环境工程原理总复习.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,环境工程原理,总复习,第一章 绪论,一、环境问题与环境学科的发展,环境问题的产生,产业革命以后，人类的生产力获得了飞速发展、技术水平迅速提高、人口迅速增长，人类活动的强度和范围逐渐增强和扩展，人类与环境的矛盾以及由此带来的环境问题也日趋突出。,人类面临的环境问题,生态破坏和环境污染是目前人类面临的两大类环境问题，它们已经成为影响社会可持续发展、人类可持续生存的重大问题。,1.,土壤污染物及其危害,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。,三、环境净化与污染控制技术概述,（四）固体废物处理处置与管理,固体废物的定义：,固体废物,(solid waste),指人类在生产建设、日常生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失使用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。,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。,三、环境净化与污染控制技术概述,（五）物理性污染控制技术,物理性污染的种类：,噪声、电磁辐射、振动、热污染等。,物理性污染控制技术：,隔离、屏蔽、吸收、消减技术等。,三、环境净化与污染控制技术概述,第二章 质量衡算与能量衡算,【,例题,2.2.3】,一个湖泊的容积为,10.010,6,m,3,。有一流量为,5.0m,3,/s,、污染物浓度为,10.0mg/L,的受污染支流流入该湖泊,.,同时，还有一污水排放口将污水排入湖泊，污水流量为,0.5m,3,/s,，质量浓度为,100mg/L,。污染物的降解速率常数为,0.20 d,-1,。假设污染物质在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸发等原因增加或者减少。求稳态情况下流出水中污染物的质量浓度。,第二节 质量衡算,什么是封闭系统和开放系统？,焓值是温度与物态的函数，因此进行衡算时除选取时间基准外，还需要选取物态与温度基准，通常以,273K,物质的液态为基准。,第三节 能量衡算,【,例,2.3.5】,燃煤发电厂将煤的化学能的三分之一转化为电能，输出电能,1000MW,。其余三分之二的化学能以废热的形式释放到环境中，其中有,15%,的废热从烟囱中排出，其余,85%,的余热随冷却水进入附近的河流中。如图所示。河流上游的流速为,100m,3,/s,，水温为,20,。试计算：,（,1,）若冷却水的温度只升高了,10,，冷却水的流量为多少？,（,2,）这些冷却水进入河流后，河水的温度将变化多少？,第三节 能量衡算,第三章,流体流动,第二节 流体流动的内摩擦力,对于圆管内的流动：,Re,4000,时，一般出现湍流型态，称为湍流区；,2000,Re,4000,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。,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。,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。,黏度的影响因素,（,3,）温度：是影响黏度的主要因素。,当温度升高时，液体的黏度减小，气体的黏度增加,第二节 流体流动的内摩擦力,工程上减少传热、传质阻力的方法,适当的增大流体的运动速度，使其呈湍流状态，以此降低边界层中层流部分的厚度，从而强化传热和传质，,破坏边界层的形成，在流道内壁做矩形槽，或在管外壁放置翅片，以此破坏边界层的形成，减少传热和传质阻力。,第三节 边界层理论,边界层厚度是如何定义的？,影响平壁边界层厚度的因素,转子流量计的工作原理,第四章,热量传递,第二节 热传导,【,例,4.2.2】,为什么多孔材料具有保温性能？保温材料为什么需要防潮？,二氧化碳及其他温室气体对于来自太阳的短波相对透明，但是它们往往吸收那些由地球辐射出去的长波。,在大气中积累的温室气体就像一个包裹在地球外表面的毯子，搅乱了地球的辐射平衡，导致地球温度升高。,CO,2,的主要光带,第四节 辐射传热,温室效应产生的机理,（,1,）增大传热面积,采用小直径管、异形表面、加装翅片等,（,2,）增大平均温度差,提高蒸汽的压强可以提高蒸汽的温度,改变两侧流体相互流向,增加管壳式换热器的壳程数,（,3,）提高传热系数,提高流体的速度,增强流体的扰动,在流体中加固体颗粒,在气流中喷入液滴,采用短管换热器,防止结垢和及时清除污垢,设法减少对传热系数影响最大的热阻,第五节 换热器,强化换热器传热过程的途径,第五章,质量传递,气体混合物中组分分离,吹脱去除挥发性组分,汽提,液体混合物中组分分离,染料废水处理,样品石油烃分离测定,气体和液体混合物中组分分离,活性炭吸附水中有机物,去除水中阴阳离子,制作纯水,去除水中重金属,高分子薄膜为分离介质，组分选择性地透过膜,制作纯水,截留某些组分,去除水、气体和固体中污染物的过程,吸收,萃取,吸附,膜分离,离子交换,传质过程：,分离中的传质过程：,第一节 环境工程中的传质过程,根据传质机理的不同，质量传递主要有两种方式：,分子扩散、涡流扩散,第二节 质量传递的基本原理,分离过程中的主要传质过程：吸收、萃取、吸附、,离子交换、膜分离,可以认为质量传递的全部阻力都集中在传质边界层内,传质边界层的名义厚度定义为,时,0.99,u,0,0.99,C,0,具有浓度梯度的流体层,传质边界层,流动边界层与传质边界层的关系：,分子动量传递能力和分子扩散能力的比值。