第一章-第一讲-绪论课件.ppt

1、环境工程原理污染治理工程中常见的典型关键问题（典型案例分析）2需要回答的科学问题：排入到松花江中的硝基苯的去向（衰减机理）？案例1：中石油吉林化工苯胺车间爆炸事件需要解决的工程问题在工程规模上如何实现水中硝基苯的高效、快速去除？雨水管、污水厂、河流（河水、底泥）、自来水厂有那些技术？在工程上如何实现？案例1：中石油吉林化工苯胺车间爆炸事件5系统运行性能受工业废水的冲击大 处理系统被动运行，出水水质波动大，稳定性差。进水水质突变导致系统“瘫痪”水质安全问题突出（尚未得到重视）污泥资源化利用环境风险大 难以应对产业结构调整、变化 水质安全保障责任不清进水异常(呈现红褐色)二沉池出水浑浊案例2：废水

2、生物抑制性实时监测预警系统开发混合、集中处理面临的问题6工业废水处理模式转变势在必行，但废水混合收集，集中处理分类收集，分质处理转变b分类收集、分质处理与回用系统a传统处理系统（混合收集、集中处理模式）传统处理系统（混合收集、集中处理模式）生产用水原材料工艺 A工艺 C工艺 B工艺 A工艺 B工艺 C工艺 D工艺 D二级处理一级处理深度处理废水处理（简单系统）产品-处理水混合废水复杂处理工艺（投资高、运行贵）生产用水c同类废水废水回用新型处理系统（分类收集、分别处理模式）新型处理系统（分类收集、分别处理模式）原材料产品处理水一级处理废水处理（简单系统）c二级处理一级处理废水处理（简单系统）c案

3、例2：废水生物抑制性实时监测预警系统开发7活性污泥工业废水空气微型生物反应器曝气池技术需求：废水生物抑制性实时监控系统（针对性强、易操作）技术开发：基于活性污泥呼吸速率的监测预警系统u 技术特点：以活性污泥为监测对象（代替发光菌或硝化细菌），通过监测废水对耗氧速率影响监控其抑制性 不需培养微生物，运行管理简单 针对性强，避免了利用特定微生物的保护对象不明问题案例2：废水生物抑制性实时监测预警系统开发8系统构成、关键结构及运行参数 关键结构：曝气槽结构与容积反应器形状与大小 运行参数：污泥流量废水流量曝气停留时间混合液停留时间温度盘管推流式生物反应器曝气虹吸槽设计图案例2：废水生物抑制性实时监测

4、预警系统开发需要解决的工程问题99u 关键结构优化与运行参数研究温度、污泥浓度（MLSS）对比耗氧速率SOUR的影响案例2：废水生物抑制性实时监测预警系统开发1010运行参数优化污泥流量38ml/min污水流量151ml/min曝气槽停留时间0.95min生物反应器停留时间2.7min虹吸槽停留时间0.26min总停留时间3.9min案例2：废水生物抑制性实时监测预警系统开发1111触摸屏溶解氧仪报警指示灯电源开关生物反应器曝气虹吸槽蠕动泵曝气泵搅拌机核心部分气体流量计磁力搅拌器升降台u 监测预警系统研制案例2：废水生物抑制性实时监测预警系统开发1212u系统的监测预警性能系统对铜离子的生物抑

5、制性响应曲线案例2：废水生物抑制性实时监测预警系统开发1313u 同类产品经济性能比较产品名称型号经营公司原产地预警方式市场报价(万元)水质在线生物毒性仪WEMS HK-1100维思特工程技术(武汉)有限公司韩国首尔新月藻65毒性分析仪Ra-TOX上海煊仁环保仪器有限公司比利时AppliTek活性污泥呼吸法(硝化细菌)42生物预警在线监测系统HATOX-2000北京沃德赛普科技有限责任公司韩国微生物燃料电池100生物抑制性实时监控系统本课题中国活性污泥耗氧速率法(曝气池活性污泥)样机费用(10万)案例2：废水生物抑制性实时监测预警系统开发一、环境问题与环境学科的发展二、环境工程学科体系与本课程

6、的任务三、环境净化与污染控制技术体系四、环境净化与污染控制技术原理五、环境工程原理课程的主要内容六、环境工程原理的基本方法第一章 绪论一、环境问题与环境学科的发展 v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。v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。v环境学科的诞生“环境学科”是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性应用学科。它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪

