环境工程原理复习总要.doc

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。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。本课程的主要内容：（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析与设计理论等。课程学习的目的：(1)系统、深入学习环境净化与污染控制工程的基本技术原理(2)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(3)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。第二章 质量衡算与能量衡算通量：单位时间内通过单位面积的物理量称为该物理量的通量。通量是表示传递速率的重要物理量。单位时间内通过单位面积的热量，称为热量通量，单位为J/（m2s）；单位时间内通过单位面积的某组分的质量，成为该组分的质量通量，单位为kmol/（m2s）；单位时间内通过单位面积的动量，称为动量通量，单位为N/m2。总衡算：研究一个过程的总体规律而不涉及内部的详细情况；可以解决环境工程中的物料平衡、能量转化与消耗、设备受力，以及管道内的平均流速、阻力损失等。微分衡算：探求系统内部的质量和能量变化规律，了解过程的机理；研究微元体各物理量随时间和空间的变化关系。稳态系统：系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，不随时间变化。非稳态系统：系统中流速、压力、密度等物理量随时间变化。内能：e，物质内部所具有的能量，是温度的函数静压能：流动着的流体内部任何位置上也具有一定的静压力。流体进入系统需要对抗压力做功，这部分功成为流体的静压能输入系统。第三章 流体流动动能：流体流动时具有的能量位能：流体质点受重力场的作用具有的能量，取决于它相对基准水平面的高度理想流体：连续、匀质、无黏性、完全不可压缩层流（滞流）：不同径向位置的流体微团各以确定的速度沿轴向分层运动，层间流体互不掺混。流速较小时湍流（湍流）：各层流体相互掺混，流体流经空间固定点的速度随时间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动。当流体流速增大到某个值之后判别：雷诺数Re对于圆管内的流动：Re4000时，一般出现湍流型态，称为湍流区；2000Re4000 时，有时层流，有时湍流，处于不稳定状态，称为过渡区；取决于外界干扰条件。黏度的影响因素：黏度随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。（1）流体种类：一般地，相同条件下，液体的黏度大于气体的黏度。（2）压强：气体的黏度随压强的升高而增加，低密度气体和液体的黏度随压强的变化较小。对常见的流体，如水、气体等,黏度随压强的变化不大，一般可忽略不计。（3）温度：是影响黏度的主要因素。牛顿流体：流体黏性具有较大差别，有一大类流体遵循牛顿定律，所有气体和大多数低相对分子质量的液体均属于此类流体，如水、汽油、煤油、甲苯、乙醇等。流态对剪切力的影响：层流流动：基本特征是分层流动，表现为各层之间相互影响和作用较小，剪应力主要是由分子运动引起的。湍流流动：存在流体质点的随机脉动，流体之间相互影响较大，剪应力除了由分子运动引起外，还由质点脉动引起。内摩擦力是流体内部相邻两流体层的相互作用力，称为剪切力；单位面积上所受到的剪力称为剪切应力。流动阻力：流体具有“黏滞性” 流体具有“内摩擦”的作用 流动的流体内部存在内摩擦力壁面摩擦力流动阻力 实际流体的流动具有两个基本特征：(1)在固体壁面上，流体与固体壁面的相对速度为零，这一特征称为流动的无滑移（黏附）特征；(2)当流体之间发生相对运动时，流体之间存在剪切力（摩擦力）。边界层理论是分析阻力机理、进行阻力计算的基础。边界层理论是分析热量、质量传递机理和强化措施的基础。 普兰德边界层理论要点：（1）当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域边界层；（2）在边界层内，流体的流速很小，但速度梯度很大；（3）在边界层内，黏性力可以达到很高的数值，它所起的作用与惯性力同等重要，在边界层内不能全部忽略黏性； （4）在边界层外的整个流动区域，可将黏性力全部忽略，近似看成是理想流体的流动。 （5）流动分为两个区域。 边界层分离条件 ：黏性作用和存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件。流态对分离的影响： 层流边界层和湍流边界层都会发生分离，在相同逆压梯度下，层流边界层比湍流边界层更容易发生分离，由于层流边界层中近壁处速度随y的增长缓慢，逆压梯度更容易阻滞靠近壁面的低速流体质点，湍流边界层的分离点延迟产生。 