環(huán)境工程學(xué)原理課件教學(xué)課件

1、v環(huán)境學(xué)科的誕生“環(huán)境學(xué)科”是隨著環(huán)境問(wèn)題的日趨突出而產(chǎn)生的一門新興的綜合性邊緣學(xué)科。它經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的醞釀階段，到20世紀(jì)70年代初期從零星的環(huán)境保護(hù)的研究工作與實(shí)踐逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的新興學(xué)科。v環(huán)境學(xué)科的任務(wù)環(huán)境學(xué)科是研究人類活動(dòng)與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系的科學(xué)，其主要任務(wù)是研究人類與環(huán)境的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，認(rèn)識(shí)兩者之間的作用與反作用，掌握其發(fā)展規(guī)律，從而保護(hù)環(huán)境并使其向有利于人類的方向演變。 一、環(huán)境問(wèn)題與環(huán)境學(xué)科的發(fā)展 v環(huán)境學(xué)科的體系“環(huán)境學(xué)科”是一門正在蓬勃發(fā)展的科學(xué)，其研究范圍和內(nèi)涵不斷擴(kuò)展，所涉及的學(xué)科非常廣泛，而且各個(gè)學(xué)科間又互相交叉和滲透，因此具有豐富的學(xué)科內(nèi)涵。環(huán)境+X學(xué)環(huán)境

2、X學(xué)綠色+X學(xué)綠色X學(xué)一、環(huán)境問(wèn)題與環(huán)境學(xué)科的發(fā)展 環(huán)境學(xué)科是本世紀(jì)推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的核心學(xué)科，是改造傳統(tǒng)學(xué)科的生長(zhǎng)點(diǎn)。 一、環(huán)境問(wèn)題與環(huán)境學(xué)科的發(fā)展 環(huán)境學(xué)科體系 環(huán)境學(xué)科體系環(huán)境科學(xué)環(huán)境工程學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)環(huán)境規(guī)劃與管理二、環(huán)境污染與環(huán)境工程學(xué) v“環(huán)境工程學(xué)”的任務(wù)利用環(huán)境學(xué)科與工程學(xué)的方法，研究環(huán)境污染控制理論、技術(shù)、措施和政策，以改善環(huán)境質(zhì)量，保證人類的身體健康、舒適的生存和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。v“環(huán)境工程學(xué)”的研究對(duì)象水質(zhì)凈化與水污染控制技術(shù)、大氣（包括室內(nèi)空氣）污染控制技術(shù)、固體廢棄物處理處置與管理和資源化技術(shù)、物理性污染（熱污染、輻射污染、噪聲、振動(dòng)）防治技術(shù)、自然資源的合理利用與保護(hù)、

3、環(huán)境監(jiān)測(cè)與環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等傳統(tǒng)的內(nèi)容，還包括生態(tài)修復(fù)與構(gòu)建理論與技術(shù)、清潔生產(chǎn)理論與技術(shù)以及環(huán)境規(guī)劃、管理與環(huán)境系統(tǒng)工程等。 環(huán)境工程學(xué)環(huán)境凈化與污染防治技術(shù)及原理生態(tài)修復(fù)與構(gòu)建技術(shù)及原理清潔生產(chǎn)理論及技術(shù)原理環(huán)境規(guī)劃管理與環(huán)境系統(tǒng)工程環(huán)境監(jiān)測(cè)與環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)水質(zhì)凈化與水污染控制工程空氣凈化與大氣污染控制工程固體廢棄物處理處置與管理物理性污染防治工程土壤凈化與污染防治技術(shù)廢物資源化技術(shù)二、環(huán)境污染與環(huán)境工程學(xué) 環(huán)境工程學(xué)的學(xué)科體系 （一）水質(zhì)凈化與水污染控制技術(shù)1. 水中的主要污染物及其危害 無(wú)機(jī)污染物有機(jī)污染物按化學(xué)性質(zhì)分可生物降解性污染物難生物降解性污染物懸浮固體(SS粒徑0.10.45微米以

