环境工程原理

1、1.简述土壤污染治理的技术体系。处理技术利用的主要原理主要去除对象客土法稀释作用所有污染物隔离法物理隔离（防止扩散）所有污染物清洗法（萃取法）溶解作用溶解性污染物吹脱法（通气法）挥发作用挥发性有机物热处理法热分解作用、挥发作用有机污染物电化学法电场作用（移动）离子或极性污染物焚烧法燃烧反应有机污染物微生物净化法生物降解作用可降解性有机污染物植物净化法植物转化、植物挥发、植物吸收/ 固定重金属、有机污染物2.简述废物资源化的技术体系资源化技术主要原理应用对象焚烧燃烧反应有机固体废弃物的能源化堆肥生物降解作用城市垃圾还田离子交换离子交换工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用溶剂萃取萃取工业废水

2、、废液中金属的回收；废酸的再生利用电解电化学反应工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用沉淀沉淀工业废水、废液中金属的回收蒸发浓缩挥发废酸的再生利用沼气发酵生物降解作用高浓度有机废水/ 废液利用3.简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。原理 ：将含有颗粒物的流体（水或气体）置于某种力场（重力场、离心力场、电场或惯性场等）中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。4.比较重力沉降和离心沉降的主要区别。与重力沉降相比，离心沉降有如下特征：沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速率也随颗

3、粒所处的位置而变，所以颗粒的离心沉降速率不是恒定的，而重力沉降速率则是不变的。 离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率， 对于细小颗粒以及密度与流体相近的颗粒的分离，利用离心沉降要比重力沉降有效得多。离心沉降使用的是离心力而重力沉降利用的是重力5.表面过滤与深层过滤的主要区别是什么？各自的定义？表面过滤 : 过滤介质的孔一般要比待过滤流体中的固体颗粒的粒径小过滤时固体颗粒被过滤介质截留，并在其表面逐渐积累成滤饼此时沉积的滤饼亦起过滤作用， 又称滤饼过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢的情况。深层过滤 ：利用过滤介质间空隙进行过滤通常发生在以固体颗粒为滤料的过滤操作中滤料内部空隙

4、大于悬浮颗粒粒径悬浮颗粒随流体进入滤料内部，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒附着在滤料表面上而与流体分开精品文库区别：表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢的情况，过滤介质的孔一般要比待过滤流体中的固体颗粒的粒径小。深层过滤利用过滤介质间空隙进行过滤，通常发生在以固体颗粒为滤料的过滤操作中，滤料内部空隙大于悬浮颗粒粒径。参考答案：从两者的过滤介质、过滤过程、过滤机理和应用范围加以比较。6.恒压过滤和恒速过滤的主要区别是什么？各自的定义？恒压过滤 ：在过滤过程中，过滤压差自始自终保持恒定。对于指定的悬浮液，K 为常数。恒速过滤 ：恒速过滤是指在过滤过程中过滤速度保持不变，

5、即滤液量与过滤时间呈正比。区别：7.表面过滤的过滤阻力有哪些部分组成？由过滤介质的过滤阻力 Rm 和滤饼层的过滤阻力 Rc 组成过滤介质过滤阻力 Rm=过滤介质的过滤比阻 rm*过滤介质厚度 Lm 滤饼层过滤阻力 Rc=滤饼层过滤比阻 rc* 滤饼层厚度 L8.颗粒床层的空隙率? 的影响因素：9.流体通过颗粒床层的实际流速u1 与哪些因素有关，与空床流速是什么关系？因素：u 1流体在床层空隙中的实际流速，m/s；2d eb颗粒床层的当量直径，m;debpp流体通过颗粒床层的压力差，Pa； 流体黏度， Pa s；ull l孔通道的平均长度，m。32u与空床流速的关系：u110.简述吸收的基本原理

6、和过程。基本原理 ：依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中的物理溶解度（或化学反应活性）的不同，而将气体混合物分离的操作过程。实际上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程过程：11.化学吸收与物理吸收过程有哪些基本步骤？物理吸收 ：（典型的溶质由气相向液相的两相传递过程）溶质由气相主体传递至两相界面，即气相内的传递；溶质在两相界面由气相溶解于液相，即相际传递；溶质由界面传递至液相主体，即液相内的传递。化学吸收：欢迎下载2精品文库气相反应物A 由气相主体通过气膜向相界面扩散2）反应物 A 由相界面向液相扩散3）反应物在液膜内或液相主体与反应物B 反应，形 成反应区4）反应物 M 若为液态，向液相