阻力损失起因：（1）内摩擦造成的摩擦阻力（2）物体前后压强差造成的形体阻力 摩擦阻力：边界层内的流动状态，边界层的厚度形体阻力：物体前后压强差，边界层分离，尾流区域的大小阻力损失的影响因素：（流动的雷诺数、物体的形状、表面粗糙度等）摩擦阻力：边界层内的流动状态，边界层的厚度；形体阻力：物体前后压强差，边界层分离，尾流区域的大小。（1） 流态的影响： 湍流时，摩擦阻力较层流时大。但与层流时相比，分离点后移，尾流区较小，形体阻力将减小；层流时摩擦阻力小，但尾流区较湍流时大，形体阻力较大。（2）物体表面的粗糙度的影响：粗糙表面摩擦阻力大。但是，当表面粗糙促使边界层湍流化以后，造成分离点后移，形体阻力会大幅度下降，此时总阻力反而降低。（3）几何形状的影响 范宁公式： 第五章 质量传递传质机理：分子扩散（慢）：由分子的热运动引起；涡流扩散（快）：由流体微团的宏观运动引起。单向扩散：只有气相组分从气相向液相传递，而没有物质从液相想气相作相反方向的传递，这种现象可视为单向扩散（氨被水吸收）。原理：P186等分子扩散：在一些双组份混合体系的传质过程中，当体系总浓度保持均匀不变时，组分A在分子扩散的同时伴有组分B向相反方向的分子扩散，且组分B扩散的量与组分A相等，这种传质过程就叫等分子扩散。第七章 过滤过滤过程：混合物（非均相）的分离：液体或气体通过过滤介质，固体颗粒被截留下来，而流体通过过滤介质，从而实现固液或固气分离。过滤分类：1.按过滤机理分：表面过滤和深层过滤2.按促使流体流动的推动力分：重力过滤：在水位差的作用下被过滤的混合液通过过滤介质进行过滤，如水处理中的快滤池。 真空过滤：在真空下过滤，如水处理中的真空过滤机。 压力差过滤：在加压条件下过滤，如水处理中的压滤滤池。 离心过滤：使被分离的混合液旋转，在所产生的惯性离心力的作用下，使流体通过周边的滤饼和过滤介质，从而实现与颗粒物的分离。主要特征：随着过滤过程的进行，流体中的固体颗粒被截留在过滤介质表面并逐渐积累成滤饼层。滤饼层厚度：随过滤时间的增长而增厚，其增加速率与过滤所得的滤液的量成正比。过滤速度：由于滤饼层厚度的增加，因此在过滤过程中是变化的。比表面积等于混合颗粒的比表面积的颗粒粒径颗粒i的等体积当量直径：各筛上筛留物的平均直径颗粒床层的当量直径：与床层空隙体积的相等的床层直径简化模型：将实际床层简化成由许多相互平行的小孔道组成的管束。假设：流体流过颗粒床层的阻力与通过这些小孔道管束的阻力相等；管道长度与床层厚度成正比；孔道的内表面积等于颗粒的总表面积；孔道的流动空间等于床层的空隙容积。第8章 吸收1、 吸收的定义与应用混合气体分离最常用的操作方法之一。定义：依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中物理溶解度（或化学反应活性）的不同，而将气体混合物分离的操作过程。本质上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程分离对象:有害气体，能够用吸收法净化的气态污染物主要有：SO2，H2S, HF和NOx等。NH3,苯。酸性有毒气体2、 吸收的类型(1)按溶质和吸收剂之间发生的反应：物理吸收：水净化含SO2锅炉尾气化学吸收：碱液净化含SO2锅炉尾气(2)按混合气体中被吸收组分数目：单组分吸收：如用水吸收HCl气体制取盐酸多组分吸收：碱液吸收烟气（含SO2, NOx, CO2, CO等）(3)按体系温度是否变化：如果液相温度明显升高非等温吸收如果液相温度基本保持不变等温吸收 相平衡关系在吸收过程中的应用：1.判断传质的方向根据相平衡，计算平衡时溶质在气相或液相中的组成。与实际的组成比较，可以判断传质方向（解吸、吸收）2. 计算传质的推动力：实际组成与平衡组成之间的差距推动力3. 确定传质过程的极限：溶质在气液两相间的传质过程不是无限制地进行，传质过程的极限状态就是平衡状态。化学吸收作用：化学吸收过程可以加快溶质的传质速率，增加吸收剂的吸收容量。原因:已经反应的溶质不再影响气液平衡关系。溶质在液相扩散中途即发生反应而消耗，增加了传质推动力。第10章 其他分离过程离子交换反应p344-345离子交换速度的影响因素：（1）离子性质：化合价越高，其孔道扩散速率越慢；水合半径越大，扩散速率越慢。（2）树脂的交联度：交联度大，离子在树脂网孔内的扩散慢。 （3）树脂的粒径：粒径小整体交换速率快，但颗粒太小，会增加树脂层阻力，且反洗树脂容易流失。 （4）水中离子浓度：浓度高，其在水膜中的扩散很快，离子交换速率受孔道扩散控制。反之，为液膜扩散控制。（5）溶液温度：温度升高有利于提高离子交换速率。（6）流速或搅拌速率：增加树脂表面水流流速或增加搅拌速率，在一定程度上可提高液膜扩散速率，但增加到一定程度以后，其影响变小。