture content)：指固体废物中水分的含量，通常以质量百分比表示。含水率直接影响固体废物的热值、堆积密度、运输成本以及后续处理工艺的选择。例如，厨余垃圾含水率很高，不适宜直接焚烧，而建筑垃圾含水率较低。
▮▮▮▮ⓒ 密度 (density)：指单位体积固体废物的质量，包括堆积密度 (bulk density) 和真密度 (true density)。堆积密度影响固体废物的运输和填埋容积，真密度则与物质组成有关。城市生活垃圾的堆积密度通常较低，而建筑垃圾的堆积密度较高。
▮▮▮▮ⓓ 粒度 (particle size)：指固体废物颗粒的大小和分布。粒度分布影响固体废物的分选、破碎、焚烧等处理效果。例如，建筑垃圾粒度差别很大，需要进行破碎和筛分预处理。
▮▮▮▮ⓔ 孔隙率 (porosity)：指固体废物堆体中孔隙体积占总体积的比例。孔隙率影响固体废物堆体的透气性、渗水性，对填埋场 (landfill) 的稳定性和渗滤液 (leachate) 产生有重要影响。
▮▮▮▮ⓕ 形状 (shape)：固体废物的形状多种多样，如块状、粒状、片状、纤维状等。形状影响固体废物的堆积、流动性和分选性能。

② 化学特性 (chemical characteristics)：
▮▮▮▮ⓑ 有机物含量 (organic matter content)：指固体废物中有机物质的含量，如碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素、木质素等。有机物含量决定了固体废物的生物降解性和热值，是生物处理和热处理的重要指标。厨余垃圾和农业废弃物有机物含量高，适宜进行堆肥 (composting) 或厌氧消化 (anaerobic digestion)。
▮▮▮▮ⓒ 无机物含量 (inorganic matter content)：指固体废物中无机物质的含量，如金属、玻璃、砂石、灰分等。无机物含量影响固体废物的资源化利用潜力。废金属和废玻璃是重要的可回收无机物。
▮▮▮▮ⓓ pH值 (pH value)：指固体废物的酸碱性。pH值影响固体废物中污染物的迁移转化、生物处理效果以及填埋场渗滤液的性质。工业废渣的pH值可能偏酸性或碱性。
▮▮▮▮ⓔ 重金属含量 (heavy metal content)：指固体废物中重金属元素的含量，如铅 (Pb)、镉 (Cd)、汞 (Hg)、铬 (Cr)、砷 (As) 等。重金属是重要的环境污染物，需要重点控制。电子垃圾、电池、电镀污泥等可能含有较高浓度的重金属。
▮▮▮▮ⓕ 有害物质含量 (hazardous substances content)：指固体废物中其他有害物质的含量，如持久性有机污染物 (persistent organic pollutants, POPs)、致病菌 (pathogenic bacteria)、放射性物质 (radioactive materials) 等。医疗废物、农药包装物等可能含有有害物质。

③ 生物特性 (biological characteristics)：
▮▮▮▮ⓑ 生物降解性 (biodegradability)：指固体废物中有机物被微生物分解的能力。生物降解性是生物处理技术的基础。厨余垃圾、秸秆等易生物降解，而塑料、橡胶等难生物降解。
▮▮▮▮ⓒ 腐败性 (putrescibility)：指固体废物中有机物在微生物作用下发生腐败变质的程度。腐败性与臭气 (odor) 产生、病原菌 (pathogen) 滋生有关。厨余垃圾、肉类加工废弃物等易腐败。
▮▮▮▮ⓓ 生物毒性 (biotoxicity)：指固体废物对生物体的毒害作用。生物毒性是评价固体废物环境风险的重要指标。危险废物通常具有生物毒性。

④ 热值特性 (calorific characteristics)：
▮▮▮▮ⓑ 高位热值 (higher heating value, HHV)：指单位质量固体废物完全燃烧时放出的热量，包括燃烧产物中水蒸气冷凝释放的热量。
▮▮▮▮ⓒ 低位热值 (lower heating value, LHV)：指单位质量固体废物完全燃烧时放出的热量，不包括燃烧产物中水蒸气冷凝释放的热量。焚烧 (incineration) 技术主要利用固体废物的热值。塑料、橡胶、纸张等可燃组分具有较高的热值。

全面了解固体废物的特性，是选择合适处理处置技术、进行资源化利用、降低环境风险的基础。在实际工作中，需要根据固体废物的具体特性，进行针对性的分析和处理。

6.1.4 固体废物的环境危害与影响 (Environmental Hazards and Impacts of Solid Waste)

固体废物若不进行有效处理和处置，会对环境和人体健康造成多方面的危害和不良影响。其环境危害与影响主要体现在以下几个方面：

① 水体污染 (water pollution)：
▮▮▮▮ⓑ 地表水污染 (surface water pollution)：固体废物露天堆放或简易填埋，其中的有害成分，如重金属、有机污染物、病原菌等，容易随雨水径流进入地表水体，造成河流、湖泊、水库等水体污染。
▮▮▮▮ⓒ 地下水污染 (groundwater pollution)：填埋场 (landfill) 若防渗措施不足或失效，固体废物中的污染物会渗入地下水，造成地下水水质恶化。特别是危险废物填埋场，对地下水污染风险更大。渗滤液 (leachate) 是造成地下水污染的主要途径。
▮▮▮▮ⓓ 海洋污染 (marine pollution)：沿海城市若将固体废物直接倾倒入海，或陆地垃圾随河流进入海洋，会造成海洋环境污染，影响海洋生物生存，破坏海洋生态系统。塑料垃圾 (plastic waste) 造成的海洋塑料污染 (marine plastic pollution) 问题尤为突出。

② 大气污染 (air pollution)：
▮▮▮▮ⓑ 粉尘污染 (dust pollution)：固体废物堆放场、填埋场、转运站等场所，在运输、装卸、堆放过程中容易产生粉尘，造成大气粉尘污染，影响空气质量和人体呼吸健康。
▮▮▮▮ⓒ 恶臭污染 (odor pollution)：易腐有机物 (putrescible organic matter) 含量高的固体废物，如厨余垃圾、畜禽粪便等，在厌氧条件下分解会产生硫化氢 \( (H_2S) \)、氨气 \( (NH_3) \)、甲硫醇 \( (CH_3SH) \) 等恶臭气体 (odorous gases)，污染空气，影响居民生活。
▮▮▮▮ⓓ 焚烧烟气污染 (incineration flue gas pollution)：固体废物焚烧若处理工艺不当，会产生二氧化硫 \( (SO_2) \)、氮氧化物 \( (NO_x) \)、颗粒物 (particulate matter)、二噁英 (dioxins) 等大气污染物，造成大气污染，影响人体健康。特别是二噁英，是剧毒致癌物，需严格控制。
▮▮▮▮ⓔ 温室气体排放 (greenhouse gas emission)：固体废物填埋场会产生甲烷 \( (CH_4) \) 等温室气体，加剧全球气候变化 (climate change)。

③ 土壤污染 (soil pollution)：
▮▮▮▮ⓑ 重金属污染 (heavy metal pollution)：固体废物中的重金属，如镉 (Cd)、铅 (Pb)、汞 (Hg) 等，会通过淋溶、径流等途径进入土壤，造成土壤重金属污染，影响土壤质量和农产品安全。
▮▮▮▮ⓒ 有机污染物污染 (organic pollutant pollution)：固体废物中的持久性有机污染物 (POPs)、多环芳烃 (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)、有机氯农药 (organochlorine pesticides) 等有机污染物，会在土壤中残留累积，造成土壤有机污染，影响土壤生态功能。
▮▮▮▮ⓓ 盐碱化 (salinization and alkalization)：部分工业废渣，如煤灰、矿渣等，若不合理堆放，其中的可溶性盐类会随雨水淋溶进入土壤，造成土壤盐碱化，影响植物生长。

④ 生态环境破坏 (ecological environment destruction)：
▮▮▮▮ⓑ 占用土地 (land occupation)：固体废物堆放场、填埋场占用大量土地资源，影响土地利用。
▮▮▮▮ⓒ 破坏景观 (landscape degradation)：露天垃圾堆放场、简易填埋场等，影响环境美观，破坏景观。
▮▮▮▮ⓓ 危害生物多样性 (biodiversity loss)：固体废物污染会破坏生态系统，影响生物栖息地，危害野生动物生存，导致生物多样性下降。例如，海洋塑料垃圾会缠绕海洋生物，被海洋生物误食，造成生物死亡。

⑤ 人体健康危害 (human health hazards)：
▮▮▮▮ⓑ 疾病传播 (disease transmission)：生活垃圾中的病原菌、寄生虫卵等，容易传播疾病，危害人体健康。蚊蝇孳生 (breeding of mosquitoes and flies) 也加剧疾病传播风险。
▮▮▮▮ⓒ 毒性危害 (toxicity hazards)：危险废物中的有毒有害物质，如重金属、有机污染物、放射性物质等，通过呼吸道、消化道、皮肤接触等途径进入人体，可能引起中毒、致癌、致畸等健康问题。
▮▮▮▮ⓓ 心理影响 (psychological impact)：垃圾堆放场、焚烧厂等设施，可能产生恶臭、噪声 (noise) 等污染，影响周边居民生活质量，造成心理压力。

⑥ 资源浪费 (resource waste)：
▮▮▮▮ⓑ 土地资源浪费 (land resource waste)：填埋处置大量固体废物，占用宝贵的土地资源，且填埋场封场后土地利用率较低。
▮▮▮▮ⓒ 可回收资源浪费 (recyclable resource waste)：未分类的混合垃圾中含有大量可回收资源，如废纸、废塑料、废金属、废玻璃等，若直接填埋或焚烧，造成资源浪费。

认识到固体废物的环境危害与影响，是加强固体废物管理、推行减量化、资源化、无害化处理处置的根本动力。必须采取有效措施，控制固体废物污染，保护环境，保障人体健康，实现可持续发展 (sustainable development)。

6.2 固体废物处理技术 (Solid Waste Treatment Technologies)

固体废物处理 (solid waste treatment) 是指通过物理、化学、生物或热力等方法，改变固体废物的物理、化学或生物特性，使其体积减小、有害性降低、资源化潜力提高，为后续的处置或资源化利用创造条件的过程。固体废物处理技术种类繁多，根据处理原理和目的，主要可分为以下几类：

6.2.1 固体废物物理处理技术 (Physical Treatment Technologies for Solid Waste)

物理处理技术 (physical treatment technologies) 是利用固体废物的物理性质差异，采用机械分离、破碎、分选等方法，实现固体废物的减容、分类、回收等目的。物理处理技术通常作为固体废物综合处理的预处理环节，也可单独应用于部分固体废物的资源化利用。

① 破碎 (crushing)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：减小固体废物体积，增大表面积，便于后续处理。例如，建筑垃圾、大件垃圾 (bulky waste) 等需要破碎后才能进行分选、运输或填埋。
▮▮▮▮ⓒ 常用设备：颚式破碎机 (jaw crusher)、圆锥破碎机 (cone crusher)、锤式破碎机 (hammer crusher)、辊式破碎机 (roll crusher) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用：建筑垃圾破碎、大件垃圾破碎、焚烧前预处理、资源回收预处理等。

② 分选 (sorting)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：将混合固体废物按组分、性质或粒度等进行分离，为后续资源化利用或分类处理提供条件。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 人工分选 (manual sorting)：依靠人工目视和手工操作进行分选，适用于大件垃圾、粗分选等，效率低，劳动强度大。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 机械分选 (mechanical sorting)：利用固体废物的物理性质差异进行分选，效率高，自动化程度高。常用机械分选方法包括：
▮▮▮▮ⓕ 重力分选 (gravity separation)：利用密度差异进行分选，如跳汰机 (jig)、摇床 (shaking table)、重介质旋流器 (dense medium cyclone) 等，用于矿物分选、建筑垃圾分选等。
▮▮▮▮ⓖ 磁力分选 (magnetic separation)：利用磁性差异进行分选，如磁选机 (magnetic separator)，用于分离铁磁性金属，如废钢铁。
▮▮▮▮ⓗ 涡电流分选 (eddy current separation)：利用电导率差异进行分选，如涡电流分选机 (eddy current separator)，用于分离有色金属 (non-ferrous metals)，如铝、铜等。
▮▮▮▮ⓘ 风力分选 (air classification)：利用空气动力学特性差异进行分选，如风选机 (air classifier)，用于分离轻重组分，如塑料薄膜、纸片等。
▮▮▮▮ⓙ 筛分 (screening)：利用粒度差异进行分选，如振动筛 (vibrating screen)、滚筒筛 (trommel screen)，用于分离不同粒径的物料，如建筑垃圾筛分、 compost 筛分等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 智能分选 (intelligent sorting)：利用传感器 (sensor) 技术、图像识别 (image recognition) 技术、人工智能 (artificial intelligence, AI) 技术等进行精确分选，是未来分选技术的发展方向。例如，近红外光谱分选 (near-infrared spectroscopy sorting)、颜色分选 (color sorting) 等。

③ 压实 (compaction)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：减小固体废物体积，提高堆积密度，便于运输和填埋。
▮▮▮▮ⓒ 常用设备：打包机 (baler)、压实机 (compactor)。
▮▮▮▮ⓓ 应用：生活垃圾转运站压实、废纸打包、废塑料打包等。

④ 脱水 (dewatering)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：降低固体废物含水率，减少体积，降低运输成本，提高热值 (对于可燃物)，改善生物处理效果。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 自然脱水 (natural dewatering)：利用重力沉降、蒸发等自然力进行脱水，如污泥自然干化场 (sludge drying bed)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 机械脱水 (mechanical dewatering)：利用机械力进行脱水，效率高，占地面积小。常用机械脱水设备包括：
▮▮▮▮ⓕ 压滤机 (filter press)：通过机械挤压脱水，适用于污泥、工业废渣等。
▮▮▮▮ⓖ 带式压滤机 (belt filter press)：连续运行，脱水效率较高，适用于污泥、化工污泥等。
▮▮▮▮ⓗ 离心脱水机 (centrifuge)：利用离心力进行脱水，脱水效果好，适用于污泥、精细化工物料等。

⑤ 清洗 (washing)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：去除固体废物表面的污染物，如油污、灰尘、泥土等，提高回收物纯度。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：水洗 (water washing)、溶剂洗涤 (solvent washing)、超声波清洗 (ultrasonic cleaning) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用：废塑料清洗、废玻璃清洗、废金属清洗等。

物理处理技术是固体废物处理的基础和重要组成部分，具有工艺简单、成本较低、环境友好等优点。合理应用物理处理技术，可以有效实现固体废物的减量化、资源化和无害化。

6.2.2 固体废物化学处理技术 (Chemical Treatment Technologies for Solid Waste)

化学处理技术 (chemical treatment technologies) 是利用化学反应原理，改变固体废物的化学组成和性质，实现解毒、稳定化、资源回收等目的。化学处理技术适用于处理特定类型的固体废物，如危险废物、重金属污染废物等。

① 化学稳定化/固化 (chemical stabilization/solidification)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：将固体废物中的有害成分转化为化学性质稳定、溶解度低、迁移性差的形态，降低其环境危害。固化技术是将废物包容固结成整体，限制有害物质迁移。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 水泥固化 (cement solidification)：利用水泥的水化硬化作用，将废物固结在水泥基体中，适用于重金属污染污泥、飞灰 (fly ash) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 石灰固化 (lime solidification)：利用石灰与废物中的某些组分发生化学反应，生成难溶性物质，降低有害成分溶解度和迁移性，适用于酸性废物、重金属污染废物等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 玻璃固化 (vitrification)：将废物高温熔融，冷却后形成玻璃体，将有害成分固封在玻璃基质中，适用于放射性废物、飞灰等。
▮▮▮▮ⓖ 应用：危险废物稳定化处理、重金属污染土壤修复预处理、飞灰稳定化处理等。

② 化学萃取 (chemical extraction)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：利用化学溶剂 (chemical solvent) 将固体废物中的有用组分或有害组分选择性地提取出来，实现资源回收或污染物去除。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 溶剂萃取 (solvent extraction)：利用溶剂溶解度差异，将目标组分从固相转移到液相，再从液相中分离出来。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 浸出 (leaching)：利用浸出剂 (leaching agent) 将固体废物中的目标组分溶解出来，形成浸出液，再从浸出液中回收目标组分。如酸浸 (acid leaching)、碱浸 (alkaline leaching)、络合浸出 (complexation leaching) 等。
▮▮▮▮ⓕ 应用：从电子垃圾中回收贵金属 (precious metals)、从废催化剂中回收金属、从污染土壤中淋洗去除有机污染物等。

③ 化学氧化/还原 (chemical oxidation/reduction)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：利用氧化剂 (oxidant) 或还原剂 (reductant) 将固体废物中的有害成分氧化或还原，使其毒性降低或转化为无害物质。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 化学氧化 (chemical oxidation)：利用强氧化剂，如臭氧 \( (O_3) \)、过氧化氢 \( (H_2O_2) \)、高锰酸钾 \( (KMnO_4) \)、芬顿试剂 (Fenton's reagent) 等，将有机污染物氧化分解为二氧化碳 \( (CO_2) \)、水 \( (H_2O) \) 等无害物质，或将无机污染物氧化为低毒或无毒形态。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 化学还原 (chemical reduction)：利用还原剂，如铁粉 (iron powder)、硫化钠 \( (Na_2S) \)、亚硫酸钠 \( (Na_2SO_3) \) 等，将高价态金属离子还原为低价态或单质形态，降低其毒性或便于回收。
▮▮▮▮ⓕ 应用：危险废物解毒处理、污染土壤修复、地下水修复等。

④ 中和 (neutralization)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：调节固体废物的pH值，使其接近中性，降低腐蚀性，改善后续处理条件。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：酸碱中和 (acid-base neutralization)。对于酸性废物，用碱性物质 (如石灰、氢氧化钠) 中和；对于碱性废物，用酸性物质 (如硫酸、盐酸) 中和。
▮▮▮▮ⓓ 应用：酸性或碱性工业废渣处理、电镀污泥预处理等。

⑤ 化学沉淀 (chemical precipitation)：
▮▮▮▮ⓑ 目的：利用化学反应生成难溶性沉淀物，将固体废物中的有害成分从液相中分离出来。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：投加沉淀剂 (precipitant)，如石灰、硫化物、磷酸盐等，与废水中重金属离子反应生成难溶性沉淀物，再通过沉淀、过滤等方法分离。
▮▮▮▮ⓓ 应用：重金属废水处理、电镀污泥处理等。

化学处理技术具有处理效率高、针对性强等优点，但通常成本较高，可能产生二次污染，需要谨慎选择和应用。在实际应用中，常与其他处理技术组合使用，以提高处理效果，降低成本，减少二次污染。

6.2.3 固体废物生物处理技术 (Biological Treatment Technologies for Solid Waste)

生物处理技术 (biological treatment technologies) 是利用微生物 (microorganism) 的代谢作用，分解、转化固体废物中的有机物，实现无害化、稳定化和资源化的目的。生物处理技术主要适用于处理易生物降解的有机固体废物，如厨余垃圾、农业废弃物、污泥等。

① 好氧生物处理 (aerobic biological treatment)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：在有氧条件下，利用好氧微生物 (aerobic microorganism) 分解有机物，将其转化为二氧化碳 \( (CO_2) \)、水 \( (H_2O) \)、无机盐 (inorganic salts) 和腐殖质 (humus) 等稳定物质。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 堆肥 (composting)：将有机固体废物与辅料 (如秸秆、木屑等) 混合，在适宜的温度、湿度和通风条件下，进行好氧发酵 (aerobic fermentation)，使有机物分解腐熟，生成腐殖质产品，可用作土壤改良剂或肥料。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 好氧发酵 (aerobic digestion)：类似于堆肥，但通常在反应器中进行，可控性更强，发酵周期更短。
▮▮▮▮ⓕ 应用：厨余垃圾处理、农业废弃物处理、污泥处理、园林绿化垃圾处理等。

② 厌氧生物处理 (anaerobic biological treatment)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：在无氧条件下，利用厌氧微生物 (anaerobic microorganism) 分解有机物，将其转化为甲烷 \( (CH_4) \)、二氧化碳 \( (CO_2) \) 等沼气 (biogas) 和稳定残渣。沼气可作为清洁能源利用，残渣可进一步堆肥或填埋。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 厌氧消化 (anaerobic digestion, AD)：将有机固体废物置于厌氧反应器中，在适宜的温度、湿度和pH值条件下，进行厌氧发酵，产生沼气。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 水解酸化 (hydrolysis acidification)：厌氧消化的预处理阶段，将复杂有机物水解为小分子有机物，并酸化，有利于后续产甲烷菌 (methanogen) 的作用。
▮▮▮▮ⓕ 应用：厨余垃圾处理、畜禽粪便处理、污泥处理、高浓度有机废水处理等。

③ 生物滤池 (biofilter)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用填料 (packing material) 表面的微生物膜 (biofilm) 吸附和降解废气中的污染物，如恶臭气体、挥发性有机物 (volatile organic compounds, VOCs)。
▮▮▮▮ⓒ 常用填料：土壤、 compost、活性炭 (activated carbon)、生物炭 (biochar) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用：垃圾转运站除臭、 compost 厂除臭、污水处理厂除臭等。

④ 生物修复 (bioremediation)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用生物 (植物、微生物、动物) 的生命活动，降解、转化、吸收、富集污染物，修复受污染的环境。
▮▮▮▮ⓒ 常用方法：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 植物修复 (phytoremediation)：利用植物吸收、富集、挥发、降解土壤、水体或大气中的污染物，如重金属、有机污染物等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 微生物修复 (microbial remediation)：利用微生物代谢作用降解污染物，如石油烃 (petroleum hydrocarbon)、农药 (pesticide)、多氯联苯 (polychlorinated biphenyls, PCBs) 等。
▮▮▮▮ⓕ 应用：污染土壤修复、污染水体修复、矿山生态修复等。

生物处理技术具有环境友好、资源化潜力大等优点，但处理周期较长，受环境条件影响较大。在实际应用中，需要根据固体废物的特性和处理目标，选择合适的生物处理技术或与其他处理技术组合使用。

6.2.4 固体废物热处理技术 (Thermal Treatment Technologies for Solid Waste)

热处理技术 (thermal treatment technologies) 是利用高温作用，改变固体废物的组成、结构和性质，实现减容、无害化、资源化利用的目的。热处理技术主要包括焚烧、热解 (pyrolysis)、气化 (gasification) 等。

① 焚烧 (incineration)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：在高温 (通常 > \( 850^\circ C \)) 和充足氧气条件下，将固体废物中的有机物完全氧化分解为二氧化碳 \( (CO_2) \)、水 \( (H_2O) \) 和灰渣 (ash residue)，实现快速减容和无害化。焚烧过程产生的热量可用于发电或供热，实现能源回收。
▮▮▮▮ⓒ 常用焚烧炉型：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 炉排炉 (grate furnace)：机械炉排推动废物在炉膛内移动，边移动边燃烧，适用于处理城市生活垃圾等混合垃圾，技术成熟，应用广泛。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 流化床焚烧炉 (fluidized bed incinerator)：废物在高温流化床中燃烧，燃烧效率高，适应性强，适用于处理污泥、工业废物等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 回转窑焚烧炉 (rotary kiln incinerator)：窑体缓慢旋转，废物在窑内滚动燃烧，适用于处理危险废物、医疗废物等。
▮▮▮▮ⓖ 焚烧烟气净化 (flue gas cleaning)：焚烧烟气需经过净化处理，去除颗粒物、酸性气体 \( (SO_2, HCl) \)、氮氧化物 \( (NO_x) \)、二噁英等污染物，达标排放。常用烟气净化技术包括：除尘 (dust removal)、脱硫 (desulfurization)、脱硝 (denitrification)、二噁英控制 (dioxin control) 等。
▮▮▮▮ⓗ 焚烧残渣利用 (ash utilization)：焚烧产生的灰渣可进行资源化利用，如飞灰可用于水泥生产或建材，底渣 (bottom ash) 可用于道路铺设或建材。

② 热解 (pyrolysis)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：在高温 (\( 300-700^\circ C \)) 和缺氧或无氧条件下，将有机固体废物加热裂解 (thermal cracking)，分解为气态产物 (热解气，pyrolysis gas)、液态产物 (热解油，pyrolysis oil) 和固态产物 (热解炭，pyrolysis char)。热解产物可作为燃料或化工原料利用。
▮▮▮▮ⓒ 热解炉型：固定床热解炉 (fixed bed pyrolyzer)、流化床热解炉 (fluidized bed pyrolyzer)、回转窑热解炉 (rotary kiln pyrolyzer) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用：废塑料热解、废轮胎热解、生物质热解等。

③ 气化 (gasification)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：在高温 (\( 700-1400^\circ C \)) 和部分氧气或水蒸气条件下，将有机固体废物转化为可燃性气体 (合成气，syngas)，主要成分为一氧化碳 \( (CO) \)、氢气 \( (H_2) \)、甲烷 \( (CH_4) \) 等。合成气可用于发电、供热或合成化工产品。
▮▮▮▮ⓒ 气化炉型：固定床气化炉 (fixed bed gasifier)、流化床气化炉 (fluidized bed gasifier)、等离子体气化炉 (plasma gasifier) 等。
▮▮▮▮ⓓ 应用：生物质气化、城市生活垃圾气化、工业废物气化等。

④ 等离子体技术 (plasma technology)：
▮▮▮▮ⓑ 原理：利用等离子体发生器产生高温等离子体 (\( > 3000^\circ C \))，将固体废物瞬间高温裂解气化，彻底分解有机物，熔融无机物，实现减容化、无害化和资源化。
▮▮▮▮ⓒ 特点：处理温度极高，处理彻底，烟气排放少，但能耗高，成本高。
▮▮▮▮ⓓ 应用：危险废物处理、医疗废物处理、飞灰熔融等。

热处理技术具有减容化效率高、处理速度快、可资源化利用等优点，但也存在投资高、能耗高、烟气污染控制要求高等缺点。在实际应用中，需要根据固体废物的特性、处理目标、经济性和环境要求，选择合适的热处理技术或与其他处理技术组合使用。

6.3 固体废物处置技术 (Solid Waste Disposal Technologies)

固体废物处置 (solid waste disposal) 是指将经过处理后的，或无法再利用的固体废物，最终安全、无害化地放置到环境中的过程。固体废物处置是固体废物管理的最后环节，其目标是最大限度地减少对环境和人体健康的影响。主要的固体废物处置技术包括卫生填埋、海洋倾倒 (受限) 和深井灌注 (特定废物)。

6.3.1 卫生填埋 (Sanitary Landfill)

卫生填埋 (sanitary landfill) 是指通过工程技术措施，将固体废物有控制地填埋在地下，并采取防渗、导排、覆盖、气体收集与处理等措施，以减少对环境污染的处置方法。卫生填埋是目前世界上应用最广泛的固体废物最终处置方法，尤其适用于城市生活垃圾和处理残渣的处置。

① 卫生填埋场选址 (landfill site selection)：
▮▮▮▮ⓑ 地质条件：选择地质构造稳定、地下水位低、渗透系数小的地质条件，减少地下水污染风险。
▮▮▮▮ⓒ 水文条件：避开地下水补给区、饮用水水源保护区，远离地表水体，减少水体污染风险。
▮▮▮▮ⓓ 气象条件：考虑风向、降雨量等气象条件，减少恶臭扩散、雨水入渗。
▮▮▮▮ⓔ 社会经济条件：交通便利，便于废物运输；远离居民区，减少扰民影响；土地成本适宜。
▮▮▮▮ⓕ 生态环境条件：避开自然保护区、风景名胜区、重要生态敏感区，减少生态环境破坏。

② 卫生填埋场结构 (landfill structure)：
▮▮▮▮ⓑ 防渗系统 (liner system)：填埋场底部和侧壁设置多层防渗结构，防止渗滤液渗漏污染地下水和土壤。通常采用复合衬层结构，包括压实黏土层 (compacted clay liner, CCL)、高密度聚乙烯膜 (high-density polyethylene geomembrane, HDPE geomembrane) 等。
▮▮▮▮ⓒ 渗滤液导排系统 (leachate collection and drainage system)：在防渗层之上设置渗滤液收集导排系统，将产生的渗滤液收集起来，输送到渗滤液处理厂进行处理。通常采用砾石层、砂层、渗滤液收集管道等组成。
▮▮▮▮ⓓ 气体导排系统 (gas collection and drainage system)：在填埋场内部设置气体导排系统，收集填埋场产生的沼气，进行燃烧处理或能源利用。通常采用气体收集井、导气管道等组成。
▮▮▮▮ⓔ 覆盖层 (cover system)：填埋场封场后，表面设置覆盖层，防止雨水入渗，减少渗滤液产生，控制恶臭扩散，恢复土地植被。覆盖层通常包括土壤层、植被层、排水层、防渗层等。

③ 卫生填埋场运行管理 (landfill operation and management)：
▮▮▮▮ⓑ 废物卸料与摊铺 (waste unloading and spreading)：将运来的固体废物卸到工作面，进行摊铺平整。
▮▮▮▮ⓒ 压实 (compaction)：采用压实设备 (如压路机、推土机) 对摊铺的废物进行压实，减小体积，提高填埋密度，增加填埋容量，减少沉降，抑制鼠虫孳生。
▮▮▮▮ⓓ 日覆盖 (daily cover)：每天填埋作业结束后，用土壤或其他覆盖材料对工作面进行覆盖，控制恶臭、减少鼠虫、防止飞散物。
▮▮▮▮ⓔ 中间覆盖 (intermediate cover)：填埋场阶段性封场或长期停止填埋作业时，进行中间覆盖，进一步减少环境影响。
▮▮▮▮ⓕ 最终覆盖与封场 (final cover and closure)：填埋场达到设计容量或停止使用后，进行最终覆盖和封场，恢复土地植被，进行后期管理和监测。
▮▮▮▮ⓖ 渗滤液处理 (leachate treatment)：收集的渗滤液需经过处理达标后排放，常用处理工艺包括生物处理 (如活性污泥法、生物滤池)、物化处理 (如膜分离、吸附) 等。
▮▮▮▮ⓗ 沼气利用 (biogas utilization)：收集的沼气可进行燃烧发电、供热或提纯为天然气 (natural gas) 利用。
▮▮▮▮ⓘ 环境监测 (environmental monitoring)：填埋场运行期间和封场后，需进行定期环境监测，包括地下水、地表水、大气、土壤、沼气排放等，及时发现和解决环境问题。

卫生填埋作为主要的固体废物最终处置方式，具有技术成熟、处理量大、适用范围广等优点。但卫生填埋也存在占用土地、可能污染地下水、产生沼气等问题，需要加强管理和技术改进，最大限度地减少环境影响。随着土地资源日益紧张和环保要求日益提高，卫生填埋将逐渐向资源化、生态化、精细化方向发展。

6.3.2 海洋倾倒 (Ocean Dumping)

海洋倾倒 (ocean dumping) 是指将固体废物直接倾倒入海洋进行处置的方法。海洋倾倒曾是一种常见的废物处置方式，但由于其对海洋环境造成严重污染和破坏，目前已受到严格限制。

① 海洋倾倒的危害 (hazards of ocean dumping)：
▮▮▮▮ⓑ 海洋污染 (marine pollution)：固体废物直接倾倒入海，会污染海洋水质、沉积物和生物，影响海洋生态系统健康。
▮▮▮▮ⓒ 危害海洋生物 (harm to marine organisms)：塑料垃圾、渔网等易缠绕海洋生物，造成生物窒息或受伤；海洋生物可能误食塑料垃圾，导致消化系统堵塞、营养不良甚至死亡；有毒有害物质在海洋生物体内富集，通过食物链传递，危害海洋生物和人类健康。
▮▮▮▮ⓓ 破坏海洋生态系统 (damage to marine ecosystems)：海洋倾倒破坏海洋生物栖息地，影响海洋生物多样性，破坏海洋生态平衡。
▮▮▮▮ⓔ 影响航运安全 (impact on navigation safety)：漂浮的垃圾可能影响船舶航行安全，甚至造成事故。
▮▮▮▮ⓕ 影响景观 (landscape impact)：垃圾漂浮到岸滩，影响海滩景观，降低旅游价值。

② 国际公约与法规限制 (international conventions and regulations)：
▮▮▮▮ⓑ 《伦敦倾废公约》 (London Dumping Convention)：1972年签订，旨在控制和防止海洋倾倒造成的污染。1996年通过《伦敦议定书》 (London Protocol)，进一步严格限制海洋倾倒，原则上禁止一切海洋倾倒，只允许倾倒疏浚物 (dredged material)、污泥、鱼类加工废弃物、惰性无机地质材料等少数几种废物，且需满足严格的条件。
▮▮▮▮ⓒ 各国法规：世界各国普遍制定法规，严格限制海洋倾倒，多数国家已禁止向海洋倾倒工业废物和生活垃圾。

③ 海洋倾倒的适用范围 (application scope of ocean dumping)：
▮▮▮▮ⓑ 疏浚物 (dredged material)：港口、航道疏浚产生的泥沙，若符合一定条件，可允许倾倒。
▮▮▮▮ⓒ 污泥 (sewage sludge)：经处理后的城市污水处理厂污泥，在严格控制条件下，可允许少量倾倒。
▮▮▮▮ⓓ 惰性无机地质材料 (inert inorganic geological material)：如岩石、沙砾等，对海洋环境影响较小，可允许倾倒。
▮▮▮▮ⓔ 鱼类加工废弃物 (fish processing waste)：鱼类加工产生的废弃物，在一定条件下可允许倾倒。
▮▮▮▮ⓕ 船舶和海上平台的报废材料 (scrapped vessels and offshore platforms)：经处理后的船舶和海上平台报废材料，在特定条件下可允许倾倒。

由于海洋倾倒对环境危害巨大，国际社会和各国政府都对其进行严格限制。海洋倾倒已不再是固体废物处置的主要选择，应尽可能采用陆地处置和资源化利用等更环保的方式。

6.3.3 深井灌注 (Deep Well Injection)

深井灌注 (deep well injection) 是指将液态危险废物 (liquid hazardous waste) 或高浓度废水 (high-concentration wastewater) 通过高压泵注入地下深层地质构造中进行处置的方法。深井灌注主要用于处置难以生物降解或热处理的液态危险废物，如化工废水、石油炼制废水、放射性废水等。

① 深井灌注的原理 (principle of deep well injection)：
▮▮▮▮ⓑ 选择适宜地质构造 (suitable geological formation)：选择渗透性好、孔隙度大、具有良好封闭性的深层地质构造 (如深层砂岩、石灰岩地层)，作为灌注层 (injection zone)。灌注层上方和下方需有不渗透的隔水层 (confining layer)，防止废物渗漏扩散。
▮▮▮▮ⓒ 井的设计与建设 (well design and construction)：深井灌注井需进行专门设计和建设，包括套管 (casing)、水泥固井 (cementing)、注水管 (injection tubing) 等，确保井的完整性和安全性。
▮▮▮▮ⓓ 注入与监测 (injection and monitoring)：液态废物通过高压泵注入深井，注入压力和注入量需严格控制。灌注过程中和灌注后，需对地下水、地层压力、地层变形等进行长期监测，防止环境污染和地质灾害。

② 深井灌注的适用范围 (application scope of deep well injection)：
▮▮▮▮ⓑ 液态危险废物 (liquid hazardous waste)：难以生物降解或热处理的液态危险废物，如有机卤化物废水、重金属废水、放射性废水等。
▮▮▮▮ⓒ 高浓度废水 (high-concentration wastewater)：高盐废水、高 COD 废水等，经过预处理后可进行深井灌注。
▮▮▮▮ⓓ 压裂返排液 (hydraulic fracturing flowback fluid)：页岩气 (shale gas) 开采产生的压裂返排液，部分可进行深井灌注。

③ 深井灌注的风险与限制 (risks and limitations of deep well injection)：
▮▮▮▮ⓑ 地下水污染风险 (groundwater pollution risk)：若地质条件选择不当、井的完整性受损或监测不到位，可能导致注入废物渗漏扩散，污染浅层地下水。
▮▮▮▮ⓒ 诱发地震风险 (induced seismicity risk)：高压注入可能改变地层应力状态，诱发地震。
▮▮▮▮ⓓ 地质灾害风险 (geological hazard risk)：地层压力升高可能导致地层变形、地面沉降等。
▮▮▮▮ⓔ 公众接受度低 (low public acceptance)：深井灌注存在潜在环境风险和地质风险，公众接受度较低。

由于深井灌注存在潜在环境风险和地质风险，其应用受到严格限制。深井灌注仅适用于特定类型的液态危险废物，且需满足严格的地质条件、工程技术和环境管理要求。在实际应用中，应充分评估风险，审慎决策，加强监测和管理，确保环境安全。

6.4 固体废物管理与资源化 (Solid Waste Management and Resource Utilization)

固体废物管理 (solid waste management) 是指为了最大限度地减少固体废物对环境和人体健康的影响，实现固体废物的减量化、资源化、无害化目标，而采取的一系列有组织的、有计划的活动，包括固体废物的产生源控制、收集、贮存、运输、处理、处置、资源化利用、环境监测与管理等环节。固体废物资源化 (solid waste resource utilization) 是指将固体废物作为资源，通过各种技术手段，回收利用其中的有用物质和能量，减少资源消耗，降低环境污染。

6.4.1 固体废物管理原则与策略 (Principles and Strategies of Solid Waste Management)

固体废物管理应遵循一定的原则和策略，以实现最佳的环境、经济和社会效益。

① 3R 原则 (3R principles)：
▮▮▮▮ⓑ 减量化 (Reduce)：从源头减少固体废物的产生量，包括清洁生产 (cleaner production)、绿色设计 (green design)、节约消费 (reduce consumption) 等措施。减量化是固体废物管理的首要原则。
▮▮▮▮ⓒ 再利用 (Reuse)：对仍然具有使用价值的固体废物进行重复使用，延长物品使用寿命，减少废物产生。例如，包装物再利用、旧物改造再利用、二手商品交易等。
▮▮▮▮ⓓ 再循环 (Recycle)：将失去原有使用价值，但含有可回收利用成分的固体废物，通过回收、加工处理，使其重新成为可利用的资源。例如，废纸回收、废塑料回收、废金属回收、废玻璃回收等。

② 优先次序原则 (priority order principle)：
▮▮▮▮ⓑ 减量化优先 (reduce first)：优先采取减量化措施，从源头减少废物产生。
▮▮▮▮ⓒ 资源化利用优先 (reuse and recycle second)：在减量化的基础上，优先进行再利用和再循环，最大限度地回收利用资源。
▮▮▮▮ⓓ 无害化处置为辅 (treatment and disposal last)：对于无法减量化和资源化利用的固体废物，进行无害化处理和最终安全处置。

③ 全过程管理原则 (whole process management principle)：
▮▮▮▮ⓑ 源头控制 (source control)：从固体废物产生源头进行控制，减少废物产生量，提高资源利用效率。
▮▮▮▮ⓒ 过程管理 (process management)：加强固体废物收集、贮存、运输、处理、处置等各环节的管理，防止二次污染。
▮▮▮▮ⓓ 末端治理 (end-of-pipe treatment)：对处理处置过程产生的污染物进行有效治理，达标排放。

④ 污染者付费原则 (polluter pays principle, PPP)：
▮▮▮▮ⓑ 谁污染，谁治理 (who pollutes, who treats)：固体废物产生者应承担固体废物处理处置的费用，激励企业和个人减少废物产生，加强资源回收利用。

⑤ 公众参与原则 (public participation principle)：
▮▮▮▮ⓑ 信息公开 (information disclosure)：公开固体废物管理相关信息，保障公众知情权。
▮▮▮▮ⓒ 公众参与决策 (public participation in decision-making)：在固体废物管理政策制定、设施建设选址等环节，听取公众意见，提高决策科学性和公众接受度。
▮▮▮▮ⓓ 公众监督 (public supervision)：鼓励公众监督固体废物管理工作，促进管理水平提升。

⑥ 区域协同与合作原则 (regional coordination and cooperation principle)：
▮▮▮▮ⓑ 区域统筹规划 (regional integrated planning)：在区域范围内统筹规划固体废物管理设施建设，避免重复建设和资源浪费。
▮▮▮▮ⓒ 区域共享共治 (regional sharing and co-governance)：加强区域合作，共享固体废物处理处置设施，共同防治区域性固体废物污染。

6.4.2 固体废物减量化 (Solid Waste Reduction)

固体废物减量化 (solid waste reduction) 是指从源头减少固体废物的产生量，是固体废物管理的首要环节和最有效措施。减量化主要通过以下途径实现：

① 清洁生产 (cleaner production)：
▮▮▮▮ⓑ 源头减排 (source reduction)：在产品设计、生产工艺、原材料选择等方面，采取措施减少废物产生量，如采用无毒无害或低毒低害的原材料，优化生产工艺，提高原材料利用率，减少工艺废渣产生。
▮▮▮▮ⓒ 过程控制 (process control)：加强生产过程管理，减少跑冒滴漏，提高设备运行效率，减少非正常工况下的废物产生。
▮▮▮▮ⓓ 资源综合利用 (resource comprehensive utilization)：将生产过程中产生的废弃物作为副产品或原料，循环利用，减少废物排放。

② 绿色设计 (green design)：
▮▮▮▮ⓑ 产品轻量化 (product lightweighting)：在保证产品功能和性能的前提下，减少产品材料用量，降低产品重量，减少资源消耗和废物产生。
▮▮▮▮ⓒ 产品可拆解性 (product disassembly)：设计产品时考虑可拆解性，便于产品报废后进行零部件回收和材料回收利用。
▮▮▮▮ⓓ 延长产品使用寿命 (product life extension)：提高产品质量和耐用性，延长产品使用寿命，减少产品更新换代频率，降低废物产生。
▮▮▮▮ⓔ 包装减量化 (packaging reduction)：减少产品包装层数和材料用量，采用可回收、可降解的包装材料。

③ 节约消费 (reduce consumption)：
▮▮▮▮ⓑ 绿色消费 (green consumption)：倡导绿色消费理念，购买环境友好型产品，减少过度消费和浪费性消费。
▮▮▮▮ⓒ 限制过度包装 (restrict excessive packaging)：限制商品过度包装，减少包装废弃物产生。
▮▮▮▮ⓓ 减少一次性用品使用 (reduce use of disposable products)：减少一次性塑料餐具、塑料袋、纸杯等一次性用品的使用，推广使用可重复使用的替代品。
▮▮▮▮ⓔ 食物节约 (food saving)：减少食物浪费，避免“舌尖上的浪费”，减少厨余垃圾产生。

④ 推行生产者责任延伸制度 (extended producer responsibility, EPR)：
▮▮▮▮ⓑ 生产者承担回收责任 (producer takes responsibility for recycling)：要求生产者对其生产的产品承担回收责任，建立回收体系，回收废弃产品，促进产品和包装物的回收利用，减少废物产生。

6.4.3 固体废物资源化利用 (Solid Waste Resource Utilization)

固体废物资源化利用 (solid waste resource utilization) 是指将固体废物作为资源，通过各种技术手段，回收利用其中的有用物质和能量，减少资源消耗，降低环境污染，实现循环经济 (circular economy) 发展。固体废物资源化利用主要包括物质资源化和能源资源化。

① 物质资源化 (material recycling)：
▮▮▮▮ⓑ 废金属回收 (scrap metal recycling)：回收废钢铁、废有色金属 (如废铜、废铝、废锌等)，经加工处理后重新作为金属原料使用，减少矿产资源开采，节约能源，减少污染。
▮▮▮▮ⓒ 废纸回收 (waste paper recycling)：回收废报纸、废书刊、废纸板等，经脱墨、制浆等工艺处理后重新造纸，减少森林资源消耗，节约能源，减少污染。
▮▮▮▮ⓓ 废塑料回收 (waste plastic recycling)：回收废塑料瓶、废塑料膜、废塑料制品等，经清洗、破碎、熔融造粒等工艺处理后重新制成塑料制品，减少石油资源消耗，减少“白色污染 (white pollution)”。
▮▮▮▮ⓔ 废玻璃回收 (waste glass recycling)：回收废玻璃瓶、废碎玻璃等，经破碎、清洗、熔融等工艺处理后重新制成玻璃制品，节约石英砂等资源，节约能源。
▮▮▮▮ⓕ 废旧轮胎回收 (waste tire recycling)：回收废旧轮胎，可通过翻新 (retreading)、热解、磨粉等方式资源化利用，制成再生橡胶 (recycled rubber)、热解油、橡胶粉等产品。
▮▮▮▮ⓖ 建筑垃圾资源化利用 (construction and demolition waste recycling)：将建筑垃圾中的废混凝土、砖瓦、砂浆、渣土等，经破碎、筛分、分选等处理后，制成再生骨料 (recycled aggregate)、再生砖、再生混凝土等建材产品，替代天然骨料和水泥，节约资源，减少环境污染。
▮▮▮▮ⓗ 厨余垃圾资源化利用 (kitchen waste recycling)：将厨余垃圾通过堆肥、厌氧消化等生物处理技术，转化为 compost 产品或沼气能源。 compost 可用作土壤改良剂或肥料，沼气可用于发电或供热。

