《环境工程原理》PPT课件.ppt

环境工程原理（）,一、环境问题与环境学科的发展 二、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、环境工程原理的主要研究内容和方法,主要内容,一、环境问题与环境学科的发展,环境问题的产生 产业革命以后，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类环境问题，它们已经成为影响社会可持续发展、人类可持续生存的重大问题。,环境学科的诞生 “环境学科”是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。 环境学科的任务 环境学科是研究人类活动与环境质量关系的科学，其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，从而保护环境并使其向于人类有利的方向演变。,一、环境问题与环境学科的发展,环境学科的体系 “环境学科”是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此具有丰富的学科内涵。,一、环境问题与环境学科的发展,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,环境学科体系,二、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，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康、舒适的生存和社会的可持续发展。 “环境工程学”的研究对象 水质净化与水污染控制技术、大气（包括室内空气）污染控制技术、固体废物处理处置与管理和资源化技术、物理性污染（热污染、辐射污染、噪声、振动）防治技术、自然资源的合理利用与保护、环境监测与环境质量评价等传统的内容，还包括生态修复与构建理论与技术、清洁生产理论与技术以及环境规划、管理与环境系统工程等。,环境工程学,二、环境工程学,环境工程学的学科体系,（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,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,比重大于1的颗粒 比重大于1的颗粒 比重小于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,三、环境净化与污染控制技术概述,水的化学处理法,三、环境净化与污染控制技术概述,水的生物处理法,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,（1）粉尘(dust)：分散悬浮于气体介质中的较小固体颗粒，尺寸1200m。它是在破碎加工，运输，建筑施工，农业活动，或土壤、岩石风化，火山喷发过程中形成的。如煤粉、水泥、金属粉尘、粘土粉尘、石棉等。 （2）雾(fog)：大气中微小液体颗粒悬浮体的总称，泛指蒸气凝结、液体雾化和化学反应而形成的液滴，如水雾、油雾、酸雾、碱雾等，粒径尺寸小于100m。,三、环境净化与污染控制技术概述,（3）烟尘：指气溶胶态物系中由燃烧、冶金过程形成的细微颗粒物，通常包括三种类型： 烟雾(fume)，在冶金过程中形成的，是熔融物质的挥发过程产生的气态物质的冷凝物。如金属铝、锌、铅的冶炼过程中，在高温熔融状态下，这些物质能够迅速挥发，并氧化生成氧化铝、氧化锌和氧化铅等烟尘；粒径一般小于1m。 飞灰(flyash)，燃料燃烧中产生的呈悬浮状的非常分散的细小灰粒，包括燃料完全燃烧和不完全燃烧后残留的固体残渣，尺寸一般小于10m； 黑烟(smoke)，主要是化石燃料燃烧时，在高温缺氧条件下，烃类物质热分解生成的碳黑颗粒，粒径尺寸一般为0.011m。,三、环境净化与污染控制技术概述,悬浮于大气中的固态和液态气溶胶态污染物的粒径尺寸通常小于500m，大于100m的颗粒易于沉降，对大气造成的危害较小。 在大气污染控制中，对小于100m的气溶胶固体颗粒物，又分为 飘尘，粒径小于l0m的固体颗粒物，它的粒度小，质量轻，不易沉降而能长期飘浮于空气中； 降尘，粒径大于l0m的固体颗粒物，靠重力作用，能在较短时间内沉降到地表面上； 总悬浮微粒(TSP)，粒径小于l00m的所有固体颗粒物。,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,三、环境净化与污染控制技术概述,常用的方法有6种 吸收法虽然净化效率较高，但动力消耗大，投资运行费用高，控制条件苛刻，产生二次污染等问题； 吸附法具有工艺简单，净化效率高的特点，但活性炭价格昂贵，而且再生过程又存在许多技术问题； 燃烧法需耗费燃料，使成本增加； 氧化法和冷凝法存在处理不完全等缺点。 生物脱臭法不需要再生过程和其它高温处理，其处理设备简单，费用低，并可达到无害化。,生物法净化气体,生物法脱除H2S反应的机理 （1）H2S气体与水接触，溶于水。由气相转移至液相，此阶段反应遵循亨利定律。 （2）溶于水的H2S被微生物吸附或吸收在生物体内。当溶液流经填料表面时，溶解在水中的H2S被栖息在填料上的生物所吸附，由液相转移到生物相，此阶段遵循一般生物化学反应速度。 （3）H2S被微生物氧化分解。在转化过程中产生能量，为微生物的生长与繁殖提供了能源，使H2S的转化持续进行。其中，H2S部分转化成为硫磺颗粒，另一部分转化为硫酸盐溶于喷淋水中，此过程遵循能量守恒定律。,生物法净化气体,图1 生物法净化工艺示意图 1. 循环水槽 2. 恒流泵 3. 布气板 4. 填料 5. 法兰盘 6.喷淋头 7.出气采样点 8. 出气洗涤槽,生物法净化气体,（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。,三、环境净化与污染控制技术概述,土壤污染净化技术,2污染土壤净化技术,三、环境净化与污染控制技术概述,（四）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沥，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。,三、环境净化与污染控制技术概述,2固体废弃物处理处置技术,三、环境净化与污染控制技术概述,（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。,三、环境净化与污染控制技术概述,（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,三、环境净化与污染控制技术概述,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,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,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,稀释,四、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？,五、环境工程原理的主要研究内容和方法,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。,设计计算基本理论：污染物净化装置的设计计算理论,五、环境工程原理的主要研究内容和方法,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）,五、环境工程原理的主要研究内容和方法,4.环境工程原理的基本研究方法,物料与能量衡算（质量与能量守恒原理） 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,五、环境工程原理的主要研究内容和方法,（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）,复杂化过程的简单化,五、环境工程原理的主要研究内容和方法,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”,五、环境工程原理的主要研究内容和方法,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、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),五、环境工程原理的主要研究内容和方法,（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量论及动力学、各类化学与生物反应器的解析与设计理论等。,5. 本课程的主要内容,五、环境工程原理的主要研究内容和方法,6.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、环境工程原理的主要研究内容和方法,环境工程原理基础,在环境污染控制工程领域，无论是水处理、废气处理和固体废弃物处理处置，还是给水排水管道工程，都涉及流体流动和热量、质量传递现象。,流体流动：输送流体、沉降分离流体中颗粒物， 污染物的过滤分离等 热量传递：加热、冷却、干燥、蒸发以及管道、设备的保温等 质量传递：吸收、吸附、吹脱、膜分离以及生物、化学反应等