环境工程原理复习材料考试必备.doc

物理吸收：如果气体溶质与吸收剂不发生明显反应，而是由于在吸收剂种的溶解度大而被吸收，成为物理吸收。化学吸收：如果溶质与吸收剂（或其中的活性成分）发生化学反应被吸收。吸附平衡：在一定条件下，当流体（气体或液体）和吸附剂接触，流体中的吸附质将被吸附剂所吸附。当吸附速率和解吸速率相等时，气固相中的吸附质浓度不再改变时。反应操作： 利用化学或生物反应进行工业生产或污染物处理时，需要通过反应条件等的控制，使反应向有利的方向进行。为达到这种目的而采取的一系列工程措施通称为反应操作。导温系数：是物质的物理性质，它反映了温度变化在物体中的传播能力。导热系数：是导热物质在单位面积、单位温度梯度下的导热速率、表明物质导热性的强弱，即导热能力的大小。绝对黑体：表示落在物体表面上的辐射能力能全部被物理吸收，这种物体称为绝对黑体。黑体具有最大的吸收能力，也具有最大的辐射能力。绝对白体：表示落在物体表面上的辐射能全部被反射出去，若入射角等于反射角，侧物体称为镜体，若反射情况为漫反射，该物体称为绝对白体。化学平衡：化学平衡是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速度相等，反应物和生成物各组分浓度不在改变的状态。1、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有利于人类的方向演变。 2、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。3、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、固体废弃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。 4、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。5、环境工程学主要研究对象有：水质净化和水污染的防治和处理、大气质量净化和大气污染的防治和处理、固体废弃物污染的防治和资源利用、物理性污染的防治和处理、对自然资源的合理利用和保护、环境监测、环境质量的检测与评价。6、阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线：首先对隔离、分选、转化的方式进行优选组合，再对装置进行优化设计和对操作方式和操作条件进行优化，最后对介质的混合状态、流体流态进行优化和对物质能量的迁移和反应速率进行强化，从而达到污染物高效去除的目的。7、当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，不随时间变化，称为稳态系统；当上述物理量不仅随位置变化，而且随时间变化，称为非稳态系统。8、用来描述物体或系统物理状态的可测量性质称为它的量纲。量纲与单位的区别：量纲是可测量的性质；单位是测量的标准，用这些标准和确定的数值可以定量地描述量纲。1、若冬季和夏季的室温均为18，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？首先，冬季和夏季最大的区别就是室外温度不一样。夏季室外温度比室内高，因此通过墙壁的热量传递放向是室外传向室内。冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁的内表面温度不同，夏季高冬季低。因此，尽管冬季室内温度比夏季高，但人体在冬季通过的辐射与墙壁的散热要比夏季高得多。人体对冷的感受主要是热散量高，因此在冬季比在夏季感觉冷。2、热力学讨论的是：过程发生的方向、所能达到的极限及推动力。物理吸收仅仅涉及某一组分的简单传质过程。溶质在气液两相间的平衡关系是研究吸收热力学的基础。 /3、双膜理论：相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧分别有一层虚拟的气膜和液膜。 在相界面处，气液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力。 在膜层以外，气液两相流体都充分湍动，不存在浓度梯度，组成均一，没有传质阻力4、总传质速率方程表示了什么？传质速率与传质推动力成正比，与传质阻力成反比。 增加溶质的气相分压或者减少液相浓度，都可以增加传质推动力，从而增加传质速率。 化学反应对液相传质速率的影响可以用增大传质推动力或增大传质系数两种方法来表示。5、吸附分离操作的分类按作用力性质分类：物理吸附和化学吸附。