《环境工程原理》课程教学大纲

1、环境工程原理课程教学大纲课程名称：环境工程原理英文名称：Principles of Environmental Engineering课程编码：x2030752学 时 数：96其中实践学时数：14 课外学时数：0学 分 数：6.0适用专业：环境工程一、课程简介环境工程原理是一门专业基础课性质课程。本课程系统、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、大气污染控制工程、固体废物处理与处置及资源化工程、物理污染控制工程，以及其它污染控制工程中涉及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。主要向学生介绍三部分内容，包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理

2、。环境工程原理基础部分主要讲述物料与能量守恒原理、传递过程等；分离过程原理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收、吸附的基本原理；反应工程原理部分讲述化学和生物反应计量学、动力学、各类反应器的过程解析等。开设课内实验，包括离心泵性能实验、对流传热系数的测定实验、吸收实验、过滤实验。通过本课程的学习，使学生系统掌握环境污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础知识，掌握各单元处理方法的基本过程和现象，掌握污染控制装置的基本原理和设计/操作计算。使学生能够运用所学知识解析环境污染控制的技术原理，阐明设计思想和依据；使学生具备调研和分析环境污染控制系统中的复杂工程问题和提出解决方案的能力。本课程将为后续专业课的

3、学习打下良好基础。二、课程目标与毕业要求关系表课程目标毕业要求1、学生系统掌握环境污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础知识：传质、传热、动量传递，过程的速率、推动力与阻力支撑环境工程毕业要求第1点工程知识：1-4掌握环境工程原理专业基础知识，并能用于解析环境污染控制的技术原理、阐明设计依据。2、掌握各单元处理方法的基本过程和现象1、支撑环境工程毕业要求第1点工程知识：1-4掌握环境工程原理专业基础知识，并能用于解析环境污染控制的技术原理、阐明设计依据。2、支撑环境工程毕业要求第4点研究：4-1能够基于环境工程领域的基本原理和相关文献，调研和分析环境污染控制系统中的复杂工程问题，能够进行工艺

4、设计，提出解决方案。3、掌握污染控制装置的基本原理和设计/操作计算。1、支撑环境工程毕业要求第1点工程知识：1-4掌握环境工程原理专业基础知识，并能用于解析环境污染控制的技术原理、阐明设计依据。2、支撑环境工程毕业要求第4点研究：4-1能够基于环境工程领域的基本原理和相关文献，调研和分析环境污染控制系统中的复杂工程问题，能够进行工艺设计，提出解决方案。三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）环境工程学的学科体系、环境净化与污染控制的基本方法与原理了解：1、环境问题与环境学科的发展，环境工程学的学科体系 2、环境工程原理课程的主要内容及学习方法理解：环境净化与污染控制的基本方法与原理掌握：“

5、过程”、 “速率”的基本概念（二）质量与能量衡算了解：计量单位、物理量的单位换算、量纲和无量纲准数、常用物理量及其表示方法掌握：1、各种浓度的表示方法及其相互换算2、各种质量衡算方程和能量衡算方程熟练掌握：1、基本概念：稳态系统、非稳态系统、封闭系统、开放系统2、质量衡算方法和能量衡算方法难点：非稳态系统的衡算（三）流体流动与输送了解：1、流体的流动状态、流体流动的内摩擦力2、边界层的形成过程，边界层分离掌握：1、管流系统的质量衡算方程和能量衡算方程2、液体流动状态及雷诺数、理想流体、实际流体、动力黏性系数的概念，牛顿黏性定律3、离心泵的结构、工作原理、基本方程式等4、边界层理论内容要点5、阻

6、力损失的影响因素熟练掌握：1、离心泵的特性参数、性能曲线、工作点和安装高度的确定，离心泵的选型2、流体流动的阻力损失计算；简单管路与复杂管路计算难点：边界层理论和边界层的形成过程，阻力损失的影响因素。（四）热量传递了解：工业生产中常用换热器的类型，结构。理解：1、三种传热方式的机理2、对流传热系数的物理意义，对流传热的基本原理，及影响对流传热系数的因素3、辐射传热及其影响因素4、导热系数及影响因素掌握：1、牛顿冷却定律、傅立叶定律、普朗克定律、克希霍夫定律、四次方定律2、保温层临界直径的确定3、强化换热器传热过程的途径4、物体的辐射能力、黑体、白体、透热体、灰体熟练掌握：1、间壁式换热器传热过

7、程的计算：传热速度方程式，传热负荷，平均温度差，总传热系数计算2、平壁和圆筒壁的热传导计算3、物体间的辐射传热计算难点：对流传热的机理及其影响因素。（五）质量传递了解：环境工程中常见的传质过程-吸收与吹脱（汽提）、萃取、吸附、离子交换、膜分离 理解：传质、分子扩散、涡流扩散、单向扩散、等分子反向扩散；对流传质机理及传质边界层掌握：分子传质和对流传质的传质速率方程和传质系数；分子传质的扩散通量重点掌握：传质机理及其与边界层的关系（六） 沉降了解：电除尘器和惯性除尘器的工作原理；流体阻力与阻力系数理解：重力沉降和离心沉降的基本原理，旋风分离器的主要性能；离心力场中颗粒的沉降分析，沉降速度基本计算方