萃取分离的特点： 利用混合液中被分离组分A在两相中分配差异(溶解度差异)的性质，使该组分从混合液中分离，均相分离。该过程称为液-液萃取，或溶剂萃取，或液体萃取。萃取过程是物质由一相转到另一相的传质过程。可在常温下操作，无相变；萃取剂选择适当可以获得较高分离效率；对于沸点非常相近的物质可以进行有效分离；利用萃取的方法分离混合液时，混合液中的溶质既可是挥发性物质，也可以是非挥发性物质，如无机盐类等。3、 反渗透和纳滤：反渗透和纳滤是借助于半透膜对溶液中相对低相对分子质量溶质的截留作用，以高于溶液渗透压的压差为推动力，使溶剂渗透透过半透膜。反渗透和纳滤在本质上非常相似，分离所依据的原理也基本相同。两者的差别仅在于所分离的溶质的大小。反渗透：脱盐；纳滤：脱盐、小分子有机物反渗透和纳滤膜可视为介于多孔膜（微滤、超滤）与致密膜（渗透蒸发、气体分离）之间的过程4、 微滤和超滤在微滤和超滤过程中采用的膜一般为多孔膜。超滤膜的孔径在0.05mm1nm，微滤膜孔径在100.05mm超滤：主要分离生物大分子微滤：主要分离悬浮物微粒、细菌等微滤或超滤的基本分离过程主要有：在膜表面及微孔内被吸附（一次吸附）；在膜孔中停留而被去除（阻塞）；在膜面被机械截留（筛分）。而一般认为物理筛分起主导作用 5、 电渗析电渗析过程的基本原理：电渗析中使用的是阳离子交换膜（简称阳膜，以符号CM表示）和阴离子交换膜（简称阴膜，以符号AM表示）。阴、阳离子交换膜具有带电的活性基团，能选择性地分别使阴离子或阳离子透过。第11章 反应动力学基础有关反应器操作的几个工程概念：反应持续时间 (reaction time)：简称反应时间，主要用于间歇反应器，指达到一定反应程度所需的时间。停留时间 (retention time)：亦称接触时间，指连续操作中一物料“微元”从反应器入口到出口经历的实际时间。 平均停留时间：在实际的反应器中，各物料“微元”的停留时间不尽相同，存在一个分布，即停留时间分布。各“微元”的停留时间的平均称平均停留时间。空间时间（空时、空塔接触时间）(space time)：反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。注意：具有时间的单位，但不是反应时间也不是接触时间可视为处理与反应器体积相同的物料所需要的时间。空间速度（空速）(space velocity)：单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量。注意：单位为时间的倒数。表示单位时间内能处理几倍于反应器体积的物料，反映了一个反器的强度。（SV2 h-1表示1h处理2倍于反应体积的流体。）空速越大，反应器的负荷越大。反应器内反应物的流动与混合状态：在实际的反应器中，一般存在浓度、温度和流速的分布，从而可能造成不同的“流团”间有不同的停留时间、组分、浓度和反应速率。返混(back mixing)： 处于不同停留时间的“流团”间的混合称返混。 混合后形成的新“流团”的组分和浓度与原来的“流团” 不同，反应速率亦可能随之发生变化，这将影响整个反应器的反应特性。完全混合流（亦称全混流、理想混合）(complete mixing)：反应物进入反应器后，能瞬间达到完全混合，反应器内的浓度、温度等处处相同。全混流可以认为返混为无限大。（平）推流（亦称活塞流、挤出流）(plug/ piston flow)：反应物以相同的流速和一致的方向移动，即反应物在反应器内齐头并进。返混为零。理想流动状态：全混流和推流是两种极端的流动状态，通称为理想流。介于全混流和推流之间的流态为非理想流态。Details of green to introduce the art of bonsai concept, plant morphology, leaf color, aromas to create different moods and charms. (B) improving air pollution prevention and control. Air pollution sources in the four areas, a dust pollution and industrial enterprises of coal-burning pollution. A significant proportion of gypsum, stone processing enterprises and use of glass furnace standards of environmental protection facilities. Second, poor dust control, wide range of construction dust, road dust capacity. Three is to build coal-fired boilers in the region, p