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1、环境工程原理环境工程原理 付付 晓晓 茹茹20112011年年2 2月月2525日日 内内 容容l第一篇第一篇 环境工程原理基础环境工程原理基础l第二篇第二篇 分离过程原理分离过程原理l第三篇第三篇 反应工程原理反应工程原理第一章第一章 绪论绪论 l1.1 环境问题与环境学科的发展环境问题与环境学科的发展 l1.2 环境污染与环境工程学环境污染与环境工程学l1.3 环境净化与污染控制技术概述环境净化与污染控制技术概述l1.4 环境净化与污染控制技术原理环境净化与污染控制技术原理l1.5 环境工程原理课程的主要内容环境工程原理课程的主要内容 1.1 环环境问题与环境学科的发展境问题与环境学科的发
2、展l环境的概念环境的概念 l环境学科的兴起环境学科的兴起l环境学科体系环境学科体系环境环境学科体系学科体系环境环境科学科学环境工程学环境工程学环境生态学环境生态学环境规划与管理环境规划与管理1.2 环境环境污染与环境工程学污染与环境工程学l什么是环境污染？什么是环境污染？l环境工程学的任务？环境工程学的任务？l环境工程学的研究对象？环境工程学的研究对象？l环境工程学的学科体系环境工程学的学科体系环境工程学的学科体系环境工程学的学科体系环境环境净化净化与污染控制技术及原理与污染控制技术及原理生态修复与构建技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与
3、环境系统工程环境规划管理与环境系统工程环境工程监测与环境质量评价环境工程监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理固体废弃物处理处置与管理物理性污染控制工程物理性污染控制工程土壤净化与污染控制技术土壤净化与污染控制技术废物资源化技术废物资源化技术环境工程学1.3 环境环境净化与污染控制技术概述净化与污染控制技术概述l1.3.1 水质净化与水污染水质净化与水污染控制技术控制技术l1.3.2 空气净化与大气污染控制技术空气净化与大气污染控制技术l1.3.3 土壤净化与污染控制技术土壤净化与污染控制技
4、术l1.3.4 固体废弃物处理处置与管理固体废弃物处理处置与管理l1.3.5 物理性污染控制技术物理性污染控制技术l1.3.6 废物资源化技术废物资源化技术1.3.1 水质净化与水污染控制技术水质净化与水污染控制技术l（1）水中）水中的主要污染物及其危害的主要污染物及其危害 1.3.1 水质净化与水污染控制技术水质净化与水污染控制技术l（2）水质水质净化与水污染控制技术净化与水污染控制技术 l物理法：物理法：是利用物理作用分离水中污染物的方法，在处是利用物理作用分离水中污染物的方法，在处理过程中不改变污染物的化学性质。理过程中不改变污染物的化学性质。l化学法：化学法：是利用化学反应的作用处理水
5、中污染物的方法，是利用化学反应的作用处理水中污染物的方法，通过改变污染物在水中的存在形式，使之从水中去除，通过改变污染物在水中的存在形式，使之从水中去除，或者使污染物彻底氧化分解、转化为无害物质，从而达或者使污染物彻底氧化分解、转化为无害物质，从而达到水质净化和污水处理的目的。到水质净化和污水处理的目的。l生物法：生物法：是利用生物特别是微生物的作用，使水中的污是利用生物特别是微生物的作用，使水中的污染物分解、转化成无害物质的方法。染物分解、转化成无害物质的方法。物物 理理 法法 处理方法处理方法主要原理主要原理主要去除对象主要去除对象沉淀重力沉降作用相对密度大于1的颗粒离心分离离心沉降作用相
6、对密度大于1的颗粒气浮浮力作用相对密度小于1的颗粒过滤（砂滤等）物理阻截作用悬浮物过滤（筛网过滤）物理阻截作用粗大颗粒、悬浮物反渗透渗透压无机盐等膜分离物理截留等较大分子污染物蒸发浓缩水与污染物的蒸发性差异非蒸发性污染物化化 学学 法法处理方法处理方法主要原理主要原理主要去除对象主要去除对象中和法酸碱反应酸性、碱性污染物化学沉淀法沉淀反应、固液分离无机污染物氧化法氧化反应还原性污染物、有害微生物还原法还原反应氧化性污染物电解法电解反应氧化、还原性污染物超临界分解法热分解、氧化还原反应、游离基反应几乎所有的有机污染物汽提法污染物在不同时间的分配有机污染物吹脱法污染物在不同时间的分配有机污染物萃取
7、法污染物在不同时间的分配有机污染物吸附法界面吸附可吸附性污染物离子交换法离子交换离子性污染物电渗析法离子迁移无机盐混凝法电中和、吸附架桥作用胶体性污染物、大分子污染物生生 物物 法法处处理方法理方法主要原理主要原理主要去除主要去除对对象象好氧处理法活性污泥法生物膜法流化床法生物吸附、生物降解生物吸附、生物降解生物吸附、生物降解可生物降解性有机污染物、还原性无机污染物（NH4+等）生态技术氧化塘土地渗滤湿地系统生物吸附、生物降解生物降解、土壤吸附生物降解、土壤吸附、植物吸附有机污染物、氮、磷、重金属厌氧处理法厌氧消化池厌氧接触法厌氧生物滤池高效厌氧反应器生物吸附、生物降解可生物降解性有机污染物、