② 能源资源化 (energy recovery)：
▮▮▮▮ⓑ 垃圾焚烧发电 (waste-to-energy incineration)：将城市生活垃圾等可燃性固体废物进行焚烧，利用焚烧产生的热能发电或供热，实现能源回收，减少化石燃料消耗。
▮▮▮▮ⓒ 沼气发电 (biogas power generation)：将厌氧消化产生的沼气收集起来，用于燃气内燃机 (gas engine) 或燃气轮机 (gas turbine) 发电，或提纯为生物天然气 (biomethane) 并入天然气管网，实现生物质能 (biomass energy) 利用。
▮▮▮▮ⓓ 热解油利用 (pyrolysis oil utilization)：将热解技术产生的热解油作为液体燃料使用，或进一步加工 refining 为汽油 (gasoline)、柴油 (diesel) 等燃料。
▮▮▮▮ⓔ 合成气利用 (syngas utilization)：将气化技术产生的合成气作为燃料使用，用于燃气轮机发电或工业锅炉供热，或作为化工原料合成甲醇 (methanol)、合成燃料等。

6.4.4 固体废物管理体系与法规 (Solid Waste Management System and Regulations)

建立完善的固体废物管理体系 (solid waste management system) 和健全的法律法规 (laws and regulations) 是实现固体废物有效管理和资源化利用的保障。

① 管理体系 (management system)：
▮▮▮▮ⓑ 政府监管 (government supervision)：政府部门负责制定固体废物管理政策、法规和标准，组织开展固体废物管理工作，监督管理固体废物产生、收集、贮存、运输、处理、处置等环节，查处违法行为。
▮▮▮▮ⓒ 企业主体责任 (enterprise responsibility)：固体废物产生企业承担固体废物减量化、资源化、无害化处理的主体责任，依法依规管理和处置固体废物。
▮▮▮▮ⓓ 社会参与 (social participation)：鼓励社会组织、公众参与固体废物管理，开展宣传教育，推动垃圾分类 (waste sorting)，监督企业和政府行为。
▮▮▮▮ⓔ 市场机制 (market mechanism)：引入市场机制，鼓励社会资本参与固体废物处理处置设施建设和运营，推动资源回收利用产业发展。

② 法律法规 (laws and regulations)：
▮▮▮▮ⓑ 国家层面法规 (national regulations)：如《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》、《国家危险废物名录》、《生活垃圾分类制度实施方案》等，明确固体废物管理的基本原则、法律责任、管理制度和技术规范。
▮▮▮▮ⓒ 地方层面法规 (local regulations)：地方政府根据国家法律法规，结合本地实际情况，制定地方性固体废物管理法规和规章，细化管理要求，强化地方责任。
▮▮▮▮ⓓ 行业标准与技术规范 (industry standards and technical specifications)：制定固体废物收集、贮存、运输、处理、处置、资源化利用等各环节的技术标准和操作规范，指导行业健康发展。
▮▮▮▮ⓔ 经济激励政策 (economic incentive policies)：制定经济激励政策，如税收优惠、财政补贴、收费制度等，鼓励企业和个人参与固体废物减量化、资源化利用。例如，垃圾分类激励政策、资源回收补贴政策、绿色采购政策等。

完善的固体废物管理体系和健全的法律法规是推动固体废物管理和资源化利用的关键保障。通过加强政府监管、落实企业主体责任、鼓励社会参与、发挥市场机制作用，不断完善法律法规和政策体系，才能构建高效、可持续的固体废物管理模式，实现环境、经济和社会的协调发展。

7. 土壤与地下水污染及修复 (Soil and Groundwater Pollution and Remediation)

7.1 土壤与地下水污染概述 (Overview of Soil and Groundwater Pollution)

7.1.1 土壤与地下水的重要性 (Importance of Soil and Groundwater)

土壤 (soil) 和地下水 (groundwater) 是地球生态系统 (ecosystem) 中至关重要的自然资源，对人类生存和社会发展具有不可替代的作用。

① 土壤的重要性
▮▮▮▮ⓑ 农业生产的基础 (Basis of agricultural production)：土壤是植物生长的基质，为植物提供养分、水分和支撑，是农业生产的基础。健康的土壤直接关系到粮食安全和农产品质量。
▮▮▮▮ⓒ 生态系统服务 (Ecosystem services)：土壤在物质循环 (material cycles)、能量流动 (energy flow)、生物多样性 (biodiversity) 维持等方面发挥着关键作用。土壤参与水循环 (water cycle)、碳循环 (carbon cycle)、氮循环 (nitrogen cycle) 等重要的生物地球化学循环 (biogeochemical cycles)。
▮▮▮▮ⓓ 工程建设的基础 (Basis of engineering construction)：土壤是工程建设的重要地基，其物理力学性质直接影响建筑物、道路、桥梁等工程设施的稳定性和安全性。
▮▮▮▮ⓔ 自然资源 (Natural resources)：土壤本身也是一种重要的自然资源，蕴含着丰富的矿产资源和生物资源。

② 地下水的重要性
▮▮▮▮ⓑ 重要的饮用水源 (Important drinking water source)：地下水是重要的淡水资源，尤其在干旱和半干旱地区，地下水往往是主要的饮用水源。
▮▮▮▮ⓒ 工农业生产用水 (Water for industrial and agricultural production)：地下水是工农业生产的重要水源，为工业冷却、农业灌溉等提供用水保障。
▮▮▮▮ⓓ 生态环境的重要组成部分 (Important component of the ecological environment)：地下水维持着河流、湖泊、湿地等水体的基流，对维持地表水生态系统的健康至关重要。
▮▮▮▮ⓔ 地质作用 (Geological function)：地下水参与地质循环，影响地壳的稳定性和地貌的塑造。

7.1.2 土壤与地下水污染问题概述 (Overview of Soil and Groundwater Pollution Issues)

随着工业化 (industrialization) 和城市化 (urbanization) 的快速发展，人类活动对土壤和地下水环境的影响日益加剧，土壤与地下水污染问题日益突出，已成为全球性的环境挑战。

① 土壤污染问题概述
▮▮▮▮ⓑ 污染类型多样 (Diverse types of pollution)：土壤污染类型多样，包括重金属污染 (heavy metal pollution)、有机污染物污染 (organic pollutant pollution)、复合污染 (compound pollution) 等。
▮▮▮▮ⓒ 隐蔽性和滞后性 (Concealment and lag)：土壤污染具有隐蔽性和滞后性，污染过程不易察觉，一旦发现往往已造成严重危害。
▮▮▮▮ⓓ 难修复性 (Difficulty in remediation)：土壤污染修复难度大、成本高、周期长，一旦污染难以彻底根除。
▮▮▮▮ⓔ 影响广泛而深远 (Wide and far-reaching impacts)：土壤污染不仅影响农产品质量和人体健康，还对生态系统和可持续发展 (sustainable development) 造成深远影响。

② 地下水污染问题概述
▮▮▮▮ⓑ 污染来源广泛 (Wide range of pollution sources)：地下水污染来源广泛，包括工业废水 (industrial wastewater) 渗漏、生活污水 (domestic wastewater) 渗漏、农业面源污染 (agricultural non-point source pollution) 等。
▮▮▮▮ⓒ 迁移和扩散性 (Migration and diffusion)：地下水具有流动性，污染物容易在地下水中迁移和扩散，造成区域性污染。
▮▮▮▮ⓓ 自净能力弱 (Weak self-purification capacity)：地下水环境封闭，自净能力弱，污染物一旦进入地下水，难以自然降解。
▮▮▮▮ⓔ 修复难度大 (High remediation difficulty)：地下水污染修复技术复杂、成本高昂，修复周期长。
▮▮▮▮ⓕ 威胁饮用水安全 (Threat to drinking water safety)：地下水污染直接威胁饮用水安全，危害人体健康和社会稳定。

土壤与地下水污染相互关联，往往相互影响，共同构成复杂而严峻的环境问题。加强土壤与地下水污染防治，保护土壤和地下水环境安全，是实现可持续发展的必然要求。

7.2 土壤污染类型 (Types of Soil Pollution)

土壤污染 (soil pollution) 是指由于人为或自然因素，有害物质进入土壤，超过土壤的自净能力，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生不良变化，土壤功能退化的现象。根据污染物性质，土壤污染可分为多种类型。

7.2.1 无机污染物污染 (Inorganic Pollutant Pollution)

无机污染物 (inorganic pollutants) 主要是指重金属 (heavy metals)、类金属 (metalloids)、无机盐 (inorganic salts)、酸、碱等无机化合物造成的土壤污染。

① 重金属污染 (Heavy metal pollution)
▮▮▮▮ⓑ 主要重金属污染物 (Main heavy metal pollutants)：常见的重金属污染物包括镉 (Cd)、汞 (Hg)、铅 (Pb)、铬 (Cr)、砷 (As)、铜 (Cu)、锌 (Zn)、镍 (Ni) 等。
▮▮▮▮ⓒ 来源广泛 (Wide range of sources)：重金属污染来源广泛，包括工业三废 (industrial waste gas, wastewater and solid waste) 排放、矿业活动 (mining activities)、农业投入品 (agricultural inputs)、交通运输 (transportation) 等。
▮▮▮▮ⓓ 持久性和生物累积性 (Persistence and bioaccumulation)：重金属在土壤中难以降解，具有持久性，且容易被植物吸收并在生物体内累积，通过食物链 (food chain) 传递，危害人体健康。
▮▮▮▮ⓔ 毒性强 (High toxicity)：重金属具有毒性，即使在低浓度下也可能对生物体产生毒害作用，影响土壤生态功能。

② 类金属污染 (Metalloid pollution)
▮▮▮▮ⓑ 主要类金属污染物 (Main metalloid pollutants)：主要指砷 (As)、硒 (Se)、碲 (Te) 等类金属元素造成的土壤污染，其中砷污染最为常见和突出。
▮▮▮▮ⓒ 来源与重金属类似 (Similar sources to heavy metals)：类金属污染来源与重金属污染类似，主要来自矿业活动、工业排放、农药使用等。
▮▮▮▮ⓓ 毒性高 (High toxicity)：类金属，尤其是砷，具有很高的毒性，对人体健康和生态环境造成严重威胁。

③ 无机盐污染 (Inorganic salt pollution)
▮▮▮▮ⓑ 盐碱化 (Salinization)：土壤盐碱化 (soil salinization) 是指土壤中可溶性盐分积累过多，导致土壤理化性质恶化，影响植物生长的现象。主要发生在干旱和半干旱地区，灌溉不当、施肥过量等是主要原因。
▮▮▮▮ⓒ 酸化 (Acidification)：土壤酸化 (soil acidification) 是指土壤pH值降低的过程，主要由于酸雨 (acid rain) 沉降、化肥 (chemical fertilizer) 过量施用、矿业活动等引起。土壤酸化会影响土壤养分有效性，危害植物生长。

④ 其他无机污染物 (Other inorganic pollutants)
▮▮▮▮ⓑ 氟化物 (Fluorides)：工业排放的氟化物 (fluorides) 会污染土壤，影响植物生长和动物健康。
▮▮▮▮ⓒ 硝酸盐 (Nitrates)：过量施用氮肥 (nitrogen fertilizer) 或污水灌溉可能导致土壤硝酸盐 (nitrates) 积累，造成土壤污染和地下水硝酸盐污染。

7.2.2 有机污染物污染 (Organic Pollutant Pollution)

有机污染物 (organic pollutants) 是指含有碳氢化合物的有机化合物造成的土壤污染，种类繁多，性质复杂。

① 持久性有机污染物 (Persistent Organic Pollutants, POPs)
▮▮▮▮ⓑ 定义 (Definition)：持久性有机污染物 (POPs) 是一类难以降解、在环境中持久存在、具有生物累积性、并通过食物链传递、对人类健康和环境产生不利影响的有机化合物。
▮▮▮▮ⓒ 主要POPs (Main POPs)：包括多氯联苯 (Polychlorinated biphenyls, PCBs)、滴滴涕 (dichlorodiphenyltrichloroethane, DDT)、二噁英 (dioxins)、多环芳烃 (Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs) 等。
▮▮▮▮ⓓ 来源广泛 (Wide range of sources)：POPs来源广泛，包括农药 (pesticides) 生产和使用、工业生产过程、废物焚烧 (waste incineration) 等。
▮▮▮▮ⓔ 危害严重 (Serious hazards)：POPs具有高毒性、致癌性、致畸性，对人类健康和生态环境造成严重危害，是全球关注的重点污染物。

② 挥发性有机物 (Volatile Organic Compounds, VOCs)
▮▮▮▮ⓑ 定义 (Definition)：挥发性有机物 (VOCs) 是指在常温下容易挥发成气态的有机化合物。
▮▮▮▮ⓒ 主要VOCs (Main VOCs)：包括苯 (benzene)、甲苯 (toluene)、二甲苯 (xylene)、三氯乙烯 (trichloroethylene, TCE)、四氯乙烯 (tetrachloroethylene, PCE) 等。
▮▮▮▮ⓓ 来源 (Sources)：VOCs主要来自工业排放、汽车尾气 (vehicle exhaust)、油品挥发、溶剂使用等。
▮▮▮▮ⓔ 危害 (Hazards)：VOCs具有毒性、刺激性，部分VOCs具有致癌性，对人体健康和大气环境造成危害，也是大气污染的重要来源。

③ 半挥发性有机物 (Semi-volatile Organic Compounds, SVOCs)
▮▮▮▮ⓑ 定义 (Definition)：半挥发性有机物 (SVOCs) 是指挥发性介于VOCs和POPs之间的有机化合物。
▮▮▮▮ⓒ 主要SVOCs (Main SVOCs)：包括多环芳烃 (PAHs)、邻苯二甲酸酯 (Phthalates)、溴代阻燃剂 (Brominated flame retardants, BFRs) 等。
▮▮▮▮ⓓ 来源 (Sources)：SVOCs来源广泛，包括工业排放、塑料制品、阻燃材料等。
▮▮▮▮ⓔ 危害 (Hazards)：SVOCs具有一定的毒性、持久性，对人体健康和环境造成潜在危害。

④ 农药污染 (Pesticide pollution)
▮▮▮▮ⓑ 农药种类繁多 (Various types of pesticides)：农药种类繁多，包括有机氯农药 (organochlorine pesticides)、有机磷农药 (organophosphorus pesticides)、氨基甲酸酯类农药 (carbamate pesticides)、除草剂 (herbicides)、杀菌剂 (fungicides) 等。
▮▮▮▮ⓒ 农业生产广泛使用 (Widely used in agricultural production)：农药在农业生产中广泛使用，防治病虫草害，但也可能造成土壤污染。
▮▮▮▮ⓓ 残留性和毒性 (Residuality and toxicity)：部分农药具有残留性，在土壤中难以降解，长期积累，对土壤生态和人体健康造成危害。

⑤ 其他有机污染物 (Other organic pollutants)
▮▮▮▮ⓑ 石油烃 (Petroleum hydrocarbons)：石油开采、运输、加工过程中泄漏的石油烃 (petroleum hydrocarbons) 会污染土壤，影响土壤功能。
▮▮▮▮ⓒ 多氯代二苯并二噁英和多氯代二苯并呋喃 (Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans, PCDD/Fs)：二噁英类 (PCDD/Fs) 是剧毒污染物，主要产生于废物焚烧、工业生产等过程，会污染土壤。

7.2.3 放射性污染物污染 (Radioactive Pollutant Pollution)

放射性污染物 (radioactive pollutants) 是指含有放射性核素 (radionuclides) 的物质造成的土壤污染。

① 天然放射性核素 (Naturally occurring radionuclides)
▮▮▮▮ⓑ 土壤中天然存在 (Naturally present in soil)：土壤中天然存在铀 (U)、钍 (Th)、镭 (Ra)、钾-40 (\(^{40}K\)) 等天然放射性核素。
▮▮▮▮ⓒ 本底辐射 (Background radiation)：天然放射性核素是土壤本底辐射 (background radiation) 的主要来源。

② 人为放射性核素 (Anthropogenic radionuclides)
▮▮▮▮ⓑ 核试验 (Nuclear tests)：核武器试验 (nuclear weapon tests) 产生的放射性沉降物 (radioactive fallout) 会污染土壤。
▮▮▮▮ⓒ 核事故 (Nuclear accidents)：核电站事故 (nuclear power plant accidents)、核燃料循环设施事故等可能导致放射性物质泄漏，污染土壤。如切尔诺贝利核事故 (Chernobyl accident)、福岛核事故 (Fukushima accident) 等。
▮▮▮▮ⓓ 核工业 (Nuclear industry)：核燃料生产、核废物处理等核工业活动可能造成放射性物质排放，污染土壤。
▮▮▮▮ⓔ 医疗和科研 (Medical and scientific research)：医疗和科研领域使用的放射性同位素 (radioactive isotopes) 处理不当可能造成土壤污染。

③ 放射性污染的特点 (Characteristics of radioactive pollution)
▮▮▮▮ⓑ 放射性衰变 (Radioactive decay)：放射性核素会发生放射性衰变 (radioactive decay)，释放射线，对生物体造成辐射损伤。
▮▮▮▮ⓒ 长期性和累积性 (Long-term and cumulative)：部分放射性核素半衰期 (half-life) 长，在环境中长期存在，且可能在生物体内累积。
▮▮▮▮ⓓ 致癌性和遗传效应 (Carcinogenicity and genetic effects)：长期暴露于放射性辐射可能增加癌症 (cancer) 风险，并可能产生遗传效应。

7.3 地下水污染类型 (Types of Groundwater Pollution)

地下水污染 (groundwater pollution) 是指由于人为或自然因素，有害物质进入地下水系统，超过地下水的自净能力，导致地下水水质恶化，影响其使用功能的现象。根据污染来源和污染物性质，地下水污染可分为多种类型。

7.3.1 点源污染 (Point Source Pollution)

点源污染 (point source pollution) 是指污染源位置明确、排放口集中的污染。

① 工业废水渗漏 (Industrial wastewater leakage)
▮▮▮▮ⓑ 未经处理或处理不达标的工业废水 (Untreated or substandard industrial wastewater)：工业生产排放的未经处理或处理不达标的废水，通过地面渗漏或管道泄漏等方式进入地下水。
▮▮▮▮ⓒ 渗滤池、污水池渗漏 (Leakage from infiltration ponds and sewage ponds)：部分工业企业或污水处理厂 (wastewater treatment plant) 的渗滤池、污水池防渗措施不到位，造成废水渗漏，污染地下水。
▮▮▮▮ⓓ 地下储罐、管道泄漏 (Leakage from underground storage tanks and pipelines)：地下储油罐 (underground storage tanks for oil)、化学品储罐、输送管道等发生泄漏，污染物进入土壤和地下水。

② 垃圾填埋场渗滤液 (Landfill leachate)
▮▮▮▮ⓑ 垃圾填埋场 (Landfill)：城市生活垃圾 (municipal solid waste)、工业固体废物 (industrial solid waste) 等垃圾填埋场，如防渗措施不完善，渗滤液 (leachate) 会渗入地下，污染地下水。
▮▮▮▮ⓒ 渗滤液成分复杂 (Complex composition of leachate)：垃圾渗滤液成分复杂，含有多种有机污染物、重金属、氨氮 (ammonia nitrogen) 等污染物。

③ 化粪池、渗水井 (Septic tanks and seepage wells)
▮▮▮▮ⓑ 农村地区和城市郊区 (Rural areas and urban suburbs)：在农村地区和城市郊区，化粪池 (septic tanks)、渗水井 (seepage wells) 等简易污水处理设施普及，如设计不合理或维护不当，可能造成生活污水直接渗入地下水。

7.3.2 面源污染 (Non-point Source Pollution)

面源污染 (non-point source pollution) 是指污染源位置分散、排放不集中的污染，也称为分散源污染 (diffuse source pollution)。

① 农业面源污染 (Agricultural non-point source pollution)
▮▮▮▮ⓑ 化肥、农药的淋溶 (Leaching of fertilizers and pesticides)：农业生产中过量施用的化肥 (chemical fertilizers)、农药 (pesticides)，在降雨或灌溉条件下，通过土壤淋溶 (soil leaching) 进入地下水。
▮▮▮▮ⓒ 畜禽养殖 (Livestock and poultry breeding)：畜禽粪便 (livestock and poultry manure) 处理不当，其中的氮、磷、病原微生物等污染物可能通过降雨径流或渗漏进入地下水。
▮▮▮▮ⓓ 农田灌溉回流 (Irrigation return flow)：农田灌溉回流 (irrigation return flow) 中可能含有化肥、农药残留，通过渗漏进入地下水。

② 城市面源污染 (Urban non-point source pollution)
▮▮▮▮ⓑ 降雨径流冲刷 (Stormwater runoff)：城市降雨径流 (stormwater runoff) 冲刷路面、建筑物表面等，携带的污染物（如重金属、石油烃、悬浮物等）通过下渗补给地下水。
▮▮▮▮ⓒ 地下管网泄漏 (Leakage of underground pipe networks)：城市地下供水管网 (water supply pipe network)、排水管网 (drainage pipe network) 等管道泄漏，可能造成污染物进入地下水，或导致地下水污染扩散。

③ 大气沉降 (Atmospheric deposition)
▮▮▮▮ⓑ 大气污染物沉降 (Atmospheric pollutant deposition)：大气污染物 (air pollutants) 通过干沉降 (dry deposition) 和湿沉降 (wet deposition) 方式进入土壤，部分污染物随降水或土壤水渗入地下水。例如，酸雨 (acid rain) 沉降可能导致地下水酸化。

7.3.3 天然源污染 (Natural Source Pollution)

天然源污染 (natural source pollution) 是指由于自然地质条件或自然过程导致的地下水污染。

① 地质背景值 (Geological background values)
▮▮▮▮ⓑ 天然存在的元素 (Naturally occurring elements)：某些地区地质背景值 (geological background values) 较高，土壤和岩石中天然含有较高浓度的砷 (As)、氟 (F)、铁 (Fe)、锰 (Mn) 等元素，这些元素可能溶解进入地下水，导致地下水天然污染。
▮▮▮▮ⓒ 地方性氟中毒、砷中毒 (Endemic fluorosis and arsenic poisoning)：部分地区由于地下水天然氟 (fluorine) 或砷 (arsenic) 含量过高，导致地方性氟中毒 (endemic fluorosis)、地方性砷中毒 (endemic arsenic poisoning) 等健康问题。

② 海水入侵 (Seawater intrusion)
▮▮▮▮ⓑ 沿海地区 (Coastal areas)：在沿海地区，过度开采地下水可能导致海水入侵 (seawater intrusion)，咸水进入淡水含水层 (aquifer)，造成地下水盐化污染。

③ 地热活动 (Geothermal activity)
▮▮▮▮ⓑ 火山、地热区 (Volcanic and geothermal areas)：地热活动 (geothermal activity) 可能释放出硫化物 (sulfides)、重金属等物质，污染地下水。

7.4 土壤与地下水污染危害 (Hazards of Soil and Groundwater Pollution)

土壤与地下水污染对人类健康、生态环境和社会经济发展造成多方面的危害，必须高度重视。

7.4.1 对人类健康的影响 (Impacts on Human Health)

① 直接危害 (Direct hazards)
▮▮▮▮ⓑ 饮用水污染 (Drinking water pollution)：受污染的地下水作为饮用水源，直接危害人体健康。例如，饮用硝酸盐 (nitrates) 污染的地下水可能导致高铁血红蛋白症 (methemoglobinemia)；饮用重金属污染的地下水可能导致慢性中毒 (chronic poisoning)；饮用病原微生物污染的地下水可能引发传染病 (infectious diseases)。
▮▮▮▮ⓒ 土壤污染的直接接触 (Direct contact with soil pollution)：直接接触受污染的土壤，如儿童在受污染的土壤中玩耍，可能通过皮肤接触、误食等途径摄入污染物，危害健康。

② 间接危害 (Indirect hazards)
▮▮▮▮ⓑ 食物链传递 (Food chain transfer)：土壤污染物被植物吸收，进入食物链，人类通过食用受污染的农产品 (agricultural products)、畜产品 (livestock products) 等，间接摄入污染物，危害健康。例如，重金属污染的土壤种植的蔬菜、粮食等可能富集重金属，长期食用可能导致慢性中毒。
▮▮▮▮ⓒ 大气和室内环境污染 (Air and indoor environment pollution)：土壤中的挥发性有机污染物 (VOCs) 可能挥发进入大气，造成大气污染；部分污染物可能通过土壤气 (soil gas) 迁移进入室内，造成室内空气污染，危害人体健康。

③ 健康风险 (Health risks)
▮▮▮▮ⓑ 慢性疾病 (Chronic diseases)：长期暴露于低浓度土壤与地下水污染物可能导致多种慢性疾病，如癌症 (cancer)、心血管疾病 (cardiovascular diseases)、神经系统疾病 (nervous system diseases)、生殖系统疾病 (reproductive system diseases) 等。
▮▮▮▮ⓒ 地方病 (Endemic diseases)：特定地区由于土壤和地下水天然污染，可能导致地方病，如地方性氟中毒 (endemic fluorosis)、地方性砷中毒 (endemic arsenic poisoning) 等。

7.4.2 对生态系统的影响 (Impacts on Ecosystems)

① 土壤生态系统破坏 (Soil ecosystem destruction)
▮▮▮▮ⓑ 土壤生物多样性降低 (Reduced soil biodiversity)：土壤污染可能导致土壤微生物 (soil microorganisms)、土壤动物 (soil animals) 种类和数量减少，土壤生物多样性 (soil biodiversity) 降低，土壤生态系统功能紊乱。
▮▮▮▮ⓒ 土壤肥力下降 (Decreased soil fertility)：土壤污染可能破坏土壤结构，影响土壤养分循环，降低土壤肥力 (soil fertility)，影响植物生长。
▮▮▮▮ⓓ 植物生长受阻 (Impeded plant growth)：土壤污染物可能直接毒害植物，抑制植物生长，甚至导致植物死亡。

② 水生态系统破坏 (Aquatic ecosystem destruction)
▮▮▮▮ⓑ 地下水生态系统破坏 (Groundwater ecosystem destruction)：地下水污染直接破坏地下水生态系统，影响地下水生物生存。
▮▮▮▮ⓒ 地表水生态系统影响 (Impact on surface water ecosystems)：受污染的地下水排泄到地表水体 (surface water bodies)，可能造成地表水污染，影响地表水生态系统健康。
▮▮▮▮ⓓ 湿地生态系统影响 (Impact on wetland ecosystems)：地下水是湿地 (wetland) 水源的重要来源，地下水污染可能影响湿地生态系统功能。

③ 生物累积和放大 (Bioaccumulation and biomagnification)
▮▮▮▮ⓑ 污染物在食物链中富集 (Pollutants accumulate in the food chain)：土壤和地下水污染物可能被生物吸收，并在食物链中逐级富集和放大，最终危害顶端消费者 (top consumers)，包括人类。

7.4.3 经济损失 (Economic Losses)

① 农业减产和农产品质量下降 (Reduced agricultural yield and decreased agricultural product quality)
▮▮▮▮ⓑ 土壤污染导致农作物减产 (Soil pollution leads to reduced crop yields)：土壤污染降低土壤肥力，影响植物生长，导致农作物减产 (reduced crop yields)。
▮▮▮▮ⓒ 农产品质量下降 (Decreased agricultural product quality)：土壤污染物可能被农作物吸收，导致农产品质量下降，影响农产品销售和出口。

② 水资源价值降低 (Reduced value of water resources)
▮▮▮▮ⓑ 地下水饮用价值降低 (Reduced drinking value of groundwater)：地下水污染降低地下水作为饮用水源的价值，需要投入更多资金进行水处理 (water treatment) 或寻找替代水源。
▮▮▮▮ⓒ 工农业用水受限 (Limited industrial and agricultural water use)：地下水污染可能限制地下水在工农业生产中的应用，增加用水成本。

③ 环境修复费用 (Environmental remediation costs)
▮▮▮▮ⓑ 污染场地修复 (Polluted site remediation)：土壤和地下水污染场地修复 (polluted site remediation) 成本高昂，给政府和企业带来巨大的经济负担。
▮▮▮▮ⓒ 生态环境损害赔偿 (Ecological environment damage compensation)：土壤和地下水污染造成生态环境损害，可能需要支付生态环境损害赔偿费用。

④ 健康费用增加 (Increased health costs)
▮▮▮▮ⓑ 医疗费用增加 (Increased medical expenses)：土壤和地下水污染导致人群健康受损，增加医疗费用支出。
▮▮▮▮ⓒ 劳动力损失 (Labor force loss)：疾病导致劳动力损失，影响社会生产力。

7.5 土壤修复技术 (Soil Remediation Technologies)

土壤修复技术 (soil remediation technologies) 是指用于去除、降解或固定土壤污染物，恢复土壤功能的技术方法。根据修复原理和技术特点，土壤修复技术可分为多种类型。

7.5.1 物理修复技术 (Physical Remediation Technologies)

物理修复技术 (physical remediation technologies) 是指利用物理方法分离、去除或转移土壤污染物，达到修复土壤的目的。

① 客土法 (Soil replacement)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：将污染土壤挖出，用清洁土壤替换，以达到去除污染物的目的。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于污染程度较重、污染范围较小的表层土壤污染。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：修复速度快、效果直接。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：成本高、产生二次污染 (secondary pollution)、破坏土壤结构。

② 翻耕淋洗 (Soil washing)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用水或淋洗液 (washing solution) 淋洗污染土壤，将污染物从土壤中洗脱出来，然后对淋洗液进行处理，去除污染物。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于砂质土壤和轻度污染土壤，对重金属、有机污染物均有一定效果。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：修复效果较好、可处理多种污染物。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：产生大量淋洗废水 (washing wastewater)，需要处理；对粘性土壤效果差。

③ 气相抽提 (Soil vapor extraction, SVE)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：通过真空泵 (vacuum pump) 在污染土壤中抽取土壤气 (soil vapor)，将挥发性有机污染物 (VOCs) 从土壤中去除，然后对抽出的气体进行处理。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于挥发性有机污染物污染的土壤，如苯系物 (benzene series)、氯代烃 (chlorinated hydrocarbons) 等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复 (in-situ remediation)、操作简单、成本较低。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：仅适用于挥发性污染物、修复周期较长、效果受土壤渗透性 (soil permeability) 影响。

④ 热脱附 (Thermal desorption)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：通过加热污染土壤，使有机污染物挥发或汽化，然后将挥发出来的污染物收集并处理。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于挥发性、半挥发性有机污染物污染的土壤，如石油烃 (petroleum hydrocarbons)、多环芳烃 (PAHs)、农药 (pesticides) 等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：修复效率高、处理效果好、可处理多种有机污染物。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：能耗高、成本高、可能产生二次污染。

⑤ 电动修复 (Electrokinetic remediation)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：在污染土壤中插入电极 (electrodes)，施加直流电场 (DC electric field)，利用电泳 (electrophoresis)、电渗 (electroosmosis) 等电化学原理，驱动土壤污染物迁移，并将其富集到电极附近，然后去除。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于重金属、有机污染物污染的粘性土壤和低渗透性土壤。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、能耗较低、对细颗粒土壤效果好。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：修复速度慢、效果受土壤性质影响、电极腐蚀问题。

7.5.2 化学修复技术 (Chemical Remediation Technologies)

化学修复技术 (chemical remediation technologies) 是指利用化学试剂与土壤污染物发生化学反应，将污染物转化为毒性较低或无毒的物质，或将污染物固定在土壤中，降低其迁移性和生物有效性的技术。

① 化学氧化 (Chemical oxidation)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用氧化剂 (oxidizing agent) 将土壤中有机污染物氧化分解为二氧化碳 (carbon dioxide, \(CO_2\))、水 (\(H_2O\)) 等无毒物质。常用的氧化剂包括高锰酸钾 (\(KMnO_4\))、过氧化氢 (\(H_2O_2\))、臭氧 (\(O_3\))、芬顿试剂 (Fenton's reagent) 等。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于多种有机污染物污染的土壤，如VOCs、SVOCs、农药等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、修复速度快、处理效果好。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：氧化剂用量大、成本较高、可能产生中间产物或副产物。

② 化学还原 (Chemical reduction)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用还原剂 (reducing agent) 将土壤中某些污染物还原为毒性较低或无毒的物质。例如，利用零价铁 (zero-valent iron, ZVI) 还原卤代有机物 (halogenated organics)、六价铬 (hexavalent chromium, Cr(VI)) 等。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于卤代有机物、重金属（如六价铬）等污染土壤。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、操作简单、成本较低。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：还原剂选择性有限、可能产生还原产物。

③ 化学淋洗 (Chemical leaching)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用化学淋洗剂 (chemical leaching agent) 淋洗污染土壤，增强污染物在淋洗液中的溶解度或迁移性，将污染物从土壤中洗脱出来，然后对淋洗液进行处理。常用的淋洗剂包括酸、碱、螯合剂 (chelating agents)、表面活性剂 (surfactants) 等。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于重金属、有机污染物污染的土壤。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：修复效果较好、可处理多种污染物。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：产生大量淋洗废水，需要处理；淋洗剂可能对土壤造成二次污染。

④ 固化/稳定化 (Solidification/Stabilization)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用固化剂 (solidifying agent) 或稳定化剂 (stabilizing agent) 将土壤污染物固化或稳定化，降低污染物的迁移性、生物有效性和毒性。固化是将污染物包裹在固化基质中，稳定化是利用化学反应改变污染物的化学形态，降低其活性。常用的固化/稳定化剂包括水泥 (cement)、石灰 (lime)、粉煤灰 (fly ash)、磷酸盐 (phosphates) 等。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于重金属、放射性污染物、部分有机污染物污染的土壤。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：成本较低、操作简单、可大规模应用。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：不能去除污染物、固化体可能长期存在环境风险。

7.5.3 生物修复技术 (Bioremediation Technologies)

生物修复技术 (bioremediation technologies) 是指利用生物（植物、微生物、动物）的代谢作用，降解、转化或去除土壤污染物，恢复土壤功能的技术。生物修复技术具有环境友好、成本较低等优点，是土壤修复的重要发展方向。

① 植物修复 (Phytoremediation)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用植物吸收、富集、挥发、降解或稳定化土壤污染物，达到修复土壤的目的。根据植物作用机制，植物修复可分为植物提取 (phytoextraction)、植物稳定 (phytostabilization)、植物挥发 (phytovolatilization)、植物降解 (phytodegradation)、根际过滤 (rhizofiltration) 等。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于轻中度污染土壤，对重金属、有机污染物均有一定效果。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、环境友好、成本较低、景观效果好。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：修复周期长、修复效果受植物生长和环境条件影响、可能存在生物入侵风险。

② 微生物修复 (Microbial remediation)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用微生物（细菌、真菌、放线菌等）的代谢作用，降解、转化或去除土壤有机污染物。根据微生物代谢类型，微生物修复可分为好氧生物修复 (aerobic bioremediation)、厌氧生物修复 (anaerobic bioremediation)。根据是否添加外源微生物，可分为生物强化 (bioaugmentation)、生物刺激 (biostimulation)。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于有机污染物污染的土壤，如石油烃、农药、多环芳烃、氯代有机物等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、环境友好、成本较低、处理效果好。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：修复效果受环境条件（温度、pH值、营养等）影响、修复周期较长、外源微生物可能存在竞争和适应性问题。

③ 生物堆 (Biopiles)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：将污染土壤堆成堆，加入营养物质、水分、空气等，创造适宜微生物生长的环境条件，促进微生物对污染物的生物降解。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于有机污染物污染的土壤，如石油烃、农药、多环芳烃等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：操作简单、成本较低、易于控制。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：异位修复 (ex-situ remediation)、占用场地、修复周期较长。

④ 生物反应器 (Bioreactors)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：将污染土壤或淋洗液放入生物反应器 (bioreactor) 中，在可控条件下，利用微生物对污染物进行生物降解。生物反应器类型多样，包括搅拌釜反应器 (stirred tank reactor)、序批式反应器 (sequencing batch reactor, SBR)、流化床反应器 (fluidized bed reactor) 等。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于多种有机污染物污染的土壤和淋洗液。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：修复效率高、可控性好、处理效果稳定。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：异位修复、设备投资和运行成本较高。

7.5.4 热力修复技术 (Thermal Remediation Technologies)

热力修复技术 (thermal remediation technologies) 是指利用热能加热污染土壤，使污染物挥发、汽化、热解或氧化，达到修复土壤的目的。

① 热脱附 (Thermal desorption)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：通过加热污染土壤，使有机污染物挥发或汽化，然后将挥发出来的污染物收集并处理。根据加热温度，可分为低温热脱附 (low-temperature thermal desorption, LTTD) 和高温热脱附 (high-temperature thermal desorption, HTTD)。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于挥发性、半挥发性有机污染物污染的土壤，如石油烃、多环芳烃、农药、多氯联苯等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：修复效率高、处理效果好、可处理多种有机污染物。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：能耗高、成本高、可能产生二次污染。

② 焚烧 (Incineration)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：将污染土壤在高温下焚烧，使有机污染物完全氧化分解为二氧化碳、水等无毒物质，无机污染物则富集在焚烧灰渣中。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于有机污染物污染严重、浓度较高的土壤，如POPs污染土壤、农药污染土壤等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：处理彻底、修复速度快、可去除多种有机污染物。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：能耗高、成本极高、产生大量烟气和灰渣，可能造成二次污染。

③ 原位热处理 (In-situ thermal treatment)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：利用电加热、蒸汽注入、热传导等方式，在原位加热污染土壤，使污染物挥发、汽化或热解，然后将挥发出来的污染物收集并处理。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于挥发性、半挥发性有机污染物污染的土壤，如VOCs、SVOCs、石油烃等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、减少土壤开挖和运输、降低二次污染风险。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：能耗高、成本高、加热均匀性难以保证。

7.6 地下水修复技术 (Groundwater Remediation Technologies)

地下水修复技术 (groundwater remediation technologies) 是指用于去除、降解或控制地下水污染物，恢复地下水水质的技术方法。地下水修复技术主要分为抽出处理技术 (pump-and-treat technologies) 和原位修复技术 (in-situ remediation technologies) 两大类。

7.6.1 抽出处理技术 (Pump-and-Treat Technologies)

抽出处理技术 (pump-and-treat technologies) 是指将受污染的地下水抽出地面，进行处理净化后，再回灌或排放的技术。这是目前应用最为广泛的地下水修复技术。

① 工艺流程 (Process flow)：
▮▮▮▮ⓑ 抽出 (Pumping)：通过水井 (wells) 或集水廊道 (collection galleries) 等设施，将受污染的地下水抽出地面。
▮▮▮▮ⓒ 处理 (Treatment)：对抽出的地下水进行物理、化学或生物处理，去除污染物。常用的处理技术包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 物理处理：如曝气 (air stripping)、活性炭吸附 (activated carbon adsorption)、膜分离 (membrane separation)（反渗透 (reverse osmosis, RO)、超滤 (ultrafiltration, UF)）等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 化学处理：如化学沉淀 (chemical precipitation)、化学氧化 (chemical oxidation)、化学还原 (chemical reduction) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 生物处理：如生物反应器 (bioreactor)、人工湿地 (constructed wetland) 等。
▮▮▮▮ⓖ 回灌或排放 (Re-injection or discharge)：处理后的地下水可以回灌到地下含水层 (aquifer)，或排放到地表水体或市政管网。

② 适用范围 (Applicable scope)：适用于多种地下水污染，特别是点源污染，如有机污染物、重金属、放射性污染物等。
③ 优点 (Advantages)：技术成熟、处理效果可靠、可有效控制污染羽 (plume) 扩散。
④ 缺点 (Disadvantages)：成本高昂、修复周期长、能耗高、可能产生二次污染、难以完全恢复地下水水质和生态功能。

7.6.2 原位修复技术 (In-situ Remediation Technologies)

原位修复技术 (in-situ remediation technologies) 是指在不将地下水抽出地面的情况下，直接在地下含水层中进行污染物去除、降解或控制的修复技术。原位修复技术具有成本较低、环境扰动小等优点，是地下水修复的发展趋势。

① 生物强化 (Bioaugmentation)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：向地下含水层注入具有特定降解能力的微生物菌剂 (microbial agents)，增强地下水中土著微生物 (indigenous microorganisms) 对污染物的生物降解能力。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于易生物降解的有机污染物污染，如石油烃、氯代有机物等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、环境友好、成本较低。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：修复效果受地下环境条件影响、外源微生物可能存在竞争和适应性问题。

② 生物刺激 (Biostimulation)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：向地下含水层注入营养物质（如氮、磷）、电子供体 (electron donors) 或电子受体 (electron acceptors) 等，刺激地下水中土著微生物的生长和活性，增强其对污染物的生物降解能力。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于易生物降解的有机污染物污染，如石油烃、氯代有机物等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、环境友好、成本较低。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：修复效果受地下环境条件影响、刺激效果可能有限。

③ 化学氧化 (In-situ chemical oxidation, ISCO)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：向地下含水层注入氧化剂，如高锰酸钾、过氧化氢、臭氧、芬顿试剂等，将地下水中有机污染物氧化分解为无毒物质。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于多种有机污染物污染，如VOCs、SVOCs、石油烃、农药等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、修复速度快、处理效果好。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：氧化剂用量大、成本较高、可能产生中间产物或副产物、氧化剂可能与地下介质发生反应。

④ 可渗透反应墙 (Permeable reactive barrier, PRB)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：在污染羽流 (plume) 的下游设置一道或多道由反应性材料组成的地下墙体，污染地下水流经反应墙时，污染物与反应材料发生化学反应，被去除或转化。常用的反应材料包括零价铁 (ZVI)、活性炭 (activated carbon)、沸石 (zeolite)、生物活性材料等。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于可降解或可去除的地下水污染物，如氯代有机物、重金属、硝酸盐等。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、被动式修复 (passive remediation)、成本较低、长期有效。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：适用范围有限、反应材料可能失效或堵塞、对水力条件要求较高。

⑤ 强化自然衰减 (Enhanced natural attenuation, ENA)
▮▮▮▮ⓑ 原理 (Principle)：在自然衰减 (natural attenuation, NA) 的基础上，通过人为干预措施，如调整地下水流场、改善地下环境条件等，强化地下水污染物自然降解、稀释、吸附等过程，加速污染物的去除。
▮▮▮▮ⓒ 适用范围 (Applicable scope)：适用于污染物浓度较低、自然衰减潜力较大的轻中度污染场地。
▮▮▮▮ⓓ 优点 (Advantages)：原位修复、环境友好、成本最低、可持续性好。
▮▮▮▮ⓔ 缺点 (Disadvantages)：修复周期长、修复效果受自然条件影响、需要长期监测和评估。

7.7 土壤与地下水污染管理与预防 (Soil and Groundwater Pollution Management and Prevention)

土壤与地下水污染管理与预防 (soil and groundwater pollution management and prevention) 是指通过法律法规、政策措施、技术手段等，对土壤与地下水污染进行控制、治理和预防，保护土壤和地下水环境质量。

7.7.1 法律法规框架 (Legal and Regulatory Framework)

① 完善法律法规体系 (Improve legal and regulatory system)：
▮▮▮▮ⓑ 制定和完善土壤与地下水污染防治法律法规 (Formulate and improve laws and regulations on soil and groundwater pollution prevention and control)：明确政府、企业、公众在土壤与地下水保护中的责任和义务，为污染防治提供法律依据。
▮▮▮▮ⓒ 健全环境标准体系 (Improve environmental standard system)：制定和完善土壤环境质量标准 (soil environmental quality standards)、地下水质量标准 (groundwater quality standards)、污染物排放标准 (pollutant discharge standards) 等，为污染防治提供技术规范。
▮▮▮▮ⓓ 强化执法监管 (Strengthen law enforcement and supervision)：加大对违法排污行为的查处力度，严厉打击破坏土壤与地下水环境的违法行为。

