环境工程原理基础.ppt

环境工程原理,河南城建学院环境与市政工程系,杨治广,河南城建学院环境与市政工程系9A213室,知心朋友愉快交流开心学习成绩优异,教学理念,课 程 背 景,环境工程原理是一门新课，是讲述环境工程原理的基本原理，是一门具有精深科学的课程；国内很多环境科学、环境工程及相关专业都开设此课程，在本院主要针对环境工程专业选修这门课的同学；本院开设该门课的目的是为了配合环境科学与工程专业的其他专业课而开展的；今后工作的需要（研究单位、环保公司等），特别是针对目前进行环境工程设计需要的理论基础。,课 程 特 色,本课程是基础课，54学时，含6实验学时，课程难，内容多，学时短课程内容涉及范围很广：水、气、渣、生态等，需要较为广泛精深的数学、物理、化学、生物知识授课与课堂讨论为主，理论与实例相结合,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。,课程的主要内容,（1）环境工程原理基础：重点阐述环境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。,考 试 形 式,以期末考试为主，闭卷，平时成绩为辅；课堂作业作为一项重要的平时成绩，占10%；实验，占10%；有510次点名，占10%。,第一章 绪论,本章主要内容：环境工程原理概述，主要研究内容，主要研究方法重点难点：主要研究方法,（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,一、环境工程原理概述,悬浮固体（粒径0.10.45m）,胶体物质（粒径0.0010.1m）,水的物理处理法,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(砂滤等)过滤(筛网过滤)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、悬浮物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,一、环境工程原理概述,水的化学处理法,一、环境工程原理概述,水的生物处理法,一、环境工程原理概述,利用的,UASB：Upflow Anaerobic Sludge Blanket（升流式厌氧污泥床反应器）,（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,一、环境工程原理概述,2.空气净化与大气污染控制技术,一、环境工程原理概述,（三）土壤净化与污染控制技术1.土壤污染物及其危害,土壤中的污染物：重金属、挥发性有机物、原油等。土壤污染的危害：(1)通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;(2)污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;(3)通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。,一、环境工程原理概述,土壤污染净化技术,2.污染土壤净化技术,一、环境工程原理概述,（四）固体废弃物处理与处置1.固体废弃物的种类及其危害,固体废弃物的定义：人类活动过程中产生的、且对所有者已经不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质。“工业固体废物(废渣)”、“城市垃圾”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)固体废弃物的存放和最终填埋处理占据大面积的土地等。,一、环境工程原理概述,2.固体废弃物处理处置技术,一、环境工程原理概述,（五）物理性污染控制技术物理性污染的种类：噪声、电磁辐射、振动、热污染等。物理性污染控制技术：隔离、屏蔽、吸收、消减技术等。,一、环境工程原理概述,（六）废物资源化技术 废物的资源化途径：物质的再生利用、能源转化,一、环境工程原理概述,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。,设计计算基本理论：污染物净化装置的设计计算理论,二、环境工程原理的主要研究内容,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,例子：如何实现水中氨氮的高效、快速去除？,如何实现？,二、环境工程原理的主要研究内容,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”的数学计算,三、环境工程原理的主要研究方法,（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）,复杂化过程的简单化,三、环境工程原理的主要研究方法,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）,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”,三、环境工程原理的主要研究方法,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；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,气体主体,边界层,扩散过程动力学过程(表面过程),三、环境工程原理的主要研究方法,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,三、环境工程原理的主要研究方法,环境工程原理课程的任务是什么？,四、问题与讨论,环境工程原理课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工程、大气（包括室内空气）污染控制工程、固体废物处理处置与管理和资源化工程、物理性污染（热污染、辐射污染、噪声、振动）控制工程、自然资源的合理利用与保护工程、生态修复与构建工程以及其它污染控制工程中涉及到的具有共性的工程学基础、基本过程和现象以及污染控制装置的基本原理，为相关的专业课程打下良好的理论基础。,四、问题与讨论,环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类？它们的主要作用原理是什么？,四、问题与讨论,从技术原理上看，环境净化与污染控制技术原理可以分为“隔离技术”、“分离技术”和“转化技术”三大类。隔离技术是将污染物或者污染介质隔离从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染近一步扩大。分离技术是利用污染物与污染介质或其它污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。转化技术是利用化学或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。,四、问题与讨论,土壤污染可能带来的危害及其作用途径。,四、问题与讨论,土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。,四、问题与讨论,1.3 去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？1.4 空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？,五、作业,1.3 去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。,1.4 空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。,