4、上)膠體性物質(zhì)(粒徑0.10.001微米)溶解性物質(zhì)按物理形態(tài)分三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述懸浮固體（粒徑0.10.45m）膠體物質(zhì)（粒徑0.0010.1m）水的物理處理法處理方法處理方法利用的主要原理利用的主要原理主要去除對(duì)象主要去除對(duì)象沉淀離心分離氣浮過(guò)濾(砂濾等)過(guò)濾(篩網(wǎng)過(guò)濾)反滲透膜分離蒸發(fā)濃縮重力沉降作用離心沉降作用浮力作用物理阻截作用物理阻截作用滲透壓物理阻截等水與污染物的蒸發(fā)性差異相對(duì)密度大于1的顆粒相對(duì)密度大于1的顆粒相對(duì)密度小于1的顆粒懸浮物粗大顆粒、懸浮物無(wú)機(jī)鹽等較大分子污染物非揮發(fā)性污染物2. 水質(zhì)凈化與水污染控制技術(shù) 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述 處理方法處理方法

5、 利用的主要原理利用的主要原理 主要去除對(duì)象主要去除對(duì)象 中和法 化學(xué)沉淀法 氧化法 還原法 電解法 超臨界分解法 汽提法 吹脫法 萃取法 吸附法 離子交換法 電滲析法 混凝法 酸堿反應(yīng) 沉淀反應(yīng)、固液分離 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 電解反應(yīng) 熱分解、氧化還原反應(yīng)、游離基反應(yīng)等 污染物在不同相間的分配 污染物在不同相間的分配 污染物在不同相間的分配 界面吸附 離子交換 離子遷移 電中和、吸附架橋作用 酸性、堿性污染物 無(wú)機(jī)污染物 還原性污染物、 有害微生物 （消毒） 氧化性污染物 氧化、還原性污染物 幾乎所有的有機(jī)污染物 有機(jī)污染物 有機(jī)污染物 有機(jī)污染物 可吸附性污染物 離子性污染物 無(wú)機(jī)鹽 膠體

6、性污染物、大分子污染物 水的化學(xué)處理法 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述水的生物處理法 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述處處理理方方法法 主主要要原原理理 主主要要去去除除對(duì)對(duì)象象 好氧處理法 活性污泥法 生物膜法 流化床法 生物吸附、生物降解 生物吸附、生物降解 生物吸附、生物降解 可生物降解性有機(jī)污染物、還原性無(wú)機(jī)污染物（NH4+等） 生態(tài)技術(shù) 氧化塘 土地滲濾 濕地系統(tǒng) 生物吸附、生物降解 生物降解、土壤吸附 生物降解、土壤吸附、植物吸附 有機(jī)污染物、氮、磷、重金屬 厭氧處理法 厭氧消化池 厭氧接觸法 厭氧生物濾池 高效厭氧反應(yīng)器（UASB 等） 生物吸附、生物降解 可生物降解性有機(jī)污染物、

7、 氧化態(tài)無(wú)機(jī)污染物（NO3-，SO42-） 厭氧-好氧聯(lián)合工藝 生物吸附、生物降解、硝化-反硝化、生物攝取與排出 有機(jī)污染物、氮（硝化-反硝化） 、磷 利用的利用的UASB：Upflow Anaerobic Sludge Blanket（升流式厭氧污泥床反應(yīng)器） （二）空氣凈化與大氣污染控制技術(shù)1. 空氣中的污染物及其危害 粉塵煙飛灰黑煙霧硫化物(SO2，H2S)碳的氧化物(CO ，CO2)氮化物(NO，NH3)鹵素化合物(HCl，HF)無(wú)機(jī)物有機(jī)物（揮發(fā)性有機(jī)物VOCs）空氣中的污染物顆粒/氣溶膠狀態(tài)污染物氣態(tài)污染物三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述2. 空氣凈化與大氣污染控制技術(shù) 處處理理技技

