环境工程原理复习.doc

第一章：绪论1. 水的化学处理法：中和法（酸碱反应）、化学沉淀法（沉淀反应、固液分离）、氧化法（氧化反应）、还原法（还原反应）、电解法（电解反应）、超临界分解法（热分解、氧化还原反应、游离基反应等）、气提法，吹脱法，萃取（污染物在不同相之间的分配）、吸附法（界面吸附）、离子交换法（离子交换）、电渗析法（离子迁移）、混凝法（电中和、吸附架桥作用）2. 废物资源化技术：焚烧（燃烧反应）、堆肥，沼气发酵（生物降解）、离子交换（离子交换）、溶剂萃取（萃取）、电解（电化学反应）、沉淀（沉淀）、蒸发浓缩（挥发）、湿式氧化、重力分选、离心分离、热解、微波热处理、破碎分选、气化发电、厌氧生物处理。3 如何快速高效去除污染物：首先对隔离、分选、转化的方式进行优选组合，再对装置进行优化设计和对操作方式和操作条件进行优化，最后对介质的混合状态、流体流态进行优化和对物质能量的迁移和反应速率进行强化，从而达到污染物高效去除的目的。5. 环境净化与污染控制技术原理：四大原理：隔离、分离、转化、稀释污染物处理工程的核心是利用隔离、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。第二章：质量衡算和能量衡算：1. 质量衡算：（稳态系统）质量衡算的三要素，步骤 计算P26三要素:划定衡算系统、确定衡算对象、确定衡算基准。第三章：流体流动1.伯努利方程的作用：判定流动方向；选择流动机械；确定进出口断面的能量差。2. 流体阻力损失的产生原因及影响因素：阻力损失起因于黏性流体的内摩擦力造成的摩擦阻力和物体前后压差引起的形体阻力。流体阻力损失的影响因素：流体的流动形态、流体的性质、流体流过的距离、物体表面的粗糙度、物体的形状。第四章：热量传递1. 热量传递主要有三种方式：热传导、对流传热和热辐射热传导又称热，使指通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。对流传热指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，通常也指流体与固体壁面之间的热传递过程。物体由于热的原因而放出辐射能的过程，称为热辐射。2. 对流传热边界层的传热机理：固体壁面处的热量首先以热传导方式通过静止的流体层进入层流内层，在层流内层中传热方式亦为热传导；然后热流经层流内层进入缓冲层，在这层流体中，既有流体微团的层流流动，也存在一些使流体微团在热流方向上作旋涡运动的宏观运动，故在缓冲层内兼有热传导和涡流传热两种传热方式；热流最后由缓冲层进入湍流核心，在这里，流体剧烈湍动，由于涡流传热较分子传热强烈得多，故湍流核心的热量传递以旋涡运动引起的传热为主，而分子运动所引起的热传导可以忽略不计，就热阻而言，层流内层的热阻占总对流传热热阻的大部分，故该层流体虽然很薄，但热阻却很大，因之温度梯度也很大。湍流核心的温度则较为均匀，热阻很小。2. 辐射传热：物体在向外发出辐射能的同时，也在不断地吸收周围其他物体发出的辐射能，并将吸收的辐射能转换为热能，这种物体之间相互辐射和吸收辐射能的传热过程称为辐射传热。第五章：质量传递1. 质量传质的机理：分支扩散和涡流扩散，也称分子传质和涡流传质。2. 对流传质过程的机理：在层流流动中，相邻间流体互不掺混，所以在垂直于流动方向上，只存在由浓度梯度而引起的分子扩散，浓度梯度较大。在湍流流动中，流体质点在沿主流方向流动的同时，还存在其他方向上的随机脉动，从而造成流体在垂直与主流方向上的强烈混合。因此湍流流动中，在垂直于主流方向上，除了分子的扩散外，更重要的时涡流扩散，由于质点的强烈掺混，浓度梯度消失，组分在该区域内的浓度基本不变。在过渡区内，分子扩散和涡流扩散同时存在，浓度梯度不层流底层中小得多。第六章：沉降1. 沉降的类型及原理：重力沉降（重力）、离心沉降（离心力）、电沉降（电场力）、惯性沉降（惯性力）、扩散沉降（热运动）2. 按照悬浮物的浓度及特性，沉降可分为：自由沉降（浓度较低流体）、絮凝沉降（浓度50-500mg/L粘结）、拥挤沉降（浓度大于500mg/L，沉速相互干扰，位置保持不变，颗粒成层沉降）、压缩沉降（浓度非常高）3. 重力沉降：P215（计算 考雷诺数小于2的计算，使用视差法）视差法步骤：假设沉淀区域求颗粒终端沉降速度检验雷诺数4. 