环境工程原理第01章绪论.ppt

环境工程原理,一、环境问题与环境学科的发展二、环境污染与环境工程学三、环境净化与污染控制技术概述四、环境净化与污染控制技术原理五、环境工程原理的研究对象和方法 六、环境工程原理的学习内容和目的,第一章 绪论,主要内容,一、环境问题与环境学科的发展,环境的概念：环境是一个相对概念，它是与某个中心事物相关的周围事物的总称。环境科学中涉及的环境，其中心事物从狭义上讲是人类，从广义上讲是地球上所有的生物。环境科学所研究的环境包括自然环境和人工环境两种。,一、环境问题与环境学科的发展,环境问题的产生 产业革命（手工业向机器大工业过渡阶段）后，人类的生产力获得了飞速发展、技术水平迅速提高、人口迅速增长，人类活动的强度和范围逐渐增强和扩展，人类与环境的矛盾以及由此带来的环境问题也日趋突出。,人类面临的环境问题 生态破坏和环境污染是目前人类面临的两大环境问题，它们已成为影响人类生存和社会可持续发展的重大问题。,一、环境问题与环境学科的发展,环境污染 广义地讲，指由于人为因素造成的环境质量恶化，从而扰乱和破坏了生态系统、生物生存和人类生活条件的一种现象。狭义地说，指由有害物质引起的大气、水体、土壤和生物的污染。,环境学科的诞生 随着环境问题的日趋突出而产生的一门综合性边缘学科。它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，70年代零星的环保研究与实践，逐渐发展为一门独立的新兴学科。,环境学科的任务 环境学科的主要任务是研究人类与环境的对立统一关系，认识两者之间的作用与反作用，掌握其发展规律，从而保护环境，使其向有利于人类的方向演变。,一、环境问题与环境学科的发展,环境学科的体系,环境学科是本世纪推动科学发展的核心学科，是改造传统学科的生长点。,一、环境问题与环境学科的发展,二、环境污染与环境工程学,环境工程学的任务 利用环境学科与工程学的方法，研究环境污染的控制理论、技术、措施和政策，最大限度地减小污染物造成的不利影响，保证人类的身体健康和社会的可持续发展。,环境工程学的研究对象,环境工程学,环境净化与污染防治技术及原理,生态修复与构建技术及原理,清洁生产理论及技术原理,环境规划管理与环境系统工程,环境监测与环境质量评价,（一）水质净化与水污染控制技术 1、水中的主要污染物及其危害,三、环境净化与污染控制技术概述,按化学性质分,有机污染物,悬浮固体（粒径 0.1 0.45m）,胶体物质（粒径 0.0010.1m）,溶解性物质,按物理形态分,无机污染物,N、P等植物性营养物质非金属（砷、氰等）重金属（汞、镉、铬）,生物降解污染物(天然化合物）,难生物降解污染物(卤代烃、芳香族、聚氯联苯等),物理处理法分离,处理方法,利用的主要原理,主要去除对象,沉淀离心分离气浮过滤反渗透膜分离蒸发浓缩,重力沉降作用离心沉降作用浮力作用物理阻截作用渗透压物理阻截等水与污染物的蒸发性差异,相对密度大于1的颗粒相对密度大于1的颗粒相对密度小于1的颗粒悬浮物、粗大颗粒无机盐等较大分子污染物非挥发性污染物,2、水质净化与水污染控制技术,三、环境净化与污染控制技术概述,化学处理法分离、转化,三、环境净化与污染控制技术概述,生物处理法分解、转化,利用的,UASB：Upflow Anaerobic Sludge Blanket（升流式厌氧污泥床反应器）,三、环境净化与污染控制技术概述,（二）空气净化与大气污染控制技术 1、空气中的污染物及其危害,三、环境净化与污染控制技术概述,2、空气净化与大气污染控制技术分离、转化,三、环境净化与污染控制技术概述,（三）固体废弃物处理处置与管理 1、固体废弃物的种类及其危害,固体废弃物 人类活动过程中产生的、且对所有者已不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质。如工业固体废物(废渣)、城市垃圾。,废渣生产活动中产生的固体废弃物垃圾生活活动中产生的固体废弃物,三、环境净化与污染控制技术概述,固体废弃物对环境的危害：(1)通过雨水的淋溶和地表径流的渗滤，污染土壤、地下水和地表水，从而危害人体健康；(2)通过飞尘、微生物作用产生的恶臭以及化学反应产生的有害气体等污染空气；(3)固体废弃物存放和最终填埋处理占据大面积土地。,三、环境净化与污染控制技术概述,2、固体废弃物处置技术隔离、转化、回收利用,三、环境净化与污染控制技术概述,（四）废物资源化技术 资源化途径：物质的回收、再生利用、能源转化,三、环境净化与污染控制技术概述,（五）新兴污染控制技术,环境催化技术：是指利用催化剂来控制造成环境污染的混合物排放的化学过程，包括应用催化剂生产少污染或无污染的产物以及无污染副产品的新的化学过程。,三、环境净化与污染控制技术概述,环境催化技术,提高环境治理效率降低处理费用拓宽消除污染物的途径扩大降解场所,环境催化技术在改造传统落后的工艺中具有独特的优越性，其研究与开发已成为环保技术的重要领域。,环境催化技术,高级氧化技术,有毒、难降解有机物,三、环境净化与污染控制技术概述,高级氧化技术是指通过不同途径产生羟基自由基（OH），利用OH的强氧化性使大分子难降解的有机污染物发生开环、断键、加成、取代、电子转移等反应，使其转变成小分子物质，或直接矿化成CO2和H2O，达到无害化处理的目的。,1、UV/O3/H2O2技术,采用UV辐照、O3和H2O2联合的高级氧化技术能高速产生OH。,应用：处理气体及水中的有机污染物,三、环境净化与污染控制技术概述,(2)光催化：在污染体系中投入光敏半导体材料TiO2 或ZnO等，在UV照射下激发产生电子 空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与空穴作用，产生OH等。,(1)光助芬顿反应：以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质，在UV作 用下高速产生OH。,应用：处理气体及水中的有机污染物,三、环境净化与污染控制技术概述,3、电催化氧化 指污染物在电极上直接发生电化学反应或利用电 极表面产生的活性物种使污染物发生氧化反应。