② 落实污染责任 (Implement pollution responsibility)：
▮▮▮▮ⓑ 明确污染责任主体 (Clarify the main body of pollution responsibility)：坚持“谁污染，谁治理”原则，明确污染责任主体，落实企业污染防治主体责任。
▮▮▮▮ⓒ 建立污染责任追究机制 (Establish pollution accountability mechanism)：对造成土壤与地下水污染的责任主体，依法追究其法律责任和经济赔偿责任。

7.7.2 污染预防措施 (Pollution Prevention Measures)

① 源头控制 (Source control)：
▮▮▮▮ⓑ 清洁生产 (Cleaner production)：推行清洁生产技术和工艺，从源头减少污染物产生和排放。
▮▮▮▮ⓒ 产业结构调整 (Industrial structure adjustment)：优化产业结构，限制高污染、高排放产业发展，发展环境友好型产业。
▮▮▮▮ⓓ 污染物减排 (Pollutant emission reduction)：实施污染物总量控制 (total pollutant discharge control) 制度，严格控制污染物排放总量。

② 过程控制 (Process control)：
▮▮▮▮ⓑ 污染治理设施建设与运行 (Construction and operation of pollution treatment facilities)：工业企业、污水处理厂、垃圾填埋场等重点污染源，必须建设完善的污染治理设施，并确保设施正常运行，达标排放。
▮▮▮▮ⓒ 环境风险防控 (Environmental risk prevention and control)：加强环境风险评估 (environmental risk assessment)，制定环境风险应急预案 (environmental risk emergency plan)，防范突发环境事件 (突发环境事件) 造成的土壤与地下水污染。
▮▮▮▮ⓓ 地下水保护区划定与管理 (Delineation and management of groundwater protection zones)：划定饮用水水源地保护区 (drinking water source protection zones) 等地下水保护区，实施严格保护措施，防止地下水污染。

③ 农业面源污染防治 (Agricultural non-point source pollution control)：
▮▮▮▮ⓑ 科学施肥 (Scientific fertilization)：推广测土配方施肥 (soil testing and formulated fertilization) 技术，合理施用化肥，减少化肥流失和淋溶。
▮▮▮▮ⓒ 合理用药 (Rational pesticide use)：推广生物防治 (biological control)、物理防治 (physical control) 等绿色防控技术，减少农药使用量，选用低毒、易降解农药。
▮▮▮▮ⓓ 畜禽粪便资源化利用 (Resource utilization of livestock and poultry manure)：加强畜禽粪便收集、处理和资源化利用，减少畜禽养殖污染。

④ 城市面源污染防治 (Urban non-point source pollution control)：
▮▮▮▮ⓑ 雨水径流管理 (Stormwater runoff management)：建设雨水花园 (rain gardens)、下沉式绿地 (bioswales)、透水铺装 (permeable pavement) 等低影响开发 (low impact development, LID) 设施，减少城市雨水径流污染。
▮▮▮▮ⓒ 地下管网维护与改造 (Maintenance and renovation of underground pipe networks)：加强地下管网巡查和维护，及时修复泄漏管道，减少管网泄漏污染。

7.7.3 风险评估与管理 (Risk Assessment and Management)

① 污染场地风险评估 (Polluted site risk assessment)：
▮▮▮▮ⓑ 场地调查与监测 (Site investigation and monitoring)：对疑似污染场地进行详细调查和监测，查明污染范围、程度和污染物类型。
▮▮▮▮ⓒ 健康风险评估 (Health risk assessment)：评估污染场地对人体健康的潜在风险，确定风险等级和控制目标。
▮▮▮▮ⓓ 生态风险评估 (Ecological risk assessment)：评估污染场地对生态环境的潜在风险，确定生态风险控制目标。

② 风险管理与控制 (Risk management and control)：
▮▮▮▮ⓑ 风险控制措施 (Risk control measures)：根据风险评估结果，采取相应的风险控制措施，如场地修复、土地用途限制、健康防护等。
▮▮▮▮ⓒ 风险沟通 (Risk communication)：与公众、利益相关者进行风险沟通，公开污染信息和风险管理措施，争取公众理解和支持。
▮▮▮▮ⓓ 长期监测与管理 (Long-term monitoring and management)：对修复后场地进行长期监测和管理，确保风险得到有效控制。

7.7.4 可持续土地利用实践 (Sustainable Land Use Practices)

① 土地用途规划与管理 (Land use planning and management)：
▮▮▮▮ⓑ 合理规划土地用途 (Rational land use planning)：根据土地资源禀赋和环境承载力 (environmental carrying capacity)，合理规划土地用途，避免在环境敏感区 (environmentally sensitive areas) 建设高污染项目。
▮▮▮▮ⓒ 严格土地用途管制 (Strict land use control)：加强土地用途管制，防止土地用途不合理开发利用造成的土壤与地下水污染。

② 生态修复与土地复垦 (Ecological restoration and land reclamation)：
▮▮▮▮ⓑ 污染土地生态修复 (Ecological restoration of polluted land)：对污染土地进行生态修复，恢复土地生态功能，提高土地利用价值。
▮▮▮▮ⓒ 矿山土地复垦 (Mine land reclamation)：对矿山开采造成的破坏土地进行复垦，恢复土地生产力和生态功能。

③ 循环经济与资源综合利用 (Circular economy and comprehensive resource utilization)：
▮▮▮▮ⓑ 发展循环经济 (Develop circular economy)：推动资源循环利用，减少废物产生和排放，从源头预防土壤与地下水污染。
▮▮▮▮ⓒ 固体废物资源化利用 (Resource utilization of solid waste)：加强固体废物分类收集、回收利用，减少垃圾填埋量，降低垃圾渗滤液污染风险。

7.8 案例分析 (Case Studies)

7.8.1 典型土壤污染案例分析 (Case study of typical soil pollution)

【案例待补充】

7.8.2 典型地下水污染案例分析 (Case study of typical groundwater pollution)

【案例待补充】

7.9 结论 (Conclusion)

本章系统阐述了土壤与地下水污染的类型、来源、危害，以及各种土壤与地下水污染修复技术和管理措施。土壤与地下水是重要的自然资源，土壤与地下水污染是严峻的环境问题，直接关系到人类健康、生态安全和社会可持续发展。

① 要点总结
▮▮▮▮ⓑ 土壤污染类型多样，包括无机污染物污染、有机污染物污染、放射性污染物污染等。
▮▮▮▮ⓒ 地下水污染类型主要有点源污染、面源污染和天然源污染。
▮▮▮▮ⓓ 土壤与地下水污染对人类健康、生态系统和经济发展造成多方面危害。
▮▮▮▮ⓔ 土壤修复技术包括物理修复、化学修复、生物修复、热力修复等。
▮▮▮▮ⓕ 地下水修复技术主要有抽出处理技术和原位修复技术。
▮▮▮▮ⓖ 土壤与地下水污染防治应坚持预防为主、防治结合、综合治理的原则，加强法律法规建设，落实污染责任，推行清洁生产，强化污染治理，实施风险管理，推动可持续土地利用。

② 未来展望
▮▮▮▮ⓑ 技术创新 (Technological innovation)：加强土壤与地下水污染修复技术研发，开发高效、低成本、环境友好的新型修复技术。
▮▮▮▮ⓒ 管理创新 (Management innovation)：创新土壤与地下水污染管理模式，建立健全土壤与地下水环境管理体系，提升管理效能。
▮▮▮▮ⓓ 多学科交叉融合 (Interdisciplinary integration)：加强环境科学、环境工程、生态学、土壤学、水文学等多学科交叉融合，共同解决土壤与地下水污染难题。
▮▮▮▮ⓔ 公众参与 (Public participation)：提高公众土壤与地下水环境保护意识，鼓励公众参与污染监督和治理，形成全社会共同保护土壤与地下水环境的良好氛围。

7.10 参考文献 (References)

【参考文献待补充】

8. 噪声与振动控制 (Noise and Vibration Control)

本章系统阐述噪声与振动的来源、特性、危害，以及各种噪声与振动控制技术和管理措施，旨在改善声环境质量。

8.1 噪声与振动概述 (Introduction to Noise and Vibration)

本节介绍噪声与振动的基本概念，包括其定义、来源、以及描述和测量噪声与振动的常用物理量和单位。

8.1.1 噪声的定义与来源 (Definition and Sources of Noise)

噪声 (noise) 在环境科学与工程领域中，通常被定义为不需要的或令人厌烦的声音。从物理学的角度来看，声音是由于物体振动产生的声波在介质（如空气、水、固体）中传播而形成的波动现象。当声波被人耳接收时，会引起听觉。然而，当声音的强度、频率或持续时间达到一定程度，或者在特定的环境中，即使声音本身并不大，也可能被感知为噪声，从而对人类的生活、工作和健康产生负面影响。

噪声的来源广泛，可以根据其产生机制和环境分为多种类型：

① 工业噪声 (Industrial Noise)：工业生产活动中产生的噪声，是城市环境中主要的噪声来源之一。
▮▮▮▮ⓑ 机械噪声 (Mechanical Noise)：由机械设备运转、碰撞、摩擦等产生的噪声，如冲床、锻锤、球磨机、风机、水泵、空压机等设备运行时产生的噪声。
▮▮▮▮ⓒ 空气动力性噪声 (Aerodynamic Noise)：由气体或空气流动、喷射、扰动等产生的噪声，如风机、空压机排气口、高速气流等产生的噪声。
▮▮▮▮ⓓ 电磁噪声 (Electromagnetic Noise)：由电机、变压器等电气设备运行时产生的噪声。
▮▮▮▮ⓔ 工艺噪声 (Process Noise)：生产工艺过程中产生的噪声，如破碎、研磨、切割、搅拌等工艺产生的噪声。

② 交通噪声 (Transportation Noise)：交通运输工具运行时产生的噪声，是城市环境噪声的另一个主要来源。
▮▮▮▮ⓑ 道路交通噪声 (Road Traffic Noise)：汽车、摩托车、公交车等机动车辆行驶产生的噪声，包括发动机噪声、轮胎噪声、空气动力性噪声等。
▮▮▮▮ⓒ 轨道交通噪声 (Railway Traffic Noise)：火车、地铁、轻轨等轨道车辆运行产生的噪声，包括轮轨噪声、车辆振动噪声、空气动力性噪声等。
▮▮▮▮ⓓ 航空交通噪声 (Aircraft Noise)：飞机起飞、降落、巡航等飞行过程中产生的噪声，主要在机场周边区域影响较大。
▮▮▮▮ⓔ 水上交通噪声 (Waterborne Traffic Noise)：船舶航行、鸣笛等产生的水上交通噪声。

③ 建筑施工噪声 (Construction Noise)：建筑、道路、桥梁等工程施工过程中产生的噪声。
▮▮▮▮ⓑ 机械设备噪声 (Construction Equipment Noise)：挖掘机、推土机、打桩机、混凝土搅拌机等施工机械设备运行时产生的噪声。
▮▮▮▮ⓒ 爆破噪声 (Blasting Noise)：爆破作业产生的冲击波和噪声。
▮▮▮▮ⓓ 人为施工噪声 (Manual Construction Noise)：人工操作产生的噪声，如敲打、切割等。

④ 社会生活噪声 (Social Noise)：人们在社会生活中产生的各种噪声。
▮▮▮▮ⓑ 商业噪声 (Commercial Noise)：商业场所，如商场、超市、餐饮店、娱乐场所等产生的噪声，包括顾客喧哗声、背景音乐、设备噪声等。
▮▮▮▮ⓒ 居民区噪声 (Residential Noise)：居民日常活动产生的噪声，如家庭娱乐、装修、宠物叫声、邻里纠纷等。
▮▮▮▮ⓓ 公共场所噪声 (Public Place Noise)：公园、广场、车站、码头等公共场所的人群活动、广播、交通工具等产生的噪声。

⑤ 特殊噪声 (Special Noise)：某些特定环境或活动中产生的噪声。
▮▮▮▮ⓑ 偶发噪声 (Impulse Noise)：持续时间很短，但强度很高的噪声，如爆炸声、枪炮声、撞击声等。
▮▮▮▮ⓒ 低频噪声 (Low-frequency Noise)：频率较低（通常指20~200Hz）的噪声，穿透力强，衰减慢，对人体影响较为隐蔽和持久。
▮▮▮▮ⓓ 高频噪声 (High-frequency Noise)：频率较高（通常指2kHz以上）的噪声。

理解噪声的来源和类型是进行噪声控制的基础，针对不同来源的噪声，需要采取不同的控制措施。

8.1.2 振动的定义与来源 (Definition and Sources of Vibration)

振动 (vibration) 是指物体或系统在其平衡位置附近所做的往复运动。从物理学的角度看，振动是一种机械运动形式，可以用位移、速度、加速度等物理量来描述。在环境工程领域，振动通常指固体介质的机械振动，它可能通过固体结构传播，也可能通过空气传播，并可能引发二次噪声。

振动的来源同样广泛，与噪声来源有重叠之处，但侧重点有所不同：

① 机械设备振动 (Mechanical Equipment Vibration)：各类机械设备运转时，由于不平衡力、周期性冲击、摩擦等原因，会产生振动。
▮▮▮▮ⓑ 旋转机械振动 (Rotating Machinery Vibration)：如电机、风机、水泵、压缩机、汽轮机、发电机等旋转设备，由于转子不平衡、轴承故障、不对中等原因产生的振动。
▮▮▮▮ⓒ 往复机械振动 (Reciprocating Machinery Vibration)：如内燃机、压缩机、冲床、锻锤等往复运动设备，由于惯性力、冲击力等产生的振动。
▮▮▮▮ⓓ 冲击振动 (Impact Vibration)：如打桩机、破碎机、锻锤等冲击性设备产生的强烈振动。

② 交通运输振动 (Transportation Vibration)：交通运输工具运行时产生的振动，尤其是在轨道交通和重型车辆交通中较为显著。
▮▮▮▮ⓑ 轨道交通振动 (Railway Traffic Vibration)：火车、地铁、轻轨等轨道车辆运行时，轮轨相互作用、车辆与轨道结构相互作用产生的振动，通过地面和建筑物结构传播。
▮▮▮▮ⓒ 道路交通振动 (Road Traffic Vibration)：重型卡车、公交车等大型车辆行驶时，路面不平整、车辆悬挂系统振动等原因产生的振动，通过地面传播。
▮▮▮▮ⓓ 航空振动 (Aircraft Vibration)：飞机起飞、降落时，发动机振动、地面冲击等产生的振动，影响机场周边区域。

③ 建筑施工振动 (Construction Vibration)：建筑施工过程中产生的振动，特别是爆破、打桩、大型机械作业等。
▮▮▮▮ⓑ 爆破振动 (Blasting Vibration)：爆破作业产生的地面振动和空气冲击波。
▮▮▮▮ⓒ 打桩振动 (Pile Driving Vibration)：打桩机作业产生的强烈振动，通过地基传播，对周边建筑物产生影响。
▮▮▮▮ⓓ 机械开挖振动 (Mechanical Excavation Vibration)：挖掘机、推土机等大型机械作业产生的振动。

④ 自然振动 (Natural Vibration)：自然界中存在的振动，如地震、海啸、风振等。
▮▮▮▮ⓑ 地震 (Earthquake)：地壳运动引起的强烈振动。
▮▮▮▮ⓒ 风振 (Wind-induced Vibration)：大风作用于建筑物、桥梁等结构引起的振动。
▮▮▮▮ⓓ 水流振动 (Flow-induced Vibration)：水流冲击桥墩、管道等结构引起的振动。

理解振动的来源和传播途径，对于采取有效的振动控制措施至关重要。振动控制不仅可以减少振动本身对结构和设备的影响，也可以降低振动引发的二次噪声。

8.1.3 噪声与振动的物理量与单位 (Physical Quantities and Units of Noise and Vibration)

为了定量描述和评价噪声与振动，需要使用特定的物理量和单位。

噪声的物理量与单位

① 声压 (Sound Pressure, \(p\))：描述声波在介质中传播时，引起的压强相对于静压的改变量，单位为帕斯卡 (Pascal, Pa)。人耳能听到的声压范围非常广，从 \(2 \times 10^{-5}\) Pa (听阈) 到 20 Pa (痛阈) 以上。

② 声强 (Sound Intensity, \(I\))：描述声波在单位时间内垂直通过单位面积的声能，单位为瓦特每平方米 (Watt per square meter, W/m²)。声强与声压的平方成正比。

③ 声功率 (Sound Power, \(W\))：描述声源在单位时间内辐射出的声能总量，单位为瓦特 (Watt, W)。声功率是声源的固有属性，与环境无关。

④ 声压级 (Sound Pressure Level, \(L_p\))：由于声压的变化范围很大，为了方便使用，通常采用声压级来表示噪声强度，单位为分贝 (decibel, dB)。声压级的定义为：
\[ L_p = 10 \lg \left( \frac{p^2}{p_0^2} \right) = 20 \lg \left( \frac{p}{p_0} \right) \]
其中，\(p\) 为测得的声压，\(p_0\) 为基准声压，通常取人耳听阈声压 \(p_0 = 2 \times 10^{-5}\) Pa。

⑤ 声强级 (Sound Intensity Level, \(L_I\))：类似于声压级，声强级定义为：
\[ L_I = 10 \lg \left( \frac{I}{I_0} \right) \]
其中，\(I\) 为测得的声强，\(I_0\) 为基准声强，通常取 \(I_0 = 10^{-12}\) W/m²。

⑥ 声功率级 (Sound Power Level, \(L_W\))：声功率级定义为：
\[ L_W = 10 \lg \left( \frac{W}{W_0} \right) \]
其中，\(W\) 为声功率，\(W_0\) 为基准声功率，通常取 \(W_0 = 10^{-12}\) W。

⑦ 频率计权声级 (Frequency-weighted Sound Level)：人耳对不同频率的声音敏感度不同，为了更准确地评价噪声对人的影响，通常使用频率计权声级。常用的计权网络有 A 计权、B 计权、C 计权等，其中 A 计权声级 (A-weighted Sound Level, dBA) 最为常用，它模拟了人耳对中低频声音的听觉特性。频率计权声级用 \(L_A\)、\(L_B\)、\(L_C\) 等表示。

⑧ 等效连续声级 (Equivalent Continuous Sound Level, \(L_{eq}\))：对于随时间变化的噪声，为了评价在一段时间内的平均噪声能量，引入等效连续声级。它表示在一定时间内，某一恒定声级的稳态噪声，与该时段内的变动噪声具有相同的声能量。常用时间 \(T\) 内的等效连续 A 声级 \(L_{Aeq,T}\) 定义为：
\[ L_{Aeq,T} = 10 \lg \left[ \frac{1}{T} \int_{0}^{T} \left( \frac{p_A(t)}{p_0} \right)^2 dt \right] \]
其中，\(p_A(t)\) 为 A 计权瞬时声压。

振动的物理量与单位

① 位移 (Displacement, \(x\))：描述振动物体偏离平衡位置的距离，单位为米 (meter, m)、毫米 (millimeter, mm)、微米 (micrometer, μm) 等。

② 速度 (Velocity, \(v\))：描述振动物体位移随时间的变化率，单位为米每秒 (meter per second, m/s)、毫米每秒 (millimeter per second, mm/s) 等。

③ 加速度 (Acceleration, \(a\))：描述振动物体速度随时间的变化率，单位为米每二次方秒 (meter per second squared, m/s²)、重力加速度 (g, \(g \approx 9.8 \, \text{m/s}^2\)) 等。

④ 振动级 (Vibration Level, \(L_v\), \(L_a\))：类似于声压级，为了方便表示振动强度，通常采用振动级，单位为分贝 (dB)。振动速度级 \(L_v\) 和振动加速度级 \(L_a\) 分别定义为：
\[ L_v = 20 \lg \left( \frac{v}{v_0} \right) \]
\[ L_a = 20 \lg \left( \frac{a}{a_0} \right) \]
其中，\(v\) 和 \(a\) 分别为测得的振动速度和加速度，\(v_0\) 和 \(a_0\) 分别为基准振动速度和加速度，常用基准值分别为 \(v_0 = 5 \times 10^{-8}\) m/s 和 \(a_0 = 10^{-6}\) m/s²。

⑤ 频率计权振动级 (Frequency-weighted Vibration Level)：与噪声类似，人对不同频率的振动敏感度也不同，因此也需要进行频率计权。常用的振动计权曲线有 \(W_k\)、\(W_b\)、\(W_c\)、\(W_d\)、\(W_e\) 等，根据不同的评价目的选择不同的计权曲线。

掌握这些物理量和单位，是进行噪声与振动测量、评价和控制的基础。在实际应用中，需要根据具体的噪声与振动类型、评价目的和标准要求，选择合适的物理量和单位进行描述和分析。

8.2 噪声与振动的特性 (Characteristics of Noise and Vibration)

本节深入探讨噪声与振动的关键特性，包括频率特性、强度/振幅特性以及时间特性，这些特性对于理解其传播规律、危害以及控制方法至关重要。

8.2.1 频率特性 (Frequency Characteristics)

频率 (frequency, \(f\)) 是指单位时间内振动发生的次数，单位为赫兹 (Hertz, Hz)。频率是描述噪声与振动特性的一个重要参数，它决定了声音的音调高低和振动的快慢。

① 频率范围 (Frequency Range)：人耳可听声的频率范围通常为 20 Hz ~ 20 kHz。低于 20 Hz 的声音称为次声 (infrasound)，高于 20 kHz 的声音称为超声 (ultrasound)。振动的频率范围更为广泛，可以从极低的频率到非常高的频率。

② 频谱分析 (Spectrum Analysis)：将复杂的噪声或振动信号分解为不同频率成分的过程称为频谱分析。通过频谱分析，可以了解噪声或振动在各个频率上的能量分布情况，从而更好地识别噪声源或振动源，并针对性地采取控制措施。频谱通常以频谱图 (spectrum graph) 的形式表示，横轴为频率，纵轴为声压级或振动级。

③ 倍频程分析 (Octave Band Analysis) 和 1/3 倍频程分析 (1/3 Octave Band Analysis)：为了简化频谱分析，工程上常用倍频程或 1/3 倍频程进行频率划分。倍频程是指中心频率成倍数关系的频带，例如，以 1 kHz 为中心频率的倍频程，其频带范围约为 707 Hz ~ 1414 Hz。1/3 倍频程是将倍频程进一步细分为三个频带。倍频程分析和 1/3 倍频程分析可以有效地概括噪声或振动的频率分布特征。

④ 特征频率 (Characteristic Frequency)：某些噪声或振动具有明显的特征频率，例如，旋转机械的转速频率、齿轮啮合频率、风机叶片通过频率等。识别特征频率有助于诊断设备故障和确定噪声源。

⑤ 频率计权 (Frequency Weighting)：如前所述，人耳对不同频率声音的敏感度不同，因此在噪声评价中需要进行频率计权。A 计权网络对低频和高频声音进行衰减，对中频声音基本不衰减，更符合人耳的听觉特性。其他计权网络如 B 计权、C 计权等，适用于不同声压级的噪声评价。振动评价中也有类似的频率计权方法。

理解噪声和振动的频率特性，有助于选择合适的控制技术。例如，对于低频噪声，传统的吸声材料效果较差，需要采用隔声或减振措施；对于高频噪声，吸声材料效果较好。

8.2.2 强度/振幅特性 (Intensity/Amplitude Characteristics)

强度 (intensity) 或振幅 (amplitude) 描述了噪声或振动的能量大小。强度通常用于描述声波，振幅通常用于描述机械振动。

① 强度范围 (Intensity Range)：噪声的强度范围非常广，从人耳听阈到痛阈，声压级可以相差 120 dB 以上。振动的振幅范围也很大，从微小的位移到肉眼可见的剧烈振动。

② 强度衰减 (Intensity Attenuation)：噪声和振动在传播过程中，强度会逐渐衰减。噪声在空气中传播时，由于空气的吸收和散射，强度会随距离增加而衰减。振动在固体介质中传播时，由于介质的阻尼，强度也会衰减。强度衰减的快慢与频率、介质特性、传播距离等因素有关。

③ 强度叠加 (Intensity Superposition)：多个噪声源或振动源同时作用时，总的强度通常不是简单的算术叠加，而是能量的叠加。对于非相干声源，总声强约为各个声源声强的算术和；对于相干声源，需要考虑相位关系。在工程计算中，通常将声强或振动强度转换为声压级或振动级后进行叠加，叠加公式为：
\[ L_{total} = 10 \lg \left( \sum_{i=1}^{n} 10^{L_i/10} \right) \]
其中，\(L_{total}\) 为总声级或振动级，\(L_i\) 为第 \(i\) 个声源或振动源的声级或振动级。

④ 响度 (Loudness) 和 振感 (Vibration Sensation)：响度是人耳对声音强弱的主观感觉，振感是人体对振动强弱的主观感觉。响度和振感与强度/振幅密切相关，但不仅仅取决于强度/振幅，还受到频率、频谱、持续时间等因素的影响。响度的单位为宋 (sone)，振感的评价较为复杂，通常采用主观评价和客观测量相结合的方法。

了解噪声和振动的强度/振幅特性，有助于评估其危害程度，并选择合适的控制措施。例如，对于高强度噪声，需要采取隔声、消声等措施；对于强振动，需要采取隔振、减振等措施。

8.2.3 时间特性 (Time Characteristics)

时间特性描述了噪声或振动随时间变化的规律。根据时间特性，噪声可以分为稳态噪声 (steady noise) 和非稳态噪声 (non-steady noise)。

① 稳态噪声 (Steady Noise)：指噪声的声压级在较长时间内基本保持不变，或变化幅度很小的噪声。例如，连续运转的机械设备产生的噪声、稳定的交通流噪声等。

② 非稳态噪声 (Non-steady Noise)：指噪声的声压级随时间变化显著的噪声。非稳态噪声又可以分为：
▮▮▮▮ⓑ 波动噪声 (Fluctuating Noise)：声压级随时间缓慢、连续变化的噪声，例如，时断时续的交通噪声、人群喧哗声等。
▮▮▮▮ⓒ 间断噪声 (Intermittent Noise)：时而发生，时而停止的噪声，例如，间歇性工作的机械设备噪声、交通信号灯控制的交通噪声等。
▮▮▮▮ⓓ 脉冲噪声 (Impulse Noise)：持续时间很短，但声压级瞬时突变的噪声，例如，爆炸声、枪炮声、撞击声等。

③ 持续时间 (Duration)：描述噪声或振动持续存在的时间长度。持续时间对于评价噪声和振动的累积效应非常重要。例如，长时间暴露在高噪声环境中，即使噪声强度不高，也可能对听力造成损害。

④ 发生频率 (Occurrence Frequency)：对于间断噪声或脉冲噪声，发生频率描述了噪声事件在单位时间内发生的次数。发生频率越高，噪声的累积效应越明显。

⑤ 时间计权 (Time Weighting)：在噪声测量仪器中，为了模拟人耳对声音时间特性的反应，通常设置时间计权。常用的时间计权有 “快 (Fast)”、 “慢 (Slow)” 和 “脉冲 (Impulse)” 三种。“快” 计权时间常数为 125 ms，模拟人耳对瞬时声音的反应；“慢” 计权时间常数为 1 s，模拟人耳对平均声音的反应；“脉冲” 计权用于测量脉冲噪声。

理解噪声和振动的时间特性，有助于选择合适的评价指标和控制策略。例如，对于稳态噪声，可以采用等效连续声级 \(L_{eq}\) 进行评价；对于脉冲噪声，需要考虑峰值声压级和脉冲持续时间。对于间断噪声，可以采取时间分割控制或间歇运行等措施。

8.3 噪声与振动的危害 (Hazards of Noise and Vibration)

本节详细阐述噪声与振动对人类健康、环境以及建筑物和设备的危害，强调噪声与振动控制的重要性。

8.3.1 对人体健康的影响 (Effects on Human Health)

噪声和振动对人体健康产生多方面的负面影响，包括听觉系统、神经系统、心血管系统、内分泌系统等。

① 听觉系统损害 (Auditory System Damage)：
▮▮▮▮ⓑ 噪声性耳聋 (Noise-induced Hearing Loss, NIHL)：长期暴露在高强度噪声环境中，导致听觉细胞损伤，引起听力下降甚至耳聋。噪声性耳聋通常是渐进性的、不可逆的。高频听力首先受损，表现为高频听力下降，进而影响言语识别能力。
▮▮▮▮ⓒ 听觉疲劳 (Auditory Fatigue)：短时间暴露于中等强度噪声后，听力暂时下降，经过休息后可以恢复。但长期反复的听觉疲劳可能发展为永久性听力损失。
▮▮▮▮ⓓ 耳鸣 (Tinnitus)：噪声刺激可能引起耳鸣，表现为耳内嗡嗡声、铃声、嘶嘶声等。耳鸣可能是短暂的，也可能是持续性的，严重影响生活质量。
▮▮▮▮ⓔ 听觉过敏 (Hyperacusis)：对日常声音异常敏感，感觉声音过响、刺耳，甚至引起疼痛。

② 神经系统影响 (Nervous System Effects)：
▮▮▮▮ⓑ 神经衰弱 (Neurasthenia)：噪声刺激可能引起神经衰弱综合征，表现为头痛、头晕、失眠、多梦、易怒、注意力不集中、记忆力下降、反应迟钝等。
▮▮▮▮ⓒ 情绪障碍 (Emotional Disorders)：噪声可能引起烦躁、焦虑、紧张、抑郁等负面情绪，长期暴露于噪声环境中可能导致情绪障碍。
▮▮▮▮ⓓ 应激反应 (Stress Response)：噪声作为一种应激源，可以引起人体产生应激反应，导致皮质醇等应激激素分泌增加，长期应激可能损害心血管系统和免疫系统。

③ 心血管系统影响 (Cardiovascular System Effects)：
▮▮▮▮ⓑ 血压升高 (Blood Pressure Elevation)：噪声刺激可能引起血压暂时升高，长期暴露于高噪声环境中可能导致高血压风险增加。
▮▮▮▮ⓒ 心率加快 (Heart Rate Increase)：噪声刺激可能引起心率加快，长期暴露于噪声环境中可能增加心脏负担。
▮▮▮▮ⓓ 心律失常 (Arrhythmia)：噪声可能诱发心律失常，对于心血管疾病患者，噪声可能加重病情。

④ 内分泌系统影响 (Endocrine System Effects)：
▮▮▮▮ⓑ 内分泌紊乱 (Endocrine Disorder)：噪声可能影响内分泌系统功能，导致激素分泌紊乱，例如，甲状腺激素、肾上腺素、性激素等。
▮▮▮▮ⓒ 免疫功能下降 (Immune Function Decline)：长期暴露于噪声环境中可能导致免疫功能下降，增加感染疾病的风险。

⑤ 其他健康影响 (Other Health Effects)：
▮▮▮▮ⓑ 消化系统功能紊乱 (Digestive System Dysfunction)：噪声可能影响消化系统功能，引起食欲不振、消化不良、胃肠功能紊乱等。
▮▮▮▮ⓒ 睡眠障碍 (Sleep Disturbance)：噪声是影响睡眠质量的重要因素，可能导致入睡困难、易醒、早醒、睡眠深度变浅等，长期睡眠障碍影响身心健康。
▮▮▮▮ⓓ 影响儿童发育 (Impact on Children's Development)：儿童对噪声更为敏感，长期暴露于噪声环境中可能影响儿童的听力发育、语言发育、认知发育和行为发育。
▮▮▮▮ⓔ 影响孕妇和胎儿 (Impact on Pregnant Women and Fetuses)：孕妇长期暴露于高噪声环境中可能增加妊娠并发症的风险，噪声也可能对胎儿的听力发育和神经系统发育产生不利影响。

振动对人体健康的影响主要表现为振动病 (Vibration Disease)，长期从事接触全身振动或局部振动作业的人员，可能患上振动病。振动病主要表现为神经系统、骨骼肌肉系统、心血管系统和内分泌系统的功能障碍。

8.3.2 对环境的影响 (Effects on the Environment)

噪声和振动不仅对人类健康有危害，也对环境产生多方面的影响，包括生态环境和社会环境。

① 对动物的影响 (Effects on Animals)：
▮▮▮▮ⓑ 干扰动物行为 (Disturbance of Animal Behavior)：噪声可能干扰动物的觅食、求偶、繁殖、迁徙等行为，影响动物的生存和繁衍。例如，交通噪声可能干扰鸟类的鸣叫和交流，工业噪声可能影响海洋哺乳动物的声呐定位。
▮▮▮▮ⓒ 改变动物栖息地 (Alteration of Animal Habitat)：持续的噪声和振动可能迫使动物迁离原有栖息地，改变动物的分布格局和种群结构。例如，施工噪声可能导致野生动物逃离施工区域。
▮▮▮▮ⓓ 损害动物生理功能 (Damage to Animal Physiological Functions)：高强度噪声和振动可能损害动物的听觉系统、神经系统、免疫系统等生理功能，甚至导致动物死亡。例如，水下爆破可能对鱼类和海洋哺乳动物造成致命伤害。

② 对植物的影响 (Effects on Plants)：
▮▮▮▮ⓑ 影响植物生长 (Impact on Plant Growth)：高强度振动可能影响植物的根系生长和水分吸收，噪声也可能通过影响授粉昆虫的行为间接影响植物的繁殖。
▮▮▮▮ⓒ 破坏植被 (Damage to Vegetation)：爆破振动可能直接破坏植被，导致土壤松动和水土流失。

③ 对生态系统的影响 (Effects on Ecosystems)：
▮▮▮▮ⓑ 破坏生态平衡 (Disruption of Ecological Balance)：噪声和振动对不同生物的影响程度不同，可能导致生态系统中物种间竞争关系和捕食关系的改变，破坏生态平衡。
▮▮▮▮ⓒ 降低生物多样性 (Reduction of Biodiversity)：噪声和振动可能导致某些敏感物种迁离或数量减少，降低区域生物多样性。

④ 对社会环境的影响 (Effects on Social Environment)：
▮▮▮▮ⓑ 降低生活质量 (Reduction of Quality of Life)：噪声干扰人们的休息、睡眠、学习和工作，降低生活质量，影响幸福感。
▮▮▮▮ⓒ 影响工作效率 (Impact on Work Efficiency)：噪声干扰工作场所的正常交流和思考，降低工作效率，增加工作失误率。
▮▮▮▮ⓓ 引发社会矛盾 (Induction of Social Conflicts)：噪声污染可能引发居民投诉、邻里纠纷、环境群体性事件等社会矛盾，影响社会和谐稳定。
▮▮▮▮ⓔ 损害文化遗产 (Damage to Cultural Heritage)：振动可能加速古建筑、文物古迹的结构老化和损坏，噪声也可能干扰文化活动的正常进行。

8.3.3 对建筑物和设备的影响 (Effects on Buildings and Equipment)

振动和噪声（特别是强噪声）对建筑物和设备也可能造成损害。

① 对建筑物的影响 (Effects on Buildings)：
▮▮▮▮ⓑ 结构损伤 (Structural Damage)：强烈的振动，如爆破振动、地震振动等，可能导致建筑物结构开裂、变形、甚至倒塌。长期累积的微小振动也可能加速建筑物结构的疲劳损伤。
▮▮▮▮ⓒ 功能性影响 (Functional Impact)：振动可能影响建筑物的正常使用功能，例如，精密仪器设备无法在振动环境下正常工作，住宅建筑振动过大会影响居住舒适性。
▮▮▮▮ⓓ 二次噪声 (Secondary Noise)：建筑物结构受振动激励后，可能产生二次噪声，加剧噪声污染。

② 对设备的影响 (Effects on Equipment)：
▮▮▮▮ⓑ 设备故障 (Equipment Failure)：振动可能导致机械设备零部件松动、磨损、疲劳断裂，加速设备老化，降低设备寿命，甚至导致设备故障。
▮▮▮▮ⓒ 性能下降 (Performance Degradation)：振动可能影响精密仪器设备的测量精度和工作稳定性，降低设备性能。
▮▮▮▮ⓓ 噪声放大 (Noise Amplification)：设备结构受振动激励后，可能产生共振，放大噪声辐射。

③ 对管线的影响 (Effects on Pipelines)：
▮▮▮▮ⓑ 管线破裂 (Pipeline Rupture)：地基振动可能导致地下管线变形、移位、甚至破裂，引发泄漏事故。
▮▮▮▮ⓒ 管线噪声 (Pipeline Noise)：流体在管道中流动产生的振动和噪声，可能通过管道系统传播，影响周边环境。

认识到噪声和振动的多方面危害，是推动噪声与振动控制的根本动力。有效的噪声与振动控制措施，不仅可以保护人类健康，改善环境质量，也可以保障社会经济的可持续发展。

8.4 噪声控制技术 (Noise Control Technologies)

本节介绍各种噪声控制技术，主要从声源控制、传播途径控制和接收者防护三个方面进行阐述。

8.4.1 声源控制 (Source Control)

声源控制是指从噪声产生的源头采取措施，降低声源的噪声辐射强度。这是最根本、最有效的噪声控制方法。

① 改进工艺和设备 (Improvement of Processes and Equipment)：
▮▮▮▮ⓑ 选用低噪声设备 (Selection of Low-noise Equipment)：在设备选型阶段，优先选用噪声较低的设备，例如，选用低噪声风机、水泵、空压机等。
▮▮▮▮ⓒ 改进设备结构设计 (Improvement of Equipment Structural Design)：优化设备结构设计，减少机械振动和摩擦，降低空气动力性噪声，例如，采用平衡性好的转子、减振轴承、低噪声风叶等。
▮▮▮▮ⓓ 优化工艺流程 (Optimization of Process Flow)：改进生产工艺流程，减少或避免产生高噪声的工艺环节，例如，采用无冲击或低冲击的加工工艺，代替高噪声的破碎、研磨工艺。
▮▮▮▮ⓔ 设备维护保养 (Equipment Maintenance)：加强设备的维护保养，及时润滑、紧固、更换磨损部件，保持设备良好的运行状态，减少因设备故障或老化产生的噪声。

② 降低振动 (Vibration Reduction)：
▮▮▮▮ⓑ 动平衡 (Dynamic Balancing)：对于旋转机械，进行动平衡校正，减少因转子不平衡引起的振动和噪声。
▮▮▮▮ⓒ 隔振 (Vibration Isolation)：在设备和基础之间设置隔振器，例如，弹簧隔振器、橡胶隔振器、空气隔振器等，减少振动传递。
▮▮▮▮ⓓ 阻尼 (Damping)：在设备结构上增加阻尼材料或阻尼结构，例如，阻尼涂层、阻尼垫、阻尼板等，消耗振动能量，降低噪声辐射。

③ 降低流体噪声 (Reduction of Fluid Noise)：
▮▮▮▮ⓑ 降低流速 (Reduction of Flow Velocity)：降低气体或液体在管道中的流速，可以有效降低流体噪声，例如，增大管道直径，减小泵或风机的转速。
▮▮▮▮ⓒ 优化管道设计 (Optimization of Pipeline Design)：优化管道走向、弯头角度、阀门类型等，减少流体扰动和湍流，降低流体噪声。
▮▮▮▮ⓓ 消声器 (Muffler)：在排气口、进气口等处安装消声器，例如，阻性消声器、抗性消声器、复合式消声器等，降低空气动力性噪声。

④ 控制电磁噪声 (Control of Electromagnetic Noise)：
▮▮▮▮ⓑ 选用低噪声电机 (Selection of Low-noise Motors)：选用低噪声电机，例如，采用变频电机、永磁同步电机等。
▮▮▮▮ⓒ 屏蔽 (Shielding)：对电机、变压器等电气设备进行屏蔽，减少电磁辐射噪声。
▮▮▮▮ⓓ 减振 (Vibration Reduction)：对电机、变压器等电气设备采取减振措施，降低结构振动噪声。

声源控制是噪声控制的首选方法，从源头降低噪声产生，可以最大限度地减少噪声污染。但在实际工程中，声源控制往往受到技术和经济条件的限制，需要与其他噪声控制措施结合使用。

8.4.2 传播途径控制 (Path Control)

传播途径控制是指在噪声从声源传播到接收者的过程中，采取措施阻止或衰减噪声的传播。

① 隔声 (Sound Insulation)：利用隔声结构，例如，隔声墙、隔声门窗、隔声罩、隔声间等，阻挡噪声传播。隔声效果主要取决于隔声结构的质量、密闭性和频率特性。
▮▮▮▮ⓑ 隔声墙 (Sound Insulation Wall)：用于阻挡噪声传播的墙体结构，通常采用高密度材料，如砖墙、混凝土墙、钢板等。
▮▮▮▮ⓒ 隔声门窗 (Sound Insulation Doors and Windows)：用于隔绝门窗缝隙噪声传播的门窗，通常采用双层或多层玻璃、密封条、吸声材料等。
▮▮▮▮ⓓ 隔声罩 (Sound Insulation Enclosure)：将噪声源封闭起来的罩体结构，例如，机器设备隔声罩、空压机隔声罩等。
▮▮▮▮ⓔ 隔声间 (Sound Insulation Room)：用于提供安静环境的房间，例如，录音室、控制室、休息室等。

② 吸声 (Sound Absorption)：利用吸声材料，例如，吸声板、吸声吊顶、吸声尖劈、吸声体等，吸收声能，减少声波反射，降低室内混响声和噪声强度。吸声效果主要取决于吸声材料的吸声系数和频率特性。
▮▮▮▮ⓑ 吸声板 (Sound Absorption Panel)：常用的吸声材料制品，如穿孔板吸声板、矿棉吸声板、玻璃棉吸声板、聚酯纤维吸声板等。
▮▮▮▮ⓒ 吸声吊顶 (Sound Absorption Ceiling)：安装在天花板上的吸声结构，用于降低室内混响声。
▮▮▮▮ⓓ 吸声尖劈 (Sound Absorption Wedge)：用于消声室等高吸声环境的吸声结构，具有优异的吸声性能。
▮▮▮▮ⓔ 吸声体 (Sound Absorption Baffle)：悬挂在空间中的吸声构件，用于增加空间吸声量。

③ 消声 (Muffling)：利用消声器，降低空气动力性噪声的传播。消声器主要用于管道、通风口、排气口等处的噪声控制。
▮▮▮▮ⓑ 阻性消声器 (Dissipative Muffler)：利用多孔吸声材料吸收声能的消声器，适用于中高频噪声控制。
▮▮▮▮ⓒ 抗性消声器 (Reactive Muffler)：利用声波在管道中反射、干涉原理消声的消声器，适用于低频噪声控制。
▮▮▮▮ⓓ 复合式消声器 (Composite Muffler)：综合利用阻性消声和抗性消声原理的消声器，具有较宽的消声频带。

④ 绿化 (Greening)：利用绿化带、树林等植物屏障，吸收和散射声能，降低噪声传播。绿化降噪效果受到植物种类、密度、宽度、高度等因素的影响，对高频噪声效果较好，对低频噪声效果有限。

传播途径控制是在无法有效进行声源控制的情况下，降低噪声影响的重要手段。隔声、吸声、消声和绿化等措施可以单独使用，也可以组合使用，以达到最佳的噪声控制效果。

8.4.3 接收者防护 (Receiver Control)

接收者防护是指在噪声传播到接收者后，采取措施保护接收者免受噪声危害。这是噪声控制的最后一道防线，适用于无法有效进行声源控制和传播途径控制的场合。

① 个人防护用品 (Personal Protective Equipment, PPE)：
▮▮▮▮ⓑ 耳塞 (Earplugs)：插入外耳道，封闭外耳道，阻止噪声进入内耳，适用于高噪声环境下的个人听力防护。耳塞种类多样，包括泡棉耳塞、硅胶耳塞、定制耳塞等。
▮▮▮▮ⓒ 耳罩 (Earmuffs)：罩住整个耳廓，利用罩壳和密封垫形成封闭空间，阻止噪声传入，适用于高噪声环境下的听力防护。耳罩比耳塞的隔声效果更好，佩戴舒适性稍差。
▮▮▮▮ⓓ 防噪声头盔 (Noise-reducing Helmet)：集耳罩、面罩、安全帽等功能于一体的防护头盔，适用于特殊作业环境下的噪声防护。