7、70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。v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于人类有利的方向演变。一、环境问题与环境学科的发展 v环境学科体系“环境学科”是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此具有丰富的学科内涵。环境+X学环境X学绿色+X学绿色X学是本世纪推动科学发展的核心学科，是改造传统学科的生长点。一、环境问题与环境学科的发展 环境学科体系 环境学科体系环

8、境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理一、环境问题与环境学科的发展 v“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、工程、环境管理与政策，以改善环境质量，保障人类身体健康和生存环境以及社会经济的可持续发展。环境工程学环境净化与污染防治技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理物理性污染防治工程土壤净化与污染防治技术废物资源化技术环境工程学的学科体系与研究内容二、环境工程学科体系与本课程的任务常规尺度微观、宏观尺度末端治理清洁生产

9、、循环经济传统技术高新技术、信息技术点源治理面源治理、环境修复、景观建设视野模式技术工程环境污染防治发展趋势二、环境工程学科体系与本课程的任务 科学问题：认识危害、现象和过程机理 技术原理：污染物控制原理、工艺基础 工程原理：技术原理的工程应用基础，过程及设备优化原理 工程应用：技术原理、工艺和设备的工程化实际应用污染治理中的学术问题二、环境工程学科体系与本课程的任务“环境工程原理”课程基本任务和定位“技术原理”与“工程效果”之间往往存在巨大的鸿沟二、环境工程学科体系与本课程的任务v“环境工程原理”课程的主要任务：系统、深入阐述环境污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础、基本过程和现象以及污

10、染控制装置的基本原理,为相关的专业课程打下良好的理论基础。v“环境工程原理”课程的主要目的：为提高环境净化与污染控制工程（污染物净化装置）的效率（污染物去除效率和资源、能源利用效率）提供理论支持。从理论上指导环境净化与污染控制技术的选择，阐述提高污染物去除效率的思路、手段和方法。三、环境净化与污染控制技术体系三、环境净化与污染控制技术体系（一）水质净化与水污染控制技术1水中的主要污染物及其危害 无机污染物有机污染物按化学性质分可生物降解性污染物难生物降解性污染物悬浮固体(SS粒径0.10.45微米以上)胶体性物质(粒径0.10.001微米)溶解性物质按物理形态分水的物理处理法处理方法利用的主要

11、原理主要去除对象沉淀离心分离气浮过滤(砂滤等)过滤(筛网过滤)反渗透膜分离蒸发浓缩重力沉降作用离心沉降作用浮力作用物理阻截作用物理阻截作用渗透压物理阻截等水与污染物的蒸发性差异比重大于1的颗粒比重大于1的颗粒比重小于1的颗粒悬浮物粗大颗粒、悬浮物无机盐等较大分子污染物非挥发性污染物2水质净化与水污染控制技术 三、环境净化与污染控制技术体系 处理方法处理方法 利用的主要原理利用的主要原理 主要去除对象主要去除对象 中和法 化学沉淀法 氧化法 还原法 电解法 超临界分解法 汽提法 吹脱法 萃取法 吸附法 离子交换法 电渗析法 混凝法 酸碱反应 沉淀反应、固液分离 氧化反应 还原反应 电解反应 热分

12、解、氧化还原反应、游离基反应等 污染物在不同相间的分配 污染物在不同相间的分配 污染物在不同相间的分配 界面吸附 离子交换 离子迁移 电中和、吸附架桥作用 酸性、碱性污染物 无机污染物 还原性污染物、有害微生物（消毒）氧化性污染物 氧化、还原性污染物 几乎所有的有机污染物 有机污染物 有机污染物 有机污染物 可吸附性污染物 离子性污染物 无机盐 胶体性污染物、大分子污染物 水的化学处理法 三、环境净化与污染控制技术体系处处理理方方法法 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 好氧处理法 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

13、可生物降解性有机污染物、还原性无机污染物（NH4+等）生态技术 氧化塘 土地渗滤 湿地系统 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 有机污染物、氮、磷、磷 有机污染物、氮、磷、重金属 厌氧处理法 厌氧消化池 厌氧接触法 厌氧生物滤池 高效厌氧反应器（UASB等）生物吸附、生物降解 可生物降解性有机污染物、氧化态无机污染物（NO3-，SO42-）厌氧-好氧联合工艺 生物吸附、生物降解、硝化-反硝化、生物摄取与排出 氮（硝化-反硝化）磷 UASB：Upflow Anaerobic Sludge Blanket（升流式厌氧污泥床反应器）水的生物处理法 三、环境净化与污染