8、法掌握：各类沉降的应用场合 熟练掌握： 重力沉降和离心沉降的计算与设计（七） 过滤了解：过滤过程、过滤介质、过滤分类；流体通过颗粒床层的流动、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动特性掌握：1、过滤操作的基本概念，过滤速率、恒压过滤，恒速过滤2、恒压过滤常数的计算方法和测定方法3、过滤机生产能力的计算熟练掌握：表面过滤的基本方程、过滤过程的基本计算难点：过滤常数测定（八） 吸收了解：吸收概念、吸收类型、吸收应用、物理吸收的热力学基础和动力学基础理解：气-液平衡、双膜理论的要点及传质速率方程、填料的类型及特性、化学吸收的特点掌握： 1、亨利定律及其应用2、传质系数3、吸收过程的双膜理论熟练掌握：吸收剂用量

9、的计算、 吸收塔的物料衡算方程和操作线方程、填料层高度的计算、吸收过程的操作计算和设计计算类型难点：传质系数的确定 （九） 吸附了解：吸附分离操作的分类、吸附分离操作的应用；常用吸附剂的特性、几种常用的吸附剂理解：吸附平衡理论、吸附剂颗粒外表面界膜传质速率、吸附剂颗粒内表面扩散速率、内表面扩散阻力控制时的吸附过程、外表面界膜控制时的吸附过程、单级吸附、多级吸附、逆流多级吸附的概念和固定床吸附中的穿透点和穿透曲线、穿透时间的概念掌握：1、等温吸附方程（Freundlich方程、Langmuir方程、BET方程）及吸附动力学方程2、吸附操作与吸附穿透曲线的有关概念及计算 难点：等温吸附方程的适用场

10、合的确定、影响吸附平衡的因素（十） 其他分离过程了解：反渗透和纳滤、微滤与超滤、电渗析的基本原理理解：1、离子交换的基本原理、离子交换剂、离子交换速度的控制及其影响因素2、萃取剂的选择、萃取分离的特点、萃取过程的热力学基础3、膜分离的原理、膜分离过程的传递过程、特点及发展状况掌握：萃取过程的流程与计算（十一） 反应动力学基础了解：反应器的类型及操作方式、反应器内物料的流动与混合状态、反应的分类掌握：1、反应器操作的几个工程概念2、反应式与计量方程、反应进度和转化率的概念及有关计算 3、反应速率的定义及表示方法、反应速率方程的表达式、均相反应动力学及有关计算 4、反应器的设计思想难点：均相反应动

11、力学及有关计算（十二） 均相化学反应器了解：间歇反应器和半间歇反应器的操作方法、单级反应器和多级串联反应器的操作方法、简单的平推流反应器和推流循环反应器的操作方法掌握：1、间歇反应器和半间歇反应器的设计计算 2、单级反应器和多级串联反应器的设计计算3、简单的平推流反应器和推流循环反应器的设计计算难点：推流循环反应器的设计计算（十三） 非均相化学反应器了解：1、催化反应的特征及其在环境工程中的应用、固体催化剂、固相催化反应过程、反应物的化学吸附与脱附速率、表面化学反应2、催化反应的动力学研究方法（十四） 微生物反应器理解：1、微生物反应的特点及其影响因素，微生物反应在污染控制中的利用2、微生物浓

12、度的表达方式、微生物细胞的组成、微生物反应的综合计量式3、微生物生长速率、基质消耗速率、微生物生长速率与基质消耗速率的关系、代谢产物的生成速率4、微生物的间歇培养、微生物的半连续培养、微生物的连续培养掌握：1、各种细胞产率系数和代谢产物的产率系数的计算2、各种生物反应器内基质浓度与细胞浓度的计算方程和设计计算熟练掌握：细胞产率系数、代谢产物的产率系数难点：各种生物反应器内基质浓度与细胞浓度的计算方程和设计计算四、教学方式及学时分配教学方式: 课堂讲授、学生自学与课堂讨论相结合。序号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例一环境工程学的学科体系、环境净化与污染控制的基本方法与原理讲授21:1二1

13、、各种浓度的表示方法及其相互换算2、各种质量衡算方程和能量衡算方程讲授+自学+讨论42:1三1、管流系统的质量衡算方程和能量衡算方程2、流动状态、流体分类、动力黏性系，牛顿黏性定律3、离心泵的结构、工作原理、选型、安装等4、边界层理论5、阻力损失的影响因素6、简单管路与复杂管路计算讲授+自学+讨论102:1四1、三种传热方式的机理及其影响因素，强化换热器传热过程的途径2、导热系数、对流传热系数、辐射传热系数及其影响因素3、牛顿冷却定律、傅立叶定律、普朗克定律、克希霍夫定律、四次方定律4、保温层临界直径的确定，间壁式换热器传热过程的计算，平壁和圆筒壁的热传导计算，物体间的辐射传热计算5、物体的辐