,应用：处理重金属盐，金属氧化物及水中污染物,4、非平衡等离子体技术,等离子体又称为物质的第四态，是由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等粒子组成，表现出集体行为的准中性非凝聚系统。,三、环境净化与污染控制技术概述,原理：将高压脉冲施加于两电极上，两极间产生高能电子，与H2O和O2碰撞产生OH、O、H、H2O2和O3等活性物质，并伴随紫外辐射、超声波、冲击波等物理效应。非平衡等离子体处理技术几乎是各种高级氧化技术单元的天然组合，被认为是21世纪最具发展前途的技术之一。,应用：处理气体及水中有机污染物；烟气的脱硫、脱硝。,三、环境净化与污染控制技术概述,4、生物催化,生物催化是利用酶或者生物有机体（全细胞、细胞器、组织等）作为催化剂进行化学转化的过程，又称为生物转化。生物催化中常用的有机体主要是微生物，其本质是利用微生物细胞内的酶进行催化。,三、环境净化与污染控制技术概述,环境净化与污染控制技术原理,四、环境净化与污染控制技术原理,1、环境净化与污染控制技术原理,2、污染治理的核心：利用隔离、分离、转化等技术，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,污染物高效（去除效率、能耗）、快速去除,装置优化设计,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,如何实现水中氨氮的高效、快速去除？,四、环境净化与污染控制技术原理,3、环境污染的特点及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,污染地区社会、经济条件的多样性,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）,四、环境净化与污染控制技术原理,1、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,五、环境工程原理的研究对象和方法,2、环境工程原理的研究对象,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）以及工程设计计算的基本理论。,设计基本理论：污染物净化装置的设计、计算理论,五、环境工程原理的研究对象和方法,3、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(为工程设计计算提供依据),（1）“量”与“变化速率”的计算,五、环境工程原理的研究对象和方法,（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）,复杂过程的简单化,五、环境工程原理的研究对象和方法,微观过程的分析（简单过程的复杂化）,剖析组成宏观过程的基本要素（过程）,找出控制步骤，采取科学合理的手段，提高去除效率,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”,五、环境工程原理的研究对象和方法,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；,气相主体,边界层,扩散过程,反应物的内扩散；,反应物的吸附；,表面反应；,产物的脱附；,产物的内扩散；,产物的外扩散,动力学过程(表面反应),吸脱附过程,五、环境工程原理的研究对象和方法,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，提高设计计算效率,五、环境工程原理的研究对象和方法,六、环境工程原理课程的学习内容和目的,（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析与设计理论等。,1、本课程的主要内容,2、课程学习的目的,“环境工程原理”是环境工程专业本科生的专业基础课，被教育部“高等学校环境工程教学指导委员会”定为环境工程专业9门主干课程之一。,用理论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。,六、环境工程原理课程的学习内容和目的,3、学习要求,（1）预习、复习、练习；认真听讲、记笔记。（2）不迟到早退，保证出勤率，计10%。缺课三次计0分。（3）独立完成作业，周一上课前交齐，学习委员负 责，计20%。缺三次计0分。（4）期末考试(闭卷)计70%。,六、环境工程原理课程的学习内容和目的,参考书籍,1、姚玉英主编，化工原理(上、下册)，天津大 学出版社，20042、朱炳辰主编，化学反应工程（第四版），化学工业出版社，20073、张柏钦、王文选环境工程原理，化学工业出版社，2003,(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)简述废物资源化的技术。,本章思考题,(4)阐述环境净化与污染控制技术原理。(5)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。,什么是“水华”现象？,“水华”是淡水中的一种自然生态现象，只是仅由藻类引起的，如蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等，也就是水的富营养化。“水华”发生时，水一股呈蓝色或绿色。,武汉水果湖蓝藻水华,长江支流香溪河蓝藻水华,什么是“水华”现象？,滇池出现蓝藻水华,太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”，长江最大支流-汉江下游汉口江段也出现“水华”。,1、饮用水源受到威胁，藻毒素通过食物链影响人类的健康，蓝藻“水华”的次生代谢产物能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的生存。2、导致水中生物大面积死亡。,“水华”造成的最大危害,鱼类等生物死亡,