14、控制技术体系（二）空气净化与大气污染控制技术1空气中的污染物及其危害 粉尘烟飞灰黑烟雾硫化物(SO2，H2S)碳的氧化物(CO，CO2)氮化物(NO，NH3)卤素化合物(HCl，HF)无机物有机物（挥发性有机物VOCs）空气中的污染物颗粒/气溶胶状态污染物气态污染物三、环境净化与污染控制技术体系2空气净化与大气污染控制技术 处处理理技技术术 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 机械除尘 过滤除尘 静电除尘 湿式除尘 物理吸收法 化学吸收法 吸附法 催化氧化法 生物法 燃烧法 稀释法 重力沉降作用、离心沉降作用 物理截流作用 静电沉降作用 惯性碰撞作用、洗涤作用 物理吸收 化

15、学吸收 界面吸附作用 氧化还原反应 生物降解作用 燃烧反应 扩散 颗粒/气溶胶状态污染物 颗粒/气溶胶状态污染物 颗粒/气溶胶状态污染物 颗粒/气溶胶状态污染物 气态污染物 气态污染物 气态污染物 气态污染物 可降解性有机污染物、还原态无机污染物 有机污染物 所有污染物 三、环境净化与污染控制技术体系（三）土壤净化与污染控制技术 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

16、用等。三、环境净化与污染控制技术体系处处理理技技术术 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 客土法 隔离法 清洗法（萃取法）吹脱法（通气法）热处理法 电化学法 焚烧法 微生物净化法 植物净化法 稀释作用 物理隔离（防止扩散）溶解作用 挥发作用 热分解作用、挥发作用 电场作用（移动）燃烧反应 生物降解作用 植物转化、植物挥发、植物吸收/固定 所有污染物 所有污染物 溶解性污染物 挥发性有机物 有机污染物 离子或极性污染物 有机污染物 可降解性有机污染物 重金属、有机污染物 土壤污染净化技术 2污染土壤净化技术 三、环境净化与污染控制技术体系（四）固体废弃物处理处置与资源化1固体

17、废弃物的种类及其危害 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沥，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)固体废弃物存放和最终填埋处理占据大面积土地。三、环境净化与污染控制技术体系2固体废弃物处理处置技术 处处理理技技术术 利利用用的的主主要要原原理理 主主要要去去除除对对象象 压实 破碎 分选 脱水/干燥 中和法 氧化还原法 压强（挤压）作用 冲击、剪切、挤

18、压破碎 重力作用、磁力作用 过滤作用、干燥 中和反应 氧化还原反应 高孔隙率固体废弃物 大型固体废弃物 所有固体废弃物 含水量高的固体废弃物 酸性、碱性废渣 氧化还原性废渣（如铬渣）固化法 固化与隔离作用 有毒有害固体废弃物 堆肥 焚烧 填埋处理 生物降解作用 燃烧反应 隔离作用 有机垃圾 有机固体废弃物 无机等稳定性固体废弃物 三、环境净化与污染控制技术体系3废物资源化技术 废物的资源化途径：物质的再生利用、能源转化资资源源化化技技术术 主主要要原原理理 应应用用对对象象 焚烧 堆肥 离子交换 溶剂萃取 电解 沉淀 蒸发浓缩 沼气发酵 燃烧反应 生物降解作用 离子交换 萃取 电化学反应 沉淀

19、 挥发 生物降解作用 有机固体废弃物的能源化 城市垃圾还田 工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用 工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用 工业废水、废液中金属的回收；废酸的再生利用 工业废水、废液中金属的回收 废酸的再生利用 高浓度有机废水/废液利用 三、环境净化与污染控制技术体系（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体系（六）生物污染控制三、环境净化与污染控制技术体系消毒技术主要原理应用对象氯消毒氯胺消毒二氧化氯消毒紫外消毒臭氧消毒电解消毒氧化反应氧化反应氧化反应物理损伤、

