环境工程原理第01章绪论

环境工程原理,一、环境问题与环境学科的发展,二、环境污染与环境工程学,三、环境净化与污染控制技术概述,四、环境净化与污染控制技术原理,五、,环境工程原理,的研究对象和方法,六、,环境工程原理,的学习内容和目的,第一章 绪论,主要内容,一、环境问题与环境学科的发展,环境的概念：,环境是一个相对概念，它,是与某个中心事物相关的周围事物的总称。,环境科学中涉及的环境，其中心事物从狭义上讲是人类，从广义上讲是地球上所有的生物。,环境科学所研究的环境包括,自然环境,和,人工环境,两种。,一、环境问题与环境学科的发展,环境问题的产生,产业革命,（手工业向,机器,大工业过渡阶段）,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环境问题，它们已成为影响人类生存和社会可持续发展的重大问题。,一、环境问题与环境学科的发展,环境污染,广义地讲，指,由于人为因素造成的环境质量恶化，从而扰乱和破坏了生态系统、生物生存和人类生活条件的一种现象。,狭义地说，指由,有害物质引起的大气、水体、土壤和生物的污染。,环境学科的诞生,随着环境问题的日趋突出而产生的一门,综合性边缘学科,。它经历了,20,世纪,60,年代的酝酿阶段，,70,年代零星的环保研究与实践，逐渐发展为一门独立的,新兴学科,。,环境学科的任务,环境学科的主要任务是研究,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，使其向,有利于人类,的方向演变。,一、环境问题与环境学科的发展,环境学科的体系,环境,+,X,学,环境,X,学,绿色,+,X,学,绿色,X,学,环境学科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。,环境学科体系,环境科学,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,二、环境污染与环境工程学,环境工程学的任务,利用环境学科与工程学的方法，,研究环境污染的控制理论、技术、措施和政策，,最大限度地减小污染物造成的不利影响，保证人类的身体健康和社会的可持续发展。,环境工程学的研究对象,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,（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,三、环境净化与污染控制技术概述,按化学,性质分,有机污染物,悬浮固体（粒径,0.1,0.45,m,）,胶体物质（粒径,0.001,0.1,m,）,溶解性物质,按物理,形态分,无机污染物,N,、,P,等植物性营养物质,非金属（砷、氰等）,重金属（汞、镉、铬）,生物降解污染物,(,天然化合物）,难生物降解污染物,(,卤代烃、芳香族、聚氯联苯等,),物理处理法,分离,处理方法,利用的主要原理,主要去除对象,沉淀,离心分离,气浮,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,渗透压,物理阻截等,水与污染物的蒸发性差异,相对密度大于,1,的颗粒,相对密度大于,1,的颗粒,相对密度小于,1,的颗粒,悬浮物、粗大颗粒,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概述,化学处理法,分离、,转化,三、环境净化与污染控制技术概述,生物处理法,分解、转化,利用的,UASB,：,Upflow Anaerobic Sludge Blanket,（升流式厌氧污泥床反应器）,三、环境净化与污染控制技术概述,（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,(SO,2,，,H,2,S),碳的氧化物,(CO,，,CO,2,),氮化物,(NO,，,NH,3,),卤素化合物,(HCl,，,HF),无机物,有机物（挥发性有机物,VOCs,）,空气中,污染物,颗粒,/,气溶胶,污染物,气态,污染物,三、环境净化与污染控制技术概述,2,、,空气净化与大气污染控制技术,分离、,转化,三、环境净化与污染控制技术概述,（三）固体废弃物处理处置与管理,1,、,固体废弃物的种类及其危害,固体废弃物,人类活动过程中产生的、且对所有者已不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质。如工业固体废物,(,废渣,),、城市垃圾。,废渣,生产活动中产生的固体废弃物,垃圾,生活活动中产生的固体废弃物,三、环境净化与污染控制技术概述,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概述,2,、,固体废弃物处置技术,隔离、,转化、,回收利用,三、环境净化与污染控制技术概述,（四）废物资源化技术,资源化途径：,物质的回收、再生利用、能源转化,三、环境净化与污染控制技术概述,（五）新兴污染控制技术,污染,控制,将排放的污染物转化成无害物质或回收利用,生产过程中尽可能减少排放量及无污染物排放,新化学品取代环境有害物质，从源头排除污染,环境催化技术：,是指利用催化剂来控制造成环境污染的混合物排放的化学过程，包括应用催化剂生产少污染或无污染的产物以及无污染副产品的新的化学过程。,环境,催化,污染预防方面的催化技术,污染末端治理方面的催化技术,环境友好技术,绿色化学,三、环境净化与污染控制技术概述,环境催化技术,提高环境治理效率,降低处理费用,拓宽消除污染物的途径,扩大降解场所,环境催化技术在改造传统落后的工艺中具有独特的优越性，其研究与开发已成为环保技术的重要领域。