按吸附剂再生方法分类：变温吸附和变压吸附。按原料组成分类：大吸附量分离和杂质去除。按分离机理分类：位阻效应、动力学效应和平衡效应。6、吸附剂的主要特性：吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。选择性高：对要分离的目的组分有较大的选择性。稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。 适当的物理特性：适当的堆积密度和强度。廉价易得 7、气体吸附等温线测定方法：重量法、容量法 8、液相吸附的特点：液相吸附的机理比气相复杂。在吸附质发生吸附时，溶剂也有可能被吸附。液相吸附影响因素包括：除温度和溶质浓度外，溶剂种类、吸附质的溶解度和离子化、各种溶质之间的相互作用等。9、吸附剂从流体中吸附吸附质的传质过程：（1）吸附质从流体主体扩散到吸附剂外表面外扩散（2）吸附质由吸附剂的外表面向微孔中的内表面扩散内扩散（3）吸附质在吸附剂的内部表面上被吸附 。10、动态吸附量与静态吸附量：动态吸附量：在流体流动的情况下，流体和吸附剂之间的平衡关系，与体系及温度、压力、物质的传质速率、流体的流动形状以及吸附剂的形状尺寸等性质有关。静态吸附量：静止时的吸附平衡（吸附等温线）。动态吸附量一般小于静态吸附量。11、离子交换树脂分类方法有多种：（1）按物理结构：凝胶型、大孔型和等孔型。（2）按合成单体：苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等。（3）按活性基团性质：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂等。12、离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团所构成。13、离子交换速度的控制步骤：边界水膜内的迁移交联网孔内的扩散离子交换交联网内的扩散边界水膜内的迁移。离子交换速度实际上是由液膜扩散或者孔道扩散步骤控制。14、离子交换速度的影响因素：（1）离子性质：（2）树脂的交联度：（3）树脂的粒径：（4）水中离子浓度：（5）溶液温度：（6）流速或搅拌速率：1. 萃取分离的原理和特点是什么？原理：在欲分离的原料混合液中加入一种与其不相溶或部分互溶的液体溶剂，形成两相体系，在充分混合的条件下，利用混合液中被分离组分在两相中分配差异的性质，使该组分从混合液转移到液体溶剂中，从而实现分离。特点：可在常温操作，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；混合液的溶质既可以是挥发性物质，也可以是非挥发性物质。 萃取剂的选择：1.萃取剂的选择性2.萃取剂的物理性质： 3.萃取剂的化学性质 4.萃取剂回收的难易：5.废水常用的萃取剂：苯及焦油类、酯类、醇类。2、膜分离过程的分类根据推动力的不同：压力差：微滤、超滤、反渗透、气体分离、渗透蒸发浓度差：渗析电位差：电渗析、膜电解温度差：膜蒸馏3、膜分离特点： 1膜分离过程不发生相变，能耗较低，能量转化效率高。2可在常温下进行，特别适于对热敏感物质的处理。3不需要投加其他物质，可节省化学药剂，并有利于不改变分离物质原有的属性。4在膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，能回收有价值的物质。5膜分离装置简单，可实现连续分离，适应性强，操作容易且易于实现自动控制。 4、膜种类 按分离机理分类： 反应膜、离子交换膜、渗透膜等。按膜的性质分类： 天然膜（生物膜）和合成膜（有机膜和无机膜） 。按膜的形状分类： 平板膜、管式膜、中空纤维膜。按膜的结构分类： 对称膜、非对称膜和复合膜 5、膜分离的特征通常用两个参数来表征：渗透性和选择性。1.渗透性：渗透性也称为通量和渗透速率，表示单位时间通过单位面积膜的渗透物的通量2.选择性：指膜将混合物中的组分分离开来的能力。溶解-扩散模型：主要用于描述致密膜（无孔膜）的传递过程（渗透蒸发、气体分离）。溶剂和溶质透过膜的过程分为3步：溶剂和溶质在膜上游侧吸附溶解；溶剂和溶质在化学位梯度下，以分子扩散形式透过膜；透过物在膜下游侧表面解吸。溶剂和溶质的渗透能力取决于物质在膜中的溶解度和扩散系数。即：渗透系数（K）溶解度系数（H） 扩散系数（D）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。反渗透和纳滤过程机理：1.氢键理论2.