8、氧化态无机污染物（NO3-，SO42-等）好氧-厌氧联合工艺生物吸附、生物降解、硝化-反硝化、生物摄取与排出有机污染物、氮（硝化-反硝化）、磷1.3.2 空气净化与大气污染控制技术空气净化与大气污染控制技术l1 空气中的主要污染物及其危害空气中的主要污染物及其危害 空气中的污染物空气中的污染物颗粒颗粒/气溶胶状态污染物气溶胶状态污染物气态污染物气态污染物无机物无机物烟烟有机物有机物(挥发性有机物挥发性有机物VOCS)飞灰飞灰黑烟黑烟雾雾硫化物硫化物(SO2,H2S)碳的氧化物碳的氧化物(CO,CO2)氮化物氮化物(NO,NH3)卤素化合物卤素化合物(HCl,HF)粉尘粉尘1.3.2 空气净化与
9、大气污染控制技术空气净化与大气污染控制技术l2 空气净化与大气污染控制技术空气净化与大气污染控制技术l分离法：是利用污染物与空气的物理性质的差异使分离法：是利用污染物与空气的物理性质的差异使污染物从空气或废气中分离的一类方法。污染物从空气或废气中分离的一类方法。l转化法：是利用化学反应或生物反应，使污染物转转化法：是利用化学反应或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使空气或废化成无害物质或易于分离的物质，从而使空气或废气得到净化与处理的一类方法。气得到净化与处理的一类方法。空空气气净净化化与与废废气气处处理理技技术术处理技术处理技术主要原理主要原理主要去除对象主要去除对象机械
10、除尘重力沉降作用、离心沉降作用颗粒/气溶胶状态污染物过滤除尘物理阻截作用颗粒/气溶胶状态污染物静电除尘静电沉降作用颗粒/气溶胶状态污染物湿式除尘惯性碰撞作用、洗涤作用颗粒/气溶胶状态污染物物理吸收法物理吸收气态污染物化学吸收法化学吸收气态污染物吸附法界面吸附作用气态污染物催化氧化法氧化还原反应气态污染物生物法生物降解作用可降解性有机污染物、还原态无机污染物燃烧法燃烧反应有机污染物稀释法扩散所有污染物1.3.3 土壤净化与污染控制技术土壤净化与污染控制技术l1 1土壤污染物土壤污染物l重金属、挥发性有机物、原油重金属、挥发性有机物、原油l2 2 土壤污染的危害土壤污染的危害l对地表水、地下水的污
11、染对地表水、地下水的污染l直接或间接地为人或动物所吸收直接或间接地为人或动物所吸收l对食物链上的生物产生毒性对食物链上的生物产生毒性处理技术处理技术主要原理主要原理主要去除对象主要去除对象容土法稀释作用所有污染物隔离法物理隔离（防止扩散）所有污染物清洗法（萃取法）溶解作用溶解性污染物吹脱法（通气法）挥发作用挥发性有机物热处理法热分解作用、挥发作用有机污染物电化学法电场作用（移动）离子或极性污染物焚烧法燃烧反应有机污染物微生物净化法生物降解作用可降解性有机污染物植物净化法植物转化、植物挥发、植物吸收/固定重金属、有机污染物土土壤壤净净化化与与污污染染控控制制技技术术1.3.4 固体废弃物处理处置
12、与管理固体废弃物处理处置与管理 l1 1 固体废弃物的种类及其危害固体废弃物的种类及其危害l种类：工业固体废弃物与生活垃圾种类：工业固体废弃物与生活垃圾l危害：污染土壤、地表水、地下水；污染空气；占危害：污染土壤、地表水、地下水；污染空气；占用土地用土地固体废弃物处理处置技术固体废弃物处理处置技术处理技术处理技术主要原理主要原理主要去除对象主要去除对象压实压强（挤压）作用高孔隙率固体废弃物破碎冲击、剪切、挤压破碎大型固体废弃物分选重力作用/磁力作用所有固体废弃物脱水/干燥过滤作用、干燥含水量高的固体废弃物中和法中和反应酸性、碱性废渣氧化还原法氧化还原反应氧化、还原性废渣固化法固化与隔离作用有毒
13、、有害固体废弃物堆肥生物降解作用有机垃圾焚烧焚烧反应有机固体废弃物填埋处理隔离作用无机等稳定性固体废弃物1.3.5 物理性污染控制技术物理性污染控制技术l物理性污染：噪声、电磁辐射、振动、热污染等。物理性污染：噪声、电磁辐射、振动、热污染等。l控制技术：隔离、屏蔽、吸收、消减技术等。控制技术：隔离、屏蔽、吸收、消减技术等。1.3.6 废物资源化技术废物资源化技术资源化技术资源化技术主要原理主要原理应用对象应用对象焚烧燃烧反应有机固体废弃物的能源化堆肥生物降解作用城市垃圾还田离子交换离子交换工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用溶剂萃取萃取工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用电解电化学
14、反应工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用沉淀沉淀工业废水、废液中金属的回收蒸发浓缩挥发废酸的再生利用沼气发酵生物降解作用高浓度有机废水/废液利用环境污染问题的特点及其对环境工程专业人才的要求环境污染问题的特点及其对环境工程专业人才的要求污染控制技术的多样性和复杂性污染地区的社会、经济条件的多样性 综合性、复杂性污染物的种类、浓度与组合地域特征时间特征环境污染的复杂性环境领域专业技术人才的知识结构？（系统的专业理论基础、良好的素质和综合能力）1.4 环境净化与污染控制技术原理环境净化与污染控制技术原理环境净化与污染控制技术原理隔离（扩散控制）分离（不同介质间的迁移）转化（化学反应、生物反应