,施密特数,(c,A,-c,A,i,),0.99(c,A,0,-c,A,i,),第四节 对流传质,(5.4.1),传质边界层的范围如何确定？传质边界层与流动边界层的关系,第六章,沉 降,机械分离：非均相混合体系（两相以上所组成的混合物）,传质分离：均相混合体系,平衡分离过程（借助分离媒介，如溶剂或吸附剂等，使均相混合体系变成两相系统）,速率分离过程（在某种推动力下，利用各组分扩散速率的差异实现组分分离）,分离过程的分类？,第,II,篇 分离过程原理,沉降分离的一般原理和类型,环境工程领域哪些处理单元涉及沉降分离过程,相对运动,流体：,液体,气体,固体颗粒物,液珠,重力场,离心力场,电场,惯性力场,沉降表面：器底、器壁或其他表面,重力沉降,离心沉降,电沉降,惯性沉降,扩散沉降,第一节 沉降分离的基本概念,水处理：平流沉淀池,气净化：降尘室,沉降分离设备,第二节 重力沉降,2.,主要分离性能指标,表示旋风分离器的分离性能的主要指标有临界直径和分离效率。,(1),临界直径,临界直径是指在旋风分离器中能够从气体中全部分离出来的最小,颗粒的直径，用,d,c,表示。,(2),分离效率,总效率：指进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分数。,粒级效率：表示进入旋风分离器的粒径为,d,i,的颗粒被分离下来的质量分数。,第三节 离心沉降,（,6.3.9,）,【,例题,6.3.3】,密度为,2000 kg/m3,，直径为,40m,的球状颗粒在,20,的水中沉降，求在半径为,5cm,，转速为,1000r/min,的离心机中的沉降速度。,电除尘器的基本原理及过程,第三节 离心沉降,第八章,吸 收,净化有害气体：,湿式烟气脱硫：如用水或碱液吸收烟气中,SO,2,，石灰,/,石灰石洗涤烟气脱硫。,干法脱硫：喷雾干燥烟气脱硫：,SO,2,被雾化的,Ca(OH),2,浆液或,Na,2,CO,3,溶液吸收。,水、酸吸收净化含,NO,x,废气。,回收有用物质：如用吸收法净化石油炼制尾气中的硫化氢的同时，还可以回收有用的元素硫。,能够用吸收法净化的气态污染物主要有：,SO,2,，,H,2,S,HF,和,NO,x,等。,其他应用：曝气充氧,吸收在环境领域中的应用,第一节 吸收的基本概念,处理气体量大，成份复杂，同时含有多种气态污染物；,吸收组分浓度低；,吸收效率和吸收速率要求高；,多采用化学吸收,如碱液吸收燃烧烟气中低浓度,的,SO,2,；,多数情况吸收过程仅是将污染物由气相转入液相，还需对吸收液进一步处理，以免造成二次污染。,吸收法净化气态污染物的特点,第一节 吸收的基本概念,第九章,吸 附,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,具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂,.,一、常用吸附剂的主要特性,第二节 吸附剂,吸附剂的选择,如何选择适宜的吸附剂？,需要根据被分离对象、分离条件和吸附剂本身的特点确定,需要进行试验研究,第二节 吸附剂,常用的吸附剂有哪些？,弗兰德里希公式参数的求解：,对吸附等温式两边取对数：,第三节 吸附平衡,Langmuir,公式参数的求解：,公式变换得：,（,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,一般第,(3),步的速率很快，吸附传质速率主要取决于第,(1),和,(2),两步。,外扩散速率很慢,外扩散控制,内扩散速率很慢,内扩散控制,吸附剂从流体中吸附吸附质的传质过程,第四节 吸附动力学,第十章,其他分离过程,简述膜分离过程的类型、推动力和特点。,膜组件有哪些主要形式？,第三节 膜分离,（一）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,第三节 膜分离,（,二）膜分离特点,膜分离过程不发生相变，能耗较低，能量转化效率高。,可在常温下进行，特别适于对热敏感物质的处理。,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。,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。,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。,