8、術(shù)術(shù) 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除對(duì)對(duì)象象 機(jī)械除塵 過(guò)濾除塵 靜電除塵 濕式除塵 物理吸收法 化學(xué)吸收法 吸附法 催化氧化法 生物法 燃燒法 稀釋法 重力沉降作用、 離心沉降作用 物理截流作用 靜電沉降作用 慣性碰撞作用、洗滌作用 物理吸收 化學(xué)吸收 界面吸附作用 氧化還原反應(yīng) 生物降解作用 燃燒反應(yīng) 擴(kuò)散 顆粒/氣溶膠狀態(tài)污染物 顆粒/氣溶膠狀態(tài)污染物 顆粒/氣溶膠狀態(tài)污染物 顆粒/氣溶膠狀態(tài)污染物 氣態(tài)污染物 氣態(tài)污染物 氣態(tài)污染物 氣態(tài)污染物 可降解性有機(jī)污染物、還原態(tài)無(wú)機(jī)污染物 有機(jī)污染物 所有污染物 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述（三）土壤凈化與污染控制技術(shù) 1.

9、 土壤污染物及其危害 土壤中的污染物：重金屬、揮發(fā)性有機(jī)物、原油等。土壤污染的危害：(1)通過(guò)雨水淋溶作用,可能導(dǎo)致地下水和周圍地表水體的污染; (2)污染土壤通過(guò)土壤顆粒物等形式能直接或間接地為人或動(dòng)物所吸入; (3) 通過(guò)植物吸收而進(jìn)入食物鏈,對(duì)食物鏈上的生物產(chǎn)生毒害作用等。 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述處處理理技技術(shù)術(shù) 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除對(duì)對(duì)象象 客土法 隔離法 清洗法（萃取法） 吹脫法（通氣法） 熱處理法 電化學(xué)法 焚燒法 微生物凈化法 植物凈化法 稀釋作用 物理隔離（防止擴(kuò)散） 溶解作用 揮發(fā)作用 熱分解作用、揮發(fā)作用 電場(chǎng)作用（移動(dòng)） 燃燒反應(yīng) 生物降

10、解作用 植物轉(zhuǎn)化、植物揮發(fā)、植物吸收/固定 所有污染物 所有污染物 溶解性污染物 揮發(fā)性有機(jī)物 有機(jī)污染物 離子或極性污染物 有機(jī)污染物 可降解性有機(jī)污染物 重金屬、有機(jī)污染物 土壤污染凈化技術(shù) 2. 污染土壤凈化技術(shù) 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述（四）固體廢棄物處理處置與管理1. 固體廢棄物的種類及其危害 固體廢棄物的定義：固體廢棄物的定義： 人類活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的、且對(duì)所有者已經(jīng)不再具有使用價(jià)值而被廢棄的固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)。 “工業(yè)固體廢物(廢渣)” 、“城市垃圾”固體廢棄物對(duì)環(huán)境的危害：固體廢棄物對(duì)環(huán)境的危害：(1)通過(guò)雨水的淋溶和地表徑流的滲濾，污染土壤、地下水和地表水，從而危害人體健康

11、；(2)通過(guò)飛塵、微生物作用產(chǎn)生的惡臭以及化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的有害氣體等污染空氣；(3) 固體廢棄物的存放和最終填埋處理占據(jù)大面積的土地等。 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述2. 固體廢棄物處理處置技術(shù) 處處理理技技術(shù)術(shù) 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除對(duì)對(duì)象象 壓實(shí) 破碎 分選 脫水/干燥 中和法 氧化還原法 壓強(qiáng)（擠壓）作用 沖擊、剪切、擠壓破碎 重力作用、磁力作用 過(guò)濾作用、干燥 中和反應(yīng) 氧化還原反應(yīng) 高孔隙率固體廢棄物 大型固體廢棄物 所有固體廢棄物 含水量高的固體廢棄物 酸性、堿性廢渣 氧化還原性廢渣 （如鉻渣） 固化法 固化與隔離作用 有毒有害固體廢棄物 堆肥 焚燒 填埋處