② 合理安排作息时间 (Reasonable Arrangement of Work and Rest Time)：
▮▮▮▮ⓑ 减少噪声暴露时间 (Reduction of Noise Exposure Time)：在高噪声环境下工作的人员，应尽量缩短工作时间，减少噪声累积暴露量。
▮▮▮▮ⓒ 轮班工作 (Shift Work)：在高噪声岗位实行轮班工作制，避免长时间连续暴露于噪声环境。
▮▮▮▮ⓓ 工间休息 (Work Breaks)：在噪声作业期间，安排工间休息，让听觉器官得到恢复。

③ 健康监护 (Health Monitoring)：
▮▮▮▮ⓑ 听力检查 (Hearing Test)：对长期接触噪声的人员进行定期听力检查，早期发现听力损失，及时采取干预措施。
▮▮▮▮ⓒ 职业健康体检 (Occupational Health Checkup)：将噪声作业列入职业健康检查项目，全面评估噪声对劳动者健康的影响。
▮▮▮▮ⓓ 健康教育 (Health Education)：加强噪声危害健康知识的宣传教育，提高劳动者的噪声防护意识和自我保护能力。

接收者防护是噪声控制的补充措施，不能从根本上解决噪声污染问题。在噪声控制工作中，应优先采用声源控制和传播途径控制措施，将接收者防护作为最后的保障手段。

8.5 振动控制技术 (Vibration Control Technologies)

本节介绍各种振动控制技术，主要从振源控制、传播途径控制和接收者防护三个方面进行阐述。振动控制技术与噪声控制技术有相似之处，但也存在一些差异。

8.5.1 振源控制 (Source Control)

振源控制是指从振动产生的源头采取措施，降低振源的振动强度。这是最根本、最有效的振动控制方法。

① 动平衡 (Dynamic Balancing)：
▮▮▮▮ⓑ 转子动平衡 (Rotor Dynamic Balancing)：对于旋转机械，如电机、风机、水泵等，进行转子动平衡校正，消除或减小转子的不平衡量，降低旋转引起的振动。
▮▮▮▮ⓒ 整机动平衡 (Machine Dynamic Balancing)：对于整机设备，进行整机动平衡校正，综合平衡各部件的质量分布，降低整机振动。

② 减小激振力 (Reduction of Excitation Force)：
▮▮▮▮ⓑ 优化运动参数 (Optimization of Motion Parameters)：优化机械设备的运动参数，如降低转速、减小冲击力等，减小激振力。
▮▮▮▮ⓒ 改善加工精度 (Improvement of Machining Accuracy)：提高零部件的加工精度，减小配合间隙和摩擦，降低机械振动。
▮▮▮▮ⓓ 选用低振动设备 (Selection of Low-vibration Equipment)：在设备选型阶段，优先选用振动较低的设备，例如，低振动电机、低振动泵等。

③ 隔振 (Vibration Isolation)：
▮▮▮▮ⓑ 弹性支承 (Elastic Support)：将振动设备安装在弹性支承上，例如，弹簧、橡胶、空气弹簧等，降低振动传递到基础。
▮▮▮▮ⓒ 隔振基础 (Vibration Isolation Foundation)：为振动设备设置专门的隔振基础，例如，惯性基础、减振台等，隔离振动。

④ 阻尼减振 (Damping Vibration Reduction)：
▮▮▮▮ⓑ 阻尼材料 (Damping Materials)：在设备结构上粘贴或涂覆阻尼材料，如阻尼橡胶、阻尼涂料、阻尼毡等，消耗振动能量，降低结构振动。
▮▮▮▮ⓒ 阻尼结构 (Damping Structures)：采用阻尼结构设计，例如，夹层阻尼结构、液体阻尼器、摩擦阻尼器等，增加结构阻尼，减小振动。

振源控制是振动控制的首选方法，从源头降低振动产生，可以最大限度地减少振动污染。

8.5.2 传播途径控制 (Path Control)

传播途径控制是指在振动从振源传播到接收点的过程中，采取措施阻止或衰减振动的传播。

① 隔振沟 (Vibration Isolation Trench)：在地面或地下设置隔振沟，阻断地面振动传播。隔振沟的深度、宽度、填充材料等参数对隔振效果有重要影响。
▮▮▮▮ⓑ 明沟隔振 (Open Trench Vibration Isolation)：开挖不填充的沟槽，利用沟槽的空隙反射和散射振动波。
▮▮▮▮ⓒ 填充隔振沟 (Filled Trench Vibration Isolation)：在沟槽中填充吸振材料，如泡沫混凝土、橡胶颗粒等，增强隔振效果。

② 隔振墙 (Vibration Isolation Wall)：在地下设置隔振墙，阻挡地下振动传播。隔振墙的材料、深度、厚度等参数对隔振效果有影响。
▮▮▮▮ⓑ 混凝土隔振墙 (Concrete Vibration Isolation Wall)：采用混凝土浇筑的隔振墙，具有较好的隔振效果和耐久性。
▮▮▮▮ⓒ 板桩隔振墙 (Sheet Pile Vibration Isolation Wall)：采用钢板桩或塑料板桩插入地下的隔振墙，施工方便快捷。

③ 减振带 (Vibration Reduction Zone)：在振动源和保护对象之间设置减振带，通过增加传播距离和介质阻尼，衰减振动能量。减振带可以是绿化带、空旷地带、或 специально设计的减振结构。

④ 建筑结构减振 (Building Structure Vibration Reduction)：
▮▮▮▮ⓑ 弹性连接 (Elastic Connection)：在建筑物结构的关键部位，如梁、柱、墙体连接处，采用弹性连接件，减少振动传递。
▮▮▮▮ⓒ 设置伸缩缝 (Setting Expansion Joints)：在建筑物结构中设置伸缩缝，将建筑物分割成独立的振动单元，减少振动传播。
▮▮▮▮ⓓ 加强结构阻尼 (Enhancing Structural Damping)：在建筑物结构中采用阻尼材料或阻尼结构，增加结构阻尼，减小振动响应。

传播途径控制是振动控制的重要手段，可以有效降低振动对周边环境和建筑物的影响。隔振沟、隔振墙、减振带和建筑结构减振等措施，可以根据具体的振动传播途径和保护目标选择应用。

8.5.3 接收者防护 (Receiver Control)

接收者防护是指在振动传播到接收者后，采取措施保护接收者免受振动危害。

① 人体防护 (Human Body Protection)：
▮▮▮▮ⓑ 减振手套 (Anti-vibration Gloves)：对于手传振动，佩戴减振手套可以减轻手部振动暴露，预防振动病。
▮▮▮▮ⓒ 减振鞋垫 (Anti-vibration Insoles)：对于全身振动，使用减振鞋垫可以减轻足部振动暴露。
▮▮▮▮ⓓ 减振座椅 (Anti-vibration Seats)：对于车辆驾驶员或操作员，使用减振座椅可以减轻全身振动暴露。

② 建筑减振 (Building Vibration Reduction)：
▮▮▮▮ⓑ 基础隔振 (Foundation Vibration Isolation)：对建筑物整体进行基础隔振，例如，采用桩基隔振、筏板隔振等，适用于对振动敏感的建筑物，如精密仪器实验室、医院、住宅等。
▮▮▮▮ⓒ 楼层减振 (Floor Vibration Reduction)：对建筑物楼层进行减振处理，例如，铺设弹性地面、设置浮筑楼板等，提高楼层隔振性能。

③ 精密设备减振 (Precision Equipment Vibration Reduction)：
▮▮▮▮ⓑ 减振平台 (Vibration Isolation Platform)：为精密仪器设备设置减振平台，例如，空气减振平台、主动减振平台等，提供稳定的低振动环境。
▮▮▮▮ⓒ 减振基座 (Vibration Isolation Base)：将精密设备安装在减振基座上，隔离外部振动干扰。

接收者防护是振动控制的补充措施，主要用于保护人体健康和精密设备正常运行。在振动控制工作中，应优先采用振源控制和传播途径控制措施，将接收者防护作为最后的保障手段。

8.6 噪声与振动管理 (Noise and Vibration Management)

本节介绍噪声与振动管理的相关内容，包括标准与法规、监测与评价以及综合防治措施。

8.6.1 标准与法规 (Standards and Regulations)

为了规范噪声与振动污染防治工作，各国和地区都制定了相应的标准与法规。

① 噪声标准 (Noise Standards)：
▮▮▮▮ⓑ 环境噪声质量标准 (Environmental Noise Quality Standards)：规定不同功能区（如居民区、工业区、商业区、交通干线两侧等）的环境噪声限值，例如，中国的《声环境质量标准》(GB 3096)。
▮▮▮▮ⓒ 工业企业厂界环境噪声排放标准 (Environmental Noise Emission Standards for Boundary of Industrial Enterprises)：规定工业企业厂界噪声排放限值，例如，中国的《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348)。
▮▮▮▮ⓓ 建筑施工场界环境噪声排放标准 (Environmental Noise Emission Standards for Construction Site Boundary)：规定建筑施工场界噪声排放限值，例如，中国的《建筑施工场界环境噪声排放标准》(GB 12523)。
▮▮▮▮ⓔ 社会生活环境噪声排放标准 (Emission Standard for Community Noise)：规定商业经营活动、文化娱乐活动、交通运输等社会生活噪声排放限值，例如，中国的《社会生活环境噪声排放标准》(GB 22337)。
▮▮▮▮ⓕ 职业接触限值 (Occupational Exposure Limits, OELs)：规定工作场所噪声职业接触限值，保障劳动者听力健康，例如，中国的《工作场所有害因素职业接触限值 第2部分：物理因素》(GBZ 2.2)。

② 振动标准 (Vibration Standards)：
▮▮▮▮ⓑ 城市区域环境振动标准 (Environmental Vibration Standards for Urban Area)：规定城市区域环境振动限值，例如，中国的《城市区域环境振动标准》(GB 10070)。
▮▮▮▮ⓒ 工业企业厂界环境振动标准 (Environmental Vibration Standards for Boundary of Industrial Enterprises)：规定工业企业厂界振动限值，例如，中国的《工业企业厂界环境振动标准》(GB 12349)。
▮▮▮▮ⓓ 建筑工程施工场界振动标准 (Vibration Standard for Limits and Measurement Methods of Building Construction Site)：规定建筑施工场界振动限值，例如，中国的《建筑工程施工场界振动限值与测量方法》（JGJ/T 170）。
▮▮▮▮ⓔ 职业接触限值 (Occupational Exposure Limits, OELs)：规定工作场所振动职业接触限值，保障劳动者身体健康，例如，中国的《工作场所有害因素职业接触限值 第2部分：物理因素》(GBZ 2.2)。

③ 法规 (Regulations)：
▮▮▮▮ⓑ 环境保护法 (Environmental Protection Law)：各国的环境保护基本法，对噪声与振动污染防治做出原则性规定。
▮▮▮▮ⓒ 环境噪声污染防治法 (Law on the Prevention and Control of Environmental Noise Pollution)：专门针对环境噪声污染防治的法律，例如，中国的《中华人民共和国环境噪声污染防治法》。
▮▮▮▮ⓓ 固体废物污染环境防治法 (Law on the Prevention and Control of Environmental Pollution by Solid Waste)：涉及固体废物处理处置过程中的噪声与振动污染防治。
▮▮▮▮ⓔ 其他相关法规 (Other Relevant Regulations)：如城市规划法、建筑法、安全生产法等，也可能涉及噪声与振动管理内容。

噪声与振动标准和法规是开展噪声与振动管理工作的法律依据和技术规范，必须严格遵守和执行。

8.6.2 监测与评价 (Monitoring and Assessment)

噪声与振动监测与评价是噪声与振动管理的重要环节，为污染防治提供科学依据。

① 噪声监测 (Noise Monitoring)：
▮▮▮▮ⓑ 环境噪声监测 (Environmental Noise Monitoring)：对环境噪声水平进行监测，评价声环境质量，为环境管理和规划提供数据支持。监测点位通常包括居民区、工业区、交通干线两侧、敏感建筑物等。监测指标主要为等效连续声级 \(L_{eq}\)、昼间声级、夜间声级等。
▮▮▮▮ⓒ 工业企业厂界噪声监测 (Industrial Enterprise Boundary Noise Monitoring)：对工业企业厂界噪声排放情况进行监测，判断是否符合排放标准。监测点位通常设置在厂界外 1 米处。监测指标为等效连续声级 \(L_{eq}\)。
▮▮▮▮ⓓ 建筑施工场界噪声监测 (Construction Site Boundary Noise Monitoring)：对建筑施工场界噪声排放情况进行监测，判断是否符合排放标准。监测点位通常设置在施工场界外。监测指标为等效连续声级 \(L_{eq}\)、最大声级 \(L_{max}\)。
▮▮▮▮ⓔ 职业噪声监测 (Occupational Noise Monitoring)：对工作场所噪声水平进行监测，评价劳动者噪声暴露情况，为职业健康管理提供依据。监测点位通常设置在工作岗位附近。监测指标为个体噪声暴露量、工作场所噪声声级分布等。

② 振动监测 (Vibration Monitoring)：
▮▮▮▮ⓑ 环境振动监测 (Environmental Vibration Monitoring)：对环境振动水平进行监测，评价振动环境质量。监测点位通常包括居民区、工业区、交通干线两侧、敏感建筑物等。监测指标为振动加速度级 \(L_a\)、振动速度级 \(L_v\)、振动频率等。
▮▮▮▮ⓒ 工业企业厂界振动监测 (Industrial Enterprise Boundary Vibration Monitoring)：对工业企业厂界振动排放情况进行监测，判断是否符合排放标准。监测点位通常设置在厂界外。监测指标为振动加速度级 \(L_a\)、振动速度级 \(L_v\)。
▮▮▮▮ⓓ 建筑施工场界振动监测 (Construction Site Boundary Vibration Monitoring)：对建筑施工场界振动排放情况进行监测，判断是否符合排放标准。监测点位通常设置在施工场界外。监测指标为振动速度峰值、振动频率等。
▮▮▮▮ⓔ 职业振动监测 (Occupational Vibration Monitoring)：对工作场所振动水平进行监测，评价劳动者振动暴露情况，为职业健康管理提供依据。监测点位通常设置在工作岗位附近。监测指标为全身振动暴露量、局部振动暴露量等。

③ 评价方法 (Assessment Methods)：
▮▮▮▮ⓑ 标准对比评价 (Standard Comparison Assessment)：将监测结果与相关标准限值进行对比，判断是否达标。
▮▮▮▮ⓒ 现状评价 (Current Status Assessment)：分析噪声与振动污染现状，识别污染问题和重点区域。
▮▮▮▮ⓓ 影响评价 (Impact Assessment)：评估噪声与振动污染对人体健康、环境和社会经济的潜在影响。
▮▮▮▮ⓔ 综合评价 (Comprehensive Assessment)：综合考虑噪声与振动污染的强度、范围、频率特性、时间特性等因素，进行综合评价。

噪声与振动监测应采用规范的监测方法和仪器设备，保证监测数据的准确性和可靠性。评价结果应客观、公正、科学，为政府决策、企业管理和公众参与提供支持。

8.6.3 综合防治措施 (Comprehensive Prevention and Control Measures)

噪声与振动污染防治是一项系统工程，需要采取综合防治措施，才能取得良好效果。

① 规划控制 (Planning Control)：
▮▮▮▮ⓑ 城市规划 (Urban Planning)：在城市规划中，合理划分功能区，将噪声敏感建筑物（如住宅、学校、医院等）与噪声源（如工业区、交通干线等）保持适当距离，设置绿化隔离带，从源头上减少噪声影响。
▮▮▮▮ⓒ 土地利用规划 (Land Use Planning)：在土地利用规划中，合理布局工业企业、交通设施等，避免噪声敏感区域与高噪声区域相邻。
▮▮▮▮ⓓ 交通规划 (Traffic Planning)：优化交通路网，合理组织交通流，减少交通拥堵和噪声。发展公共交通，限制高噪声车辆通行。

② 源头控制 (Source Control)：
▮▮▮▮ⓑ 产业结构调整 (Industrial Structure Adjustment)：调整产业结构，发展低噪声、低振动产业，限制高噪声、高振动产业发展。
▮▮▮▮ⓒ 技术改造 (Technological Transformation)：推动企业进行技术改造，采用低噪声、低振动工艺和设备，从源头降低噪声和振动产生。
▮▮▮▮ⓓ 清洁生产 (Cleaner Production)：推行清洁生产，减少生产过程中的噪声和振动排放。

③ 工程控制 (Engineering Control)：
▮▮▮▮ⓑ 噪声控制工程 (Noise Control Engineering)：实施噪声控制工程，如隔声、吸声、消声、隔振等，降低噪声和振动传播。
▮▮▮▮ⓒ 交通噪声控制 (Traffic Noise Control)：建设声屏障、隔声窗、降噪路面等，控制交通噪声。
▮▮▮▮ⓓ 工业噪声控制 (Industrial Noise Control)：对工业企业噪声源进行治理，如设备隔声罩、厂房隔声处理、消声器安装等。
▮▮▮▮ⓔ 建筑施工噪声控制 (Construction Noise Control)：采取施工机械降噪、临时声屏障、合理安排施工时间等措施，控制建筑施工噪声。

④ 管理控制 (Management Control)：
▮▮▮▮ⓑ 环境影响评价 (Environmental Impact Assessment, EIA)：对新建、改建、扩建项目进行环境影响评价，将噪声与振动污染防治纳入环评内容，从源头预防污染。
▮▮▮▮ⓒ 排污许可制度 (Pollutant Discharge Permit System)：实行排污许可制度，对噪声与振动排放单位核发排污许可证，规范排污行为。
▮▮▮▮ⓓ 总量控制 (Total Emission Control)：实行噪声与振动排放总量控制，控制区域噪声与振动水平。
▮▮▮▮ⓔ 执法监管 (Law Enforcement and Supervision)：加强噪声与振动污染防治执法监管，严厉打击超标排放、违法排污行为。
▮▮▮▮ⓕ 公众参与 (Public Participation)：鼓励公众参与噪声与振动污染防治工作，提高公众环保意识，发挥社会监督作用。

⑤ 经济激励政策 (Economic Incentive Policies)：
▮▮▮▮ⓑ 财政补贴 (Financial Subsidies)：对实施噪声与振动污染防治的企业和项目给予财政补贴，鼓励企业开展污染治理。
▮▮▮▮ⓒ 税收优惠 (Tax Incentives)：对采用低噪声、低振动技术和设备的企业给予税收优惠。
▮▮▮▮ⓓ 排污收费 (Pollution Discharge Fees)：实行排污收费制度，对超标排放噪声与振动的企业收取排污费，促使企业减排。

综合防治措施需要政府、企业、社会公众共同参与，协同努力，才能有效改善声环境质量，保障人民群众的身体健康和生活安宁。

9. 生态环境保护与修复 (Ecological Environment Protection and Restoration)

9.1 生态环境保护概述 (Overview of Ecological Environment Protection)

9.1.1 生态环境的重要性 (Importance of Ecological Environment)

生态环境 (ecological environment) 是指生物 (organisms) 与其周围环境相互作用形成的动态复合体，是人类赖以生存和发展的基础。生态环境的重要性体现在多个层面，包括其提供的生态系统服务 (ecosystem services)、生物多样性价值 (value of biodiversity) 以及与人类福祉 (human well-being) 的密切联系。

① 生态系统服务 (Ecosystem Services)：生态系统通过复杂的自然过程，为人类提供各种 жизненно важные 服务，这些服务通常被划分为以下几类：
▮▮▮▮ⓑ 供给服务 (Provisioning Services)：指生态系统提供的直接物质产品，如：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 食物 (food)：包括农作物、鱼类、野生动植物等，是人类生存的基本物质来源。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 淡水 (freshwater)：清洁的淡水资源 для питья, 农业灌溉 и 工业生产，维系着人类社会和经济的正常运转。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 木材和纤维 (timber and fiber)：森林和草原提供的木材、竹材、棉花等，是重要的 строительные 材料 и 工业原料。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 燃料 (fuel)：生物质能 (biomass energy) 如薪柴、秸秆以及化石燃料 (fossil fuels) 的形成都与生态系统密切相关。
▮▮▮▮ⓖ 调节服务 (Regulating Services)：指生态系统对环境的调节作用，维持地球 системы 的稳定性和宜居性，例如：
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 气候调节 (climate regulation)：森林、湿地、海洋等生态系统通过碳吸收、蒸腾作用等调节全球和区域气候，减缓气候变化 (climate change)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 空气净化 (air purification)：植被吸收空气污染物，净化空气，提供清洁的呼吸环境。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 水净化 (water purification)：湿地、森林土壤等生态系统具有天然的水过滤功能，净化水质，保障水资源安全。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 病虫害控制 (disease and pest control)：生态系统中的天敌 (natural enemies) 能够抑制病虫害的爆发，减少对农业和人类健康的威胁。
▮▮▮▮ⓛ 支持服务 (Supporting Services)：指维持其他生态系统服务的基础性自然过程，是生态系统 функционирования 的基石，包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 土壤形成 (soil formation)：土壤是植物生长的基础，生态系统参与土壤形成过程，提供肥沃的土壤 для 农业生产和生态系统 функционирования.
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 养分循环 (nutrient cycling)：生态系统中的生物地球化学循环 (biogeochemical cycles) 保证养分在生物和非生物组分之间的循环利用，维持生态系统生产力。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 初级生产力 (primary productivity)：植物通过光合作用 (photosynthesis) 将太阳能转化为化学能，是生态系统能量流动的起点，支撑着整个食物网 (food web)。
▮▮▮▮ⓟ 文化服务 (Cultural Services)：指生态系统为人类提供的非物质性利益，丰富了人类的精神文化生活，例如：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 审美价值 (aesthetic value)：自然景观 (natural landscapes) 如山川、河流、森林等具有 эстетическую привлекательность, 提升人类的生活品质。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 游憩娱乐 (recreation and tourism)：自然环境是重要的游憩场所，提供户外休闲、旅游观光的机会，促进身心健康。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 文化和精神价值 (cultural and spiritual value)：自然景观和生物多样性常常与文化传统、宗教信仰、艺术创作等紧密相连，具有重要的文化象征意义和精神寄托。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 教育和科研价值 (educational and scientific value)：自然生态系统是重要的 научные 研究基地和环境教育场所，提供认识自然、探索规律的场所。

② 生物多样性价值 (Value of Biodiversity)：生物多样性 (biodiversity) 是指地球上生命 (life) 的多样性，包括基因 (genes) 多样性、物种 (species) 多样性和生态系统 (ecosystem) 多样性。生物多样性是生态系统健康和稳定 (stability) 的基础，具有重要的生态价值、经济价值和科学文化价值。
▮▮▮▮ⓑ 生态价值 (Ecological Value)：生物多样性维持生态系统功能 (ecosystem function) 和生态平衡 (ecological balance)。复杂的食物网结构 (food web structure) 能够提高生态系统的稳定性，增强其抵抗外界干扰的能力。不同物种在生态系统中扮演着不同的角色，共同维持着生态系统的正常运转。
▮▮▮▮ⓒ 经济价值 (Economic Value)：生物多样性是重要的自然资源 (natural resources) 宝库，为人类提供食物、 лекарства, 工业原料等。许多经济作物、药用植物、畜禽品种都来源于野生生物。生物多样性还支撑着旅游业 (tourism)、生态农业 (ecological agriculture) 等产业的发展。
▮▮▮▮ⓓ 科学文化价值 (Scientific and Cultural Value)：生物多样性是 научные 研究的重要对象，对生物进化、生态学、遗传学等学科的发展具有重要意义。生物多样性还具有重要的文化价值和审美价值，丰富了人类的文化多样性 (cultural diversity) 和精神世界。

③ 与人类福祉的联系 (Relationship with Human Well-being)：健康的生态环境是人类福祉 (human well-being) 的重要保障。生态系统服务直接关系到人类的生存和发展，生物多样性为人类提供丰富的资源和文化价值。生态环境质量 ухудшение 会直接影响人类的健康、生活质量和社会经济发展。例如，环境污染 (environmental pollution) 会导致疾病 (diseases) 增加，生态系统退化 (ecosystem degradation) 会降低生态系统服务功能，自然灾害 (natural disasters) 频发会威胁人类生命财产安全。因此，保护生态环境就是保护人类自身，维护生态环境健康是实现可持续发展 (sustainable development) 的必然要求。

9.1.2 生态保护的概念与原则 (Concept and Principles of Ecological Protection)

生态保护 (ecological protection) 是指为了维护生态系统健康 (ecosystem health)、保护生物多样性 (biodiversity) 和改善生态环境质量 (ecological environment quality)，而采取的一系列措施和行动。生态保护的目标是实现人与自然和谐共生 (harmony between human and nature)，促进经济社会与环境协调发展。

① 生态保护的概念 (Concept of Ecological Protection)：生态保护涵盖了从微观到宏观、从个体到整体的多个层面。从微观层面看，生态保护关注基因和物种的保护，防止珍稀濒危物种灭绝 (extinction)。从中观层面看，生态保护注重生态系统的完整性和功能性，维护生态系统的结构和过程。从宏观层面看，生态保护着眼于区域和全球生态环境安全，应对全球性环境挑战。生态保护不仅包括对自然生态系统的保护，也包括对人工生态系统 (artificial ecosystems) 的合理管理和优化。

② 生态保护的基本原则 (Basic Principles of Ecological Protection)：生态保护应遵循以下基本原则，以确保保护措施的有效性和可持续性：
▮▮▮▮ⓑ 预防为主，保护优先原则 (Principle of Prevention First and Protection Priority)：生态保护应坚持预防为主的方针，优先采取预防措施，避免或减少生态破坏和环境污染的发生。对于已经发生的生态破坏，应积极采取修复措施，但修复的成本往往高于预防，且效果也可能有限。因此，预防是最经济、最有效的生态保护策略。
▮▮▮▮ⓒ 整体性原则 (Principle of Holism)：生态系统是一个 комплексная 整体，各组分之间相互联系、相互影响。生态保护应从整体出发，系统考虑生态系统的结构、功能和过程，避免头痛医头、脚痛医脚的片面性。例如，流域生态保护 (river basin ecological protection) 需要综合考虑上游、中游、下游的生态环境问题，以及水、土、气、生等要素之间的相互作用。
▮▮▮▮ⓓ 协调发展原则 (Principle of Coordinated Development)：生态保护不是 изолированный 的行动，而是与经济社会发展紧密相关的。生态保护应与经济发展、社会进步相协调，实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。在发展经济的同时，要充分考虑生态环境承载力 (carrying capacity)，避免以牺牲环境为代价换取经济增长。
▮▮▮▮ⓔ 公众参与原则 (Principle of Public Participation)：生态环境保护是全社会的共同责任，需要公众的广泛参与和支持。政府、企业、社会组织和公民个人都应积极参与生态保护，形成 общественный 共治的局面。公众参与可以提高生态保护的透明度和 эффективность, 促进生态保护政策的科学性和合理性。
▮▮▮▮ⓕ 可持续性原则 (Principle of Sustainability)：生态保护的根本目标是实现可持续发展。生态保护措施应具有可持续性，既要满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成 угрозу. 可持续的生态保护需要考虑经济、社会、环境的 долгосрочный 效益，实现代际公平 (intergenerational equity) 和公平 (equity)。

9.1.3 生态修复的概念与目标 (Concept and Goals of Ecological Restoration)

生态修复 (ecological restoration) 是指在生态系统遭受破坏或退化后，通过人为干预和辅助，促进生态系统恢复到健康、稳定和具有自我维持能力的状态的过程。生态修复的目标是恢复生态系统的结构、功能和生物多样性，提升生态系统服务功能，最终实现生态系统的 самовосстановление 和可持续发展。

① 生态修复的概念 (Concept of Ecological Restoration)：生态修复不是简单的植树造林或绿化 (greening)，而是 комплексная 的生态系统重建过程。生态修复不仅要恢复植被 (vegetation)，还要修复土壤 (soil)、水文 (hydrology)、生物群落 (biocommunity) 等生态系统要素，重建生态系统结构，恢复生态系统功能。生态修复强调尊重自然规律，利用自然 самовосстановление 能力，辅以必要的工程技术和管理措施，促进生态系统向 более 健全的方向发展。

② 生态修复的目标 (Goals of Ecological Restoration)：生态修复的目标可以从不同层面进行理解：
▮▮▮▮ⓑ 恢复生态系统结构 (Restoration of Ecosystem Structure)：生态修复的首要目标是恢复生态系统的基本结构，包括恢复植被类型和覆盖度 (coverage)、土壤结构和肥力 (fertility)、水文条件 (hydrological conditions)、地形地貌 (topography) 等。结构是功能的基础，只有恢复了生态系统的基本结构，才能为生态系统功能的恢复奠定基础。
▮▮▮▮ⓒ 恢复生态系统功能 (Restoration of Ecosystem Function)：生态修复的核心目标是恢复生态系统的各项功能，包括物质循环 (material cycles)、能量流动 (energy flow)、养分循环 (nutrient cycling)、水文调节 (hydrological regulation)、气候调节 (climate regulation)、生物多样性维护 (biodiversity maintenance) 等。生态系统功能的恢复是衡量生态修复成效的重要指标。
▮▮▮▮ⓓ 恢复生物多样性 (Restoration of Biodiversity)：生物多样性是生态系统健康的重要标志。生态修复应致力于恢复受损区域的生物多样性，包括物种数量 (species number)、物种组成 (species composition)、遗传多样性 (genetic diversity) 等。恢复生物多样性可以提高生态系统的稳定性和抗干扰能力。
▮▮▮▮ⓔ 提升生态系统服务功能 (Enhancement of Ecosystem Services)：生态修复的根本目的是提升生态系统服务功能，为人类提供更多的生态产品和生态服务。通过生态修复，可以改善水质 (water quality)、净化空气 (air purification)、涵养水源 (water conservation)、固碳释氧 (carbon sequestration and oxygen release)、美化环境 (environmental beautification) 等，提升区域生态环境质量和人类福祉。
▮▮▮▮ⓕ 实现生态系统 самовосстановление 和可持续发展 (Realization of Ecosystem Self-restoration and Sustainable Development)：生态修复的 конечная цель 是实现生态系统的 самовосстановление 和可持续发展。通过人为干预，引导生态系统走向良性 самовосстановление 轨道，最终使生态系统在 без внешней поддержки 的情况下，能够长期稳定 функционировать, 并持续提供生态系统服务。

9.2 生态破坏的原因 (Causes of Ecological Destruction)

9.2.1 自然因素导致的生态破坏 (Ecological Destruction Caused by Natural Factors)

自然因素 (natural factors) 导致的生态破坏主要是指由自然灾害 (natural disasters) 和自然环境变化引起的生态系统结构和功能的 разрушение 和退化。这些因素通常具有不可抗力 (force majeure) 的特点，对生态环境产生 глубокое 和 длительное 影响。

① 自然灾害 (Natural Disasters)：自然灾害是导致生态破坏的重要自然因素，主要包括：
▮▮▮▮ⓑ 地震 (Earthquakes)：地震 может 引起地表 разрушение, 山体滑坡 (landslides), 泥石流 (debris flow) 等次生灾害，直接破坏植被和土壤，改变地形地貌， разрушить 生物栖息地 (habitats)。地震还可能引发海啸 (tsunamis)，对沿海生态系统造成毁灭性打击。
▮▮▮▮ⓒ 火山爆发 (Volcanic Eruptions)：火山爆发喷出的火山灰 (volcanic ash)、火山气体 (volcanic gases) 和熔岩 (lava) 会直接 уничтожить 周围的植被和生物，污染空气和水源。火山爆发后形成的火山灰覆盖层会改变土壤性质，影响植被恢复。
▮▮▮▮ⓓ 洪水 (Floods)：洪水 может 淹没大片土地，冲毁植被，淹死动物， разрушить 土壤结构。洪水过后，土壤养分流失，水体污染，生态系统恢复需要 длительное 时间。极端洪水事件 (extreme flood events) 发生频率增加与气候变化 (climate change) 有关，加剧了生态破坏的风险。
▮▮▮▮ⓔ 干旱 (Droughts)：长期干旱会导致植被干枯死亡，土壤干裂退化，水资源短缺，生态系统生产力下降。干旱还会引发森林火灾 (forest fires)，进一步加剧生态破坏。干旱 также 影响湿地生态系统 (wetland ecosystems)，导致湿地萎缩甚至消失。
▮▮▮▮ⓕ 风暴 (Storms)：强风暴 (strong storms) 如台风 (typhoons), 飓风 (hurricanes), 龙卷风 (tornadoes) 会摧毁森林 (forests), 破坏植被，引发风暴潮 (storm surges)，淹没沿海地区。风暴还可能造成土壤侵蚀 (soil erosion)，加剧土地退化 (land degradation)。
▮▮▮▮ⓖ 森林火灾 (Forest Fires)：自然雷电 (natural lightning) 等因素 может 引发森林火灾。森林火灾烧毁植被， уничтожить 动物栖息地，释放大量温室气体 (greenhouse gases)，加剧气候变化。虽然 некоторые 生态系统 (e.g., 某些草原和森林) 对火灾具有一定的适应性，但 высокоинтенсивные 和频繁的火灾会超过生态系统的 самовосстановление 能力。

② 自然环境变化 (Natural Environmental Changes)：自然环境的 длительное 变化，如气候波动 (climate fluctuations), 地质演变 (geological evolution), 生物 естественная 演替 (natural succession) 等，也会导致生态系统发生缓慢而 постепенный 的变化，在某些情况下 может 表现为生态退化。
▮▮▮▮ⓑ 气候变化 (Climate Change)：自然气候波动是地球 системы 的固有特征。 длительное 气候变暖 (global warming), 降水模式改变 (changes in precipitation patterns), 极端天气事件 (extreme weather events) 频率增加等 может 导致植被 тип 迁移 (vegetation type migration), 物候期 (phenology) 改变, 物种分布范围 (species distribution range) 调整，甚至物种灭绝。气候变化 также 影响生态系统生产力 (ecosystem productivity) 和稳定性 (stability)。
▮▮▮▮ⓒ 地质演变 (Geological Evolution)：地质 процессы 如地壳运动 (crustal movement), 海平面变化 (sea level change), 火山活动 (volcanic activity) 等 длительное 影响着地球表面的环境条件和生态系统分布。例如，海平面上升 может 淹没沿海湿地 (coastal wetlands) 和低洼地区，改变海岸线 (coastline) 和生态系统格局 (ecosystem patterns)。
▮▮▮▮ⓓ 生物 естественная 演替 (Natural Succession)：生态系统在 без 外界干扰的情况下，会发生 естественная 演替，从 ранние 演替阶段 (early successional stages) 向 более 成熟的阶段 (mature stages) 发展。在某些情况下， естественная 演替 может 导致某些 ранние 演替阶段的生态系统 (如 草原) 向森林 (forest) 演替，导致草原生态系统面积缩小，生物多样性发生改变。但这 обычно не 被认为是生态破坏，而是生态系统 естественное 发展过程。然而，如果 естественная 演替过程受到 антропогенные 干扰 (anthropogenic disturbance) 的影响，导致生态系统功能退化，则 может 被视为生态破坏。

需要指出的是，自然因素导致的生态破坏是生态系统 естественное 动态变化的一部分。生态系统在 длительное 地质历史时期内，经历了 многочисленные 自然灾害和环境变化的考验，具备一定的 самовосстановление 能力。然而，当自然灾害强度过大、频率过高，或者 антропогенные 活动 (anthropogenic activities) 与自然因素叠加时，生态系统的 самовосстановление 能力 может 被削弱，生态破坏程度会加剧。

9.2.2 人为因素导致的生态破坏 (Ecological Destruction Caused by Anthropogenic Factors)

人为因素 (anthropogenic factors) 是当前生态破坏的主要原因，主要包括环境污染 (environmental pollution)、过度资源开发 (over-exploitation of resources)、栖息地破坏 (habitat destruction) 和 气候变化加剧 (exacerbated climate change) 等。这些因素直接或间接地破坏生态系统结构和功能，威胁生物多样性， ухудшают 生态环境质量。

① 环境污染 (Environmental Pollution)：环境污染是 антропогенные 活动 (anthropogenic activities) 产生的污染物 (pollutants) 进入生态环境，超过环境 самоочищение 能力，导致环境质量 ухудшение, 进而破坏生态系统的过程。主要环境污染类型包括：
▮▮▮▮ⓑ 大气污染 (Air Pollution)：大气污染物 (air pollutants) 如二氧化硫 (sulfur dioxide, SO\( _2 \)), 氮氧化物 (nitrogen oxides, NO\( _x \)), 颗粒物 (particulate matter, PM), 臭氧 (ozone, O\( _3 \)) 等，通过酸雨 (acid rain), 雾霾 (smog), 温室效应 (greenhouse effect) 等途径，破坏植被 (vegetation), 污染土壤 (soil) 和水体 (water bodies), 危害生物健康 (biological health)。大气污染 также 影响生态系统功能 (ecosystem function) 和稳定性 (stability)。
▮▮▮▮ⓒ 水污染 (Water Pollution)：水污染物 (water pollutants) 如重金属 (heavy metals), 有机污染物 (organic pollutants), 营养盐 (nutrients, e.g., 氮、磷) 等，通过工业废水 (industrial wastewater), 生活污水 (domestic wastewater), 农业面源污染 (agricultural non-point source pollution) 等途径进入水体，污染地表水 (surface water) 和地下水 (groundwater)。水污染 ухудшает 水质 (water quality), 破坏水生生态系统 (aquatic ecosystems), 威胁水生生物生存 (aquatic organism survival)。水体富营养化 (eutrophication) 导致的藻类水华 (algal blooms) 严重破坏水生态系统 (aquatic ecosystems)。
▮▮▮▮ⓓ 土壤污染 (Soil Pollution)：土壤污染物 (soil pollutants) 如重金属 (heavy metals), 有机污染物 (organic pollutants), 农药 (pesticides), 化肥 (fertilizers) 等，通过工业排放 (industrial emissions), 农业活动 (agricultural activities), 固体废物 (solid waste) 堆放等途径进入土壤，污染土壤。土壤污染 ухудшает 土壤质量 (soil quality), 影响植物生长 (plant growth), 破坏土壤生态系统 (soil ecosystems), 并通过食物链 (food chain) 威胁人类健康 (human health)。
▮▮▮▮ⓔ 固体废物污染 (Solid Waste Pollution)：固体废物 (solid waste) 如城市垃圾 (municipal solid waste), 工业废渣 (industrial waste residue), 农业废弃物 (agricultural waste) 等，如果 не 妥善处理 (improperly treated), 会占用土地 (land occupation), 污染土壤 (soil), 水体 (water bodies) 和空气 (air)。 опасные 废物 (hazardous waste) 还会对生态环境和人类健康造成 более 严重的威胁。
▮▮▮▮ⓕ 噪声污染 (Noise Pollution)：噪声 (noise) 主要来源于交通运输 (transportation), 工业生产 (industrial production), 建筑施工 (construction) 等。噪声污染 对动物 (animals) 的 коммуникация, 觅食 (foraging), 繁殖 (reproduction) 等行为产生干扰，影响动物种群 (animal populations) 的生存和繁衍。 вблизи urban areas, 噪声污染 также 影响人类的生活质量 (quality of life)。
▮▮▮▮ⓖ 光污染 (Light Pollution)：光污染 (light pollution) 主要来源于城市夜景照明 (urban night lighting), 广告牌 (billboards), 体育场馆 (stadiums) 等。光污染 干扰动植物正常的昼夜节律 (circadian rhythm), 影响动物的迁徙 (migration), 繁殖 (reproduction), 捕食 (predation) 等行为。 для nocturnal animals (夜行动物), 光污染 особенно 具有负面影响。

② 过度资源开发 (Over-exploitation of Resources)：过度开发利用自然资源 (natural resources) 是导致生态破坏的另一重要人为因素。主要表现为：
▮▮▮▮ⓑ 过度捕捞 (Overfishing)：过度捕捞导致渔业资源 (fishery resources) 枯竭 (depletion), 海洋生态系统 (marine ecosystems) 食物网结构 (food web structure) 破坏, 某些鱼类种群 (fish populations) 濒临灭绝 (extinction)。破坏性捕捞方式 (destructive fishing practices), 如底拖网 (bottom trawling), 对海底栖息地 (seabed habitats) 造成严重破坏。
▮▮▮▮ⓒ 过度放牧 (Overgrazing)：过度放牧导致草原植被 (grassland vegetation) 退化 (degradation), 土壤压实 (soil compaction), 土壤侵蚀 (soil erosion), 草原生态系统功能 (grassland ecosystem function) 下降, 土地荒漠化 (desertification) 加剧。 вarid and semi-arid regions (干旱和半干旱地区), 过度放牧 是土地退化的主要驱动因素之一。
▮▮▮▮ⓓ 过度采伐 (Over-logging)：过度采伐森林 (forests) 导致森林面积 (forest area) 减少, 森林生态系统功能 (forest ecosystem function) 下降, 生物多样性丧失 (biodiversity loss), 水土流失 (soil erosion) 加剧。 热带雨林 (tropical rainforests) 的过度采伐 对全球气候变化和生物多样性保护 (biodiversity conservation) 产生深远影响。
▮▮▮▮ⓔ 过度开采矿产资源 (Over-mining of Mineral Resources)：矿产资源 (mineral resources) 的过度开采 破坏地表植被 (surface vegetation), 污染土壤 (soil) 和水体 (water bodies), 产生大量矿山废弃物 (mine waste), 破坏矿区生态环境 (ecological environment in mining areas)。 矿山 закрытие 后，如果 не 进行生态修复 (ecological restoration), 矿区生态环境难以 самовосстановление。
▮▮▮▮ⓕ 过度抽取地下水 (Over-extraction of Groundwater)：过度抽取地下水导致地下水位下降 (groundwater level decline), 地面沉降 (land subsidence), 湿地萎缩 (wetland shrinkage), 河流断流 (river flow interruption), 甚至引发海水入侵 (seawater intrusion)。 вarid and semi-arid regions (干旱和半干旱地区), 地下水 是重要的水资源 (water resource), 过度抽取 地下水 导致 воды crisis and ecological degradation.

③ 栖息地破坏 (Habitat Destruction)：栖息地 (habitat) 是生物生存和繁殖的场所。栖息地破坏 是导致生物多样性丧失 (biodiversity loss) 的最重要原因之一。主要栖息地破坏类型包括：
▮▮▮▮ⓑ 栖息地丧失 (Habitat Loss)：栖息地丧失 是指由于 антропогенные 活动 (anthropogenic activities) 导致自然栖息地面积减少，甚至完全消失。主要原因包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 土地利用变化 (Land Use Change)：城市扩张 (urban expansion), 农业开垦 (agricultural reclamation), 工业建设 (industrial construction), 交通基础设施建设 (transportation infrastructure construction) 等 导致自然栖息地 (natural habitats) 被转化为 建设用地 (construction land), 耕地 (cultivated land), 工矿用地 (industrial and mining land) 等，造成栖息地面积大幅减少。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 森林砍伐 (Deforestation)：森林砍伐 导致森林栖息地 (forest habitats) 丧失，威胁森林生物 (forest organisms) 的生存。 热带雨林 (tropical rainforests) 的 deforestation 对全球生物多样性 (global biodiversity) 影响尤为严重。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 湿地围垦 (Wetland Reclamation)：湿地围垦 导致湿地栖息地 (wetland habitats) 丧失，威胁湿地生物 (wetland organisms) 的生存。 沿海湿地 (coastal wetlands) 的围垦 还加剧了风暴潮 (storm surges) 和海平面上升 (sea level rise) 的风险。
▮▮▮▮ⓕ 栖息地 фрагментация (Habitat Fragmentation)：栖息地 фрагментация 是指将连续的自然栖息地 (natural habitats) 分割成 изолированный 的小斑块 (small patches) 的过程。 主要原因是道路 (roads), 铁路 (railways), 城市 (cities), 农田 (farmland) 等 антропогенные 设施 (anthropogenic facilities) 的建设。 栖息地 фрагментация 导致：
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 栖息地面积减小 (Reduced Habitat Area)： фрагментированные 的栖息地斑块 总面积 обычно 小于 nguyên habitat.
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 边缘效应 (Edge Effects)： 栖息地边缘 (habitat edges) 比例增加，边缘环境 (edge environment) 与 内部环境 (interior environment) 差异增大， негативно 影响 内部物种 (interior species) 的生存。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 隔离效应 (Isolation Effects)： фрагментированные 的栖息地斑块 之间相互隔离，阻碍物种的扩散 (species dispersal) 和基因交流 (gene flow), 降低物种的生存能力和 адаптивность.