离心沉降和重力沉降的区别：离心沉降的沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心；离心沉降速度随颗粒所处的位置而变，不恒定，但重力沉降速度不变；离心沉降速度在数值上远大于重力沉降速度，对于细小颗粒以及密度与流体相接近的颗粒的分离，利用离心沉降要比重力沉降有效得多。5. 离心沉降的计算：P229（例6.3.1）第七章：过滤1. 过滤的分类：表面过滤和深层过滤2. 表面过滤：采用织物，多孔固体等作为过滤介质，其孔一般要比待过滤流体中的固体颗粒的粒径小，过滤时这些固体颗粒被过滤介质截留，在其表面逐渐积累成滤饼，滤饼亦其过滤作用。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脚面，滤饼层容易形成的情况下。3. 深层过滤：通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中，有固体颗粒堆积而形成的介质层通常就都教厚，过滤通道长而曲折，过滤介质层的空隙大于过滤流体中的颗粒物粒径。适用于待过滤流体中颗粒物含量较少的场合。4. 过滤介质满足的条件：要有足够的机械强度；尽可能小的流动阻力，多孔性；较高的耐腐蚀性及耐磨性；最好表面光滑，容易剥离；有适合的级配和空隙率；价格低廉。5. 恒压和恒速过滤的计算：P245第九章：吸附1. 物理吸附和化学吸附的区别：物理吸附吸附力为范德华力，可进行单层和多层吸附，吸附热小，无选择性或选择性很差，吸附可逆，易达到吸附平衡。化学吸附吸附力为分子键力，只能进行单层，吸附热大，选择性较强，吸附不可逆，不易达到吸附平衡。2. 吸附剂需要满足的条件：吸附容量大、选择性强、稳定性好、适当的物理特性（良好的流动性和适当的堆积密度，对流体的阻力小，有一定的机械强度）、价廉易得。3. 吸附平衡：在一定的温度和压力下，当流体和吸附剂充分接触后，流体中的吸附质在两相中达到的动态平衡的状态称吸附平衡。4. freundlich和langmuir方程的计算：P3115. 吸附过程的步骤：第一步是吸附质由流体相扩散到吸附剂表面，称为外扩散；第二步是吸附质由吸附剂的外表面向微孔中的内表面扩散称为内扩散；第三步是吸附质被吸附剂表面吸附。6. 影响吸附的因素：吸附剂的表面化学性质的影响（相似相吸、比表面积越大，吸附容量越大、表面基团其重要甚至决定性作用）、溶剂与溶质性质的影响（吸附有机同系物时，吸附量随有机碳增长而有规律地迅速增加、吸附剂在溶剂中的状态会极大的影响吸附效果）、温度和吸附质溶解度的影响（低温有利于吸附、溶解度对有限溶解的物质影响大，对溶解度很大或无限混溶体系的影响很小、温度和溶解度对吸附的影响多数情况下一致）、无机盐及其他共存因素、pH值、接触时间。第十章：其他分离过程1. 离子交换树脂按活性基团的性质可分为：强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、弱碱性阴离子交换树脂、螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂2. 离子交换的基本原理：3. 离子交换速度的控制步骤：边界水膜内的迁移交联网孔内的扩散离子交换-交联网孔内的扩散-边界水膜内的迁移因此离子交换速度实际上是由液膜扩散步骤或者孔道扩散步骤控制。4.离子交换速度的影响因素：交联度：交联度低的树脂膨胀率高，树脂内部的网孔相对大，扩散就较容易。在内部扩散控制时，可以通过降低树脂的交联度来提高交换的速度。颗粒度：无论在内扩散控制或是在外扩散控制的情况下，树脂颗粒度的减小都有利于提高交换速度，尤其对内扩散控制的场合，影响更为显著。温度：溶液温度上升，交换速度就加快，一般每上升1，速度加快4%8%。离子的价态：离子在树脂中扩散时，由于与带相反电荷的活性基团存在库仑引力，且离子在价态越高，引力就愈大，扩散速度就愈小。离子半径:半径小的离子，交换速度较快；而半径大的分子在树脂中的扩散速度很慢，因为大分子会与树脂骨架碰撞，增大扩散的路程。溶液的浓度:溶液的浓度直接影响着扩散控制的类型，溶液浓度较低时，一般为外扩散控制；溶液浓度增加时，为内、外扩散共同控制；溶液浓度再加大时，则转变为内扩散控制。