7、主体扩散，若为气态，则向相界面扩散5）气态产物由界面向气相主体扩散12.吸收时板式塔和填料塔的主要区别是什么？板式塔 ：气液两相在塔内逐级接触填料塔 ：气液两相在塔内连续接触13.常用的吸附剂有哪些 ?（一）活性炭（二）活性炭纤维（三）硅胶（四）活性氧化铝（五）沸石分子筛14.BET和 Langmuir吸附假设有哪些？朗格谬尔（ Langmuir)公式方程推导的基本假设：吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个气体分子。吸附质在吸附剂表面为单分子层吸附。吸附是动态的，被吸附分子受热运动影响可以重新回到气相。吸附过程类似于气体的凝结过程，脱附类似于液体的蒸发过程吸附在吸附剂

8、表面的吸附质分子之间无作用力。BET公式方程推导的基本假设：吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的。吸附过程取决于范德华引力，吸附质可以在吸附剂表面一层一层地累叠吸附。每一层吸附都符合Langmuir 公式。15.常见的吸附分离设备有哪些？液体接触过滤器固定床吸附塔流化床吸附塔移动床吸附塔16.萃取分离的原理和特点是什么？原理 ：利用混合液中被分离组分A 在两相中分配差异的性质，使该组分从混合液中分离。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。特点 ：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；

9、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。17.常见的膜分离过程有哪些？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18.膜分离的选择性可以用哪些参数表示？对于溶液脱盐或脱除微粒、高分子等物质，可用截留率对于液体混合物或气体混合物等物质，可用分离因子yA 和 yB组分 A 和 B 在渗透物中的摩尔分数； xA 和 xB组分 A 和 B 在过滤原料中的摩尔分数CFCP表示CFyA / yBA/B表示xA / xB欢迎下载3精品文库19.反渗透和纳滤机理有哪些基本理论？氢键理论

10、：基于水分子能够通过膜的氢键的结合而发生联系并进行传递优先吸附 -毛细孔流机理：水溶液与多孔膜接触，膜对水具有选择性吸水斥盐，在膜液界面的溶质浓度下降，膜界面上形成一层吸附的纯水层，优选吸附的水渗透通过膜表面的毛细孔获得纯水。溶解 -扩散机理：能较好的说明反渗透膜的传递过程20.浓差极化现象是如何发生的？对膜分离过程有何影响？原因 ：当含有不同大小分子的混合液通过膜面时，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。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

11、向扩散到主体溶液中，导致浓差极化现象。影响 ：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，但是可逆的。【例 6.2.1】求直径为 40 m，密度为 2700kg/m3 的固体颗粒在 20的常压空气中的自由沉降速度。已知 20，常压状态下空气密度为 1.205 kg/m3，黏度为 1.81 10-5Pas。解：（ 1）试差法假设颗粒的沉降处于层流区，并且由于6.2.6 ）得：，所以由式gd P227009.8140 1062P0.13 m/sut18181.8110 5检验：dPut4010 60.13 1.2050.346 2ReP1.8110 5所以在层

12、流区，与假设相符，计算正确。（ 2）摩擦数群法CD Rep2首先计算摩擦数群4d p3g44010632700 9.81CD Rep2P1.2058.313231.811052假设颗粒的球形度为1，则由 C D Rep2与 Rep 的关系曲线，可以查得Rep 为0.32因此，可得 utRep0.31.8110 50.125m/sdp401061.205由于查图得到的Rep 误差较大，所以可以作为判断颗粒沉降所处区域的依据，而 ut 的计算仍然采用式（6.2.6 ），gd P227009.814010 62utP0.13 m/s18181.81105欢迎下载4精品文库（ 3）判据法计算 K 判据