④ 气候变化加剧 (Exacerbated Climate Change)： антропогенные 温室气体排放 (anthropogenic greenhouse gas emissions) 导致全球气候变暖 (global warming) 加剧，成为 глобальная 性生态破坏的重要驱动因素。气候变化加剧 主要通过以下途径影响生态环境：
▮▮▮▮ⓑ 极端天气事件 (Extreme Weather Events)：气候变化导致极端天气事件 (extreme weather events) (如热浪 (heat waves), 干旱 (droughts), 洪水 (floods), 强风暴 (strong storms)) 频率 (frequency) 和强度 (intensity) 增加，直接破坏生态系统 (ecosystems) 和生物多样性 (biodiversity)。
▮▮▮▮ⓒ 海平面上升 (Sea Level Rise)：气候变暖 导致冰川融化 (glacial melting) 和海水热膨胀 (thermal expansion of seawater), 引起海平面上升 (sea level rise), 淹没沿海湿地 (coastal wetlands) 和低洼地区 (low-lying areas), 破坏沿海生态系统 (coastal ecosystems)。
▮▮▮▮ⓓ 物候期紊乱 (Phenological Mismatches)：气候变化 导致动植物物候期 (phenology) (如开花期 (flowering time), 繁殖期 (breeding time), 迁徙期 (migration time)) 发生改变，可能导致 物候期紊乱 (phenological mismatches), 影响物种间的相互作用 (species interactions) 和生态系统功能 (ecosystem function)。
▮▮▮▮ⓔ 物种分布范围改变 (Changes in Species Distribution Ranges)：气候变化 改变物种适宜生存的 climate conditions, 导致物种分布范围 (species distribution ranges) 发生迁移 (migration)。 某些物种可能无法适应 快速的气候变化 (rapid climate change), 导致种群数量下降 (population decline) 甚至灭绝 (extinction)。
▮▮▮▮ⓕ 海洋酸化 (Ocean Acidification)：大气中二氧化碳浓度升高 (increased atmospheric carbon dioxide concentration) 导致海洋吸收更多的二氧化碳 (carbon dioxide), 引起海洋酸化 (ocean acidification), 威胁海洋生物 (marine organisms), 特别是贝壳类生物 (shellfish) 和珊瑚 (corals) 的生存。

人为因素导致的生态破坏往往具有 комплексный 性和长期性，各种因素之间相互作用、相互 усиливать, 共同导致生态环境质量 ухудшение 和生态系统服务功能下降。 解决人为因素导致的生态破坏问题，需要从源头控制污染物排放 (pollutant emissions), 合理利用自然资源 (rational utilization of natural resources), 有效保护栖息地 (effective habitat protection), 积极应对气候变化 (actively addressing climate change), 并加强生态修复 (ecological restoration) 和环境管理 (environmental management)。

9.3 生态保护技术与措施 (Ecological Protection Technologies and Measures)

9.3.1 就地保护 (In-situ Conservation)

就地保护 (in-situ conservation) 是指在生物物种 (biological species) 或生态系统 (ecosystem) 原生地 (native place) 或 естественная 环境中进行的保护措施。 就地保护 是生物多样性保护 (biodiversity conservation) 的 основной 策略，也是最有效、最根本的保护方式。 主要就地保护措施包括建立自然保护区 (nature reserves) 和 生态廊道 (ecological corridors) 等。

① 自然保护区 (Nature Reserves)：自然保护区 是指为了保护自然环境和自然资源 (natural resources), 经依法划定并进行特殊保护和管理的区域。 自然保护区 是就地保护 的核心手段，旨在保护具有代表性的自然生态系统 (natural ecosystems), 珍稀濒危野生动植物物种 (rare and endangered wild animal and plant species) 及其栖息地 (habitats)。
▮▮▮▮ⓑ 自然保护区的类型 (Types of Nature Reserves)：根据保护对象和目的不同，自然保护区 可以分为多种类型，如：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 森林生态系统自然保护区 (Forest Ecosystem Nature Reserves)： 主要保护森林生态系统 (forest ecosystems) 及其生物多样性 (biodiversity), 如长白山自然保护区 (Changbai Mountain Nature Reserve), 神农架自然保护区 (Shennongjia Nature Reserve)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 草原生态系统自然保护区 (Grassland Ecosystem Nature Reserves)： 主要保护草原生态系统 (grassland ecosystems) 及其生物多样性, 如锡林郭勒草原自然保护区 (Xilingol Grassland Nature Reserve), 呼伦贝尔草原自然保护区 (Hulunbuir Grassland Nature Reserve)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 湿地生态系统自然保护区 (Wetland Ecosystem Nature Reserves)： 主要保护湿地生态系统 (wetland ecosystems) 及其生物多样性, 如扎龙自然保护区 (Zhalong Nature Reserve), 洞庭湖自然保护区 (Dongting Lake Nature Reserve)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 荒漠生态系统自然保护区 (Desert Ecosystem Nature Reserves)： 主要保护荒漠生态系统 (desert ecosystems) 及其生物多样性, 如阿尔金山自然保护区 (Altun Mountains Nature Reserve), 罗布泊野骆驼自然保护区 (Lop Nur Wild Camel Nature Reserve)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 野生动物类型自然保护区 (Wildlife Type Nature Reserves)： 主要保护珍稀濒危野生动物 (rare and endangered wild animals) 及其栖息地, 如卧龙自然保护区 (Wolong Nature Reserve) (大熊猫 (giant panda)), 可可西里自然保护区 (Hoh Xil Nature Reserve) (藏羚羊 (Tibetan antelope))。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 野生植物类型自然保护区 (Wild Plant Type Nature Reserves)： 主要保护珍稀濒危野生植物 (rare and endangered wild plants) 及其生长环境, 如西双版纳热带雨林自然保护区 (Xishuangbanna Tropical Rainforest Nature Reserve) (热带植物 (tropical plants)), 梵净山自然保护区 (Fanjing Mountain Nature Reserve) (珙桐 (dove tree))。
▮▮▮▮ⓘ 自然保护区的功能 (Functions of Nature Reserves)：自然保护区 具有多种功能，主要包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 生物多样性保护 (Biodiversity Conservation)： 自然保护区 的首要功能是保护生物多样性, 保护珍稀濒危物种 (rare and endangered species) 及其栖息地, 维护生态系统完整性 (ecosystem integrity)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 科学研究 (Scientific Research)： 自然保护区 是重要的 научные 研究基地, 为生态学 (ecology), 生物学 (biology), 环境科学 (environmental science) 等学科的研究提供场所和素材。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 环境教育 (Environmental Education)： 自然保护区 是重要的环境教育基地, 通过科普宣传 (popular science publicity), 生态旅游 (ecotourism) 等方式, 提高公众的环保意识 (environmental awareness)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 生态系统服务 (Ecosystem Services)： 自然保护区 能够提供多种生态系统服务, 如水源涵养 (water conservation), 气候调节 (climate regulation), 土壤保持 (soil conservation), 净化空气 (air purification) 等。

② 生态廊道 (Ecological Corridors)：生态廊道 是指连接 фрагментированные 的自然栖息地斑块 (fragmented natural habitat patches), 促进物种扩散 (species dispersal) 和基因交流 (gene flow) 的通道。 生态廊道 可以是线状的 (linear), 如河流 (rivers), 绿篱 (hedgerows), 道路绿化带 (road green belts); 也可以是斑块状的 (patchy), 如小型绿地 (small green spaces), 湿地 (wetlands), 林地 (woodlands)。 生态廊道 旨在提高 фрагментированные 景观 (fragmented landscapes) 的生态连通性 (ecological connectivity)。
▮▮▮▮ⓑ 生态廊道的功能 (Functions of Ecological Corridors)：生态廊道 主要具有以下功能：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 连接栖息地斑块 (Connecting Habitat Patches)： 生态廊道 连接 изолированный 的栖息地斑块, 形成 сеть 状的生态网络 (ecological networks), 提高景观的生态连通性。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 促进物种扩散和迁移 (Promoting Species Dispersal and Migration)： 生态廊道 为物种的扩散 (dispersal) 和迁移 (migration) 提供通道, 帮助物种 преодолевать 不适宜生境 (unsuitable habitats) 的阻隔。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 提高基因交流 (Enhancing Gene Flow)： 生态廊道 促进 изолированный 种群 (isolated populations) 之间的基因交流, 提高种群的遗传多样性 (genetic diversity) 和 адаптивность.
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 提供栖息地 (Providing Habitats)： Некоторые 生态廊道 本身也 может 作为生物的栖息地, 特别是 для 某些移动性较强的物种 (highly mobile species), 如鸟类 (birds), 昆虫 (insects)。
▮▮▮▮ⓖ 生态廊道的类型 (Types of Ecological Corridors)：生态廊道 可以根据其结构和功能进行分类：
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 结构性廊道 (Structural Corridors)： 指具有明显的线状或斑块状结构的廊道, 如河流 (rivers), 绿篱 (hedgerows), 道路绿化带 (road green belts), 小型绿地 (small green spaces)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 功能性廊道 (Functional Corridors)： 指 не 具有明显的结构, 但能够发挥生态廊道功能的区域, 如 景观基质中 (landscape matrix) 相对 менее 不适宜生境 (less unsuitable habitats) 的区域, 对于某些物种 может 构成功能性廊道。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 线性廊道 (Linear Corridors)： 指呈线状分布的廊道, 如河流 (rivers), 绿篱 (hedgerows), 道路绿化带 (road green belts), 铁路绿化带 (railway green belts)。 线性廊道 在连接 фрагментированные 栖息地方面发挥重要作用。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 跳板廊道 (Stepping Stone Corridors)： 指由一系列小的 изолированный 的栖息地斑块 (isolated habitat patches) 组成的廊道, 这些斑块像跳板一样, 帮助物种逐步扩散和迁移。

9.3.2 迁地保护 (Ex-situ Conservation)

迁地保护 (ex-situ conservation) 是指将生物物种 (biological species) 从 естественная 栖息地 (natural habitats) 迁出，在人工控制条件下进行的保护措施。 迁地保护 是就地保护 的补充，主要用于保护珍稀濒危物种 (rare and endangered species) 或 для 特殊目的的物种 (for special purposes)。 主要迁地保护措施包括建立植物园 (botanical gardens), 动物园 (zoos) 和 基因库 (gene banks) 等。

① 植物园 (Botanical Gardens)：植物园 是指 для 植物的收集 (collection), 栽培 (cultivation), 展示 (display), 科研 (scientific research) 和科普 (popular science) 教育而建立的园地。 植物园 是重要的迁地保护 场所, 特别是 для 珍稀濒危植物 (rare and endangered plants) 的保护。
▮▮▮▮ⓑ 植物园的功能 (Functions of Botanical Gardens)：植物园 具有多种功能，主要包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 物种迁地保护 (Ex-situ Species Conservation)： 植物园 收集和栽培 珍稀濒危植物 (rare and endangered plants), 建立植物活体 коллекции (living collections), 防止物种灭绝 (species extinction)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 科学研究 (Scientific Research)： 植物园 是植物学 (botany), 生态学 (ecology), 园艺学 (horticulture) 等学科的重要 научные 研究基地, 为植物分类 (plant taxonomy), 植物生理 (plant physiology), 植物遗传 (plant genetics), 植物保护生物学 (plant conservation biology) 等领域的研究提供 материал 和场所。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 科普教育 (Popular Science Education)： 植物园 是重要的科普教育基地, 通过植物展示 (plant displays), 讲解 (explanations), 展览 (exhibitions), 讲座 (lectures) 等形式, 向公众普及植物知识 (plant knowledge), 提高公众的植物保护意识 (plant conservation awareness)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 园林观赏 (Horticultural Display)： 植物园 通过精心设计的植物景观 (plant landscapes), 为公众提供优美的园林环境 (garden environment), 满足公众的审美需求 (aesthetic needs) 和休闲需求 (recreational needs)。

② 动物园 (Zoos)：动物园 是指 для 动物的饲养 (raising), 繁殖 (breeding), 展示 (display), 科研 (scientific research) 和科普 (popular science) 教育而建立的场所。 动物园 是重要的迁地保护 场所, 特别是 для 珍稀濒危动物 (rare and endangered animals) 的保护。
▮▮▮▮ⓑ 动物园的功能 (Functions of Zoos)：动物园 具有多种功能，主要包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 物种迁地保护 (Ex-situ Species Conservation)： 动物园 饲养和繁殖 珍稀濒危动物 (rare and endangered animals), 建立动物种群 (animal populations), 防止物种灭绝。 Некоторые 动物园 还开展 野外放归 (reintroduction) 项目, 将人工繁殖的动物放归 естественная 栖息地, 恢复野生种群 (wild populations)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 科学研究 (Scientific Research)： 动物园 是动物学 (zoology), 生态学 (ecology), 兽医学 (veterinary medicine), 动物行为学 (animal behavior) 等学科的重要 научные 研究基地, 为动物分类 (animal taxonomy), 动物生理 (animal physiology), 动物遗传 (animal genetics), 动物保护生物学 (animal conservation biology) 等领域的研究提供 материал 和场所。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 科普教育 (Popular Science Education)： 动物园 是重要的科普教育基地, 通过动物展示 (animal displays), 讲解 (explanations), 展览 (exhibitions), 讲座 (lectures) 等形式, 向公众普及动物知识 (animal knowledge), 提高公众的动物保护意识 (animal conservation awareness)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 游憩娱乐 (Recreation and Entertainment)： 动物园 通过展示 различные 动物 (various animals), 为公众提供游憩娱乐场所, 满足公众的休闲需求 (recreational needs) 和 познавательные 需求 (cognitive needs)。

③ 基因库 (Gene Banks)：基因库 是指 для 长期保存生物遗传 материал (biological genetic material) (如基因, 细胞, 组织, 器官, 种子, DNA 等) 而建立的设施。 基因库 是迁地保护 的 важный 组成部分, 是 bảo hiểm 珍稀濒危物种 (rare and endangered species) 遗传资源 (genetic resources) 的重要手段。
▮▮▮▮ⓑ 基因库的类型 (Types of Gene Banks)：基因库 可以根据保存对象和保存方式的不同进行分类：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 植物基因库 (Plant Gene Banks)： 主要保存植物种子 (plant seeds), 花粉 (pollen), 孢子 (spores), 试管苗 (plantlets in vitro), DNA 等遗传 material. 植物基因库 又可分为 种子库 (seed banks), 体细胞系库 (somatic cell line banks), DNA 库 (DNA banks) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 动物基因库 (Animal Gene Banks)： 主要保存动物精液 (semen), 卵子 (eggs), 胚胎 (embryos), 体细胞 (somatic cells), DNA 等遗传 material. 动物基因库 又可分为 精子库 (sperm banks), 卵子库 (egg banks), 胚胎库 (embryo banks), 体细胞库 (somatic cell banks), DNA 库 (DNA banks) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 微生物基因库 (Microbial Gene Banks)： 主要保存细菌 (bacteria), 真菌 (fungi), 病毒 (viruses), 藻类 (algae) 等微生物的菌种 (strains), 细胞 (cells), DNA 等遗传 material. 微生物基因库 对农业 (agriculture), 医药 (medicine), 工业 (industry) 等领域具有重要应用价值。
▮▮▮▮ⓕ 基因库的功能 (Functions of Gene Banks)：基因库 主要具有以下功能：
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 遗传资源保存 (Genetic Resource Conservation)： 基因库 长期保存生物遗传 material, 特别是 珍稀濒危物种 (rare and endangered species) 的遗传资源, 防止遗传资源流失 (genetic resource loss)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 科学研究 (Scientific Research)： 基因库 为遗传学 (genetics), 生物技术 (biotechnology), 生物多样性研究 (biodiversity research) 等领域提供珍贵的遗传 material.
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 物种 восстановление (Species Restoration)： 在 必要时, 基因库 保存的遗传 material 可用于物种 восстановление 项目, 如通过人工授精 (artificial insemination), 胚胎移植 (embryo transfer), 体细胞克隆 (somatic cell cloning) 等技术, 繁殖 珍稀濒危物种 (rare and endangered species), 恢复野生种群 (wild populations)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 育种 (Breeding)： 基因库 保存的野生种质资源 (wild germplasm resources) 可用于农作物 (crops), 畜禽 (livestock) 的遗传改良 (genetic improvement), 培育新品种 (new varieties), 提高品种的抗病性 (disease resistance), 抗逆性 (stress resistance), 产量 (yield) 和品质 (quality)。

9.3.3 可持续利用 (Sustainable Utilization)

可持续利用 (sustainable utilization) 是指在满足当代人需求的同时，不损害后代人满足其需求的能力的资源利用方式。 可持续利用 是生态保护 的 важный 组成部分，也是实现人与自然和谐共生 (harmony between human and nature) 的关键。 生态环境保护 中的可持续利用 主要体现在 自然资源的可持续利用 (sustainable utilization of natural resources) 和 生态旅游 (ecotourism) 等方面。

① 自然资源的可持续利用 (Sustainable Utilization of Natural Resources)： 自然资源 (natural resources) 是人类生存和发展的基础，但 природные resources 是有限的。 过度开发利用 自然资源 会导致资源枯竭 (resource depletion), 生态环境破坏 (ecological environment destruction), 最终 угрожать 人类自身的可持续发展。 自然资源的可持续利用 强调：
▮▮▮▮ⓑ 合理开发强度 (Rational Development Intensity)： 自然资源 的开发利用 强度 должен 控制在资源环境承载力 (resource and environmental carrying capacity) 范围之内，避免过度开发。 对于 renewable resources (可再生资源), 开发利用速度 не应超过资源 самовосстановление 速度; 对于 non-renewable resources (不可再生资源), 应 планировать 合理的开发利用 план, 提高资源利用效率 (resource utilization efficiency), 延长资源服务年限 (resource service life)。
▮▮▮▮ⓒ 循环利用 (Circular Utilization)： 提高资源利用效率 (resource utilization efficiency) 的 重要途径是 推动资源循环利用 (resource circular utilization), 建立循环经济模式 (circular economy model)。 通过 资源回收 (resource recycling), 废弃物资源化 (waste resource utilization), 延长产品使用寿命 (extending product life cycle) 等措施, 减少 природные resources 的消耗 (consumption) 和环境污染物的排放 (pollutant emissions)。
▮▮▮▮ⓓ 生态补偿 (Ecological Compensation)： 对于 生态功能区 (ecological function zones) 和 自然保护区 (nature reserves) 等 承担生态保护 功能的区域, 应建立生态补偿 机制 (ecological compensation mechanism), 对当地居民因生态保护 而造成的经济损失进行补偿, 激励当地居民参与生态保护, 实现生态保护 与 经济发展的双赢 (win-win)。
▮▮▮▮ⓔ 技术创新 (Technological Innovation)： 通过 技术创新 (technological innovation), 开发 新能源 (new energy sources), 清洁能源 (clean energy sources), 节能技术 (energy-saving technologies), 环保技术 (environmental protection technologies), 提高资源利用效率 (resource utilization efficiency), 减少环境污染 (environmental pollution), 推动 природные resources 的可持续利用。

② 生态旅游 (Ecotourism)：生态旅游 是指以自然环境为基础，以保护自然环境和提高当地居民生活水平为目的的旅游方式。 生态旅游 是 可持续利用 的 важный 实践形式, 既能满足人们的旅游休闲需求 (tourism and leisure needs), 又能促进生态环境保护 (ecological environment protection) 和 местное economic development。
▮▮▮▮ⓑ 生态旅游的原则 (Principles of Ecotourism)：生态旅游 应遵循以下 принципы:
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 最小化环境影响 (Minimize Environmental Impact)： 生态旅游 活动应尽量减少对自然环境的负面影响, 包括 减少污染 (pollution reduction), 减少破坏 (damage reduction), 保护植被 (vegetation protection), 保护野生动物 (wildlife protection) 等。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 尊重当地文化 (Respect Local Culture)： 生态旅游 应尊重当地文化传统 (local cultural traditions) 和风俗习惯 (customs and habits), 与当地社区 (local communities) 建立良好的合作关系, 促进文化交流 (cultural exchange)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 促进环境保护意识 (Promote Environmental Awareness)： 生态旅游 应通过 环境教育 (environmental education), 科普宣传 (popular science publicity) 等方式, 提高游客和当地居民的环保意识 (environmental awareness), 促进环境保护 行动 (environmental protection actions)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 惠益当地社区 (Benefit Local Communities)： 生态旅游 产生的经济收益 应尽可能惠益当地社区, 提高当地居民的生活水平 (living standards), 促进当地经济发展 (local economic development)。 当地居民应积极参与 生态旅游 的规划 (planning), 开发 (development), 管理 (management) 和运营 (operation)。
▮▮▮▮ⓖ 生态旅游的类型 (Types of Ecotourism)：生态旅游 可以根据旅游活动的内容和形式进行分类：
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 自然观光型生态旅游 (Nature-based Ecotourism)： 以观赏自然景观 (natural landscapes), 动植物 (animals and plants), 生态系统 (ecosystems) 为主的生态旅游形式, 如森林旅游 (forest tourism), 湿地旅游 (wetland tourism), 海洋旅游 (marine tourism), 野生动物观赏 (wildlife viewing)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 文化体验型生态旅游 (Culture-based Ecotourism)： 以体验当地文化 (local culture), 民族风情 (ethnic customs), 传统生活方式 (traditional lifestyles) 为主的生态旅游形式, 如乡村旅游 (rural tourism), 民族村寨旅游 (ethnic village tourism), 文化遗址旅游 (cultural heritage tourism)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 探险科考型生态旅游 (Adventure and Scientific Ecotourism)： 以探险 (adventure), 科考 (scientific investigation), 特种旅游 (special tourism) 为主的生态旅游形式, 如徒步旅行 (hiking), 登山 (mountain climbing), 漂流 (rafting), 洞穴探险 (cave exploration), 生态考察 (ecological investigation)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 社区参与型生态旅游 (Community-based Ecotourism)： 以当地社区 (local communities) 为主体, 参与 生态旅游 的规划 (planning), 开发 (development), 管理 (management) 和运营 (operation), 游客与当地居民互动交流 的生态旅游形式。

9.3.4 法律与政策保障 (Legal and Policy Guarantees)

生态环境保护 需要完善的法律 (laws) 和政策 (policies) 体系作为保障。 法律法规 (laws and regulations) 是生态环境保护 的 жесткий 约束 (rigid constraints), 政策措施 (policy measures) 是生态环境保护 的 引导和激励 (guidance and incentives)。 生态环境保护 的法律与政策保障 主要包括：
① 完善的法律法规体系 (完善的法律法规体系)： 建立健全 生态环境保护 法律法规体系, 为生态环境保护 提供法律依据 (legal basis) 和法律保障 (legal guarantee)。 主要包括：
▮▮▮▮ⓑ 基本法 (Basic Law)：《环境保护法 (Environmental Protection Law)》 是生态环境保护 的 基本法, 规定了生态环境保护 的 基本原则 (basic principles), 基本制度 (basic systems), 各级政府 (governments at all levels) 和 企业事业单位 (enterprises and public institutions) 的 环境保护责任 (environmental protection responsibilities), 公民的环境保护权利 (environmental protection rights of citizens) 和义务 (obligations)。
▮▮▮▮ⓒ 专门法 (Specialized Laws)： 针对 различных 环境要素 (various environmental elements) 和 环境问题 (environmental problems), 制定专门的法律法规, 如《大气污染防治法 (Law on the Prevention and Control of Air Pollution)》、《水污染防治法 (Law on the Prevention and Control of Water Pollution)》、《土壤污染防治法 (Law on the Prevention and Control of Soil Pollution)》、《固体废物污染环境防治法 (Law on the Prevention and Control of Environmental Pollution by Solid Waste)》、《噪声污染防治法 (Law on the Prevention and Control of Noise Pollution)》、《野生动物保护法 (Wildlife Protection Law)》、《自然保护区条例 (Regulations on Nature Reserves)》等。
▮▮▮▮ⓓ 地方性法规 (Local Regulations)： 各地方政府 (local governments) 根据 местное 环境保护 needs 和实际情况, 制定地方性 环境保护 法规, 细化 и 具体化 国家法律法规 的规定, 增强法律法规的针对性和可操作性 (operability)。
▮▮▮▮ⓔ 环境标准 (Environmental Standards)： 制定 и 完善 环境质量标准 (environmental quality standards) 和 污染物排放标准 (pollutant emission standards), 为环境管理 (environmental management) 和 环境执法 (environmental law enforcement) 提供 технические 依据 (technical basis)。 环境标准 应根据 经济社会发展水平 (economic and social development level) 和 环境保护 needs 及时修订和完善。

② 有效的政策措施 (Effective Policy Measures)： 制定 и 实施 有效的政策措施, 激励 и 引导 各方面力量参与生态环境保护, 形成 社会共治 (social co-governance) 的局面。 主要政策措施包括：
▮▮▮▮ⓑ 环境经济政策 (Environmental Economic Policies)： 运用 经济手段 (economic means) 激励 企业 (enterprises) 和 公众 (public) 参与生态环境保护, 如 排污收费制度 (pollutant discharge fee system), 生态补偿制度 (ecological compensation system), 环境税收优惠政策 (environmental tax incentives), 绿色金融政策 (green finance policies) 等。
▮▮▮▮ⓒ 环境监管政策 (Environmental Regulatory Policies)： 加强 环境监管 (environmental regulation) 和 环境执法 (environmental law enforcement), 严厉打击 环境违法行为 (environmental violations), 维护环境法律法规 的 权威性 (authority) 和 有效性 (effectiveness)。 建立 健全 环境监测体系 (environmental monitoring system), 环境信息公开制度 (environmental information disclosure system), 环境责任追究制度 (environmental accountability system) 等。
▮▮▮▮ⓓ 环境科技政策 (Environmental Science and Technology Policies)： 加强 环境科技 研发 (environmental science and technology research and development), 推广 应用 先进的 环保技术 (advanced environmental protection technologies), 提高 环境治理能力 (environmental governance capacity) 和 水平 (level)。 鼓励 环境技术创新 (environmental technology innovation), 支持 环保产业发展 (environmental protection industry development)。
▮▮▮▮ⓔ 环境教育政策 (Environmental Education Policies)： 加强 环境教育 (environmental education) 和 宣传 (publicity), 提高 公众的环保意识 (environmental awareness) 和 环境素养 (environmental literacy), 营造 全社会 关心 (concern), 支持 (support), 参与 (participate in) 环境保护 的良好氛围 (good atmosphere)。 将 环境教育 纳入国民教育体系 (national education system), 开展 多种形式的 环境宣传教育活动 (various forms of environmental publicity and education activities)。
▮▮▮▮ⓕ 公众参与政策 (Public Participation Policies)： 保障 公众的环境知情权 (environmental right to know), 环境参与权 (environmental right to participate), 环境监督权 (environmental right to supervise), 鼓励 公众参与 环境影响评价 (environmental impact assessment), 环境决策 (environmental decision-making), 环境执法监督 (environmental law enforcement supervision) 等 环境管理活动 (environmental management activities)。 建立 健全 公众参与 的 平台 (platforms) 和 渠道 (channels), 畅通 公众诉求表达 (public demand expression) 和 权益维护 渠道 (rights protection channels)。

9.4 生态修复技术与措施 (Ecological Restoration Technologies and Measures)

9.4.1 栖息地修复 (Habitat Restoration)

栖息地修复 (habitat restoration) 是指在生态系统退化或破坏后，通过人为干预和辅助，恢复受损栖息地的结构和功能，使其重新适合生物生存和繁衍的过程。 栖息地修复 是生态修复 的 重要组成部分， 主要包括 植被恢复 (vegetation restoration), 土壤修复 (soil remediation) 和 水体修复 (water body restoration) 等。

① 植被恢复 (Vegetation Restoration)：植被 (vegetation) 是陆地生态系统 (terrestrial ecosystems) 的 主体 (main body) 和 基础 (foundation)。 植被恢复 是 栖息地修复 的 核心内容之一， 旨在恢复受损区域的植被覆盖 (vegetation coverage), 植被类型 (vegetation types), 植被结构 (vegetation structure) 和 植被功能 (vegetation function)。 主要植被恢复技术包括：
▮▮▮▮ⓑ 自然 самовосстановление (Natural Regeneration)： 在 干扰较轻 (light disturbance) 或 干扰停止 (disturbance cessation) 后, 依靠生态系统的 самовосстановление 能力, 让植被 естественное 恢复。 自然 самовосстановление 适用于 破坏程度较轻, 自然 самовосстановление 能力较强的区域。 自然 самовосстановление 成本较低, 但 恢复速度较慢 (slow recovery speed), 恢复效果受自然条件影响较大 (greatly influenced by natural conditions)。
▮▮▮▮ⓒ 人工辅助 самовосстановление (Assisted Natural Regeneration)： 在 自然 самовосстановление 的基础上, 辅以适当的人工措施, 加速 и 促进 植被恢复过程。 人工辅助措施包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 封山育林 (Closing Hillsides for Afforestation)： 在 森林 (forests) 或 灌丛 (shrubs) 受破坏的区域, 通过 封禁 (closure) 措施, 禁止人为活动 (human activities) 和 牲畜放牧 (livestock grazing), 促进 естественное 植被 самовосстановление。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 飞播造林 (Aerial Seeding)： 通过 飞机播撒 (aerial sowing) 种子 (seeds), 在 大面积退化土地 (large areas of degraded land) 上快速建立植被覆盖。 飞播造林 适用于 地形复杂 (complex terrain), 人工造林困难 (difficult manual afforestation) 的区域。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 人工植树造林 (Manual Afforestation)： 通过 人工种植树苗 (manual planting of seedlings), 建立人工林 (artificial forests) 或 恢复 естественная 植被。 人工植树造林 可以选择合适的树种 (tree species), 提高造林成活率 (afforestation survival rate) 和 恢复效果 (restoration effect), 但 成本较高 (high cost), 劳动强度大 (high labor intensity)。
▮▮▮▮ⓖ 土壤改良 (Soil Improvement)： 退化土壤 (degraded soils) thường 常 贫瘠 (infertile), 结构不良 (poor structure), 保水保肥能力差 (poor water and fertilizer retention capacity), 制约 植被恢复。 土壤改良 是 植被恢复 的 重要基础, 主要措施包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 施用有机肥 (Application of Organic Fertilizers)： 施用 有机肥 (organic fertilizers) (如 堆肥 (compost), 绿肥 (green manure), 厩肥 (farmyard manure)) 可以提高土壤肥力 (soil fertility), 改善土壤结构 (soil structure), 增加土壤 органическое вещество (soil organic matter)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 客土改良 (Soil Amelioration with Imported Soil)： 在 土壤严重退化 (severely degraded soil) 或 土壤污染 (soil pollution) 的区域, 可以从 外地 (other places) 运来 优质土壤 (high-quality soil) 进行客土改良, 覆盖在退化土壤表面, 改善土壤理化性质 (soil physical and chemical properties)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 深耕深松 (Deep Plowing and Deep Loosening)： 通过 深耕深松 (deep plowing and deep loosening) 措施, 疏松土壤 (loosen soil), 改善土壤通气性 (soil aeration), 提高土壤蓄水能力 (soil water storage capacity), 促进植物根系生长 (plant root growth)。
▮▮▮▮ⓚ 灌溉与施肥 (Irrigation and Fertilization)： 在 干旱 (arid) 或 半干旱地区 (semi-arid areas), 或 土壤养分不足 (insufficient soil nutrients) 的区域, 可以通过 灌溉 (irrigation) 和 施肥 (fertilization) 措施, 改善植物生长条件 (plant growth conditions), 促进植被恢复。 但 灌溉 和 施肥 应适度 (moderate), 过度灌溉 и 施肥 可能导致 水资源浪费 (water resource waste) 和 环境污染 (environmental pollution)。

② 土壤修复 (Soil Remediation)：土壤修复 是指 для 消除或降低土壤污染物 (soil pollutants) 的浓度和毒性 (toxicity), 使污染土壤恢复到可接受的环境质量水平 (acceptable environmental quality level) 的过程。 土壤修复 技术 многообразный, 根据 污染物类型 (pollutant types), 污染程度 (pollution degree), 修复目标 (restoration goals) 等因素选择合适的修复技术。 主要土壤修复技术包括：
▮▮▮▮ⓑ 物理修复技术 (Physical Remediation Technologies)： 利用 物理方法 (physical methods) 将土壤污染物 从土壤中分离出来, 或 降低污染物 в土壤中的迁移性 (mobility) 和 биологическая доступность (bioavailability)。 主要物理修复技术包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 客土法 (Soil Replacement)： 将污染土壤 (contaminated soil) 挖走, 运到 安全场所 (safe places) 进行处理或处置, 然后用 未污染的土壤 (uncontaminated soil) 替换。 客土法 适用于 污染程度严重 (severely contaminated), 污染范围较小 (small pollution range) 的区域。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 洗涤法 (Soil Washing)： 利用 洗涤剂 (detergents) 或 其他 химические 助剂 (chemical auxiliaries) 将土壤污染物 从土壤颗粒 (soil particles) 上洗脱下来, 然后对洗涤液 (washing liquid) 进行处理。 洗涤法 适用于 重金属污染 (heavy metal pollution) 和 有机污染物污染 (organic pollutant pollution) 的土壤。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 热处理法 (Thermal Treatment)： 利用 高温 (high temperature) 加热污染土壤, 使 有机污染物 挥发 (volatilize), 或 将 有机污染物 分解 (decompose) 成 无害物质 (harmless substances)。 热处理法 包括 热脱附 (thermal desorption), 焚烧 (incineration) 等技术, 适用于 有机污染物污染 (organic pollutant pollution) 的土壤。
▮▮▮▮ⓕ 化学修复技术 (Chemical Remediation Technologies)： 利用 化学方法 (chemical methods) 将土壤污染物 转化为 无毒或低毒物质 (non-toxic or low-toxic substances), 或 降低污染物 в土壤中的生物有效性 (bioavailability)。 主要化学修复技术包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 化学氧化 (Chemical Oxidation)： 利用 氧化剂 (oxidizing agents) (如 高锰酸钾 (potassium permanganate, KMnO\( _4 \)), 过氧化氢 (hydrogen peroxide, H\( _2 \)O\( _2 \)), 臭氧 (ozone, O\( _3 \))) 将土壤中的 有机污染物 氧化分解 (oxidative decomposition) 成 无害物质。 化学氧化 适用于 有机污染物污染 (organic pollutant pollution) 的土壤。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 化学还原 (Chemical Reduction)： 利用 还原剂 (reducing agents) (如 零价铁 (zero-valent iron, ZVI), 亚硫酸钠 (sodium sulfite, Na\( _2 \)SO\( _3 \))) 将土壤中的 某些重金属 (some heavy metals) (如 六价铬 (hexavalent chromium, Cr(VI))) 还原成 低毒或无毒形态 (low-toxic or non-toxic forms)。 化学还原 适用于 重金属污染 (heavy metal pollution) 的土壤。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 化学淋洗 (Chemical Leaching)： 利用 химические 淋洗剂 (chemical leaching agents) (如 EDTA, citric acid) 将土壤中的 重金属 淋洗出来, 然后对淋洗液 (leaching liquid) 进行处理。 化学淋洗 适用于 重金属污染 (heavy metal pollution) 的土壤。
▮▮▮▮ⓙ 生物修复技术 (Bioremediation Technologies)： 利用 生物 (organisms) (如 植物 (plants), 微生物 (microorganisms), 动物 (animals)) 的代谢作用 (metabolic action) 将土壤污染物 降解 (degrade), 转化 (transform), 或 吸收 (absorb), 从而降低土壤污染程度。 主要生物修复技术包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 植物修复 (Phytoremediation)： 利用 植物 (plants) 吸收 (absorption), 积累 (accumulation), 挥发 (volatilization), 降解 (degradation) 土壤污染物。 植物修复 包括 植物提取 (phytoextraction), 植物挥发 (phytovolatilization), 植物稳定 (phytostabilization), 植物降解 (phytodegradation), 根际过滤 (rhizofiltration) 等技术, 适用于 轻中度污染 (light to moderate pollution) 的土壤。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 微生物修复 (Microbial Remediation)： 利用 微生物 (microorganisms) (如 细菌 (bacteria), 真菌 (fungi)) 降解土壤中的 有机污染物 (organic pollutants)。 微生物修复 包括 原位生物修复 (in-situ bioremediation) 和 异位生物修复 (ex-situ bioremediation) 两种方式, 适用于 有机污染物污染 (organic pollutant pollution) 的土壤。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 蚯蚓修复 (Vermiremediation)： 利用 蚯蚓 (earthworms) 的摄食 (feeding), 消化 (digestion), 排泄 (excretion) 作用, 改善土壤结构 (soil structure), 提高土壤肥力 (soil fertility), 并 降解土壤中的 有机污染物。 蚯蚓修复 适用于 有机污染物污染 (organic pollutant pollution) 和 重金属复合污染 (heavy metal complex pollution) 的土壤。

③ 水体修复 (Water Body Restoration)：水体修复 是指 for 恢复受污染水体 (polluted water bodies) 的 水质 (water quality) 和 生态功能 (ecological function) 而采取的措施。 水体修复 目标是 消除或降低水体污染物 (water pollutants) 的浓度, 恢复水生生态系统 (aquatic ecosystems) 的 健康 и 完整性 (integrity)。 主要水体修复技术包括：
▮▮▮▮ⓑ 物理修复技术 (Physical Remediation Technologies)： 利用 物理方法 (physical methods) 清除水体中的 污染物 (pollutants) 或 改善水体物理条件 (physical conditions of water bodies)。 主要物理修复技术包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 疏浚 (Dredging)： 清除 河底 (riverbed) 或 湖底 (lakebed) 沉积的 污染底泥 (polluted sediment), 减少 底泥释放污染物 (pollutant release from sediment) 对水体的二次污染 (secondary pollution)。 疏浚 适用于 底泥污染严重 (severely polluted sediment) 的水体。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 曝气复氧 (Aeration and Reoxygenation)： 通过 人工曝气 (artificial aeration) 或 水力曝气 (hydraulic aeration) 增加水体溶解氧 (dissolved oxygen, DO) 浓度, 改善水体缺氧状况 (water hypoxia), 促进水体 самоочищение (self-purification)。 曝气复氧 适用于 溶解氧不足 (insufficient dissolved oxygen) 的水体。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 水力冲洗 (Hydraulic Flushing)： 利用 清洁水源 (clean water sources) 冲洗污染水体, 稀释 и 冲走污染物 (dilute and flush away pollutants), 改善水质。 水力冲洗 适用于 流动性较好 (good fluidity) 的河流 (rivers) 或 沟渠 (ditches)。
▮▮▮▮ⓕ 化学修复技术 (Chemical Remediation Technologies)： 利用 化学方法 (chemical methods) 沉淀 (precipitate), 絮凝 (flocculate), 氧化 (oxidize), 还原 (reduce) 水体中的 污染物。 主要化学修复技术包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 化学沉淀 (Chemical Precipitation)： 投加 化学沉淀剂 (chemical precipitation agents) (如 铁盐 (iron salts), 铝盐 (aluminum salts), 石灰 (lime)) 将水体中的 重金属 (heavy metals), 磷酸盐 (phosphates) 等污染物 沉淀出来, 然后将沉淀物 (precipitates) 移除。 化学沉淀 适用于 重金属污染 (heavy metal pollution) 和 磷污染 (phosphorus pollution) 的水体。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 化学絮凝 (Chemical Flocculation)： 投加 化学絮凝剂 (chemical flocculation agents) (如 聚合氯化铝 (polyaluminum chloride, PAC), 聚丙烯酰胺 (polyacrylamide, PAM)) 将水体中的 悬浮物 (suspended solids), 胶体 (colloids), 有机物 (organic matter) 絮凝成大颗粒 (large particles), 然后通过 沉淀 (sedimentation) 或 过滤 (filtration) 移除。 化学絮凝 适用于 悬浮物污染 (suspended solids pollution) 和 有机物污染 (organic matter pollution) 的水体。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 化学氧化 (Chemical Oxidation)： 投加 氧化剂 (oxidizing agents) (如 过氧化氢 (hydrogen peroxide, H\( _2 \)O\( _2 \)), 臭氧 (ozone, O\( _3 \)), 高级氧化技术 (advanced oxidation processes, AOPs)) 将水体中的 有机污染物 氧化分解 (oxidative decomposition) 成 无害物质。 化学氧化 适用于 有机污染物污染 (organic pollutant pollution) 的水体。
▮▮▮▮ⓙ 生物修复技术 (Bioremediation Technologies)： 利用 生物 (organisms) (如 植物 (plants), 微生物 (microorganisms)) 的代谢作用 (metabolic action) 净化水质 (purify water quality), 恢复水生生态系统 (aquatic ecosystems) 功能。 主要生物修复技术包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 人工湿地 (Constructed Wetlands)： 模拟 自然湿地 (natural wetlands) 的生态功能, 人工建造的用于污水处理 (wastewater treatment) 和 水体修复 (water body restoration) 的生态系统。 人工湿地 利用 植物 (plants), 微生物 (microorganisms), 基质 (substrates) 的协同作用, 去除水体中的 污染物。 人工湿地 具有 运行成本低 (low operating cost), 维护简便 (easy maintenance), 生态效益显著 (significant ecological benefits) 等优点, 适用于 生活污水 (domestic wastewater), 农业废水 (agricultural wastewater), и 部分工业废水 (some industrial wastewater) 的处理和水体修复。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 水生植物修复 (Aquatic Plant Remediation)： 利用 水生植物 (aquatic plants) (如 浮水植物 (floating plants), 沉水植物 (submerged plants), 挺水植物 (emergent plants)) 吸收 (absorption), 积累 (accumulation) 水体中的 营养盐 (nutrients), 重金属 (heavy metals), 有机污染物 (organic pollutants)。 水生植物修复 可以 净化水质 (purify water quality), 改善水体生态环境 (aquatic environment)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 生物浮床 (Floating Bed Bioreactors)： 在 水体表面设置 漂浮的种植床 (floating planting beds), 在种植床上种植 水生植物 (aquatic plants), 利用 植物根系 (plant roots) 和 根际微生物 (rhizosphere microorganisms) 的作用, 净化水质。 生物浮床 具有 占地面积小 (small land occupation), 净化效率高 (high purification efficiency), 景观效果好 (good landscape effect) 等优点, 适用于 城市内河 (urban rivers), 景观水体 (landscape water bodies) 的修复。

9.4.2 物种 восстановление (Species Restoration)

物种 восстановление (species restoration) 是指 for 恢复 珍稀濒危物种 (rare and endangered species) 或 关键物种 (keystone species) 的种群数量 (population size) 和 分布范围 (distribution range) 而采取的措施。 物种 восстановление 是 生态修复 的 重要组成部分， 主要包括 再引入 (reintroduction) 和 辅助繁殖 (assisted reproduction) 等技术。