15、）稀释1.4 环境净化与污染控制技术原理环境净化与污染控制技术原理污染物处理工程的核心：利用隔离、分离、转化等技术原理，通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。隔离/分离/转化方式的优选与组合污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除装置的优化设计操作方式和操作条件的优化介质的混合状态和流体流态的优化迁移（物质、能量）和反应速率的强化如何实现？1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容（1）环境工程原理的学习意义（2）环境工程原理的研究对象和内容 环境净化与污染控制工程的基本理论和技术原理（主要包括污染物分离与转化的宏观机理、微观过程）及其工程设计计算的基本理论。宏观机理分
16、离（沉降、过滤，吸附、吸收、膜分离）转化（化学转化、生物转化）微观过程：宏观现象（机理）的产生机制与微观步骤设计计算基本理论：污染物净化装置的设计计算理论1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容（3）环境工程原理的目的 为提高环境净化与污染控制工程（污染物净化装置）的效率提供理论支持。（从理论上指导环境净化与污染控制技术的选择，阐述提高污染物去除效率的思路、手段和方法）1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容（4）环境工程原理的基本研究方法物料与能量衡算（质量守恒与能量守恒原理）微观过程解析（物质与能量的迁移过程、转化过程）变化速率的数学表达（为工程
17、设计计算提供依据）1）“量”与“变化速率”的数学计算1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容2）分析问题的基本思路宏观机理简单现象微观过程分析（看本质）简单过程的复杂化数学表达（定量解析）复杂化过程的简单化1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容污染净化装置的设计计算和操作优化微观过程分析（简单过程的复杂化）剖析组成宏观过程的基本要素（过程）微观过程分析的意义？有针对性地采取科学、合理的手段，提高污染物的去除效率一个宏观过程往往是一系列微观过程的串联宏观过程的速率往往由某个关键的微观过程速率所决定。该过程称为“控制步骤”或“控速过程”1.5“环境工程
18、原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容固体催化剂微孔内表面固相催化反应过程分析固相催化反应过程分析设某气-固相催化反应（AP）主要发生在多孔催化剂的内表面反应物的外扩散；反应物的外扩散；反应物的内扩散；反应物的内扩散；反应物的吸附；反应物的吸附；表面反应；表面反应；产物的脱附；产物的脱附；产物的内扩散；产物的内扩散；产物的外扩散产物的外扩散A气体主体边界层1 1A2 2A3 3A4 4P P5 5P P6 6P P7 7P P扩散过程动力学过程(表面过程)数学表达（复杂过程的简单化）数学表达的目的：过程的定量计算(工程设计计算的基础)简单化的目的：科学、合理的简化可大大简化计算过程，提
19、高设计计算效率1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容（5）环境工程原理与其它学科的关系 环境工程原理化工原理传递过程原理原理流体力学工程学环境工程原理化工原理传递过程原理反应工程流体力学生物工程工程学1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容（1）环境工程原理基础：重点阐述工程学的基本概念和基本理论，主要内容有物料与能量守恒原理以及热量与质量传递过程的基本理论等。（2）分离过程原理：主要阐述沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基本分离过程的机理和基本设计计算理论。（3）反应工程原理：主要阐述化学与生物反应计量学及动力学、各类化学与生物反应器的解
20、析与设计理论等。（6）本课程的主要内容1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容（7）课程学习的目的 系统、深入学习环境净化与污染控制工程的基本技术原理、工程设计计算的基本理论以及分析问题和解决问题的方法，为后续的专业课程学习和解决实际工程问题打下良好的基础。1.5“环境工程原理环境工程原理”课程的主要内课程的主要内容容(1)“环境工程学”的主要研究对象是什么？(2)去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？各种方法的技术原理是什么？(3)简述土壤污染治理的技术体系。(4)简述废物资源化的技术体系。本章思考题本章思考题(5)阐述环境净化与污染控制技术原理体系。(6)一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。本章思考题本章思考题