20、自由基氧化氧化反应氧化反应、电场作用饮用水、污废水饮用水、污废水饮用水、污废水污废水、空气饮用水、污水小规模污废水（七）面源与移动源污染控制技术面源污染与控制：农业面源污染、城市面源污染移动污染源与控制：道路型移动污染源、非道路型移动污染源三、环境净化与污染控制技术体系环境污染问题的特点及其对环境工程专业人才的要求污染控制技术的多样性和复杂性污染地区的社会、经济条件的多样性 综合性、复杂性污染物的种类、浓度与组合地域特征时间特征环境污染问题的复杂性环境领域专业技术人才的知识结构？（系统的专业理论基础、良好的素质和综合能力）四、环境净化与污染控制技术原理 技术原理阻隔（扩散控制：阻拦、固化、稳定

21、化）分离（不同介质间的迁移）转化（化学、生物反应）环境净化与污染控制技术原理稀释（降低浓度，毒性减轻）四、环境净化与污染控制技术原理 实现污染物高效、快速的基本思路和技术路线五、“环境工程原理”课程的主要内容污染治理工程的核心：利用阻隔、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。隔离/分离/转化方式的优选与组合污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除装置的优化设计操作方式和操作条件的优化介质的混合状态和流体流态的优化迁移（物质、能量）和反应速率的强化例子：如何实现水中硝基苯的高效、快速去除？如何实现？隔离/分离/转化方式的优选与组合装置的优化设计操作方式和操作条件的优化隔

22、离/分离/转化方式的优选与组合装置的优化设计介质的混合状态和流体流态的优化迁移（物质、能量）和反应速率的强化操作方式和操作条件的优化隔离/分离/转化方式的优选与组合装置的优化设计五、“环境工程原理”课程的主要内容环境复杂体系技术原理集成与组合工艺污水再生处理典型工艺“环境工程原理”课程的主要内容 环境净化与污染控制工程的基本理论和技术原理（主要包括污染物分离与转化的宏观机理、微观过程）及其工程设计计算的基本理论。宏观机理分离（沉降、过滤，吸附、吸收、膜分离）转化（化学转化、生物转化）微观过程：宏观现象（机理）的产生机制与微观步骤设计计算基本理论：污染物净化装置的设计计算理论五、“环境工程原理”

23、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量论及动力学、各类化学与生物反应器的解析与设计理论等。五、“环境工程原理”课程的主要内容“环境工程原理”课程的主要内容“环境工程原理”与其它学科的关系 环境工程原理化工原理传递过程原理原理流体力学工程学环境工程原理化工原理传递过程原理反应工程流体力学生物工程工程学五、“环境工程原理”课程的主要内容课程学习的目的

24、 系统、深入学习环境净化与污染控制工程的基本技术原理、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论，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。五、“环境工程原理”课程的主要内容六、“环境工程原理”的基本方法“环境工程原理”的基本研究方法 物料与能量衡算（质量与能量守恒原理）微观过程解析（物质与能量的迁移过程、转化过程）变化速率的数学表达（为工程设计计算提供依据）基本手段：“量”与“变化速率”的数学计算基本方法：分析问题的基本方法宏观机理简单现象微观过程分析（看本质）简单过程的复杂化数学表达（定量解析）复杂化过程的简单化污染净化装置的设计计算和操作优化例子：冰箱除臭剂搭乘飞机

25、浏览网页六、“环境工程原理”的基本方法微观过程分析（简单过程的复杂化）剖析组成宏观过程的基本要素（过程）微观过程分析的意义？有针对性地采取科学、合理的手段，提高污染物的去除效率例子：搭乘飞机冰箱除臭剂浏览网页 一个宏观过程往往是一系列微观过程的串联 宏观过程的速率往往由某个关键的微观过程速率所决定。该过程称为“控制步骤”或“控速过程”六、“环境工程原理”的基本方法固体催化剂微孔内表面固相催化反应过程分析设某气固相催化反应（AP）主要发生在多孔催化剂的内表面反应物的外扩散、反应物的内扩散、反应物的吸附、表面反应、产物的脱附、产物的内扩散、产物的外扩散A气体主体边界层1 1A2 2A3 3A4 4

26、P P5 5P P6 6P P7 7P P扩散过程扩散过程动力学过程动力学过程(表面过程表面过程)六、“环境工程原理”的基本方法数学表达（复杂过程的简单化）数学表达的目的：过程的定量计算(工程设计计算的基础)简单化的目的：科学、合理的简化可大大简化计算过程，提高设计计算效率六、“环境工程原理”的基本方法1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。4.简述废物资源化的技术体系。5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。第一章 思考题