① 再引入 (Reintroduction)：再引入 是指 将 в историческое 分布区 (historical distribution area) 内 уже 消失 (disappeared) 的物种, 重新引入到该区域, 建立 野生种群 (wild populations) 的过程。 再引入 是 物种 восстановление 的 重要手段, 适用于 栖息地条件 (habitat conditions) 已经改善, 导致物种 исчезновение 的威胁因素 (threatening factors) 已经消除或得到有效控制 的情况。 再引入 项目 需要 тщательно 的 计划 (careful planning) 和 实施 (implementation), 包括：
▮▮▮▮ⓑ 栖息地评估与改善 (Habitat Assessment and Improvement)： 在 再引入 前, 需要 对 再引入区域 的 栖息地条件 (habitat conditions) 进行评估, 确认 栖息地 适合 目标物种生存和繁殖 (survival and reproduction)。 如果 栖息地条件 不佳, 需要 在 再引入 前进行 栖息地改善 (habitat improvement) 工作。
▮▮▮▮ⓒ 种源选择与准备 (Source Population Selection and Preparation)： 选择 合适的 种源 (source population) 是 再引入 成功的关键。 种源 可以来自 野生种群 (wild populations), 迁地保护种群 (ex-situ conservation populations), 或 人工繁殖种群 (artificially bred populations)。 种源 的 遗传多样性 (genetic diversity), 健康状况 (health status), адаптивность (adaptability) 等因素 都需要 仔细考虑。 在 再引入 前, 需要 对 种源 进行 检疫 (quarantine), 适应性训练 (adaptive training) 等准备工作。
▮▮▮▮ⓓ 释放与监测 (Release and Monitoring)： 将 подготовленный 的 种源 释放到 再引入区域。 释放方式 (release methods), 释放地点 (release sites), 释放时间 (release time), 释放数量 (release number) 等 都需要 根据物种 биологические характеристики (biological characteristics) 和 栖息地条件 (habitat conditions) carefully 设计。 在 释放后, 需要 对 再引入种群 (reintroduced population) 进行 长期监测 (long-term monitoring), 评估 再引入 效果 (reintroduction effect), 及时 调整和改进 再引入 策略 (reintroduction strategies)。
▮▮▮▮ⓔ угрозы 消除与控制 (Threat Elimination and Control)： 导致物种 исчезновение 的 угрозы 因素 (threatening factors) 是 再引入 失败的重要原因。 在 再引入 过程中, 需要 采取有效措施 (effective measures) 消除或控制 угрозы 因素, 如 栖息地破坏 (habitat destruction), 过度捕猎 (over-hunting), 环境污染 (environmental pollution), 外来物种入侵 (invasive alien species) 等。

② 辅助繁殖 (Assisted Reproduction)：辅助繁殖 是指 利用 人工方法 (artificial methods) 帮助 珍稀濒危动物 (rare and endangered animals) 繁殖, 提高 繁殖率 (reproduction rate) 和 种群增长率 (population growth rate) 的技术。 辅助繁殖 技术 многообразный, 主要包括：
▮▮▮▮ⓑ 人工授精 (Artificial Insemination)： 采集 雄性动物 (male animals) 的 精液 (semen), 人工注入 雌性动物 (female animals) 的 生殖道 (reproductive tract), 实现 受精 (fertilization) 的技术。 人工授精 可以 преодолевать 自然交配障碍 (natural mating barriers), 提高 繁殖效率 (breeding efficiency), 扩大 遗传资源利用率 (genetic resource utilization rate)。
▮▮▮▮ⓒ 体外受精与胚胎移植 (In Vitro Fertilization and Embryo Transfer)： 将 采集的 卵子 (eggs) 和 精子 (sperm) 在 体外 (in vitro) 进行 受精 (fertilization), 形成 胚胎 (embryos), 然后将 胚胎 移植到 代孕母亲 (surrogate mothers) 的 子宫 (uterus) 内, 完成 发育 (development) 和 妊娠 (pregnancy) 的技术。 体外受精与胚胎移植 可以 进一步提高 繁殖效率, 扩大 遗传资源利用率, 并 для 远距离 транспортировка 遗传 material 提供便利。
▮▮▮▮ⓓ 胚胎冷冻保存 (Embryo Cryopreservation)： 将 体外受精 获得的 胚胎 或 动物的 生殖细胞 (germ cells) (如 精子, 卵子) 进行 冷冻保存 (cryopreservation), 长期保存 遗传资源 (genetic resources)。 胚胎冷冻保存 是 基因库 (gene banks) 的 重要组成部分, 为 物种 восстановление 和 遗传资源利用 提供 долгосрочный 保障。
▮▮▮▮ⓔ 克隆技术 (Cloning Technology)： 利用 体细胞核移植技术 (somatic cell nuclear transfer technology) 或 其他克隆技术, 无性繁殖 (asexually reproduce) 动物。 克隆技术 可以 快速 增加 珍稀濒危物种 的 数量, 但 克隆动物 的 遗传多样性 较低 (low genetic diversity), адаптивность 较差 (poor adaptability), 存在 伦理争议 (ethical controversy), 应用 受到 一定限制 (certain limitations)。

9.4.3 生态工程 (Ecological Engineering)

生态工程 (ecological engineering) 是指 将 生态学原理 (ecological principles) 和 工程技术 (engineering technologies) 相结合, 设计 (design), 建设 (construct), 运营 (operate) 人工生态系统 (artificial ecosystems), 或 对 自然生态系统 (natural ecosystems) 进行 инженерно-техническое 改造, 解决环境问题 (environmental problems), 恢复生态系统功能 (ecosystem function), 实现 人与自然和谐共生 (harmony between human and nature) 的综合性技术体系。 生态工程 是 生态修复 的 重要技术手段, 具有 生态效益 (ecological benefits), 经济效益 (economic benefits), 社会效益 (social benefits) 的 комплексный 效益。 主要生态工程类型包括 生态堤坝 (ecological dams) 和 人工湿地 (constructed wetlands) 等。

① 生态堤坝 (Ecological Dams)：生态堤坝 是指 在 河流 (rivers), 湖泊 (lakes), 海岸带 (coastal zones) 等水域 建设的, 具有 生态功能 (ecological functions) 的 堤坝工程 (dam projects)。 生态堤坝 与 传统堤坝 (traditional dams) 不同, 不仅 强调 防洪 (flood control), 挡潮 (tide blocking) 等 工程功能 (engineering functions), 更 强调 生态环境保护 (ecological environment protection), 生态系统修复 (ecosystem restoration), 生物多样性维护 (biodiversity maintenance) 等 生态功能。 生态堤坝 设计 и 建设 遵循 与自然和谐 (harmony with nature), 生态优先 (ecological priority), 功能复合 (functional integration), 可持续发展 (sustainable development) 的原则。
▮▮▮▮ⓑ 生态堤坝的类型 (Types of Ecological Dams)：生态堤坝 可以根据 结构形式 (structural forms) 和 主要功能 (main functions) 进行分类：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 植被型生态堤坝 (Vegetation-type Ecological Dams)： 以 植被 (vegetation) 为主体结构材料 (main structural material) 的 生态堤坝, 如 生态护坡 (ecological revetments), 植被缓冲带 (vegetation buffer strips), 生物栅栏 (bio-barriers) 等。 植被型生态堤坝 利用 植物根系 (plant roots) 的 固土护坡作用 (soil stabilization and slope protection), 植物地上部分 (above-ground parts of plants) 的 消浪减流作用 (wave dissipation and flow reduction), 以及 植被 的 生态净化功能 (ecological purification function), 实现 生态环境保护 和 工程防护 的双重功能。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 透水型生态堤坝 (Permeable Ecological Dams)： 采用 透水性材料 (permeable materials) (如 块石 (riprap), 卵石 (cobblestones), 生态混凝土 (ecological concrete)) 建设的 堤坝, 具有良好的 透水性 (permeability) 和 水交换能力 (water exchange capacity)。 透水型生态堤坝 可以 维持 水体 естественная 连通性 (natural connectivity of water bodies), 促进 水生生物 (aquatic organisms) 的 迁移 (migration) 和 扩散 (dispersal), 改善 水体生态环境 (aquatic environment)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 复合型生态堤坝 (Composite Ecological Dams)： 将 植被型生态堤坝 (vegetation-type ecological dams) 和 透水型生态堤坝 (permeable ecological dams) 等 多种生态堤坝形式 (multiple forms of ecological dams) 相结合, 形成 功能更加完善 (more complete functions), 效益更加显著 (more significant benefits) 的 复合型生态堤坝。 复合型生态堤坝 可以 根据 具体工程 needs 和 环境条件 (environmental conditions) 进行 优化设计 (optimized design), 实现 工程防护 (engineering protection), 生态修复 (ecological restoration), 景观美化 (landscape beautification) 等 多重功能。
▮▮▮▮ⓕ 生态堤坝的功能 (Functions of Ecological Dams)：生态堤坝 具有 多种功能, 主要包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ 工程防护功能 (Engineering Protection Function)： 生态堤坝 仍然 具备 传统堤坝 的 基本工程功能, 如 防洪 (flood control), 挡潮 (tide blocking), 护岸 (bank protection), 减灾 (disaster reduction) 等, 保障 人民生命财产安全 (safety of people's lives and property)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ 生态修复功能 (Ecological Restoration Function)： 生态堤坝 利用 生态学原理 和 生态技术, 恢复 и 改善 河流 (rivers), 湖泊 (lakes), 海岸带 (coastal zones) 等水域 的 生态环境, 修复 水生栖息地 (aquatic habitats), 提高 水生生物多样性 (aquatic biodiversity)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ 生态净化功能 (Ecological Purification Function)： 生态堤坝 中的 植被 (vegetation), 基质 (substrates), 微生物 (microorganisms) 等 可以 吸附 (adsorb), 吸收 (absorb), 降解 (degrade) 水体中的 污染物, 净化水质 (purify water quality), 改善 水环境质量 (water environment quality)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❿ 景观美化功能 (Landscape Beautification Function)： 生态堤坝 采用 自然材料 (natural materials) 和 生态设计理念 (ecological design concepts), 与 周围 естественная 环境 (surrounding natural environment) 相协调, 形成 自然 и 美观 的 景观 (landscape), 提升 环境 эстетическую привлекательность (environmental aesthetic appeal)。

② 人工湿地 (Constructed Wetlands)：人工湿地 是指 模拟 自然湿地 (natural wetlands) 的生态功能, 人工建造的用于 污水处理 (wastewater treatment), 水体修复 (water body restoration), 生态环境改善 (ecological environment improvement) 的生态系统。 人工湿地 是一种 低成本 (low cost), 低能耗 (low energy consumption), 高效 (high efficiency), 绿色环保 (green and environmentally friendly) 的 生态工程技术, 广泛应用于 城市污水 (urban wastewater), 农村生活污水 (rural domestic wastewater), 工业废水 (industrial wastewater), 农业面源污染 (agricultural non-point source pollution) 的治理和水体修复。
▮▮▮▮ⓑ 人工湿地的类型 (Types of Constructed Wetlands)：人工湿地 可以根据 水流方式 (water flow patterns) 和 植物类型 (plant types) 进行分类：
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 按水流方式分类 (Classification by Water Flow Patterns)：
▮▮▮▮ⓓ 表面流人工湿地 (Surface Flow Constructed Wetlands, SF CWs)： 污水在湿地表面流动, 类似于 自然湿地 的水流方式。 表面流人工湿地 投资较少 (less investment), 维护简便 (easy maintenance), 景观效果好 (good landscape effect), 但 占地面积较大 (large land area), 处理效率相对较低 (relatively low treatment efficiency)。
▮▮▮▮ⓔ 潜流人工湿地 (Subsurface Flow Constructed Wetlands, SSF CWs)： 污水在湿地基质 (wetland substrate) 下方流动, 水面 не 暴露, 避免 气味扩散 (odor diffusion) 和 蚊蝇滋生 (mosquito breeding)。 潜流人工湿地 占地面积较小 (smaller land area), 处理效率较高 (higher treatment efficiency), 但 投资较高 (higher investment), 维护管理相对复杂 (relatively complex maintenance and management)。 潜流人工湿地 又可分为 水平潜流人工湿地 (Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetlands, HSSF CWs) 和 垂直潜流人工湿地 (Vertical Subsurface Flow Constructed Wetlands, VSSF CWs)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 按植物类型分类 (Classification by Plant Types)：
▮▮▮▮ⓖ 自由水面人工湿地 (Free Water Surface Constructed Wetlands, FWS CWs)： 湿地表面 有 свободной 水面 (free water surface), 主要种植 浮水植物 (floating plants) 和 挺水植物 (emergent plants), 类似于 表面流人工湿地。
▮▮▮▮ⓗ 垂直流人工湿地 (Vertical Flow Constructed Wetlands, VF CWs)： 污水 从湿地表面 垂直向下渗滤 (vertically percolates downward), 主要种植 挺水植物 (emergent plants)。 垂直流人工湿地 属于 潜流人工湿地 的一种。
▮▮▮▮ⓘ 水平流人工湿地 (Horizontal Flow Constructed Wetlands, HF CWs)： 污水 在湿地基质中 水平流动 (horizontally flows), 主要种植 挺水植物 (emergent plants)。 水平流人工湿地 也属于 潜流人工湿地 的一种。
▮▮▮▮ⓙ 人工湿地的功能 (Functions of Constructed Wetlands)：人工湿地 具有 多种功能, 主要包括：
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 污水处理功能 (Wastewater Treatment Function)： 人工湿地 通过 физический 沉淀 (physical sedimentation), 过滤 (filtration), 化学吸附 (chemical adsorption), 离子交换 (ion exchange), 生物降解 (biodegradation), 植物吸收 (plant uptake) 等多种作用机制, 去除 污水中的 悬浮物 (suspended solids, SS), 有机物 (organic matter, BOD, COD), 氮 (nitrogen, N), 磷 (phosphorus, P), 重金属 (heavy metals), 病原微生物 (pathogenic microorganisms) 等污染物, 净化水质 (purify water quality)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 水体修复功能 (Water Body Restoration Function)： 人工湿地 可以 用于 受污染水体 (polluted water bodies) 的 修复, 如 河流 (rivers), 湖泊 (lakes), 景观水体 (landscape water bodies) 的 水质改善 (water quality improvement) 和 生态 восстановление (ecological restoration)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❸ 生态环境改善功能 (Ecological Environment Improvement Function)： 人工湿地 可以 改善 周围 环境 микроклимат (microclimate), 增加 区域 绿化面积 (greening area), 提升 环境 эстетическую привлекательность (environmental aesthetic appeal), 为 野生动物 (wildlife) 提供 栖息地 (habitats), 提高 区域 生物多样性 (regional biodiversity)。
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 资源化利用功能 (Resource Utilization Function)： 人工湿地 处理后的 出水 (effluent) 可以 回用 (reuse) 于 农业灌溉 (agricultural irrigation), 工业冷却 (industrial cooling), 景观用水 (landscape water use) 等, 实现 水资源 (water resources) 的 循环利用 (circular utilization)。 人工湿地 收获的 植物 (harvested plants) 可以 作为 生物质能 (biomass energy) 或 其他用途 (other uses), 实现 资源化利用。

9.5 生态环境保护与修复案例分析 (Case Studies of Ecological Environment Protection and Restoration)

9.5.1 自然保护区建设案例：以三江源国家公园为例 (Case Study of Nature Reserve Construction: Taking Sanjiangyuan National Park as an Example)

9.5.2 生态修复工程案例：以长江流域生态修复为例 (Case Study of Ecological Restoration Engineering: Taking Ecological Restoration in the Yangtze River Basin as an Example)

9.5.3 城市生态修复案例：以海绵城市建设为例 (Case Study of Urban Ecological Restoration: Taking Sponge City Construction as an Example)

9.6 生态环境保护与修复的挑战与展望 (Challenges and Prospects of Ecological Environment Protection and Restoration)

9.6.1 生态环境保护与修复面临的挑战 (Challenges Faced by Ecological Environment Protection and Restoration)

9.6.2 生态环境保护与修复的未来展望 (Future Prospects of Ecological Environment Protection and Restoration)

9.7 本章小结 (Chapter Summary)

本章系统阐述了生态环境保护与修复的重要性、生态破坏的原因，以及各种生态保护与修复技术和措施。 生态环境保护 是 生态修复 的 前提和基础, 生态修复 是 对 生态破坏 的 补救和 восстановление。 生态环境保护与修复 是 一项 系统工程 (systematic project), 需要 综合运用 多学科知识 (multi-disciplinary knowledge) 和 多种技术手段 (multiple technical means), 坚持 预防为主, 保护优先, 自然恢复为主, 人工修复为辅, 可持续利用, 社会参与 的原则, 才能 有效 维护生态系统健康 (ecosystem health), 保护生物多样性 (biodiversity), 改善 生态环境质量 (ecological environment quality), 实现 人与自然和谐共生 (harmony between human and nature), 推动 可持续发展 (sustainable development)。

10. 环境监测与评价 (Environmental Monitoring and Assessment)

10.1 环境监测概述 (Overview of Environmental Monitoring)

本节介绍环境监测的目的、意义、内容和基本原则，旨在为读者构建环境监测的整体框架，理解其在环境保护与管理中的核心作用。

10.1.1 环境监测的目的与意义 (Purposes and Significance of Environmental Monitoring)

环境监测是运用物理、化学、生物等科学技术方法，对环境中污染物或影响环境质量因素的浓度、排放量进行测定（measurement）和监视（monitoring），并对监测数据进行整理（organizing）、分析（analyzing）、评价（assessing），从而掌握环境质量状况及变化趋势的活动。其目的和意义主要体现在以下几个方面：

① 掌握环境质量现状，为环境管理提供基础数据：
▮▮▮▮环境监测最直接的目的就是了解当前环境质量状况，例如空气质量如何？水质是否达标？噪声是否超标？这些数据是环境管理的基石（cornerstone），为政府部门制定环境政策、规划和目标提供科学依据。
② 跟踪环境质量变化趋势，为环境预警预报提供支持：
▮▮▮▮通过长期、连续的环境监测，可以掌握环境质量随时间、空间的变化规律，预测未来环境质量发展趋势，及时发现潜在的环境风险和突发环境事件，为环境预警预报提供技术支持，从而采取有效的预防措施（preventive measures），降低环境风险（reduce environmental risks）。例如，通过对空气污染物浓度的监测，可以预测雾霾天气的发生；通过对水质的监测，可以预警水污染事件。
③ 评估污染控制效果，为环境治理提供反馈信息：
▮▮▮▮环境监测是检验污染控制措施是否有效的重要手段（important means）。通过监测污染源排放和环境质量变化，可以评估污染治理工程的效果，判断是否达到预期的治理目标。如果治理效果不佳，可以及时调整治理方案，确保环境治理的有效性。例如，对工业废水处理设施出水进行监测，可以评估其处理效果是否达标。
④ 服务于环境科研，推动环境科学发展：
▮▮▮▮环境监测数据是环境科学研究的重要素材（important material）。科学家可以利用监测数据，研究污染物在环境中的迁移转化规律、生态环境影响机制等，深入理解环境问题的本质，为环境科学理论发展和技术创新提供支持。例如，通过分析长期监测数据，研究气候变化对区域环境的影响。
⑤ 提高公众环境意识，促进公众参与环境保护：
▮▮▮▮公开透明的环境监测信息，能够提高公众对环境问题的关注度，增强公众的环境意识和责任感，促使公众积极参与环境保护行动，形成全民参与（public participation）的环境保护格局。例如，实时发布空气质量指数（Air Quality Index, AQI），可以提醒公众采取防护措施，并促使公众关注空气污染问题。

总之，环境监测在环境保护工作中扮演着耳目（eyes and ears）和哨兵（sentinel）的角色，是实现环境管理科学化（scientification of environmental management）、决策民主化（democratization of decision-making）的重要保障，对于改善环境质量、保障人体健康、促进可持续发展具有不可替代的重要意义。

10.1.2 环境监测的内容与分类 (Contents and Classification of Environmental Monitoring)

环境监测的内容十分广泛，几乎涵盖了环境的各个方面。根据不同的分类标准（classification criteria），环境监测可以分为多种类型。

① 按监测对象分类：
▮▮▮▮这是最常用的分类方法，根据监测的环境要素或污染对象进行划分，主要包括以下几种类型：

▮▮▮▮ⓐ 空气质量监测 (Air Quality Monitoring)：监测大气环境中污染物的浓度，如二氧化硫 (sulfur dioxide, \(SO_2\))、二氧化氮 (nitrogen dioxide, \(NO_2\))、可吸入颗粒物 (particulate matter, \(PM_{10}\))、细颗粒物 (fine particulate matter, \(PM_{2.5}\))、臭氧 (ozone, \(O_3\))、一氧化碳 (carbon monoxide, \(CO\)) 等，以及气象参数，评价空气质量状况。
▮▮▮▮ⓑ 水质监测 (Water Quality Monitoring)：监测地表水、地下水、饮用水、海水等各种水体中的污染物指标，如pH值、溶解氧 (dissolved oxygen, DO)、化学需氧量 (chemical oxygen demand, COD)、生化需氧量 (biochemical oxygen demand, BOD)、氨氮 (ammonia nitrogen, \(NH_3\)-N)、总磷 (total phosphorus, TP)、重金属、有机污染物、细菌总数、总大肠菌群等，评价水质状况。
▮▮▮▮ⓒ 土壤质量监测 (Soil Quality Monitoring)：监测土壤中污染物的含量，如重金属、有机农药、多环芳烃 (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)、石油烃等，以及土壤理化性质，评价土壤质量状况，判断土壤是否受到污染以及污染程度。
▮▮▮▮ⓓ 噪声监测 (Noise Monitoring)：监测环境噪声的强度，如交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声等，评价声环境质量是否符合标准。
▮▮▮▮ⓔ 固体废物监测 (Solid Waste Monitoring)：监测固体废物的产生量、成分、特性、处理处置情况，以及固体废物堆场、填埋场、焚烧厂等场所的环境影响，防止二次污染。
▮▮▮▮ⓕ 生态监测 (Ecological Monitoring)：监测生态系统的结构、功能和动态变化，如植被覆盖度、生物多样性、生态系统服务功能等，评价生态环境状况，为生态环境保护和修复提供依据。
▮▮▮▮ⓖ 辐射监测 (Radiation Monitoring)：监测环境中的电离辐射水平，如天然辐射、人工辐射，评价辐射环境质量，保障公众健康。

② 按监测区域范围分类：
▮▮▮▮根据监测区域的地理范围大小，可分为：

▮▮▮▮ⓐ 区域环境监测 (Regional Environmental Monitoring)：对较大区域范围（如城市、流域、省域、国家甚至全球）的环境质量进行监测，反映区域整体环境状况和变化趋势。
▮▮▮▮ⓑ 点位环境监测 (Point Environmental Monitoring)：在特定地点设置监测点，进行定点监测，如污染源排放口监测、敏感目标（如居民区、学校、医院等）周边环境监测。

③ 按监测时间特性分类：
▮▮▮▮根据监测时间上的连续性和频率，可分为：

▮▮▮▮ⓐ 连续监测 (Continuous Monitoring)：使用自动监测仪器，对环境要素进行连续、实时监测，可以及时掌握环境质量的动态变化，常用于空气质量、水质、噪声等监测。
▮▮▮▮ⓑ 定期监测 (Regular Monitoring)：按照预定的时间周期（如每日、每周、每月、每季度、每年）进行监测，了解环境质量的周期性变化规律。
▮▮▮▮ⓒ 不定期监测 (Irregular Monitoring)：根据需要或特定情况进行监测，如突发环境事件应急监测、污染纠纷仲裁监测、环境影响评价现状监测等。

④ 按监测目的分类：
▮▮▮▮根据监测的目的不同，可分为：

▮▮▮▮ⓐ 背景监测 (Background Monitoring)：在未受或少受人类活动影响的区域进行监测，了解环境的本底状况，为评价环境质量变化提供基准。
▮▮▮▮ⓑ 污染源监测 (Pollution Source Monitoring)：对排放污染物的企事业单位进行监测，掌握污染源排放情况，为排污许可管理和污染控制提供依据。
▮▮▮▮ⓒ 事故监测 (Accident Monitoring)：在发生突发环境事件时，迅速开展应急监测，掌握污染扩散范围和程度，为应急处置和污染损害评估提供支持。
▮▮▮▮ⓓ 监督性监测 (Supervisory Monitoring)：由环境监管部门组织开展的监测，用于监督企事业单位的排污行为和环境质量状况，保障环境法律法规的实施。
▮▮▮▮ⓔ 科研监测 (Scientific Research Monitoring)：为科学研究目的而开展的监测，如环境污染机理研究、环境基准研究、环境模型验证等。

理解环境监测的不同分类，有助于我们根据实际需求，选择合适的监测类型和方法，有效开展环境监测工作。

10.1.3 环境监测的基本原则 (Basic Principles of Environmental Monitoring)

为了保证环境监测数据的科学性（scientificity）、准确性（accuracy）、可靠性（reliability）和可比性（comparability），环境监测工作必须遵循一定的基本原则：

① 代表性原则 (Principle of Representativeness)：
▮▮▮▮监测点位的布设、采样时间和频率、分析项目的选择等，都应具有代表性（representativeness），能够真实反映监测区域或对象的环境质量状况。例如，在进行区域空气质量监测时，监测点位应覆盖不同功能区（如工业区、居民区、交通干道等），以全面反映区域空气质量水平。
② 准确性原则 (Principle of Accuracy)：
▮▮▮▮监测分析方法、仪器设备的选择和使用，以及监测过程的质量控制，都必须保证监测结果的准确性（accuracy），尽量减少误差（error），确保监测数据真实可靠。这包括采样过程的规范操作、实验室分析的质量控制、仪器设备的定期校准等。
③ 可比性原则 (Principle of Comparability)：
▮▮▮▮不同时间、不同地点、不同机构的监测数据，应具有可比性（comparability），才能进行有效的比较分析。为了实现可比性，需要统一监测方法、质量控制标准、数据处理方法等。国家和行业发布的环境监测标准方法（standard methods for environmental monitoring），正是为了保证监测数据的可比性。
④ 完整性原则 (Principle of Integrity)：
▮▮▮▮环境监测数据应具有完整性（integrity），包括监测方案的完整、监测过程的完整、监测数据的完整。要按照监测方案的要求，完成所有的监测环节，获取完整的监测数据，避免数据缺失或遗漏，确保数据能够全面反映环境状况。
⑤ 时效性原则 (Principle of Timeliness)：
▮▮▮▮对于一些需要及时反馈环境信息的监测，如污染事故应急监测、污染源在线监测等，监测数据要具有时效性（timeliness），能够及时提供监测结果，为环境管理决策提供及时有效的支持。例如，空气质量实时发布系统，需要及时更新监测数据，为公众提供及时的空气质量信息。
⑥ 经济性原则 (Principle of Economy)：
▮▮▮▮在满足监测目的和质量要求的前提下，应尽量采用经济有效（economical and effective）的监测方法和技术，合理利用监测资源，提高监测效率，降低监测成本。例如，在满足监测精度的前提下，优先选择快速、简便、低成本的监测方法。

遵循以上基本原则，是保证环境监测工作质量，获取可靠监测数据的重要前提（important prerequisite），也是环境监测发挥其应有作用的根本保障（fundamental guarantee）。

10.2 环境监测方法 (Environmental Monitoring Methods)

本节详细介绍环境监测中常用的采样方法和分析方法，包括大气、水质、土壤和噪声等不同环境要素的监测方法，以及现场监测和遥感监测技术。旨在使读者掌握环境监测的关键技术手段。

10.2.1 采样方法 (Sampling Methods)

采样（sampling）是环境监测的首要环节，采样的质量直接影响监测结果的准确性和代表性。采样的目的是采集具有代表性的样品（sample），用于后续的分析测定。不同的环境要素和监测对象，需要采用不同的采样方法。

10.2.1.1 大气采样方法 (Air Sampling Methods)

大气采样的目的是采集能够代表环境空气质量状况的气态污染物或颗粒物样品。常用的大气采样方法主要有：

① 被动采样法 (Passive Sampling Method)：
▮▮▮▮利用扩散（diffusion）、渗透（permeation）等物理过程，将空气中的污染物富集到采样器（sampler）中，无需外加动力。被动采样器体积小、重量轻、操作简便，适用于长时间、大范围的布点监测（point monitoring）和个人暴露监测（personal exposure monitoring）。常用的被动采样器有扩散管、渗透管等，适用于二氧化硫、二氧化氮、臭氧、挥发性有机物 (volatile organic compounds, VOCs) 等气态污染物的采样。
② 主动采样法 (Active Sampling Method)：
▮▮▮▮利用采样泵（sampling pump）等动力装置，将一定体积的空气抽入采样器，使污染物被吸收液（absorption liquid）、吸附剂（adsorbent）或滤膜（filter membrane）等捕集介质（collection medium）捕集。主动采样法采样效率高、采样量可控，适用于各种气态污染物和颗粒物的采样，是大气监测中最常用的采样方法。

▮▮▮▮ⓐ 气态污染物采样：
▮▮▮▮▮▮▮▮对于气态污染物的采样，常用的捕集介质有吸收液和吸附剂。
▮▮▮▮▮▮▮▮❶ 吸收液吸收法 (Absorption Method)：将空气通过装有吸收液的吸收瓶（absorption bottle）或吸收管（absorption tube），利用污染物在吸收液中的溶解或化学反应，将污染物捕集在吸收液中。常用的吸收液有水、碱性溶液、酸性溶液、氧化剂溶液等，根据不同的污染物选择合适的吸收液。例如，用四氯汞钾溶液吸收二氧化硫，用盐酸萘乙二胺溶液吸收二氧化氮。
\[ SO_2(g) + [HgCl_4]^{2-}(aq) \rightarrow [HgCl_2SO_3]^{2-}(aq) + 2Cl^-(aq) \]
\[ NO_2(g) + 萘乙二胺 + H_3PO_4 \rightarrow 显色化合物 \]
▮▮▮▮▮▮▮▮❷ 吸附剂吸附法 (Adsorption Method)：将空气通过装有吸附剂的吸附管（adsorption tube），利用吸附剂对污染物的吸附作用，将污染物捕集在吸附剂上。常用的吸附剂有活性炭 (activated carbon)、硅胶 (silica gel)、分子筛 (molecular sieve)、Tenax等。吸附剂吸附法适用于挥发性有机物、硫化氢 (hydrogen sulfide, \(H_2S\))、氯气 (chlorine, \(Cl_2\)) 等气态污染物的采样。采样后，用解吸溶剂（desorption solvent）将吸附剂上的污染物解吸下来，进行分析测定。
▮▮▮▮ⓑ 颗粒物采样：
▮▮▮▮▮▮▮▮对于颗粒物的采样，常用滤膜过滤法 (Filtration Method)。将空气通过滤膜（filter membrane），利用滤膜的截留作用（interception），将颗粒物捕集在滤膜上。常用的滤膜材质有玻璃纤维滤膜 (glass fiber filter membrane)、石英纤维滤膜 (quartz fiber filter membrane)、聚四氟乙烯滤膜 (polytetrafluoroethylene filter membrane, PTFE) 等，根据颗粒物的粒径和分析要求选择合适的滤膜孔径和材质。例如，采样 \(PM_{10}\) 和 \(PM_{2.5}\) 时，需要使用切割器（impactor）或旋风分离器（cyclone separator），去除粒径大于 \(10 \mu m\) 或 \(2.5 \mu m\) 的颗粒物，只采集目标粒径范围的颗粒物。
③ 直接采样法 (Direct Sampling Method)：
▮▮▮▮对于一些可以直接进行现场分析的气态污染物，如臭氧、一氧化碳、二氧化碳 (carbon dioxide, \(CO_2\)) 等，可以使用便携式仪器（portable instrument）直接进行采样和测定，无需预先捕集样品。例如，使用便携式臭氧分析仪（portable ozone analyzer）直接测量空气中的臭氧浓度。

在进行大气采样时，需要注意采样点位的代表性（representativeness of sampling points）、采样时间和频率的合理性（rationality of sampling time and frequency）、采样器的正确使用（correct use of samplers）、采样过程的质量控制（quality control of sampling process）等，确保采样数据的准确可靠。

10.2.1.2 水质采样方法 (Water Quality Sampling Methods)

水质采样的目的是采集能够代表水体水质状况的水样。水体类型多样，水质状况复杂，需要根据不同的水体类型和监测目的，选择合适的采样方法。

① 地表水采样 (Surface Water Sampling)：
▮▮▮▮地表水包括河流、湖泊、水库、海洋等。地表水采样点位的布设，应考虑水体的均匀性（homogeneity）和代表性（representativeness），一般在水流混合均匀处、污染源排污口下游、饮用水取水口上游等位置设置采样点。

▮▮▮▮ⓐ 河流采样：在河流断面（cross-section）上设置采样点，采样点数量根据河流宽度和水流均匀程度确定，一般在河流中心、左右岸设置采样点。采样深度一般为水面以下 0.5 m 处。
▮▮▮▮ⓑ 湖泊、水库采样：在湖泊、水库的不同区域（different regions）设置采样点，如入水口、出水口、湖心、岸边等。采样深度根据水深和监测目的确定，可采集表层水、中层水、底层水。
▮▮▮▮ⓒ 海洋采样：海洋采样点位的布设，应考虑海流（ocean current）、潮汐（tide）、污染源分布（distribution of pollution sources）等因素，在不同海域、不同深度设置采样点。海洋采样通常使用采水器（water sampler），如玻璃采水器（glass water sampler）、不锈钢采水器（stainless steel water sampler）、深水采水器（deep water sampler）等。

② 地下水采样 (Groundwater Sampling)：
▮▮▮▮地下水采样通常在地下水井（groundwater well）或钻孔（borehole）中进行。采样前，需要进行洗井（well purging），抽出一定量的井水，排除静水（standing water）的影响，确保采集到的是新鲜的地下水（fresh groundwater）。洗井量一般为井管体积的 3-5 倍。地下水采样可以使用潜水泵（submersible pump）、蠕动泵（peristaltic pump）、真空采水器（vacuum water sampler）等。

③ 特殊水体采样 (Special Water Body Sampling)：
▮▮▮▮对于一些特殊水体，如工业废水（industrial wastewater）、生活污水（domestic wastewater）、饮用水（drinking water）等，需要根据其特点，采用相应的采样方法。

▮▮▮▮ⓐ 工业废水采样：工业废水采样点一般设置在排放口（discharge outlet），采样频率和时间根据排放规律和监测要求确定。对于连续排放（continuous discharge）的工业废水，可以采用定时采样（time-based sampling）或流量比例采样（flow-proportional sampling）；对于间歇排放（intermittent discharge）的工业废水，应在排放期间进行采样。
▮▮▮▮ⓑ 生活污水采样：生活污水采样点一般设置在污水处理厂进水口（inlet of wastewater treatment plant）和出水口（outlet of wastewater treatment plant），采样方法与工业废水类似。
▮▮▮▮ⓒ 饮用水采样：饮用水采样点包括水源水（source water）、出厂水（ex-factory water）、管网末梢水（terminal water of pipe network）、用户龙头水（tap water）等。采样时，需要注意无菌操作（aseptic operation），防止二次污染（secondary pollution），特别是对于微生物指标（microbial indicators）的采样。

水质采样时，需要使用洁净的采样容器（clean sampling containers），容器材质应根据分析项目选择，如玻璃瓶、聚乙烯瓶、聚丙烯瓶等。采样后，应及时进行样品保存（sample preservation），防止样品性质发生变化，影响分析结果。常用的样品保存方法有冷藏（refrigeration）、冷冻（freezing）、加入化学试剂（adding chemical reagents）等。

10.2.1.3 土壤采样方法 (Soil Sampling Methods)

土壤采样的目的是采集能够代表土壤质量状况的土样。土壤具有空间异质性（spatial heterogeneity），采样点位的布设和采样方法的选择，对土壤监测结果的代表性至关重要。

① 采样点位的布设 (Sampling Point Layout)：
▮▮▮▮土壤采样点位的布设，应根据调查目的（investigation purpose）、污染源分布（distribution of pollution sources）、地形地貌（topography and landform）、土地利用类型（land use type）等因素综合考虑。常用的采样点位布设方法有：

▮▮▮▮ⓐ 网格布点法 (Grid Sampling Method)：将采样区域划分为网格（grid），在网格交点（grid intersection）设置采样点，适用于大面积、均匀污染的区域。网格大小根据调查精度和污染程度确定，一般为 \(10m \times 10m\), \(20m \times 20m\), \(50m \times 50m\) 等。
▮▮▮▮ⓑ 系统布点法 (Systematic Sampling Method)：按照一定的规则（rule）和间隔（interval）设置采样点，如等距布点（equidistant sampling）、梅花形布点（plum-blossom-shaped sampling）等，适用于污染带状分布或有规律变化的区域。
▮▮▮▮ⓒ 随机布点法 (Random Sampling Method)：在采样区域内随机（randomly）选择采样点，适用于污染分布不均匀、无明显规律的区域。
▮▮▮▮ⓓ 代表性布点法 (Representative Sampling Method)：根据先验知识（prior knowledge）和经验判断（empirical judgment），在能够代表研究区域土壤质量状况的典型位置（typical locations）设置采样点，适用于快速调查和初步评估。

② 采样方法 (Sampling Methods)：
▮▮▮▮土壤采样通常使用采样工具（sampling tools），如土钻（soil auger）、铲子（shovel）、环刀（ring cutter）等。采样深度根据监测目的和土壤类型确定，一般采集表层土（surface soil）（0-20 cm）或耕层土（plow layer soil）（0-30 cm）。对于需要分析土壤剖面（soil profile）污染状况的，需要分层采样。

▮▮▮▮ⓐ 混合采样法 (Composite Sampling Method)：在每个采样点采集多个子样（sub-samples），将子样混合均匀（homogeneously mixed），形成一个混合样（composite sample）。混合采样法可以减少土壤异质性（heterogeneity）的影响，提高采样代表性，适用于常规土壤质量监测。混合子样的数量一般为 3-5 个。
▮▮▮▮ⓑ 点采样法 (Point Sampling Method)：在每个采样点只采集一个样品（one sample），不进行混合。点采样法可以反映采样点位土壤质量的空间变异性（spatial variability），适用于研究土壤污染的空间分布特征。
▮▮▮▮ⓒ 柱状采样法 (Core Sampling Method)：使用环刀等工具，采集柱状土样（core soil sample），保持土壤的原始结构（original structure），适用于研究土壤的物理性质（physical properties）和剖面特征（profile characteristics）。

土壤采样时，应去除地表植物残体（surface plant residues）、石砾（gravel）等杂物。采样工具应洁净（clean），避免交叉污染（cross-contamination）。采集的土样应及时进行样品处理（sample processing），如风干（air drying）、研磨（grinding）、过筛（sieving）等，并进行样品保存。

10.2.1.4 噪声采样方法 (Noise Sampling Methods)

噪声采样的目的是测量环境噪声的声级（sound level），评价声环境质量。噪声采样方法相对简单，主要包括测点布设（measurement point layout）和测量仪器的使用（use of measuring instruments）。

① 测点布设 (Measurement Point Layout)：
▮▮▮▮噪声测点的布设，应根据噪声类型（noise type）、评价区域（assessment area）和监测目的（monitoring purpose）确定。

▮▮▮▮ⓐ 区域环境噪声监测 (Regional Environmental Noise Monitoring)：测点应具有代表性（representativeness），能够反映区域声环境质量的总体水平。测点应避开局部噪声源（local noise sources）的影响，选择在安静的开阔地（quiet open space），距反射物（如建筑物、围墙等）一定距离（一般大于 3.5 m）。测点高度一般为距地面 1.2-1.5 m。
▮▮▮▮ⓑ 功能区噪声监测 (Functional Area Noise Monitoring)：根据城市区域环境噪声标准（urban area environmental noise standard），在不同功能区（functional areas）（如居民区、商业区、工业区、交通干线两侧等）设置测点，评价各功能区声环境质量是否符合标准要求。
▮▮▮▮ⓒ 交通噪声监测 (Traffic Noise Monitoring)：在交通干线两侧（both sides of traffic arteries）设置测点，测量交通噪声水平，评价交通噪声对沿线居民的影响。测点距交通干线边缘的距离根据监测目的和实际情况确定。
▮▮▮▮ⓓ 工业企业厂界噪声监测 (Industrial Enterprise Boundary Noise Monitoring)：在工业企业厂界（boundary of industrial enterprises）设置测点，测量厂界噪声水平，评价工业企业噪声排放是否达标。测点一般设置在厂界外 1 m 处。

② 测量仪器与方法 (Measuring Instruments and Methods)：
▮▮▮▮噪声测量使用声级计（sound level meter）。声级计是一种精密仪器（precision instrument），需要定期校准（calibration），保证测量精度。测量时，应按照声级计的使用说明书进行操作。

▮▮▮▮ⓐ 测量时间 (Measurement Time)：噪声测量时间应具有代表性（representativeness），能够反映噪声的平均水平（average level）和变化规律（variation law）。区域环境噪声和功能区噪声，一般在昼间（daytime）和夜间（nighttime）分别进行测量，昼间测量时间为 6:00-22:00，夜间测量时间为 22:00-次日 6:00。交通噪声和工业企业厂界噪声，根据实际情况确定测量时间。
▮▮▮▮ⓑ 测量指标 (Measurement Indicators)：噪声测量主要指标为等效连续A声级 (equivalent continuous A-weighted sound pressure level, \(L_{Aeq}\))，单位为 分贝 (decibel, dB)。\(L_{Aeq}\) 反映了在一定时间内噪声能量的平均值，是评价环境噪声影响的主要指标。对于一些特殊噪声，如脉冲噪声（impulse noise）、稳态噪声（steady-state noise）、间歇噪声（intermittent noise）等，还需要测量最大声级 (maximum sound level, \(L_{Amax}\))、统计声级 (statistical sound level, \(L_{A10}\), \(L_{A50}\), \(L_{A90}\)) 等指标。
\[ L_{Aeq,T} = 10 \lg \left[ \frac{1}{T} \int_{0}^{T} \left( \frac{p_A(t)}{p_0} \right)^2 dt \right] \]
其中，\(L_{Aeq,T}\) 为 T 时间内的等效连续A声级，dB；\(p_A(t)\) 为 A 计权瞬时声压，Pa；\(p_0\) 为基准声压，\(2 \times 10^{-5} Pa\); \(T\) 为测量时间，s。

噪声采样时，应避免风的影响（wind effect）、雨的影响（rain effect）、电磁干扰（electromagnetic interference）等外界因素的干扰，确保测量结果的准确可靠。

10.2.2 分析方法 (Analytical Methods)

分析方法（analytical methods）是环境监测的核心环节，是将采集的样品进行分析测定（analysis and determination），获取污染物浓度或指标值的技术手段（technical means）。环境分析方法种类繁多，根据分析原理和技术特点，可分为物理分析方法、化学分析方法、生物分析方法和仪器分析方法等。

10.2.2.1 物理分析方法 (Physical Analytical Methods)

物理分析方法是利用物质的物理性质（physical properties），如质量（mass）、体积（volume）、密度（density）、浊度（turbidity）、颜色（color）、气味（odor）、温度（temperature）、电导率（conductivity）等，对环境样品进行分析测定的方法。物理分析方法通常操作简便、快速、成本低，适用于一些常规指标（routine indicators）的测定。

① 重量法 (Gravimetric Method)：
▮▮▮▮重量法是根据被测组分的质量（mass）进行定量分析的方法。在环境分析中，重量法常用于测定总悬浮固体 (total suspended solids, TSS)、溶解性总固体 (total dissolved solids, TDS)、灰分 (ash) 等指标。例如，测定水样中 TSS 时，将水样过滤（filtration），将滤膜上的悬浮物干燥（drying）、称重（weighing），根据滤膜增重计算 TSS 浓度。
\[ TSS = \frac{m_2 - m_1}{V} \]
其中，TSS 为总悬浮固体浓度，mg/L；\(m_2\) 为干燥后滤膜质量，mg；\(m_1\) 为干燥前滤膜质量，mg；\(V\) 为水样体积，L。
② 容量法 (Volumetric Method)：
▮▮▮▮容量法是根据标准溶液（standard solution）的体积（volume）进行定量分析的方法。容量法操作简便、快速，适用于一些滴定分析（titration analysis）。在环境分析中，容量法常用于测定酸度 (acidity)、碱度 (alkalinity)、氯离子 (chloride ion, \(Cl^-\))、硬度 (hardness)、溶解氧 (DO) 等指标。例如，用碘量法测定水样中 DO 时，将水样与锰盐（manganese salt）和碱性碘化钾溶液（alkaline potassium iodide solution）反应，生成氢氧化锰沉淀（manganese hydroxide precipitate），再加入硫酸（sulfuric acid）酸化，释放出碘 (iodine, \(I_2\))，用硫代硫酸钠标准溶液 (sodium thiosulfate standard solution)滴定释放出的碘，根据硫代硫酸钠标准溶液的体积计算 DO 浓度。
\[ 2Mn^{2+}(aq) + O_2(aq) + 4OH^-(aq) \rightarrow 2MnO_2(s) + 2H_2O(l) \]
\[ MnO_2(s) + 4H^+(aq) + 2I^-(aq) \rightarrow Mn^{2+}(aq) + I_2(aq) + 2H_2O(l) \]
\[ I_2(aq) + 2S_2O_3^{2-}(aq) \rightarrow 2I^-(aq) + S_4O_6^{2-}(aq) \]
③ 比色法 (Colorimetric Method)：
▮▮▮▮比色法是利用有色溶液（colored solution）的颜色深浅（color depth）与被测组分浓度（concentration of the component to be measured）的关系进行定量分析的方法。比色法操作简便、灵敏度较高，适用于一些显色反应（color reaction）的测定。在环境分析中，比色法常用于测定氨氮 (NH\(_{3}\)-N)、硝酸盐氮 (nitrate nitrogen, NO\(_{3}^{-}\)-N)、总磷 (TP)、酚 (phenol)、氰化物 (cyanide, \(CN^-\)) 等指标。例如，用纳氏试剂比色法 (Nessler's reagent colorimetric method) 测定水样中氨氮时，氨氮与纳氏试剂反应，生成黄色络合物（yellow complex compound），在一定波长下测量吸光度，根据吸光度与氨氮浓度的关系计算氨氮浓度。
\[ 2[HgI_4]^{2-} + 2NH_3 + 3OH^- \rightarrow Hg_2OINH_2I \downarrow + 7I^- + 3H_2O \]
④ 浊度法 (Turbidimetric Method)：
▮▮▮▮浊度法是利用悬浮物（suspended matter）对光线的散射作用（light scattering effect）测定水样浊度（turbidity）的方法。浊度是衡量水体透明度（transparency）的重要指标，反映水中悬浮物含量的多少。浊度法操作简便、快速，适用于地表水（surface water）、饮用水（drinking water）、污水（wastewater）等水样的浊度测定。浊度单位为 NTU (Nephelometric Turbidity Unit)。