12、理 生物降解作用 燃燒反應(yīng) 隔離作用 有機(jī)垃圾 有機(jī)固體廢棄物 無(wú)機(jī)等穩(wěn)定性固體廢棄物 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述（五）物理性污染控制技術(shù)物理性污染的種類：噪聲、電磁輻射、振動(dòng)、熱污染等。物理性污染控制技術(shù)：隔離、屏蔽、吸收、消減技術(shù)等。 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述（六）廢物資源化技術(shù) 廢物的資源化途徑：物質(zhì)的再生利用、能源轉(zhuǎn)化資資源源化化技技術(shù)術(shù) 主主要要原原理理 應(yīng)應(yīng)用用對(duì)對(duì)象象 焚燒 堆肥 離子交換 溶劑萃取 電解 沉淀 蒸發(fā)濃縮 沼氣發(fā)酵 燃燒反應(yīng) 生物降解作用 離子交換 萃取 電化學(xué)反應(yīng) 沉淀 揮發(fā) 生物降解作用 有機(jī)固體廢棄物的能源化 城市垃圾還田 工業(yè)廢水、廢液中金屬的回

13、收；廢酸的再生利用 工業(yè)廢水、廢液中金屬的回收；廢酸的再生利用 工業(yè)廢水、廢液中金屬的回收；廢酸的再生利用 工業(yè)廢水、廢液中金屬的回收 廢酸的再生利用 高濃度有機(jī)廢水/廢液利用 三、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)概述環(huán)境污染問(wèn)題的特點(diǎn)及其對(duì)環(huán)境工程專業(yè)人才的要求污染控制技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性污染地區(qū)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件的多樣性 綜合性、復(fù)雜性污染物的種類、濃度與組合地域特征時(shí)間特征環(huán)境污染的復(fù)雜性環(huán)境領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)？（系統(tǒng)的專業(yè)理論基礎(chǔ)、良好的素質(zhì)和綜合能力）四、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理 環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理隔離（擴(kuò)散控制）分離（不同介質(zhì)間的遷移）轉(zhuǎn)化（化學(xué)反應(yīng)、生物反應(yīng)）1.環(huán)境凈化與

14、污染控制技術(shù)原理稀釋四、環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理 污染物處理工程的核心：利用隔離、分離、轉(zhuǎn)化等技術(shù)原理，通過(guò)工程手段，實(shí)現(xiàn)污染物的高效、快速去除。隔離/分離/轉(zhuǎn)化方式的優(yōu)選與組合污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)操作方式和操作條件的優(yōu)化介質(zhì)的混合狀態(tài)和流體流態(tài)的優(yōu)化遷移（物質(zhì)、能量）和反應(yīng)速率的強(qiáng)化例子：如何實(shí)現(xiàn)水中氨氮的高效、快速去除？如何實(shí)現(xiàn)？五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 2.環(huán)境工程原理的研究對(duì)象和內(nèi)容 環(huán)境凈化與污染控制工程的基本理論和技術(shù)原理（主要包括污染物分離與轉(zhuǎn)化的宏觀機(jī)理、微觀過(guò)程）及其工程設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論。宏觀機(jī)理分離（沉降、過(guò)濾，吸附、吸收、

15、膜分離）轉(zhuǎn)化（化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物轉(zhuǎn)化）微觀過(guò)程：宏觀現(xiàn)象（機(jī)理）的產(chǎn)生機(jī)制與微觀步驟設(shè)計(jì)計(jì)算基本理論：污染物凈化裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算理論五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 3.環(huán)境工程原理的目的 為提高環(huán)境凈化與污染控制工程（污染物凈化裝置）的效率提供理論支持。（從理論上指導(dǎo)環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)的選擇，闡述提高污染物去除效率的思路、手段和方法）五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 4.環(huán)境工程原理的基本研究方法 物料與能量衡算（質(zhì)量守恒與能量守恒原理） 微觀過(guò)程解析（物質(zhì)與能量的遷移過(guò)程、轉(zhuǎn)化過(guò)程） 變化速率的數(shù)學(xué)表達(dá)（為工程設(shè)計(jì)計(jì)算提供依據(jù)）（1）“量”與“變化速率”的數(shù)學(xué)計(jì)算五、環(huán)境工程原理的主