14、射能力、黑体、白体、透热体、灰体讲授+自学+讨论102:1五1、环境工程中常见的传质过程-吸收与吹脱（汽提）、萃取、吸附、离子交换、膜分离 2、传质、传质机理、分子扩散、涡流扩散、单向扩散、等分子反向扩散；对流传质机理及传质边界层3、分子传质和对流传质的传质速率方程和传质系数；分子传质的扩散通量讲授+自学42:1六1、电除尘器、惯性除尘器、重力沉降和离心沉降的基本原理；旋风分离器的主要性能；各类沉降的应用场合；沉降受力分析，流体阻力与阻力系数2、重力场、离心力场中颗粒的沉降速度基本计算，重力沉降设备和离心沉降设备的设计计算讲授+自学+讨论62:1七1、过滤过程、过滤介质、过滤操作的分类；流体通

15、过颗粒床层的流动、深层过滤过程中悬浮颗粒的运动特性2、过滤基本概念：过滤速率、恒压过滤，恒速过滤3、表面过滤的基本方程，过滤过程的基本计算，恒压过滤常数的计算方法和测定方法讲授+自学+讨论42:1机动1八1、吸收概念、吸收类型、吸收应用、物理吸收、化学吸收、气-液平衡、双膜理论的要点及传质速率方程、填料的类型及特性、传质系数2、亨利定律及其应用3、吸收剂用量的计算、 吸收塔的物料衡算方程和操作线方程、填料层高度的计算、吸收过程的操作计算和设计计算类型讲授+自学+讨论82:1九1、吸附分离操作的分类和应用；常用吸附剂；吸附平衡；吸附剂颗粒外表面、内表面扩散速率；单级吸附、多级吸附、逆流多级吸附的

16、概念；穿透点和穿透曲线、穿透时间的概念；等温吸附方程的适用场合；影响吸附平衡的因素2、等温吸附方程（Freundlich方程、Langmuir方程、BET方程）及吸附动力学方程3、吸附操作与吸附穿透曲线的计算 讲授+自学+讨论62:1十1、反渗透、纳滤、微滤与超滤、电渗析、离子交换原理、膜分离的基本原理；萃取剂的选择、萃取分离的特点、萃取过程的热力学基础；离子交换剂、离子交换速度的控制及其影响因素；膜分离过程的传递过程、特点及发展状况2、萃取过程的流程与计算讲授+自学+讨论82:1十一1、反应器的类型及操作方式、反应器内物料的流动与混合状态、反应的分类；反应速率的定义及表示方法、反应速率方程的

17、表达式；反应式与计量方程、反应进度和转化率的概念及有关计算；反应器的设计思想2、均相反应动力学及有关计算 讲授+自学+讨论42:1十二1、间歇反应器和半间歇反应器的操作方法、单级反应器和多级串联反应器的操作方法、简单的平推流反应器和推流循环反应器的操作方法2、间歇反应器和半间歇反应器的设计计算，单级反应器和多级串联反应器的设计计算，简单的平推流反应器和推流循环反应器的设计计算讲授+自学+讨论42:1十三1、催化反应的特征及其在环境工程中的应用、固体催化剂、固相催化反应过程、反应物的化学吸附与脱附速率、表面化学反应2、催化反应的动力学研究方法自学+讨论42:1十四1、微生物反应的特点及其影响因素

18、，微生物反应在污染控制中的利用；微生物浓度的表达方式、微生物细胞的组成、微生物反应的综合计量式；微生物生长速率、基质消耗速率、微生物生长速率与基质消耗速率的关系、代谢产物的生成速率；微生物的间歇培养、微生物的半连续培养、微生物的连续培养2、各种细胞产率系数和代谢产物的产率系数的计算；各种生物反应器内基质浓度与细胞浓度的计算方程和设计计算讲授+自学+讨论62:1机动1五、课程其他教学环节要求课外学习要求：查阅资料并整理汇报，要求文字通顺简介、排版整齐、重点突出，口头汇报应控制好时间；自学内容应该写自学笔记；讨论内容应该在课下做好准备并在课堂积极发言。实验要求：请参阅本课程实验大纲内容，要求学生掌

19、握离心泵性能测定实验、传热实验、过滤实验、吸收实验等四个实验的原理、过程、设备结构特点等；要求学生实验前预习，写预习报告；实验结束后完成实验报告。通过实验巩固理论知识，通过实际操作设备，提高动手能力，分析问题和解决问题的能力。作业要求：学生在自学过程中存在的共同问题由科代表负责汇总，及时向任课老师反映。六、本课程与其他课程的联系本课程的先修课程为公共基础课和部分专业基础课，即学生应学完高等数学、大学物理、流体力学 和 四大化学课程 无机化学、有机化学、分析化学、物理化学。为后续专业课，即大气污染控制工程、水污染控制工程、固体废弃物处理工程、课程设计、毕业设计/毕业论文打基础，也为学生从事科学研究和工程实践奠定理论基础。 七、建议教材及教学参考书目 （一）环境工程原理 胡洪营等编 普通高等教育“十五”国家级规划教材 第三版 高等教育出版社2015年（二）化工原理 夏