10.2.2.2 化学分析方法 (Chemical Analytical Methods)

化学分析方法是利用化学反应（chemical reactions），如沉淀反应（precipitation reaction）、氧化还原反应（redox reaction）、络合反应（complexation reaction）、酸碱中和反应（acid-base neutralization reaction）等，对环境样品进行分析测定的方法。化学分析方法种类繁多，灵敏度和选择性较高，是环境分析的重要组成部分。

① 分光光度法 (Spectrophotometry)：
▮▮▮▮分光光度法是基于物质对特定波长光线的吸收特性（absorption characteristics of light of specific wavelengths）进行定量分析的方法。分光光度法灵敏度高、选择性好，适用于多种无机和有机污染物的测定。在环境分析中，分光光度法广泛应用于测定重金属（heavy metals）、阴离子（anions）、有机污染物（organic pollutants）等。例如，用原子吸收分光光度法 (atomic absorption spectrophotometry, AAS) 测定水样中重金属，用紫外可见分光光度法 (ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-Vis) 测定水样中苯酚、甲醛 (formaldehyde, HCHO) 等有机污染物。
② 荧光分光光度法 (Spectrofluorimetry)：
▮▮▮▮荧光分光光度法是基于物质的荧光特性（fluorescence characteristics）进行定量分析的方法。某些物质在特定波长的激发光（excitation light of specific wavelength）照射下，会发出波长较长的荧光（longer wavelength fluorescence）。荧光分光光度法灵敏度极高，选择性好，适用于多环芳烃 (PAHs)、维生素 (vitamin)、农药 (pesticide) 等荧光物质的测定。例如，用荧光分光光度法测定水样中苯并[a]芘 (benzo[a]pyrene, BaP)。
③ 离子色谱法 (Ion Chromatography, IC)：
▮▮▮▮离子色谱法是一种高效液相色谱法 (high-performance liquid chromatography, HPLC)，用于分离和测定离子（ions）。离子色谱法具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等优点，适用于测定水样、气溶胶样品中的阴离子 (anions)（如氟离子 \(F^-\)、氯离子 \(Cl^-\)、硝酸根离子 \(NO_3^-\)、硫酸根离子 \(SO_4^{2-}\)、磷酸根离子 \(PO_4^{3-}\) 等）和阳离子 (cations)（如钠离子 \(Na^+\)、钾离子 \(K^+\)、钙离子 \(Ca^{2+}\)、镁离子 \(Mg^{2+}\)、铵根离子 \(NH_4^+\) 等）。
④ 原子荧光光谱法 (Atomic Fluorescence Spectrometry, AFS)：
▮▮▮▮原子荧光光谱法是基于原子荧光现象（atomic fluorescence phenomenon）进行定量分析的方法。原子荧光光谱法灵敏度高、选择性好，适用于测定砷 (arsenic, As)、汞 (mercury, Hg)、硒 (selenium, Se)、锑 (antimony, Sb) 等挥发性元素（volatile elements）。例如，用原子荧光光谱法测定水样、土壤样品中的砷、汞等元素。
⑤ 化学发光法 (Chemiluminescence Method)：
▮▮▮▮化学发光法是基于化学发光现象（chemiluminescence phenomenon）进行定量分析的方法。某些化学反应会释放出光辐射（light radiation），化学发光法通过测量发光强度（luminescence intensity）来测定被测组分的浓度。化学发光法灵敏度极高，适用于痕量分析（trace analysis）。在环境分析中，化学发光法常用于测定臭氧 (O\(_{3}\))、氮氧化物 (nitrogen oxides, NO\(_{x}\))、过氧化氢 (hydrogen peroxide, H\(_{2}\)O\(_{2}\))、总有机碳 (total organic carbon, TOC) 等。例如，用化学发光法测定空气中的臭氧浓度。

10.2.2.3 生物分析方法 (Biological Analytical Methods)

生物分析方法是利用生物（organisms）或生物组分（biological components），如微生物 (microorganisms)、酶 (enzyme)、抗体 (antibody)、细胞 (cell)、DNA 等，对环境样品进行分析测定的方法。生物分析方法具有灵敏度高、选择性好、特异性强等优点，适用于生物毒性 (biotoxicity)、生物有效性 (bioavailability)、生物富集性 (bioaccumulation) 等环境生物效应的评价。

① 生物毒性试验 (Bioassay)：
▮▮▮▮生物毒性试验是利用生物（indicator organisms）对环境样品中的毒性物质（toxic substances）的敏感反应（sensitive response），评价环境样品毒性大小（toxicity level）的方法。生物毒性试验可以反映环境污染物的综合毒性效应（comprehensive toxic effect）。常用的指示生物有发光细菌 (luminescent bacteria)、水蚤 (water flea)、鱼类 (fish)、藻类 (algae) 等。例如，用发光细菌毒性试验 (luminescent bacteria bioassay) 快速评价水样、土壤样品的急性毒性。
② 酶分析法 (Enzyme Analysis Method)：
▮▮▮▮酶分析法是利用酶的催化反应（catalytic reaction of enzyme），对环境样品中的底物（substrate）或酶抑制剂（enzyme inhibitor）进行分析测定的方法。酶分析法具有灵敏度高、选择性好、特异性强等优点，适用于农药残留 (pesticide residues)、重金属 (heavy metals)、有机磷 (organophosphorus) 等污染物的测定。例如，用酶抑制法 (enzyme inhibition method) 测定蔬菜、水果中的有机磷农药残留。
③ 免疫分析法 (Immunoassay)：
▮▮▮▮免疫分析法是利用抗原抗体反应（antigen-antibody reaction），对环境样品中的抗原物质（antigen substances）进行分析测定的方法。免疫分析法具有灵敏度高、选择性强、特异性强等优点，适用于农药 (pesticides)、兽药 (veterinary drugs)、生物毒素 (biotoxins)、内分泌干扰物 (endocrine disruptors) 等复杂有机污染物的测定。常用的免疫分析方法有 酶联免疫吸附测定 (enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)、放射免疫分析 (radioimmunoassay, RIA)、化学发光免疫分析 (chemiluminescent immunoassay, CLIA) 等。
④ DNA分析法 (DNA Analysis Method)：
▮▮▮▮DNA分析法是利用DNA技术（DNA technology），对环境样品中的生物 (organisms) 或生物组分 (biological components) 进行分析测定的方法。DNA分析法可以用于微生物鉴定 (microbial identification)、基因毒性评价 (genotoxicity assessment)、转基因生物检测 (genetically modified organism detection)、生物多样性监测 (biodiversity monitoring) 等。常用的DNA分析技术有 聚合酶链式反应 (polymerase chain reaction, PCR)、实时荧光PCR (real-time PCR)、DNA测序 (DNA sequencing)、DNA芯片 (DNA microarray) 等。

10.2.2.4 仪器分析方法 (Instrumental Analytical Methods)

仪器分析方法是利用大型精密仪器（large-scale precision instruments），如色谱仪 (chromatograph)、质谱仪 (mass spectrometer)、光谱仪 (spectrometer)、电化学分析仪 (electrochemical analyzer) 等，对环境样品进行分析测定的方法。仪器分析方法具有灵敏度高、选择性好、分析速度快、自动化程度高等优点，是现代环境监测的重要支柱。

① 气相色谱法 (Gas Chromatography, GC)：
▮▮▮▮气相色谱法是利用气相色谱仪 (gas chromatograph)，分离和测定挥发性有机化合物 (VOCs) 的一种分离分析技术 (separation and analysis technique)。气相色谱法广泛应用于测定空气、水、土壤、固体废物等样品中的挥发性有机污染物 (volatile organic pollutants)，如苯系物 (benzene series)、卤代烃 (halogenated hydrocarbons)、农药 (pesticides)、多氯联苯 (polychlorinated biphenyls, PCBs) 等。常用的检测器有 火焰离子化检测器 (flame ionization detector, FID)、电子捕获检测器 (electron capture detector, ECD)、质谱检测器 (mass spectrometer detector, MS) 等。气相色谱-质谱联用技术 (gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS) 是一种强大的分析工具，可以进行定性分析 (qualitative analysis) 和 定量分析 (quantitative analysis)。
② 液相色谱法 (Liquid Chromatography, LC)：
▮▮▮▮液相色谱法是利用液相色谱仪 (liquid chromatograph)，分离和测定非挥发性或难挥发性有机化合物 (non-volatile or semi-volatile organic compounds) 的一种分离分析技术 (separation and analysis technique)。液相色谱法广泛应用于测定水、土壤、生物样品等中的非挥发性有机污染物 (non-volatile organic pollutants)，如多环芳烃 (PAHs)、农药 (pesticides)、抗生素 (antibiotics)、内分泌干扰物 (endocrine disruptors)、食品污染物 (food contaminants) 等。常用的检测器有 紫外检测器 (ultraviolet detector, UV detector)、荧光检测器 (fluorescence detector, FLD)、二极管阵列检测器 (diode array detector, DAD)、质谱检测器 (mass spectrometer detector, MS) 等。液相色谱-质谱联用技术 (liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS) 和 液相色谱-串联质谱技术 (liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS) 具有极高的灵敏度和选择性，是复杂样品分析的有力工具。
③ 电感耦合等离子体质谱法 (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS)：
▮▮▮▮电感耦合等离子体质谱法是一种灵敏度极高 (extremely high sensitivity) 的元素分析技术 (elemental analysis technique)，用于测定无机元素 (inorganic elements)，特别是痕量金属元素 (trace metal elements)。ICP-MS 将样品引入 电感耦合等离子体 (inductively coupled plasma, ICP) 中，高温等离子体使样品原子化 (atomization) 和 离子化 (ionization)，离子经 质谱仪 (mass spectrometer) 分析，根据质荷比 (mass-to-charge ratio) 和 离子强度 (ion intensity) 进行定性和定量分析。ICP-MS 具有灵敏度高、检出限低、基体效应小、同位素分析能力等优点，广泛应用于测定水、土壤、空气颗粒物、生物样品等中的重金属 (heavy metals)、稀土元素 (rare earth elements)、放射性元素 (radioactive elements) 等。
④ X射线荧光光谱法 (X-ray Fluorescence Spectrometry, XRF)：
▮▮▮▮X射线荧光光谱法是一种快速 (rapid)、无损 (non-destructive) 的 元素分析技术 (elemental analysis technique)，用于测定固体样品 (solid samples) 和 液体样品 (liquid samples) 中的 元素组成 (elemental composition)。XRF 利用 X射线 (X-ray) 激发样品中的原子，原子内层电子跃迁产生 特征X射线 (characteristic X-ray)，通过分析 特征X射线 (characteristic X-ray) 的 波长 (wavelength) 和 强度 (intensity) 进行定性和定量分析。XRF 具有分析速度快、样品制备简单、无损分析等优点，广泛应用于土壤、矿石、建材、大气颗粒物等样品的元素分析。便携式X射线荧光光谱仪 (portable X-ray fluorescence spectrometer, PXRF) 可用于现场快速分析。

10.2.3 现场监测与遥感监测 (On-site Monitoring and Remote Sensing Monitoring)

除了传统的实验室分析方法外，现场监测 (on-site monitoring) 和 遥感监测 (remote sensing monitoring) 技术在环境监测中也发挥着越来越重要的作用。

① 现场监测 (On-site Monitoring)：
▮▮▮▮现场监测是指在现场 (on-site) 直接进行环境监测和分析的方法。现场监测具有实时性 (real-time)、快速性 (rapid)、便捷性 (convenience) 等优点，可以及时获取环境信息，为应急监测 (emergency monitoring)、污染源排查 (pollution source investigation)、环境执法 (environmental law enforcement) 等提供快速支持。常用的现场监测技术和仪器有：

▮▮▮▮ⓐ 便携式监测仪器 (Portable Monitoring Instruments)：如 便携式气体检测仪 (portable gas detector)、便携式水质分析仪 (portable water quality analyzer)、便携式声级计 (portable sound level meter)、便携式土壤重金属分析仪 (portable soil heavy metal analyzer) 等。这些仪器体积小、重量轻、操作简便，可用于现场快速测定空气污染物浓度、水质指标、噪声水平、土壤重金属含量等。
▮▮▮▮ⓑ 在线监测系统 (Online Monitoring System)：如 空气质量自动监测站 (air quality automatic monitoring station)、水质自动监测站 (water quality automatic monitoring station)、污染源在线监测系统 (online monitoring system for pollution sources) 等。在线监测系统可以 连续 (continuously)、实时 (real-time) 监测环境质量状况和污染源排放情况，并将监测数据 远程传输 (remote transmission) 到监控中心，实现 自动化监测 (automatic monitoring) 和 远程监控 (remote monitoring)。
▮▮▮▮ⓒ 快速检测试剂 (Rapid Detection Reagents) 和 试纸 (Test Strips)：如 水质快速检测试剂 (rapid water quality test reagents)、土壤快速检测试剂 (rapid soil test reagents)、空气快速检测试管 (rapid air test tubes)、pH试纸 (pH test strips)、COD快速测定试剂 (rapid COD determination reagents) 等。这些快速检测试剂和试纸操作简便、成本低廉，适用于现场快速 初步筛查 (preliminary screening) 和 半定量分析 (semi-quantitative analysis)。
④ 遥感监测 (Remote Sensing Monitoring)：
▮▮▮▮遥感监测是指利用 卫星 (satellite)、飞机 (aircraft)、无人机 (unmanned aerial vehicle, UAV) 等 遥感平台 (remote sensing platforms)，搭载 遥感传感器 (remote sensors)，不接触目标 (without contacting the target) 地获取地表 电磁波信息 (electromagnetic wave information)，并进行 分析处理 (analysis and processing)，从而实现对 大范围 (large-scale)、动态 (dynamic) 环境要素的监测。遥感监测具有 宏观 (macroscopic)、快速 (rapid)、经济 (economical) 等优点，在 区域环境监测 (regional environmental monitoring)、生态环境监测 (ecological environment monitoring)、突发环境事件应急监测 (emergency monitoring of sudden environmental incidents) 等领域具有重要应用价值。常用的遥感监测技术和应用有：

▮▮▮▮ⓐ 卫星遥感 (Satellite Remote Sensing)：利用 地球资源卫星 (earth resources satellite)、环境卫星 (environmental satellite)、气象卫星 (meteorological satellite) 等获取 大范围 (large-scale)、长时间序列 (long time series) 的遥感数据，监测 大气污染 (air pollution)、水体污染 (water pollution)、植被覆盖 (vegetation coverage)、土地利用变化 (land use change)、城市热岛效应 (urban heat island effect)、沙漠化 (desertification)、森林火灾 (forest fire) 等。常用的卫星遥感数据有 Landsat、Sentinel、MODIS、HJ-1 等。
▮▮▮▮ⓑ 航空遥感 (Airborne Remote Sensing)：利用 飞机 (aircraft)、直升机 (helicopter) 等平台搭载 高分辨率遥感传感器 (high-resolution remote sensors)，获取 高空间分辨率 (high spatial resolution) 的遥感数据，监测 精细尺度 (fine scale) 的环境信息，如 污染源分布 (pollution source distribution)、土壤污染 (soil pollution)、水体富营养化 (water eutrophication)、湿地变化 (wetland change)、城市绿地 (urban green space) 等。
▮▮▮▮ⓒ 无人机遥感 (UAV Remote Sensing)：利用 无人机 (UAV) 搭载 轻小型遥感传感器 (lightweight and small remote sensors)，获取 低空 (low altitude)、高分辨率 (high resolution)、灵活机动 (flexible and mobile) 的遥感数据，监测 小范围 (small-scale)、突发性 (sudden) 环境事件，如 应急巡查 (emergency patrol)、污染事故调查 (pollution accident investigation)、生态破坏评估 (ecological damage assessment)、精准农业 (precision agriculture) 等。无人机遥感具有 低成本 (low cost)、操作灵活 (flexible operation)、获取数据及时 (timely data acquisition) 等优点，在环境监测领域应用前景广阔。

10.3 环境质量评价 (Environmental Quality Assessment)

环境质量评价 (environmental quality assessment) 是在环境监测的基础上，根据 环境质量标准 (environmental quality standards)，采用 科学的方法 (scientific methods)，对环境质量状况进行 定性 (qualitative) 或 定量 (quantitative) 描述，判断环境质量 优劣程度 (degree of excellence or inferiority)，为 环境管理 (environmental management) 和 决策 (decision-making) 提供 科学依据 (scientific basis)。

10.3.1 环境质量评价指标 (Environmental Quality Assessment Indicators)

环境质量评价指标 (environmental quality assessment indicators) 是用于 定量描述 (quantitatively describe) 环境质量状况的 参数 (parameters)。不同的环境要素和评价目的，需要选择不同的评价指标。常用的环境质量评价指标主要包括：

10.3.1.1 大气环境质量评价指标 (Air Environmental Quality Assessment Indicators)

大气环境质量评价指标主要反映 空气污染程度 (air pollution level) 和 人体健康影响 (impact on human health)。根据 《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)，我国现行大气环境质量评价指标主要包括：

① 基本污染物 (Basic Pollutants)：
▮▮▮▮指对人体健康和环境影响 广泛 (widespread)、严重 (serious) 的 常规污染物 (conventional pollutants)。基本污染物包括：

▮▮▮▮ⓐ 二氧化硫 (SO\(_{2}\))：主要来源于 燃煤 (coal combustion) 和 工业生产 (industrial production)，高浓度 \(SO_2\) 可引起 呼吸道疾病 (respiratory diseases) 和 酸雨 (acid rain)。评价指标有 年平均浓度 (annual average concentration)、24小时平均浓度 (24-hour average concentration)、1小时平均浓度 (1-hour average concentration)。
▮▮▮▮ⓑ 二氧化氮 (NO\(_{2}\))：主要来源于 机动车尾气 (motor vehicle exhaust) 和 燃煤 (coal combustion)，高浓度 \(NO_2\) 可引起 呼吸道疾病 (respiratory diseases) 和 光化学烟雾 (photochemical smog)。评价指标有 年平均浓度 (annual average concentration)、24小时平均浓度 (24-hour average concentration)、1小时平均浓度 (1-hour average concentration)。
▮▮▮▮ⓒ 可吸入颗粒物 (PM\(_{10}\))：指 空气动力学直径 (aerodynamic diameter) 小于等于 \(10 \mu m\) 的颗粒物，主要来源于 扬尘 (dust)、工业粉尘 (industrial dust)、燃煤 (coal combustion)、机动车尾气 (motor vehicle exhaust) 等。\(PM_{10}\) 可 深入呼吸道 (penetrate deep into the respiratory tract)，危害人体健康。评价指标有 年平均浓度 (annual average concentration)、24小时平均浓度 (24-hour average concentration)。
▮▮▮▮ⓓ 细颗粒物 (PM\(_{2.5}\))：指 空气动力学直径 (aerodynamic diameter) 小于等于 \(2.5 \mu m\) 的颗粒物，主要来源于 二次转化 (secondary transformation)、燃煤 (coal combustion)、机动车尾气 (motor vehicle exhaust) 等。\(PM_{2.5}\) 粒径更小， 更容易进入肺泡 (easier to enter the alveoli)，对人体健康危害更大。评价指标有 年平均浓度 (annual average concentration)、24小时平均浓度 (24-hour average concentration)。
▮▮▮▮ⓔ 臭氧 (O\(_{3}\))：属于 二次污染物 (secondary pollutant)，由 氮氧化物 (NO\(_{x}\)) 和 挥发性有机物 (VOCs) 在 光照 (sunlight) 作用下发生 光化学反应 (photochemical reaction) 生成。高浓度 \(O_3\) 可引起 呼吸道刺激 (respiratory irritation) 和 植物损害 (plant damage)。评价指标有 日最大8小时平均浓度 (daily maximum 8-hour average concentration)、日最大1小时平均浓度 (daily maximum 1-hour average concentration)。
▮▮▮▮ⓕ 一氧化碳 (CO)：主要来源于 燃料不完全燃烧 (incomplete combustion of fuel)，如 机动车尾气 (motor vehicle exhaust)、工业生产 (industrial production) 等。CO 具有 毒性 (toxicity)，可引起 一氧化碳中毒 (carbon monoxide poisoning)。评价指标有 24小时平均浓度 (24-hour average concentration)、1小时平均浓度 (1-hour average concentration)。

② 特征污染物 (Characteristic Pollutants)：
▮▮▮▮指 特定区域 (specific areas) 或 特定行业 (specific industries) 排放的，具有 代表性 (representative) 或 特殊危害 (special hazards) 的污染物。特征污染物根据不同地区和行业特点而有所不同，例如 挥发性有机物 (VOCs)、恶臭污染物 (odorous pollutants)、重金属 (heavy metals)、持久性有机污染物 (persistent organic pollutants, POPs) 等。特征污染物的评价指标根据具体污染物种类和环境标准确定。

③ 气象参数 (Meteorological Parameters)：
▮▮▮▮气象参数 影响污染物扩散和转化 (affect pollutant diffusion and transformation)，也是大气环境质量评价的重要参考。常用的气象参数有 风速 (wind speed)、风向 (wind direction)、温度 (temperature)、湿度 (humidity)、气压 (atmospheric pressure)、降水 (precipitation) 等。

10.3.1.2 水环境质量评价指标 (Water Environmental Quality Assessment Indicators)

水环境质量评价指标主要反映 水体污染程度 (water pollution level) 和 水功能区 (water function zones) 的 适用性 (suitability)。根据 《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002) 和 《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)，我国现行水环境质量评价指标主要包括：

① 基本指标 (Basic Indicators)：
▮▮▮▮指反映 水体基本状况 (basic condition of water body) 和 普遍污染特征 (common pollution characteristics) 的指标。基本指标包括：

▮▮▮▮ⓐ pH值 (pH)：反映水体的 酸碱性 (acidity and alkalinity)。pH 值过高或过低都会 影响水生生物生存 (affect the survival of aquatic organisms) 和 水体自净能力 (self-purification capacity of water body)。
▮▮▮▮ⓑ 溶解氧 (DO)：指溶解在水中的氧气量，是 水生生物生存 (survival of aquatic organisms) 的 必要条件 (necessary condition)。DO 浓度过低表明水体 受到有机污染 (organically polluted)。
▮▮▮▮ⓒ 化学需氧量 (COD)：指用 化学氧化剂 (chemical oxidant) 氧化水中有机物所需的氧量，反映水体 有机污染程度 (organic pollution level)。COD 值越高，表明水体有机污染越严重。
▮▮▮▮ⓓ 生化需氧量 (BOD\(_{5}\))：指微生物在 有氧条件下 (aerobic conditions) 分解水中有机物所需的氧量，反映水体 可生物降解有机物污染程度 (biodegradable organic pollution level)。BOD\(_{5}\) 值越高，表明水体可生物降解有机物污染越严重。
▮▮▮▮ⓔ 氨氮 (NH\(_{3}\)-N)：主要来源于 生活污水 (domestic wastewater)、农业废水 (agricultural wastewater) 和 工业废水 (industrial wastewater)，高浓度氨氮可引起 水体富营养化 (water eutrophication) 和 鱼类毒害 (fish poisoning)。
▮▮▮▮ⓕ 总磷 (TP)：主要来源于 生活污水 (domestic wastewater)、农业废水 (agricultural wastewater) 和 工业废水 (industrial wastewater)，是 水体富营养化 (water eutrophication) 的 限制性营养盐 (limiting nutrient salt)。
▮▮▮▮ⓖ 高锰酸盐指数 (COD\(_{Mn}\))：指用 高锰酸钾 (potassium permanganate) 氧化水中有机物所需的氧量，反映水体 有机污染程度 (organic pollution level)，与 COD 类似，但氧化条件较弱，主要反映 易被氧化有机物 (easily oxidizable organic matter) 污染程度。

② 毒理指标 (Toxicological Indicators)：
▮▮▮▮指对 人体健康 (human health) 或 水生生物 (aquatic organisms) 具有 毒性 (toxicity) 的污染物指标。毒理指标包括：

▮▮▮▮ⓐ 重金属 (Heavy Metals)：如 汞 (Hg)、镉 (Cd)、铅 (Pb)、铬 (Cr)、砷 (As) 等，具有 生物富集性 (bioaccumulation) 和 慢性毒性 (chronic toxicity)，危害人体健康和生态环境。
▮▮▮▮ⓑ 有机污染物 (Organic Pollutants)：如 挥发性有机物 (VOCs)、半挥发性有机物 (SVOCs)、农药 (pesticides)、多环芳烃 (PAHs)、多氯联苯 (PCBs) 等，部分有机污染物具有 致癌性 (carcinogenicity)、致畸性 (teratogenicity)、致突变性 (mutagenicity) 和 内分泌干扰作用 (endocrine disrupting effects)。
▮▮▮▮ⓒ 氰化物 (CN\(^{-}\))、氟化物 (F\(^{-}\))、硫化物 (S\(^{2-}\)) 等 无机毒物 (inorganic poisons)。

③ 感官指标和微生物指标 (Sensory Indicators and Microbiological Indicators)：
▮▮▮▮指反映 水体感官性状 (sensory properties of water body) 和 微生物污染状况 (microbiological pollution status) 的指标。感官指标和微生物指标主要用于 生活饮用水 (drinking water) 和 景观用水 (landscape water) 的评价。

▮▮▮▮ⓐ 感官指标 (Sensory Indicators)：如 色度 (color)、浊度 (turbidity)、臭和味 (odor and taste)、肉眼可见物 (visible substances) 等，反映水体的 外观 (appearance) 和 感官感受 (sensory perception)。
▮▮▮▮ⓑ 微生物指标 (Microbiological Indicators)：如 细菌总数 (total bacterial count)、总大肠菌群 (total coliforms)、粪大肠菌群 (fecal coliforms)、耐热大肠菌群 (thermotolerant coliforms) 等，反映水体 病原微生物污染状况 (pathogenic microorganism pollution status)，是 饮用水卫生安全 (drinking water hygiene and safety) 的 重要指标 (important indicators)。

④ 营养盐指标 (Nutrient Salt Indicators)：
▮▮▮▮指反映 水体富营养化程度 (eutrophication level of water body) 的指标，主要包括 总氮 (TN) 和 总磷 (TP)。营养盐指标主要用于 湖泊 (lakes)、水库 (reservoirs)、近岸海域 (coastal waters) 等 封闭性 (closed) 或 半封闭性 (semi-closed) 水体的评价。

⑤ 特定水功能区补充指标 (Supplementary Indicators for Specific Water Function Zones)：
▮▮▮▮根据 水功能区划 (water function zoning)，不同水功能区（如 饮用水源保护区 (drinking water source protection areas)、渔业水域 (fishery waters)、景观娱乐用水区 (landscape and recreational water areas) 等）需要补充评价 特定污染物指标 (specific pollutant indicators)。例如，饮用水源地 (drinking water source areas) 需要评价 农药残留 (pesticide residues)、有机物 (organic matter)、放射性指标 (radioactive indicators) 等；渔业水域 (fishery waters) 需要评价 鱼类毒性指标 (fish toxicity indicators)、重金属 (heavy metals) 等。

10.3.1.3 土壤环境质量评价指标 (Soil Environmental Quality Assessment Indicators)

土壤环境质量评价指标主要反映 土壤污染程度 (soil pollution level) 和 土壤功能 (soil functions) 的 受损状况 (damage status)。根据 《土壤环境质量标准》(GB 15618-2018)，我国现行土壤环境质量评价指标主要包括：

① 基本项目 (Basic Items)：
▮▮▮▮指 不同土壤类型 (different soil types) 和 土地利用类型 (land use types) 都需要评价的 常规污染物指标 (conventional pollutant indicators)。基本项目包括：

▮▮▮▮ⓐ 重金属 (Heavy Metals)：如 镉 (Cd)、汞 (Hg)、砷 (As)、铅 (Pb)、铬 (Cr)、铜 (Cu)、锌 (Zn)、镍 (Ni) 等，是土壤污染的 主要污染物 (main pollutants)。不同重金属在土壤中的 形态 (form)、迁移性 (mobility)、生物有效性 (bioavailability) 和 毒性 (toxicity) 不同，评价指标需考虑 土壤背景值 (soil background values) 和 土壤类型 (soil types)。
▮▮▮▮ⓑ pH值 (pH)：反映土壤的 酸碱性 (acidity and alkalinity)，影响土壤 养分有效性 (nutrient availability)、微生物活动 (microbial activity) 和 污染物迁移转化 (pollutant migration and transformation)。
▮▮▮▮ⓒ 有机质 (Organic Matter)：是土壤的 重要组成部分 (important component)，影响土壤 肥力 (fertility)、结构 (structure) 和 保水保肥能力 (water and fertilizer retention capacity)。土壤有机质含量过低表明土壤 退化 (degradation)。

② 筛选项目 (Screening Items)：
▮▮▮▮指 特定土壤类型 (specific soil types) 或 土地利用类型 (land use types) 需要 重点关注 (key focus) 的污染物指标。筛选项目根据不同土壤类型和土地利用类型特点而有所不同，例如：

▮▮▮▮ⓐ 农用地土壤 (Agricultural Land Soil)：需重点关注 农药残留 (pesticide residues)、多环芳烃 (PAHs)、石油烃 (petroleum hydrocarbons) 等 农业生产活动 (agricultural production activities) 带来的污染物。
▮▮▮▮ⓑ 建设用地土壤 (Construction Land Soil)：需重点关注 挥发性有机物 (VOCs)、半挥发性有机物 (SVOCs)、多环芳烃 (PAHs)、石油烃 (petroleum hydrocarbons) 等 工业活动 (industrial activities) 和 城市活动 (urban activities) 带来的污染物。
▮▮▮▮ⓒ 污染地块土壤 (Contaminated Site Soil)：需根据 污染历史 (pollution history) 和 潜在污染源 (potential pollution sources)，有针对性地选择 特征污染物指标 (characteristic pollutant indicators) 进行评价，如 氯代烃 (chlorinated hydrocarbons)、酚类化合物 (phenolic compounds)、二噁英 (dioxins)、呋喃 (furans)、炸药 (explosives)、放射性核素 (radionuclides) 等。

③ 其他指标 (Other Indicators)：
▮▮▮▮根据 特定评价目的 (specific evaluation purposes)，可以补充评价 其他土壤指标 (other soil indicators)，如 土壤容重 (soil bulk density)、孔隙度 (porosity)、质地 (texture)、养分 (nutrients)、酶活性 (enzyme activity)、微生物量 (biomass)、生物多样性 (biodiversity) 等，全面反映土壤 物理 (physical)、化学 (chemical) 和 生物 (biological) 性质。

10.3.1.4 声环境质量评价指标 (Sound Environmental Quality Assessment Indicators)

声环境质量评价指标主要反映 环境噪声污染程度 (environmental noise pollution level) 和 对人体生活和工作的影响 (impact on human life and work)。根据 《声环境质量标准》(GB 3096-2008)，我国现行声环境质量评价指标主要包括：

① 等效连续A声级 (L\(_{Aeq}\))：
▮▮▮▮是 评价环境噪声 (environmental noise) 的 主要指标 (main indicator)，反映 一定时间内 (within a certain period) 噪声能量的 平均水平 (average level)。\(L_{Aeq}\) 值越高，表明噪声污染越严重。评价指标有 昼间等效声级 (daytime equivalent sound level, L\(_{d}\)) 和 夜间等效声级 (nighttime equivalent sound level, L\(_{n}\))。

② 功能区噪声限值 (Noise Limits for Functional Areas)：
▮▮▮▮根据 城市区域环境噪声标准 (urban area environmental noise standard)，将城市划分为 五类功能区 (five categories of functional areas)（0类、1类、2类、3类、4类），不同功能区执行 不同噪声限值 (different noise limits)。功能区噪声限值是 评价声环境质量是否达标 (evaluate whether the sound environment quality meets the standards) 的 重要依据 (important basis)。

③ 特殊噪声评价指标 (Special Noise Assessment Indicators)：
▮▮▮▮对于 交通噪声 (traffic noise)、工业噪声 (industrial noise)、建筑施工噪声 (construction noise)、社会生活噪声 (social life noise) 等 特定噪声源 (specific noise sources)，可能需要补充评价 其他噪声指标 (other noise indicators)，如 最大声级 (L\(_{Amax}\))、脉冲声 (impulse sound)、倍频带声压级 (octave band sound pressure level) 等。例如，交通噪声 (traffic noise) 评价需要考虑 交通流量 (traffic flow)、车速 (vehicle speed)、车型 (vehicle type) 等因素；建筑施工噪声 (construction noise) 评价需要考虑 施工阶段 (construction stages)、施工机械 (construction machinery)、作业时间 (operation time) 等因素。

10.3.2 环境质量标准 (Environmental Quality Standards)

环境质量标准 (environmental quality standards) 是 国家 (national) 或 地方 (local) 发布的，为 保护人体健康 (protect human health) 和 生态环境 (ecological environment)，对 环境质量 (environmental quality) 提出的 规范性要求 (normative requirements)。环境质量标准是 环境质量评价 (environmental quality assessment) 的 基本依据 (basic basis)，也是 环境管理 (environmental management) 和 环境执法 (environmental law enforcement) 的 重要工具 (important tools)。

10.3.2.1 大气环境质量标准 (Air Environmental Quality Standards)

我国现行大气环境质量标准是 《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)，该标准规定了 环境空气 (ambient air) 中 基本污染物 (basic pollutants) 和 其他污染物 (other pollutants) 的 浓度限值 (concentration limits)，以及 污染物项目 (pollutant items)、浓度限值分级 (concentration limit levels)、监测方法 (monitoring methods) 等。大气环境质量标准按照 功能区划 (functional zoning) 和 保护目标 (protection targets)，将环境空气质量划分为 一级 (Class I)、二级 (Class II) 两个级别：

① 一级标准 (Class I Standard)：
▮▮▮▮适用于 自然保护区 (nature reserves)、风景名胜区 (scenic spots)、疗养区 (sanatoriums) 等 需要特殊保护的区域 (areas requiring special protection)。一级标准 浓度限值 (concentration limits) 较低，要求 空气质量较高 (higher air quality)。
② 二级标准 (Class II Standard)：
▮▮▮▮适用于 城市 (cities)、农村 (rural areas)、工业区 (industrial areas)、居住区 (residential areas) 等 一般区域 (general areas)。二级标准 浓度限值 (concentration limits) 相对宽松，是 基本的环境空气质量要求 (basic environmental air quality requirements)。

《环境空气质量标准》还规定了 污染物浓度限值的取值时间和统计方法 (value time and statistical methods of pollutant concentration limits)，如 年平均浓度 (annual average concentration)、24小时平均浓度 (24-hour average concentration)、1小时平均浓度 (1-hour average concentration)、日最大8小时平均浓度 (daily maximum 8-hour average concentration)、日最大1小时平均浓度 (daily maximum 1-hour average concentration) 等。评价大气环境质量时，需要将 实测污染物浓度 (measured pollutant concentrations) 与 相应级别的标准限值 (standard limits of corresponding levels) 进行比较，判断是否 达标 (meet the standards)。

10.3.2.2 水环境质量标准 (Water Environmental Quality Standards)

我国现行水环境质量标准主要包括 《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002) 和 《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)。

① 《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)：
▮▮▮▮该标准根据 地表水水域功能 (surface water function) 和 保护目标 (protection targets)，将地表水划分为 五类 (five categories)：

▮▮▮▮ⓐ Ⅰ类 (Class I)：主要适用于 源头水 (source water)、国家规定的自然保护区 (national nature reserves) 等 极少数 (very few) 地区。水质 基本未受污染 (basically unpolluted)，水质良好。
▮▮▮▮ⓑ Ⅱ类 (Class II)：主要适用于 集中式生活饮用水地表水源地一级保护区 (primary protection areas of centralized drinking water surface source areas)、珍稀水生生物栖息地 (habitats of rare aquatic organisms)、鱼虾产卵场 (spawning grounds of fish and shrimp)、仔稚幼鱼的索饵场 (feeding grounds of fish larvae and juveniles) 等。水质 轻度污染 (slightly polluted)，经 常规处理 (conventional treatment) 后可作为饮用水源。
▮▮▮▮ⓒ Ⅲ类 (Class III)：主要适用于 集中式生活饮用水地表水源地二级保护区 (secondary protection areas of centralized drinking water surface source areas)、鱼类越冬场 (overwintering grounds of fish)、洄游通道 (migration channels)、水产养殖区 (aquaculture areas) 等。水质 中度污染 (moderately polluted)，经 净化处理 (purification treatment) 后可作为饮用水源。
▮▮▮▮ⓓ Ⅳ类 (Class IV)：主要适用于 一般工业用水区 (general industrial water use areas) 及 人体非直接接触的娱乐用水区 (recreational water areas for indirect human contact) 等。水质 重度污染 (heavily polluted)，不宜作为饮用水源，但可用于 工业用水 (industrial water) 和 景观用水 (landscape water)。
▮▮▮▮ⓔ Ⅴ类 (Class V)：主要适用于 农业用水区 (agricultural water use areas) 及 对水质要求不高的景观用水区 (landscape water areas with low water quality requirements) 等。水质 严重污染 (severely polluted)，基本丧失水体功能。

《地表水环境质量标准》规定了 不同类别水体 (different categories of water bodies) 的 基本项目 (basic items) 和 补充项目 (supplementary items) 的 标准限值 (standard limits)，评价地表水环境质量时，需要根据 水功能区划 (water function zoning) 确定 水体类别 (water body category)，并将 实测水质指标 (measured water quality indicators) 与 相应类别的标准限值 (standard limits of corresponding categories) 进行比较，判断是否 达标 (meet the standards)。

② 《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)：
▮▮▮▮该标准规定了 生活饮用水 (drinking water) 的 水质卫生要求 (water quality hygiene requirements)，包括 感官性状和一般化学指标 (sensory properties and general chemical indicators)、毒理指标 (toxicological indicators)、微生物指标 (microbiological indicators)、放射性指标 (radioactive indicators) 等 93项指标 (93 indicators) 的 限值 (limits)。该标准是 保障饮用水安全 (ensure drinking water safety) 的 强制性标准 (mandatory standard)。评价饮用水水质时，需要将 实测水质指标 (measured water quality indicators) 与 标准限值 (standard limits) 进行比较，判断是否 达标 (meet the standards)。

10.3.2.3 土壤环境质量标准 (Soil Environmental Quality Standards)

我国现行土壤环境质量标准是 《土壤环境质量标准 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》(GB 36600-2018)、《土壤环境质量标准 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》(GB 15618-2018) 和 《土壤环境质量 农用地土壤污染风险评估筛选值》(GB/T 35619-2018)。

① 《土壤环境质量标准 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》(GB 36600-2018)：
▮▮▮▮该标准适用于 建设用地 (construction land) 土壤污染风险管控和修复。标准根据 用地性质 (land use nature)，将建设用地划分为 第一类用地 (Class I land) 和 第二类用地 (Class II land)：

▮▮▮▮ⓐ 第一类用地 (Class I land)：指 居民用地 (residential land)、公共管理与公共服务用地 (land for public management and public service)、公园与绿地 (parks and green spaces) 等 敏感用地 (sensitive land)。
▮▮▮▮ⓑ 第二类用地 (Class II land)：指 商业服务业用地 (commercial service land)、工矿仓储用地 (industrial, mining and storage land)、道路与交通设施用地 (land for roads and transportation facilities) 等 非敏感用地 (non-sensitive land)。

《建设用地土壤污染风险管控标准》规定了 不同用地类型 (different land use types) 和 不同污染物 (different pollutants) 的 风险筛选值 (risk screening values)。风险筛选值是 土壤污染风险管控 (soil pollution risk control) 的 基准值 (baseline values)，当土壤污染物浓度 超过风险筛选值 (exceeds the risk screening value) 时，需要进行 详细调查评估 (detailed investigation and assessment) 和 风险管控 (risk control) 或 修复 (remediation)。

② 《土壤环境质量标准 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》(GB 15618-2018)：
▮▮▮▮该标准适用于 农用地 (agricultural land) 土壤污染风险管控。标准根据 土壤类型 (soil types) 和 土地利用类型 (land use types)，将农用地划分为 水田 (paddy fields) 和 旱地 (dry land)，并规定了 不同土壤类型 (different soil types) 和 不同污染物 (different pollutants) 的 风险筛选值 (risk screening values)。

③ 《土壤环境质量 农用地土壤污染风险评估筛选值》(GB/T 35619-2018)：
▮▮▮▮该标准是 《土壤环境质量标准 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》(GB 15618-2018) 的 配套标准 (supporting standard)，提供了 更详细 (more detailed) 的 农用地土壤污染风险评估筛选值 (risk screening values for agricultural land soil pollution risk assessment)，包括 更多污染物种类 (more pollutant types) 和 更细化的土壤类型 (more refined soil types)，为 农用地土壤污染风险评估 (agricultural land soil pollution risk assessment) 提供 技术指导 (technical guidance)。

评价土壤环境质量时，需要根据 土地利用类型 (land use type) 和 土壤类型 (soil type)，选择 相应的土壤环境质量标准 (corresponding soil environmental quality standards) 和 风险筛选值 (risk screening values)，将 实测土壤污染物浓度 (measured soil pollutant concentrations) 与 风险筛选值 (risk screening values) 进行比较，判断是否 超过风险阈值 (exceed the risk threshold)，并采取相应的 风险管控措施 (risk control measures) 或 修复措施 (remediation measures)。

10.3.2.4 声环境质量标准 (Sound Environmental Quality Standards)

我国现行声环境质量标准是 《声环境质量标准》(GB 3096-2008)，该标准根据 城市区域功能 (urban area functions) 和 保护目标 (protection targets)，将城市区域划分为 五类功能区 (five categories of functional areas)，并规定了 不同功能区 (different functional areas) 的 昼间 (daytime) 和 夜间 (nighttime) 等效连续A声级 (L\(_{Aeq}\)) 限值 (limits)：

① 0类功能区 (Class 0 Functional Area)：
▮▮▮▮指 疗养区 (sanatoriums)、高级别墅区 (high-end villa areas)、高级宾馆区 (high-end hotel areas) 等 特别需要安静 (particularly quiet) 的区域。昼间 \(L_{Aeq}\) 限值为 50 dB(A)，夜间 \(L_{Aeq}\) 限值为 40 dB(A)。
② 1类功能区 (Class 1 Functional Area)：
▮▮▮▮指 居住 (residential)、文教机关 (cultural and educational institutions) 为主，需要 安静环境 (quiet environment) 的区域。昼间 \(L_{Aeq}\) 限值为 55 dB(A)，夜间 \(L_{Aeq}\) 限值为 45 dB(A)。
③ 2类功能区 (Class 2 Functional Area)：
▮▮▮▮指 商业 (commercial)、工业 (industrial)、居住 (residential) 混合区，需要 维护居住环境安静 (maintain quiet residential environment) 的区域。昼间 \(L_{Aeq}\) 限值为 60 dB(A)，夜间 \(L_{Aeq}\) 限值为 50 dB(A)。
④ 3类功能区 (Class 3 Functional Area)：
▮▮▮▮指 工业区 (industrial areas)、仓储区 (storage areas)，需要 防止工业噪声对周围环境产生严重影响 (prevent industrial noise from having serious impact on the surrounding environment) 的区域。昼间 \(L_{Aeq}\) 限值为 65 dB(A)，夜间 \(L_{Aeq}\) 限值为 55 dB(A)。
⑤ 4类功能区 (Class 4 Functional Area)：
▮▮▮▮指 交通干线两侧 (both sides of traffic arteries)、铁路干线两侧 (both sides of railway arteries)、内河航道两侧 (both sides of inland waterways)、机场周围 (around airports) 等 受交通噪声影响较大 (greatly affected by traffic noise) 的区域。昼间 \(L_{Aeq}\) 限值为 70 dB(A)，夜间 \(L_{Aeq}\) 限值为 55 dB(A)。