16、要研究?jī)?nèi)容和方法 （2）分析問(wèn)題的基本思路宏觀機(jī)理簡(jiǎn)單現(xiàn)象微觀過(guò)程分析（看本質(zhì)）簡(jiǎn)單過(guò)程的復(fù)雜化數(shù)學(xué)表達(dá)（定量解析）復(fù)雜化過(guò)程的簡(jiǎn)單化污染凈化裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算和操作優(yōu)化五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 微觀過(guò)程分析（簡(jiǎn)單過(guò)程的復(fù)雜化） 剖析組成宏觀過(guò)程的基本要素（過(guò)程）微觀過(guò)程分析的意義？有針對(duì)性地采取科學(xué)、合理的手段，提高污染物的去除效率 一個(gè)宏觀過(guò)程往往是一系列微觀過(guò)程的串聯(lián) 宏觀過(guò)程的速率往往由某個(gè)關(guān)鍵的微觀過(guò)程速率所決定。該過(guò)程稱為“控制步驟”或“控速過(guò)程”五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 固體催化劑微孔內(nèi)表面固相催化反應(yīng)過(guò)程分析設(shè)某氣-固相催化反應(yīng)（AP）主要發(fā)生在多孔催化劑的

17、內(nèi)表面反應(yīng)物的外擴(kuò)散；反應(yīng)物的外擴(kuò)散；反應(yīng)物的內(nèi)擴(kuò)散；反應(yīng)物的內(nèi)擴(kuò)散；反應(yīng)物的吸附；反應(yīng)物的吸附；表面反應(yīng)；表面反應(yīng)；產(chǎn)物的脫附；產(chǎn)物的脫附；產(chǎn)物的內(nèi)擴(kuò)散；產(chǎn)物的內(nèi)擴(kuò)散；產(chǎn)物的外擴(kuò)散產(chǎn)物的外擴(kuò)散A氣體主體邊界層1 1A2 2A3 3A4 4P P5 5P P6 6P P7 7P P擴(kuò)散過(guò)程動(dòng)力學(xué)過(guò)程(表面過(guò)程)五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 數(shù)學(xué)表達(dá)（復(fù)雜過(guò)程的簡(jiǎn)單化） 數(shù)學(xué)表達(dá)的目的： 過(guò)程的定量計(jì)算(工程設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)) 簡(jiǎn)單化的目的： 科學(xué)、合理的簡(jiǎn)化可大大簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，提高設(shè)計(jì)計(jì)算效率五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 5.環(huán)境工程原理與其它學(xué)科的關(guān)系 環(huán)境工程原理化工原理傳遞

18、過(guò)程原理原理流體力學(xué)工程學(xué)環(huán)境工程原理化工原理傳遞過(guò)程原理反應(yīng)工程流體力學(xué)生物工程工程學(xué)五、環(huán)境工程原理的主要研究?jī)?nèi)容和方法 六、 環(huán)境工程原理課程的主要內(nèi)容和目的 （1）環(huán)境工程原理基礎(chǔ)：重點(diǎn)闡述工程學(xué)的基本概念和基本理論，主要內(nèi)容有物料與能量守恒原理以及熱量與質(zhì)量傳遞過(guò)程的基本理論等。（2）分離過(guò)程原理：主要闡述沉淀、過(guò)濾、吸收、吸附、離子交換、膜分離等基本分離過(guò)程的機(jī)理和基本設(shè)計(jì)計(jì)算理論。（3）反應(yīng)工程原理：主要闡述化學(xué)與生物反應(yīng)計(jì)量學(xué)及動(dòng)力學(xué)、各類化學(xué)與生物反應(yīng)器的解析與設(shè)計(jì)理論等。6. 本課程的主要內(nèi)容六、 環(huán)境工程原理課程的主要內(nèi)容和目的 7. 課程學(xué)習(xí)的目的 系統(tǒng)、深入學(xué)習(xí)環(huán)境凈化與污染控制工程的基本技術(shù)原理、工程設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題