优先吸附-毛细孔流机理 ：当水溶液与多孔膜接触时，如果膜的物化性质使膜对水具有选择性吸水斥盐的作用，则在膜与溶液界面附近的溶质浓度就会急剧下降，而在膜界面上形成一层吸附的纯水层。在压力作用下，优选吸附的水就会渗透通过膜表面的毛细孔，从而获得纯水。当膜毛细孔孔径接近或等于纯水层厚度t 两倍时，渗透通量最高；2t称为膜的“临界孔径” 3.溶解-扩散模型：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机理有：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 浓差极化现象：当含有不同大小分子的混合液流动通过膜面时，在压力差的作用下，混合液中小于膜孔的组分透过膜，而大于膜孔的组分被截留。这些被截留的组分在紧邻膜表面形成浓度边界层，使边界层中的溶质浓度大大高于主体溶液中的浓度，形成由膜表面到主体溶液之间的浓度差。浓度差的存在导致紧靠膜面的溶质反向扩散到主体溶液中。影响：但超滤过程中的浓差极化对通量的影响则十分明显。一旦膜投入运行，浓差极化现象不可避免可逆说明凝胶层的形成过程以及对膜分离的影响。凝胶层的形成过程：当胶体或大分子溶质在膜表面上的浓度超过其在溶液中的溶解度时，便会在膜表面形成凝胶层。影响：凝胶层一旦形成，膜表面上的凝胶层溶质浓度和主体溶液溶质浓度梯度即达到最大值，此时，渗透速率就与超滤压差无关。说明电渗析中浓差极化的形成过程以及极限电流密度的出现和影响。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。电渗析中的传递过程：反离子的迁移是主要的传递过程。反离子迁移同性离子迁移电解质的浓差扩散水的（电）渗析压差渗漏水的电解离子交换膜的种类：（1）按活性基团分类：阳离子交换膜（简称阳膜）、阴离子交换膜（简称阴膜）和特种膜。（2）按膜的结构分类：异相膜（或称非均相膜）：均相膜：半均相膜（3）按材料性质分类有机离子交换膜和无机离子交换膜对离子交换膜的性能要求：（1）具有较高的选择透过性（2）较好的化学稳定性（3）较低的离子反扩散和渗水性（4）较高的机械强度（5）较低的膜电阻离子交换膜的选择透过机理：离子交换膜在化学性质上和离子交换树脂很相像，都是由某种聚合物构成的，含有由可交换离子组成的活性基团。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和阳离子透过。以NaCl溶液在电渗析中的迁移过程为例：边界层和主流层之间出现浓度差（cb-cm）。当电流密度增大到一定程度时，离子迁移被强化，使膜边界层内Cl-浓度cm趋于零时，边界层内的水分子就会被电离成H+和OH-，OH-将参与迁移，以补充Cl-的不足。这种现象即为浓差极化现象。使cm趋于零时的电流密度称为极限电流密度。间歇操作的主要特点：操作特点：反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出。 基本特征：间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内组成随时间变化而变化。主要优点：操作灵活，设备费低，适用于小批量生产或小规模废水的处理。 主要缺点：设备利用率低，劳动强度大，每批的操作条件不易相同，不便自动控制。连续操作的主要特点：操作特点物料连续输入，产物连续输出，时刻伴随着物料的流动。 基本特征连续反应过程是一个稳态过程，反应器内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可能随位置变化而变化。）主要优点便于自动化，劳动生产率高，反应程度与产品质量较稳定。规模大或要求严格控制反应条件的场合，多采用连续操作。 主要缺点灵活性小，设备投资高。 反应持续时间：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：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。空间时间（空时、空塔接触时间）：反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。空间速度（空速）：单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量。等分子反应：计量方程中计量系数的代数和等于零。非等分子反应：计量系数的代数和非为零（可正、可负）。膨胀因子：每消耗1mol的某反应物所引起的反应系统总物质的量的变化量()称为该反应物的膨胀因子。 半间歇反应器有哪几种操作方式？