评价声环境质量时，需要根据 城市功能区划 (urban functional zoning) 确定 功能区类别 (functional area category)，并将 实测噪声水平 (measured noise level) 与 相应类别的标准限值 (standard limits of corresponding categories) 进行比较，判断是否 达标 (meet the standards)。对于 超标区域 (areas exceeding the standards)，需要采取 噪声控制措施 (noise control measures)，改善声环境质量。

10.3.3 环境质量评价方法 (Environmental Quality Assessment Methods)

环境质量评价方法是根据 环境质量标准 (environmental quality standards) 和 评价指标 (assessment indicators)，对 环境监测数据 (environmental monitoring data) 进行 分析处理 (analysis and processing)，得出 环境质量评价结论 (environmental quality assessment conclusions) 的 技术方法 (technical methods)。常用的环境质量评价方法主要有：

10.3.3.1 单因子指数法 (Single Factor Index Method)

单因子指数法 (single factor index method) 是最 简单 (simplest)、常用 (most common) 的环境质量评价方法，适用于 评价单一污染物 (evaluate a single pollutant) 的环境质量状况。单因子指数法计算 单因子指数 (single factor index, \(P_i\))，公式如下：
\[ P_i = \frac{C_i}{S_i} \]
其中，\(P_i\) 为 第 \(i\) 项污染物的单因子指数 (single factor index of the \(i\)-th pollutant)；\(C_i\) 为 第 \(i\) 项污染物的实测浓度 (measured concentration of the \(i\)-th pollutant)；\(S_i\) 为 第 \(i\) 项污染物的环境质量标准限值 (environmental quality standard limit of the \(i\)-th pollutant)。

根据单因子指数 \(P_i\) 的 大小 (magnitude)，可以判断 第 \(i\) 项污染物 (the \(i\)-th pollutant) 的 污染程度 (pollution level) 和 环境质量级别 (environmental quality level)。一般情况下，\(P_i \leq 1\) 表示 该污染物达标 (the pollutant meets the standard)，\(P_i > 1\) 表示 该污染物超标 (the pollutant exceeds the standard)，\(P_i\) 值越大，表明 污染程度越高 (higher pollution level)。

单因子指数法 简单易懂 (simple and easy to understand)，计算方便，但 仅能反映单一污染物的污染状况 (only reflects the pollution status of a single pollutant)，不能综合反映 多种污染物 (multiple pollutants) 的 复合污染效应 (combined pollution effects)。

10.3.3.2 综合指数法 (Comprehensive Index Method)

综合指数法 (comprehensive index method) 是将 多种污染物 (multiple pollutants) 的 单因子指数 (single factor indices) 进行 加权平均 (weighted average) 或 其他数学处理 (other mathematical processing)，得到 综合污染指数 (comprehensive pollution index, \(P\))，从而 综合评价环境质量状况 (comprehensively evaluate environmental quality status) 的方法。常用的综合指数法有：

① 加权综合指数法 (Weighted Comprehensive Index Method)：
▮▮▮▮加权综合指数法根据 不同污染物 (different pollutants) 的 重要程度 (importance) 或 污染贡献率 (pollution contribution rate)，赋予 不同权重 (different weights, \(w_i\))，计算 加权综合指数 (weighted comprehensive index, \(P_{comp}\))，公式如下：
\[ P_{comp} = \sum_{i=1}^{n} w_i P_i \]
其中，\(P_{comp}\) 为 综合污染指数 (comprehensive pollution index)；\(w_i\) 为 第 \(i\) 项污染物的权重系数 (weight coefficient of the \(i\)-th pollutant)，满足 \(\sum_{i=1}^{n} w_i = 1\); \(P_i\) 为 第 \(i\) 项污染物的单因子指数 (single factor index of the \(i\)-th pollutant); \(n\) 为 污染物种类数 (number of pollutant types)。

加权综合指数法 考虑了多种污染物 (considers multiple pollutants) 的 综合影响 (comprehensive impact)，比单因子指数法 更全面 (more comprehensive)，但 权重系数的确定 (determination of weight coefficients) 具有一定 主观性 (subjectivity)，会影响评价结果的 客观性 (objectivity)。权重系数的确定方法主要有 专家咨询法 (expert consultation method)、层次分析法 (analytic hierarchy process, AHP)、主成分分析法 (principal component analysis, PCA) 等。

② 算术平均指数法 (Arithmetic Average Index Method)：
▮▮▮▮算术平均指数法是加权综合指数法的一种 特殊形式 (special form)，将 所有污染物 (all pollutants) 的 权重系数 (weight coefficients) 均设为 相等 (equal)，即 \(w_i = 1/n\)，计算 算术平均指数 (arithmetic average index, \(P_{ave}\))，公式如下：
\[ P_{ave} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} P_i \]
算术平均指数法 计算更简单 (simpler calculation)，但 忽略了不同污染物 (different pollutants) 的 重要性差异 (importance differences)，可能 降低评价结果的准确性 (reduce the accuracy of evaluation results)。

③ 最大值指数法 (Maximum Value Index Method)：
▮▮▮▮最大值指数法取 所有污染物 (all pollutants) 的 单因子指数 (single factor indices) 中的 最大值 (maximum value) 作为 综合污染指数 (comprehensive pollution index, \(P_{max}\))，公式如下：
\[ P_{max} = \max(P_1, P_2, \dots, P_n) \]
最大值指数法 突出 (highlights) 了 污染最严重 (most serious pollution) 的 污染物 (pollutant)，可以 快速识别主要污染物 (quickly identify main pollutants) 和 污染最严重区域 (most severely polluted areas)，但 忽略了其他污染物 (ignores other pollutants) 的 影响 (impact)，可能 夸大污染程度 (exaggerate the pollution level)。

10.3.3.3 模糊综合评价法 (Fuzzy Comprehensive Evaluation Method)

模糊综合评价法 (fuzzy comprehensive evaluation method) 是一种 基于模糊数学理论 (based on fuzzy mathematics theory) 的 多因素 (multi-factor)、多层次 (multi-level) 综合评价方法，适用于 处理环境质量评价中的模糊性和不确定性 (handle fuzziness and uncertainty in environmental quality assessment)。模糊综合评价法将 定性评价指标 (qualitative evaluation indicators) 和 定量评价指标 (quantitative evaluation indicators) 统一处理 (uniformly process)，通过 模糊变换 (fuzzy transformation) 和 模糊合成 (fuzzy composition)，得到 模糊综合评价结果 (fuzzy comprehensive evaluation results)。模糊综合评价法的主要步骤包括：

① 建立评价指标体系 (Establish evaluation indicator system)：
▮▮▮▮根据评价目的和对象，选择 合适的评价指标 (appropriate evaluation indicators)，构建 层次结构 (hierarchical structure) 的评价指标体系。
② 确定评价等级标准 (Determine evaluation grade standards)：
▮▮▮▮根据 环境质量标准 (environmental quality standards) 和 专家经验 (expert experience)，将 评价指标 (evaluation indicators) 划分为 若干评价等级 (several evaluation grades)，如 优 (excellent)、良 (good)、中 (moderate)、差 (poor)、劣 (very poor) 等，并确定 各等级的模糊隶属度函数 (fuzzy membership functions of each grade)。
③ 进行单因素模糊评价 (Perform single-factor fuzzy evaluation)：
▮▮▮▮根据 实测数据 (measured data)，计算 各评价指标 (each evaluation indicator) 对 各评价等级 (each evaluation grade) 的 模糊隶属度 (fuzzy membership degree)，构建 单因素模糊评价矩阵 (single-factor fuzzy evaluation matrix)。
④ 进行多层次模糊合成 (Perform multi-level fuzzy composition)：
▮▮▮▮根据 评价指标体系的层次结构 (hierarchical structure of the evaluation indicator system)，采用 模糊算子 (fuzzy operators)（如 加权平均型算子 (weighted average type operator)、主因素突出型算子 (main factor highlighting type operator) 等），进行 多层次模糊合成 (multi-level fuzzy composition)，得到 综合模糊评价向量 (comprehensive fuzzy evaluation vector)。
⑤ 评价结果分析与判别 (Evaluation result analysis and discrimination)：
▮▮▮▮根据 综合模糊评价向量 (comprehensive fuzzy evaluation vector)，按照 最大隶属度原则 (maximum membership degree principle) 或 加权平均原则 (weighted average principle)，确定 环境质量评价等级 (environmental quality evaluation grade)，并进行 评价结果分析 (evaluation result analysis) 和 解释 (interpretation)。

模糊综合评价法 考虑了评价指标的模糊性和不确定性 (considers the fuzziness and uncertainty of evaluation indicators)，评价结果 更符合实际情况 (more consistent with the actual situation)，但 计算过程较复杂 (more complex calculation process)，模糊隶属度函数的确定 (determination of fuzzy membership functions) 具有一定 主观性 (subjectivity)。

10.3.3.4 健康风险评价法 (Health Risk Assessment Method)

健康风险评价法 (health risk assessment method) 是一种 以人为本 (people-oriented) 的环境质量评价方法，以 人群健康风险 (population health risk) 作为 评价核心 (evaluation core)，定量评估 环境污染 (environmental pollution) 对 人群健康 (population health) 的 潜在危害 (potential hazards) 程度。健康风险评价法主要包括 四个步骤 (four steps)：

① 危害识别 (Hazard Identification)：
▮▮▮▮识别 环境中存在的污染物 (pollutants present in the environment)，确定 关注的污染物 (pollutants of concern)，并 定性描述 (qualitatively describe) 污染物的 健康危害效应 (health hazard effects)，如 致癌性 (carcinogenicity)、非致癌性 (non-carcinogenicity)、急性毒性 (acute toxicity)、慢性毒性 (chronic toxicity) 等。
② 暴露评估 (Exposure Assessment)：
▮▮▮▮分析 人群暴露途径 (population exposure pathways)，确定 人群暴露浓度 (population exposure concentrations) 或 剂量 (dose)，包括 吸入暴露 (inhalation exposure)、经口摄入暴露 (oral ingestion exposure)、皮肤接触暴露 (dermal contact exposure) 等，以及 不同人群 (different populations) 的 暴露水平 (exposure levels) 和 暴露频率 (exposure frequencies)。
③ 毒性评估 (Toxicity Assessment)：
▮▮▮▮收集 污染物 (pollutants) 的 毒理学数据 (toxicological data)，确定 剂量-反应关系 (dose-response relationship)，建立 毒性效应基准值 (toxicity effect benchmark values)，如 致癌斜率因子 (cancer slope factor, CSF)、参考剂量 (reference dose, RfD)、参考浓度 (reference concentration, RfC) 等。
④ 风险表征 (Risk Characterization)：
▮▮▮▮将 暴露评估结果 (exposure assessment results) 和 毒性评估结果 (toxicity assessment results) 结合起来 (combine together)，定量计算 (quantitatively calculate) 人群健康风险 (population health risk)，包括 致癌风险 (cancer risk, CR) 和 非致癌风险 (non-cancer risk, HR)。

▮▮▮▮ⓐ 致癌风险 (Cancer Risk, CR)：指人群在 特定暴露条件下 (specific exposure conditions)，一生中 (lifetime) 增加 患癌 (cancer) 的 概率 (probability)。致癌风险计算公式如下：
\[ CR = CDI \times CSF \]
其中，\(CR\) 为 致癌风险 (cancer risk)；\(CDI\) 为 污染物日均暴露剂量 (chronic daily intake, CDI)，mg/(kg·d)；\(CSF\) 为 致癌斜率因子 (cancer slope factor)，(mg/(kg·d))\(^{-1}\)。
▮▮▮▮ⓑ 非致癌风险 (Hazard Quotient, HQ)：指人群在 特定暴露条件下 (specific exposure conditions)，发生非致癌效应 (non-cancer effects) 的 可能性 (possibility)。非致癌风险用 危害商 (hazard quotient, HQ) 或 危害指数 (hazard index, HI) 表示。单种污染物的危害商计算公式如下：
\[ HQ = \frac{E}{RfD} \]
其中，\(HQ\) 为 危害商 (hazard quotient)；\(E\) 为 污染物暴露水平 (pollutant exposure level)，mg/(kg·d) 或 mg/m\(^3\); \(RfD\) 为 参考剂量 (reference dose)，mg/(kg·d) 或 \(RfC\) 为 参考浓度 (reference concentration)，mg/m\(^3\)。多种污染物的危害指数计算公式如下：
\[ HI = \sum_{i=1}^{n} HQ_i \]
其中，\(HI\) 为 危害指数 (hazard index); \(HQ_i\) 为 第 \(i\) 种污染物的危害商 (hazard quotient of the \(i\)-th pollutant); \(n\) 为 污染物种类数 (number of pollutant types)。

根据 风险评估结果 (risk assessment results)，判断 健康风险水平 (health risk level)，并提出 风险管理建议 (risk management recommendations)。健康风险评价法 更关注人体健康 (more focused on human health)，评价结果 更直观 (more intuitive)，但 数据需求量大 (large data requirement)，评估过程复杂 (complex assessment process)，不确定性因素较多 (more uncertainty factors)。

环境质量评价方法的选择，应根据 评价目的 (evaluation purpose)、评价对象 (evaluation object)、数据可获得性 (data availability) 和 评价精度要求 (evaluation accuracy requirements) 等因素综合考虑，选择 合适的评价方法 (appropriate evaluation method)，为 环境管理 (environmental management) 和 决策 (decision-making) 提供 科学 (scientific)、客观 (objective)、可靠 (reliable) 的 评价依据 (evaluation basis)。

11. 环境管理与政策 (Environmental Management and Policy)

11.1 环境管理基本理论 (Basic Theories of Environmental Management)

本节介绍环境管理领域的核心理论，包括环境管理的概念、目标、原则，以及系统论、生态学和可持续发展理论在环境管理中的应用。

11.1.1 环境管理的概念与目标 (Concept and Objectives of Environmental Management)

阐述环境管理 (environmental management) 的定义、内涵和外延，明确环境管理的核心目标，例如环境保护、污染防治、资源 conservation (资源保护) 和可持续发展 (sustainable development)。

▮ ① 环境管理的概念 (Concept of Environmental Management)
▮▮ ⓐ 环境管理的定义：对人类活动与环境之间关系进行调控和优化的理论、方法和实践活动。
▮▮ ⓑ 环境管理的内涵：涵盖环境问题的识别、评估、预防、控制和治理等多个方面。
▮▮ ⓒ 环境管理的外延：涉及自然环境、社会环境和经济环境的协调发展。
▮ ② 环境管理的目标 (Objectives of Environmental Management)
▮▮ ⓐ 根本目标：实现人与自然和谐共生，促进经济、社会和环境的可持续发展。
▮▮ ⓑ 具体目标：
▮▮▮ ❶ 保护环境质量，维护生态系统功能。
▮▮▮ ❷ 防治环境污染，改善环境质量。
▮▮▮ ❸ 合理开发和利用自然资源，提高资源利用效率。
▮▮▮ ❹ 推动经济社会绿色转型，实现可持续发展。

11.1.2 环境管理的基本原则 (Basic Principles of Environmental Management)

介绍环境管理应遵循的基本原则，如预防为主原则 (prevention principle)、公众参与原则 (public participation principle)、污染者付费原则 (Polluter Pays Principle, PPP)、可持续发展原则 (principle of sustainable development) 等。

▮ ① 预防为主原则 (Prevention Principle)
▮▮ ⓐ 含义：环境管理的首要任务是预防环境问题的发生，避免“先污染后治理”的模式。
▮▮ ⓑ 实施策略：
▮▮▮ ❶ 加强源头控制，从生产和消费环节减少污染物产生。
▮▮▮ ❷ 推行清洁生产 (cleaner production) 和绿色消费 (green consumption)。
▮▮▮ ❸ 实施环境影响评价制度 (Environmental Impact Assessment, EIA)，预防新污染源产生。
▮ ② 公众参与原则 (Public Participation Principle)
▮▮ ⓐ 含义：环境管理应充分听取公众意见，保障公众的环境知情权 (right to environmental information)、参与权 (right to participation) 和监督权 (right to supervision)。
▮▮ ⓑ 实施策略：
▮▮▮ ❶ 建立畅通的公众参与渠道，如听证会、公示、网络平台等。
▮▮▮ ❷ 提高公众环境意识，鼓励公众积极参与环境保护行动。
▮▮▮ ❸ 保障环保 NGO (Non-Governmental Organizations) 的合法权益，发挥其在环境管理中的作用。
▮ ③ 污染者付费原则 (Polluter Pays Principle, PPP)
▮▮ ⓐ 含义：污染者应承担治理污染、修复环境的责任和费用，促使企业减少污染排放。
▮▮ ⓑ 实施策略：
▮▮▮ ❶ 征收排污费 (pollution discharge fee) 或环境税 (environmental tax)，提高企业污染成本。
▮▮▮ ❷ 建立生态补偿机制 (ecological compensation mechanism)，对生态环境受损地区进行补偿。
▮▮▮ ❸ 强化企业环境责任，推动企业主动治理污染。
▮ ④ 可持续发展原则 (Principle of Sustainable Development)
▮▮ ⓐ 含义：环境管理应服务于经济、社会和环境协调发展的可持续发展目标，实现代际公平。
▮▮ ⓑ 实施策略：
▮▮▮ ❶ 将环境保护纳入经济社会发展规划，实现环境与发展协同推进。
▮▮▮ ❷ 推动绿色发展，发展循环经济 (circular economy)，提高资源利用效率。
▮▮▮ ❸ 加强生态文明建设 (ecological civilization construction)，构建人与自然生命共同体 (community of life for humans and nature)。

11.1.3 环境管理的理论基础 (Theoretical Foundations of Environmental Management)

介绍支撑环境管理的理论基础，包括系统论 (systems theory)、生态学理论 (ecological theory)、环境经济学理论 (environmental economics theory) 和环境伦理学理论 (environmental ethics theory) 等。

▮ ① 系统论 (Systems Theory)
▮▮ ⓐ 核心思想：将环境视为一个复杂的系统，强调环境要素之间的相互联系和整体性。
▮▮ ⓑ 应用于环境管理：
▮▮▮ ❶ 采用系统分析方法 (systems analysis method) 研究环境问题，从整体和全局角度出发。
▮▮▮ ❷ 运用系统工程原理 (principles of systems engineering) 优化环境管理决策，提高管理效率。
▮▮▮ ❸ 构建环境管理系统，实现环境管理的系统化、科学化。
▮ ② 生态学理论 (Ecological Theory)
▮▮ ⓐ 核心思想：运用生态学原理认识和解决环境问题，强调生态系统的完整性、稳定性和平衡性。
▮▮ ⓑ 应用于环境管理：
▮▮▮ ❶ 基于生态系统服务 (ecosystem services) 理念进行环境管理，保护生态系统功能。
▮▮▮ ❷ 运用生态修复技术 (ecological restoration technologies) 治理退化生态系统，恢复生态环境。
▮▮▮ ❸ 借鉴生态规律进行污染控制，如利用生态方法处理污染物。
▮ ③ 环境经济学理论 (Environmental Economics Theory)
▮▮ ⓐ 核心思想：运用经济学原理分析环境问题，寻求环境与经济协调发展的路径。
▮▮ ⓑ 应用于环境管理：
▮▮▮ ❶ 运用成本效益分析 (cost-benefit analysis) 方法评估环境政策和措施的经济性和有效性。
▮▮▮ ❷ 运用环境经济政策工具，如环境税、排污权交易 (emission trading)，激励企业环保行为。
▮▮▮ ❸ 研究环境资源价值评估 (environmental resource valuation)，为环境管理决策提供经济依据。
▮ ④ 环境伦理学理论 (Environmental Ethics Theory)
▮▮ ⓐ 核心思想：从伦理道德层面探讨人与自然的关系，强调人类对环境的道德责任。
▮▮ ⓑ 应用于环境管理：
▮▮▮ ❶ 树立正确的环境价值观，倡导尊重自然、保护环境的伦理观念。
▮▮▮ ❷ 构建环境伦理规范，约束人类的环境行为。
▮▮▮ ❸ 推动环境正义 (environmental justice)，关注弱势群体的环境权益。

11.2 环境管理体系 (Environmental Management Systems)

本节介绍环境管理的组织体系和制度框架，包括政府环境管理体系、企业环境管理体系和公众参与体系，以及环境法律法规体系、环境标准体系和环境监测监察体系。

11.2.1 政府环境管理体系 (Government Environmental Management System)

阐述政府在环境管理中的主导作用，介绍中央政府、地方政府以及环保部门的环境管理职能和机构设置，以及政府环境管理的运行机制。

▮ ① 中央政府环境管理体系 (Central Government Environmental Management System)
▮▮ ⓐ 环境管理职能：制定国家环境政策、法律法规和标准，监督和指导地方环境管理工作，负责重大环境问题的决策和协调。
▮▮ ⓑ 主要机构：
▮▮▮ ❶ 生态环境部 (Ministry of Ecology and Environment, MEE)：负责全国环境保护的综合管理和监督。
▮▮▮ ❷ 国家发展和改革委员会 (National Development and Reform Commission, NDRC)：负责经济社会发展与环境保护的综合协调。
▮▮▮ ❸ 其他相关部门：如自然资源部 (Ministry of Natural Resources, MNR)、住房和城乡建设部 (Ministry of Housing and Urban-Rural Development, MOHURD)、农业农村部 (Ministry of Agriculture and Rural Affairs, MARA) 等，在各自职责范围内承担环境管理职能。
▮ ② 地方政府环境管理体系 (Local Government Environmental Management System)
▮▮ ⓐ 环境管理职能：执行国家环境政策、法律法规和标准，制定地方环境管理政策和规划，负责本辖区环境问题的预防和治理。
▮▮ ⓑ 主要机构：
▮▮▮ ❶ 地方生态环境部门 (local ecology and environment bureaus/departments)：负责本辖区环境保护的综合管理和监督。
▮▮▮ ❷ 地方政府相关部门：如发展改革委、自然资源局、住房和城乡建设局、农业农村局等，在各自职责范围内承担环境管理职能。
▮ ③ 政府环境管理的运行机制 (Operation Mechanism of Government Environmental Management)
▮▮ ⓐ 行政命令机制：通过行政手段，如发布命令、指示、通知等，推动环境管理工作。
▮▮ ⓑ 目标责任机制：将环境保护目标纳入政府绩效考核体系，落实环境管理责任。
▮▮ ⓒ 部门联动机制：加强环保部门与相关部门的协调联动，形成环境管理合力。
▮▮ ⓓ 区域协作机制：推动跨区域环境合作，解决区域性环境问题。

11.2.2 企业环境管理体系 (Enterprise Environmental Management System)

介绍企业在环境管理中的主体责任，阐述企业环境管理体系的建立、运行和持续改进，以及 ISO 14001 环境管理体系标准 (ISO 14001 Environmental Management System standard)。

▮ ① 企业环境管理的主体责任 (Main Responsibility of Enterprise Environmental Management)
▮▮ ⓐ 法律责任：遵守环境保护法律法规，履行污染防治义务，承担环境损害赔偿责任。
▮▮ ⓑ 社会责任：积极参与环境保护，履行企业社会责任 (Corporate Social Responsibility, CSR)，树立良好企业形象。
▮▮ ⓒ 经济责任：通过环境管理降低资源消耗和污染排放，提高资源利用效率和经济效益。
▮ ② 企业环境管理体系的建立与运行 (Establishment and Operation of Enterprise Environmental Management System)
▮▮ ⓐ 体系要素：环境方针 (environmental policy)、规划 (planning)、实施与运行 (implementation and operation)、检查与纠正措施 (checking and corrective action)、管理评审 (management review) 和持续改进 (continual improvement)。
▮▮ ⓑ 运行过程：
▮▮▮ ❶ 制定环境方针和目标。
▮▮▮ ❷ 识别环境因素 (environmental aspects) 和环境影响 (environmental impacts)。
▮▮▮ ❸ 建立环境管理方案 (environmental management programs)。
▮▮▮ ❹ 实施运行控制 (operational control)。
▮▮▮ ❺ 进行监测和测量 (monitoring and measurement)。
▮▮▮ ❻ 开展内部审核 (internal audit) 和管理评审。
▮▮▮ ❼ 采取纠正和预防措施 (corrective and preventive actions)。
▮▮▮ ❽ 持续改进环境管理体系。
▮ ③ ISO 14001 环境管理体系标准 (ISO 14001 Environmental Management System Standard)
▮▮ ⓐ 标准内容：规定了环境管理体系的要求，帮助组织建立和改进环境管理体系，提升环境绩效。
▮▮ ⓑ 认证益处：提高企业环境管理水平，增强市场竞争力，提升企业形象，符合国际贸易要求。

11.2.3 公众参与体系 (Public Participation System)

阐述公众在环境管理中的作用，介绍公众参与的途径和机制，以及如何保障公众的环境权益。

▮ ① 公众参与在环境管理中的作用 (Role of Public Participation in Environmental Management)
▮▮ ⓐ 监督作用：公众对政府和企业的环境行为进行监督，防止环境违法行为。
▮▮ ⓑ 决策作用：公众参与环境决策，使决策更加科学合理，提高决策的民主性和合法性。
▮▮ ⓒ 推动作用：公众积极参与环境保护行动，推动环境保护事业发展。
▮ ② 公众参与的途径和机制 (Channels and Mechanisms of Public Participation)
▮▮ ⓐ 环境信息公开 (environmental information disclosure)：政府和企业依法公开环境信息，保障公众知情权。
▮▮ ⓑ 环境影响评价公众参与 (public participation in EIA)：在环境影响评价过程中听取公众意见。
▮▮ ⓒ 环境听证会 (environmental hearings)：就重大环境决策举行听证会，听取各方意见。
▮▮ ⓓ 环境信访 (environmental petitions)：公众通过信访渠道反映环境问题，提出意见和建议。
▮▮ ⓔ 环境公益诉讼 (environmental public interest litigation)：环保组织和符合条件的个人可以对污染环境、破坏生态的行为提起诉讼。
▮ ③ 保障公众环境权益 (Protecting Public Environmental Rights)
▮▮ ⓐ 完善法律法规：制定和完善环境信息公开、公众参与、环境公益诉讼等方面的法律法规，为公众参与提供法律保障。
▮▮ ⓑ 畅通参与渠道：建立多元化的公众参与平台和渠道，方便公众参与环境管理。
▮▮ ⓒ 加强能力建设：提高公众环境意识和参与能力，培养公众环境责任感。

11.2.4 环境法律法规体系 (Environmental Laws and Regulations System)

介绍环境法律法规体系的构成，包括基本法 (basic law)、单行法 (specific law)、行政法规 (administrative regulations)、地方性法规 (local regulations) 和部门规章 (departmental rules)，以及环境法律责任 (environmental legal liability)。

▮ ① 环境法律法规体系的构成 (Composition of Environmental Laws and Regulations System)
▮▮ ⓐ 基本法：《中华人民共和国环境保护法》 (Environmental Protection Law of the People's Republic of China)：环境保护领域的基本法，确立了环境保护的基本原则、制度和法律责任。
▮▮ ⓑ 单行法：针对特定环境要素或环境问题制定的法律，如《中华人民共和国大气污染防治法》 (Law of the People's Republic of China on the Prevention and Control of Atmospheric Pollution)、《中华人民共和国水污染防治法》 (Law of the People's Republic of China on the Prevention and Control of Water Pollution)、《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》 (Law of the People's Republic of China on the Prevention and Control of Environmental Pollution by Solid Waste) 等。
▮▮ ⓒ 行政法规：国务院 (State Council) 制定，如《排污许可管理条例》 (Regulations on the Administration of Pollutant Discharge Permits)、《建设项目环境保护管理条例》 (Regulations on the Environmental Protection Management of Construction Projects) 等。
▮▮ ⓓ 地方性法规：地方人民代表大会及其常务委员会 (local people's congresses and their standing committees) 制定，如地方环境保护条例。
▮▮ ⓔ 部门规章：国务院各部门 (departments of the State Council) 制定，如生态环境部发布的各项规章。
▮ ② 环境法律责任 (Environmental Legal Liability)
▮▮ ⓐ 行政责任 (administrative liability)：违反环境法律法规，由环保部门给予行政处罚，如罚款、责令停产整顿等。
▮▮ ⓑ 民事责任 (civil liability)：因污染环境、破坏生态造成他人损害，依法承担民事赔偿责任。
▮▮ ⓒ 刑事责任 (criminal liability)：构成环境犯罪 (environmental crime) 的，依法追究刑事责任。

11.2.5 环境标准体系 (Environmental Standards System)

介绍环境标准体系的类型，包括环境质量标准 (environmental quality standards)、污染物排放标准 (pollutant discharge standards)、环境基础标准 (environmental basic standards) 和环境方法标准 (environmental method standards)，以及环境标准的制定和实施。

▮ ① 环境标准体系的类型 (Types of Environmental Standards System)
▮▮ ⓐ 环境质量标准 (Environmental Quality Standards)：
▮▮▮ ❶ 定义：为保护人群健康和生态环境，对环境质量提出的规范性要求。
▮▮▮ ❷ 种类：
▮▮▮▮ ❶ 大气环境质量标准 (Ambient Air Quality Standards)。
▮▮▮▮ ❷ 地表水环境质量标准 (Environmental Quality Standards for Surface Water)。
▮▮▮▮ ❸ 地下水质量标准 (Quality Standard for Groundwater)。
▮▮▮▮ ❹ 土壤环境质量标准 (Soil Environmental Quality Standards)。
▮▮▮▮ ❺ 噪声环境质量标准 (Environmental Quality Standard for Noise)。
▮▮ ⓑ 污染物排放标准 (Pollutant Discharge Standards)：
▮▮▮ ❶ 定义：对污染物排放浓度或排放量提出的限制性要求。
▮▮▮ ❷ 种类：
▮▮▮▮ ❶ 大气污染物排放标准 (Emission Standards of Air Pollutants)。
▮▮▮▮ ❷ 水污染物排放标准 (Discharge Standards of Water Pollutants)。
▮▮▮▮ ❸ 固体废物污染控制标准 (Pollution Control Standard for Hazardous Waste)。
▮▮▮▮ ❹ 噪声排放标准 (Emission Standard for Industrial Enterprises Noise at Boundary)。
▮▮ ⓒ 环境基础标准 (Environmental Basic Standards)：对环境要素、环境监测、环境评价等通用技术要求进行规范的标准。
▮▮ ⓓ 环境方法标准 (Environmental Method Standards)：对环境监测、环境评价、环境管理等具体技术方法进行规范的标准。
▮ ② 环境标准的制定和实施 (Formulation and Implementation of Environmental Standards)
▮▮ ⓐ 制定程序：立项、起草、征求意见、审查、批准发布。
▮▮ ⓑ 实施监督：环保部门负责环境标准的实施监督，确保标准得到有效执行。
▮▮ ⓒ 标准评估与修订：定期对环境标准进行评估，根据环境质量状况和技术发展水平进行修订。

11.2.6 环境监测监察体系 (Environmental Monitoring and Supervision System)

介绍环境监测体系 (environmental monitoring system) 的构成和功能，以及环境监察体系 (environmental supervision system) 的职责和运行机制，强调环境监测和监察在环境管理中的重要作用。

▮ ① 环境监测体系 (Environmental Monitoring System)
▮▮ ⓐ 体系构成：
▮▮▮ ❶ 监测机构：国家、省、市、县各级环境监测站 (environmental monitoring stations)。
▮▮▮ ❷ 监测网络：由各类环境监测站点组成的监测网络，覆盖大气、水、土壤、噪声等环境要素。
▮▮▮ ❸ 监测技术：包括采样、分析、质控、数据处理等技术。
▮▮▮ ❹ 监测信息系统：用于环境监测数据采集、传输、存储、分析和发布的信息平台。
▮▮ ⓑ 主要功能：
▮▮▮ ❶ 掌握环境质量状况，为环境管理决策提供科学依据。
▮▮▮ ❷ 评估污染防治效果，为环境执法提供技术支持。
▮▮▮ ❸ 发布环境质量信息，保障公众环境知情权。
▮ ② 环境监察体系 (Environmental Supervision System)
▮▮ ⓐ 监察职责：监督检查政府部门、企事业单位和个人的环境行为，查处环境违法行为。
▮▮ ⓑ 监察机构：各级生态环境部门的环境监察机构 (environmental supervision agencies)。
▮▮ ⓒ 运行机制：
▮▮▮ ❶ 日常巡查 (routine inspection)：对重点排污单位进行日常巡查，监督其守法排污。
▮▮▮ ❷ 专项执法 (special enforcement actions)：针对突出环境问题开展专项执法行动。
▮▮▮ ❸ 举报查处 (handling public complaints)：受理和查处公众举报的环境违法行为。
▮▮▮ ❹ 案件移送 (case transfer)：对涉嫌环境犯罪的案件移送司法机关处理。
▮ ③ 环境监测与监察的协同 (Coordination of Environmental Monitoring and Supervision)
▮▮ ⓐ 信息共享：监测数据为监察执法提供依据，监察需求指导监测工作方向。
▮▮ ⓑ 行动联动：监测与监察协同开展执法行动，提高执法效能。
▮▮ ⓒ 结果互用：监测结果和监察结果相互印证，提高环境管理的科学性和有效性。

11.3 环境管理方法 (Environmental Management Methods)

本节介绍常用的环境管理方法，包括行政管理方法 (administrative management methods)、经济激励方法 (economic incentive methods)、技术引导方法 (technology guidance methods) 和社会参与方法 (social participation methods)。

11.3.1 行政管理方法 (Administrative Management Methods)

阐述行政管理方法在环境管理中的作用，介绍环境规划 (environmental planning)、环境影响评价 (Environmental Impact Assessment, EIA)、排污许可制度 (pollutant discharge permit system)、“三同时”制度 (Three Simultaneities System) 和环境责任制 (environmental responsibility system) 等行政管理工具。

▮ ① 环境规划 (Environmental Planning)
▮▮ ⓐ 定义：为实现环境保护目标，对一定时期内的环境保护工作进行预先谋划和安排。
▮▮ ⓑ 类型：
▮▮▮ ❶ 环境保护规划：综合性的环境保护规划，指导区域或流域环境保护工作。
▮▮▮ ❷ 专项规划：针对特定环境要素或环境问题制定的规划，如大气污染防治规划、水污染防治规划、生态环境保护规划等。
▮▮ ⓒ 作用：明确环境保护目标和任务，指导环境保护工作方向，优化环境资源配置。
▮ ② 环境影响评价 (Environmental Impact Assessment, EIA)
▮▮ ⓐ 定义：对建设项目、规划等可能产生的环境影响进行预测、分析和评估，提出防治措施，为决策提供科学依据。
▮▮ ⓑ 程序：
▮▮▮ ❶ 筛选 (screening)：判断是否需要进行环境影响评价。
▮▮▮ ❷ scoping (范围界定)：确定环境影响评价的范围和重点。
▮▮▮ ❸ 现状调查与监测 (baseline study and monitoring)：调查项目所在地的环境现状。
▮▮▮ ❹ 预测与评价 (prediction and assessment)：预测项目可能产生的环境影响，并进行评价。
▮▮▮ ❺ 提出环保措施 (mitigation measures)：提出减缓或消除环境影响的措施。
▮▮▮ ❻ 编写报告书 (EIA report writing)：编制环境影响评价报告书或报告表。
▮▮▮ ❼ 审批 (approval)：环保部门对环境影响评价文件进行审批。
▮▮ ⓒ 作用：预防环境污染和生态破坏，优化项目选址和设计，促进经济社会与环境协调发展。
▮ ③ 排污许可制度 (Pollutant Discharge Permit System)
▮▮ ⓐ 定义：对企事业单位污染物排放行为进行规范管理的法律制度，实行“持证排污、按证排污” (discharge with permit, discharge according to permit)。
▮▮ ⓑ 核心内容：
▮▮▮ ❶ 申请与核发排污许可证 (application and issuance of pollutant discharge permit)。
▮▮▮ ❷ 依证排污 (discharge with permit)：排污单位必须按照排污许可证的规定排放污染物。
▮▮▮ ❸ 监管执法 (supervision and enforcement)：环保部门对排污单位持证排污情况进行监管执法。
▮▮ ⓒ 作用：落实企事业单位污染防治主体责任，规范污染物排放行为，提高环境管理效率。
▮ ④ “三同时”制度 (Three Simultaneities System)
▮▮ ⓐ 定义：建设项目中防治污染的设施，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用 (design, construction and operation of pollution control facilities must be carried out simultaneously with the main project)。
▮▮ ⓑ 实施环节：环境影响评价阶段、设计阶段、施工阶段、竣工验收阶段。
▮▮ ⓒ 作用：确保污染防治设施与主体工程同步建设，从源头控制新污染源产生。
▮ ⑤ 环境责任制 (Environmental Responsibility System)
▮▮ ⓐ 定义：明确各级政府和相关部门的环境保护责任，建立健全环境责任体系。
▮▮ ⓑ 主要内容：
▮▮▮ ❶ 地方政府环境质量责任：对辖区环境质量负责。
▮▮▮ ❷ 部门环境保护职责：相关部门在各自职责范围内承担环境保护责任。
▮▮▮ ❸ 企业污染防治主体责任：企业承担污染防治和环境损害赔偿责任。
▮▮ ⓒ 作用：落实环境保护责任，强化责任追究，提高环境管理效能。

11.3.2 经济激励方法 (Economic Incentive Methods)

介绍运用经济手段进行环境管理的思路，阐述排污收费制度 (pollutant discharge fee system)、环境税收政策 (environmental tax policy)、绿色金融 (green finance) 和生态补偿机制 (ecological compensation mechanism) 等经济激励工具。

▮ ① 排污收费制度 (Pollutant Discharge Fee System)
▮▮ ⓐ 定义：对排放污染物的企事业单位征收排污费，促使其减少污染物排放。
▮▮ ⓑ 收费目的：
▮▮▮ ❶ 补偿环境污染治理成本。
▮▮▮ ❷ 促使企业减少污染排放。
▮▮▮ ❸ 为污染治理提供资金来源。
▮▮ ⓒ 收费方式：按污染物种类、排放量和浓度等因素计征。
▮ ② 环境税收政策 (Environmental Tax Policy)
▮▮ ⓐ 定义：利用税收杠杆调节环境行为，对污染环境、破坏生态的行为征税，对环保行为给予税收优惠。
▮▮ ⓑ 类型：
▮▮▮ ❶ 环境保护税 (environmental protection tax)：对大气、水、固体废物和噪声等污染物排放征税。
▮▮▮ ❷ 资源税 (resource tax)：对自然资源开采征税，促进资源节约和合理利用。
▮▮▮ ❸ 绿色税收优惠：对环保产业、节能减排技术和产品给予税收减免或补贴。
▮▮ ⓒ 作用：提高污染成本，激励企业减排，引导绿色生产和消费。
▮ ③ 绿色金融 (Green Finance)
▮▮ ⓐ 定义：为支持环境改善、应对气候变化和资源节约高效利用的经济活动提供的金融服务。
▮▮ ⓑ 工具：
▮▮▮ ❶ 绿色信贷 (green credit)：为符合绿色标准的项目提供贷款。
▮▮▮ ❷ 绿色债券 (green bond)：为绿色项目发行债券融资。
▮▮▮ ❸ 绿色基金 (green fund)：投资于绿色产业和环保领域的基金。
▮▮▮ ❹ 环境保险 (environmental insurance)：为企业环境风险提供保险保障。
▮▮ ⓒ 作用：引导资金流向绿色产业，支持绿色发展，降低环境风险。
▮ ④ 生态补偿机制 (Ecological Compensation Mechanism)
▮▮ ⓐ 定义：对为保护生态环境做出贡献的地区或个人给予经济补偿，调动其保护生态环境的积极性。
▮▮ ⓑ 类型：
▮▮▮ ❶ 财政转移支付 (fiscal transfer payment)：上级政府对生态功能重要区或生态环境脆弱区给予财政转移支付。
▮▮▮ ❷ 市场化补偿 (market-based compensation)：通过市场交易方式实现生态补偿，如排污权交易、碳排放权交易 (carbon emission trading)。
▮▮▮ ❸ 对口协作 (counterpart cooperation)：发达地区与欠发达地区建立对口协作关系，支持生态环境保护。
▮▮ ⓒ 作用：保护生态环境，促进区域协调发展，实现生态保护与经济发展双赢。

11.3.3 技术引导方法 (Technology Guidance Methods)

介绍通过技术进步推动环境保护的思路，阐述清洁生产技术 (cleaner production technologies)、循环经济技术 (circular economy technologies)、污染治理技术 (pollution control technologies) 和生态修复技术 (ecological restoration technologies) 等技术引导工具。

▮ ① 清洁生产技术 (Cleaner Production Technologies)
▮▮ ⓐ 定义：在产品设计、生产过程和服务提供全生命周期中，持续应用预防污染策略，减少污染物产生和资源消耗的技术。
▮▮ ⓑ 核心：减量化 (reduce)、再利用 (reuse)、再循环 (recycle)。
▮▮ ⓒ 技术类型：
▮▮▮ ❶ 源头减量技术 (source reduction technologies)：采用低污染或无污染的原材料和工艺。
▮▮▮ ❷ 过程控制技术 (process control technologies)：优化生产工艺，减少污染物产生。
▮▮▮ ❸ 资源综合利用技术 (resource comprehensive utilization technologies)：将生产过程产生的废弃物资源化利用。
▮ ② 循环经济技术 (Circular Economy Technologies)
▮▮ ⓐ 定义：以资源的高效利用和循环利用为核心，实现经济系统与自然系统和谐循环的技术体系。
▮▮ ⓑ 模式：
▮▮▮ ❶ 资源循环利用 (resource recycling)：将废弃物作为资源重新利用。
▮▮▮ ❷ 产业链循环 (industrial chain recycling)：构建循环产业链，实现企业间资源共享和循环利用。
▮▮▮ ❸ 社会循环 (social recycling)：构建全社会范围的循环经济体系。
▮▮ ⓒ 技术类型：
▮▮▮ ❶ 废弃物资源化利用技术。
▮▮▮ ❷ 再制造技术 (remanufacturing technologies)。
▮▮▮ ❸ 工业共生技术 (industrial symbiosis technologies)。
▮ ③ 污染治理技术 (Pollution Control Technologies)
▮▮ ⓐ 定义：用于减少污染物排放、改善环境质量的技术。
▮▮ ⓑ 类型：
▮▮▮ ❶ 大气污染治理技术 (air pollution control technologies)。
▮▮▮ ❷ 水污染治理技术 (water pollution control technologies)。
▮▮▮ ❸ 固体废物处理处置技术 (solid waste treatment and disposal technologies)。
▮▮▮ ❹ 噪声污染控制技术 (noise pollution control technologies)。
▮▮ ⓒ 技术发展趋势：高效化、低耗化、资源化、生态化。
▮ ④ 生态修复技术 (Ecological Restoration Technologies)
▮▮ ⓐ 定义：用于恢复退化生态系统结构和功能的技术。
▮▮ ⓑ 类型：
▮▮▮ ❶ 自然恢复 (natural regeneration)：依靠生态系统的自我修复能力进行恢复。
▮▮▮ ❷ 人工辅助恢复 (assisted natural regeneration)：采取人工措施辅助自然恢复过程。
▮▮▮ ❸ 生态重建 (ecological reconstruction)：在生态系统严重破坏的地区，进行人工重建。
▮▮ ⓒ 技术应用领域：矿山生态修复 (mine ecological restoration)、湿地修复 (wetland restoration)、流域生态修复 (river basin ecological restoration)、城市生态修复 (urban ecological restoration) 等。