13、得d P3 g40 10639.811.2052700PK21.8110 526.24 36所以可判断沉降位于层流区，由斯托克斯公式，可得：gd P227009.814010 62utP0.13 m/s18181.8110 5【例题 7.2.1】在实验室中用过滤面积为0.1 m2 的滤布对某种水悬浮液进行过滤试验，在恒定压差下，过滤5min 得到滤液1L ，又过滤 5min 得到滤液 0.6L 。如果再过滤5min ，可以再得到多少滤液？解：在恒压过滤条件下，过滤方程为q 22qqeKtq1110 3110 2 m3/m 2， t1560300 s0.110 3q210.610 2m3/m 2

14、， t 2 6000.11.6s代入过滤方程得1 10222110 2 qe300K （1）1.610 2221.6 10 2 qe600K （2）联立（1）、（2）两式可以求得qe 0.7 10 2 m3/m2， K 0.8 10 6 m2/s因此， q220.7102q 0.8 10 6 t ，当t3 1560900s, 则： q3220.7102 q30.8 10 6900，解得：q32.073 10 2 m3/m2所以 q3q20.12.073 10 21.6 10 20.1 0.473 10 3 m3因此可再得到的滤液为0.473L。欢迎下载5精品文库【例题7.2.2 】用一台过滤面

15、积为10m 2 的过滤机过滤某种悬浮液。已知悬浮液中固体颗粒的含量为60kg/m 3 ，颗粒密度为1800kg/m 3。已知滤饼的比阻为4 1011 m-2 ，压缩指数为0.3 ，滤饼含水的质量分数为0.3 ，且忽略过滤介质的阻力，滤液的物性接近20 的水。采用先恒速后恒压的操作方式，恒速过滤10min 后，进行恒压操作30min ，得到的总滤液的量为8m3 。 求最后的操作压差和恒速过滤阶段得到的滤液量。解：设恒速过滤阶段得到的滤液体积为V1，根据恒速过滤的方程式（ 7.2.18a），得V2KA 2tp1 s A2t12r0 f滤液的物性可查得：黏度 =110-3 Pas，密度为 998.2

16、 kg/m3，根据过滤的物料衡算按以下步骤求得 f：已知 1m3 悬浮液形成的滤饼中固体颗粒质量为 60kg，含水的质量分数为 0.3，所以滤饼中的水的质量 y 为：y0.3，所以 y25.7kg，60y所以滤饼的体积为6025.73，滤液体积为m3，1800998.20.059 m1 0.059 0.9410.059所以 f0.06270.941所以V 2p1 s A2t1021060p0.72.394 10 3p0.7 （1）1r0 f1103 41011 0.0627欢迎下载6精品文库在恒压过滤阶段，应用式7（-2-15），V2V12KA2t82 V2 p1 sA2t2 10230 60

17、p0.7 1.436 102 p0.7（2）1r0 f1 103410110.062764 V21.436联立（1）、（2）式，得16，2V0.23941所以，求得恒速过滤的滤液体积m3，V13.02进而求得恒压过滤的操作压力51.3 10 Pap【例题7.3.3 】直径为0.1mm 球形颗粒物质悬浮于水中，过滤时形成不可压缩的滤饼，空隙率为0.6 ，求滤饼的比阻。如果悬浮液中颗粒所占的体积分率为0.1 ，求每平方米过滤面积上获得0.5m 3 滤液时滤饼的阻力。解：（1）滤饼的空隙率为0.6，颗粒的比表面积a60.166104 m2/m 3，取比例系数 K l5 ，可d p10 3得滤饼的比阻

18、为：K l2a 226 1042r1510.61.331010m-230.6 32）滤饼的阻力 R rL ，因此需要求出滤饼的厚度。根据水的体积进行物料衡算即 0.5 1 0.6L0.5 L11 0.1（左边是滤液和滤饼中水的体积，右边是悬浮液中水的体积）得滤饼的厚度为L0.1667m所以滤饼的阻力为RrL1.3310100.1667 2.22 109 m-1欢迎下载7精品文库【例题 8.3.1】在 20下，用水吸收空气中的SO2，达到吸收平衡时， SO2 的平衡分压为5.05kPa，如果只考虑SO2 在水中的一级解离，求此时水中SO2 的溶解度。已知该条件下 SO2溶解度系数为 H1.5610 2 kmol/ （ kPa m3），一级解离常数为 K11.7 10 2 kmol/m 3。解：考虑解离情况下SO2 的吸收情况可以表示为以下两个过程：扩散传质过程SO2gSO2 l解离过