,环境催化技术,高级氧化技术,有毒、难降解有机物,三、环境净化与污染控制技术概述,高级氧化技术是指通过不同途径产生羟基自由基（,OH,），利用,OH,的强氧化性使大分子难降解的有机污染物发生开环、断键、加成、取代、电子转移等反应，使其转变成小分子物质，或直接矿化成,CO,2,和,H,2,O,，达到无害化处理的目的。,1,、,UV/O,3,/H,2,O,2,技术,采用,UV,辐照、,O,3,和,H,2,O,2,联合的高级氧化技术能高速产生,OH,。,应用：处理气体及水中的有机污染物,三、环境净化与污染控制技术概述,(2),光催化：,在污染体系中投入光敏半导体材料,TiO,2,或,ZnO,等，在,UV,照射下激发产生电子,空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、,水分子等与空穴作用，产生,OH,等。,均相光催化氧化,UV/Fenton,非均相光催化氧化,UV/TiO,2,2,、光催化氧化,(1),光助芬顿反应：,以,Fe,2+,或,Fe,3+,及,H,2,O,2,为介质，,在,UV,作 用下高速产生,OH,。,应用：处理气体及水中的有机污染物,三、环境净化与污染控制技术概述,3,、电催化氧化,指污染物在电极上直接发生电化学反应或利用电,极表面产生的活性物种使污染物发生氧化反应。,应用：处理重金属盐，金属氧化物及水中污染物,4,、非平衡等离子体技术,等离子体又称为,物质的第四态，,是由,电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基,等粒子组成，表现出集体行为的准中性非凝聚系统。,三、环境净化与污染控制技术概述,原理：,将高压脉冲施加于两电极上，两极间产生高能电子，与,H,2,O,和,O,2,碰撞产生,OH,、,O,、,H,、,H,2,O,2,和,O,3,等活性物质，并伴随紫外辐射、超声波、冲击波等物理效应。非平衡等离子体处理技术几乎是各种高级氧化技术单元的天然组合，被认为是,21,世纪最具发展前途的技术之一。,应用：处理气体及水中有机污染物；烟气的脱硫、,脱硝。,三、环境净化与污染控制技术概述,4,、生物催化,生物催化是利用酶或者生物有机体（全细胞、细胞器、组织等）作为催化剂进行化学转化的过程，又称为生物转化。生物催化中常用的有机体主要是微生物，其本质是利用微生物细胞内的酶进行催化。,三、环境净化与污染控制技术概述,环境净化与污染控制技术原理,隔离（扩散控制）,分离（不同介质间的迁移）,转化（,化学反应、生物反应,）,四、环境净化与污染控制技术原理,1,、环境净化与污染控制技术原理,2,、污染治理的核心：,利用隔离、分离、转化等技术，,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,污染物高效（去除效率、能耗）、快速去除,装置优,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,如何实现,水中氨氮的高效、快速去除？,四、环境净化与污染控制技术原理,3,、环境污染的特点及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,污染地区社会、经济条件的多样性,地域特征,时间特征,综合性、复杂性,污染物种类多、浓度各异,环境污染的复杂性,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,1,、,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,的研究对象和方法,2,、,环境工程原理,的研究对象,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）以及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,),产生机制与微观步骤,设计基本理论：,污染物净化装置的设计、计算理论,五、,环境工程原理,的研究对象和方法,3,、,环境工程原理,的基本研究方法,物料与能量衡算,(,质量守恒与能量守恒原理,),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,),（,1,）“量”与“变化速率”的计算,五、,环境工程原理,的研究对象和方法,（,2,）分析问题的基本思路,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）,复杂过程的简单化,污染净化装置的,设计计算和操作优化,五、,环境工程原理,的研究对象和方法,微观过程的分析（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？,找出控制步骤，采取科学合理的手段，提高去除效率,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,”,五、,环境工程原理,的研究对象和方法,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（,A,P,）主要发生在多孔催化剂的内表面,反应物的外扩散；,A,气相主体,边界层,1,A,2,A,3,A,4,P,5,P,6,P,7,P,扩散过程,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,动力学过程,(,表面反应,),吸脱附过程,五、,环境工程原理,的研究对象和方法,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,五、,环境工程原理,的研究对象和方法,六、,环境工程原理,课程的学习内容和目的,（,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