在外扩散控制的情况下，交换速度随浓度的增加而增大；内、外扩散共同控制时，随着浓度的增加，交换速度增加较慢；而当内扩散控制时，浓度再继续增加，交换速度已达到极限值，就不再增大了。搅拌速度：在外扩散控制时，增加搅拌速度会使交换速度增加；但当搅拌速度增大到一定程度后，其转速再增加，对交换速度的影响就不明显了。溶液的粘度：粘度越小，外扩散越快，内扩散越慢（对内扩散影响不大）。5.膜分离的特点：膜分离过程不发生相变，与其他方法相比能耗低，能量的转化效率高；膜分离过程可在常温下进行，特别适于对热敏感物质的分离；通常步需要投加其他物质，可节省化学药剂，并有利于步改变分离物质的原有属性；在膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，有利于回收有价值的物质；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。6. 反渗透和电渗析的浓差极化现象：在反渗透过程中，由于膜的选择透过性，溶剂从高压侧透过膜到低压侧表面上，造成由膜表面到主体溶液之间的浓度梯度，引起溶质从膜表面通过边界层向主体溶液扩散，这种现象即称之为浓差反渗透极化现象。直流电场作用下，水中阴、阳离子分别通过阴膜和阳膜作定向移动，并各自传递一定的电荷。反离子在膜内的迁移数大于其溶液中的迁移数，因此在膜两侧形成反离子的浓度边界层。这种现象称为电渗析的浓差极化现象。7. 反渗透的概念及机理：在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来，此过程称为反渗透。氢键理论：与膜以氢键结合的水分子，在压力作用下，能够由一个氢键位置转移到另一个氢键位置，通过一连串氢键断裂与形成，使水分子通过膜的表面致密层，进入疏松的支撑层。在支撑层中有大量毛细孔水，水分子能畅通流出。优先吸附-毛细孔流理论：由于膜的化学性质对溶质具有排斥作用，根据Gibbs吸附方程，溶质是负吸附，水是优先吸附。因此，在膜与溶液界面附近，溶液浓度剧烈下降，在膜的表面形成一层极薄的纯水层，纯水层的厚度与膜的表面性质密切相关。在压力的作用下，优先吸附的水就会渗透通过膜表面的毛细孔，从而从水溶液中获得纯水。溶解扩散理论：膜表面无孔，是“完整的膜”；水和溶质通过膜分两步进行：第一步，水和溶质溶解于膜表面。第二步，在化学势差的推动下和溶质扩散通过膜；在溶解扩散过程中，扩散是控制步骤，并服从Filk定律。第十一章：反应动力学基础1. 反应动力学主要解决的问题：了解反应速率，各种因素（如反应物种类、浓度、介质、温度、压力及催化剂）对反应速率的影响；研究反应的历程或反应机理，从微观角度研究反应的全过程。2. 反应热力学主要解决的问题：反应进行时是放热还是吸热、热量为多少，即反应进行中不同能量形式之间的转化及质量关系；在给定的条件下，一个反应发生的可能性如何、反应朝哪个方向进行，即反应的方向问题；在一定条件下，反应的速率有多少，即反应的限度问题。3. 反应器的操作方式：间歇操作、连续操作和半间歇操作或半连续操作。4. 间歇操作的特点：操作特点（反应过程中不存在物料的进与出）；基本特征（反应器内组分的组成和浓度随时间的变化而变化，为非稳态过程）；主要优点（操作灵活，设备费低，适用于小批量生产或小规模废水的处理）；主要缺点（设备利用率低，劳动强度大，每批的操作条件不易相同，不便自动控制）。5. 连续操作的特点：操作特点（物料连续输入，连续输出，时刻伴随着物料的流动）；基本特征（反应器内组分的组成和浓度不随时间的变化而变化，为稳态过程）；主要优点（劳动生产率高，反应程度和产品质量较稳定，便与自动控制）；主要缺点（灵活性小，设备投资高）。6. 非基元反应的两个假设：稳态假设：某复合反应在稳定之后，其中高活性中间产物的浓度趋于0；平衡态假设：某复合反应机理中，若某个步骤的反应远小于其他各个步骤，称此反应步骤为决速步骤，总反应速率由决速步骤控制，在决速步骤之前的对峙反应保持平衡，而决速步骤之后的反应不影响总反应速率。7. 非基元反应速率方程的验证：P439第十二章：反应动力学的解析方法1. 动力学试验的主要目的有：确定反应速率与反应物浓度之间的关系；确定反应速率与pH、共存物质、溶剂等反应条件的关系；确定反应速率常数及其温度、pH等反应条件的关系。