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1、,环境工程原理,第一章 绪论,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、环境工程原理的主要研究内容和方法 六、环境工程原理课程的主要内容和目的,本章主要内容,环境-是与某个中心事物（人类或地球上所有的生物）相关的周围事物的总称,自然环境：,是指直接或间接影响到人类和生物的所有自然形成的物质、能量和自然现象的总体，是人类赖以生存、生活和生产所必需的自然条件及自然资源的总称，包括阳光、空气、水、土壤、岩石、温度、气候等自然因素，也包括微生物、高等生物等。,人工环境：,是指经过人工创造的用于人类生活的各种客观条件。如用于人类生
2、活的建筑物、公园、绿地、服务设施等。,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。,生态破坏是指人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著改变，从而引起的环境问题，如过度放牧引起草原退化，滥采滥捕使珍稀物种灭绝和生态系统的生产能力下降等等。,环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，
3、从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。,一、环境问题与环境学科的发展,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。,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边缘学科。它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪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。,环境学科的任务,“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
4、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,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。,环境学科的体系,环境学科体系,重要分支,二、环境污染与环境工程学,水质净化与水污染控制技术、大气（包括室内空气）污染控制技术、固体废物处理处置与管理和资源化技术、物理性污染（热污染、辐射污染、噪声、振动）防治技术、自然资源的合理利用与保护、环境监测与环境质量评价等传统的内容，还包括生态修复与构建理论与技术、清洁生产理论与技术以及环境规划、管理与环境系统工程等。,“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
5、术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康、舒适的生存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,环境工程学的学科体系,三、环境净化与污染控制技术概述,（一）水质净化与水污染控制技术,水污染,物理性污染,化学性污染,生物性污染,1水中的主要污染物及其危害,污水中污染物的分类：,按化学性质分,无机污染物,
6、有机污染物,可生物降解性污染物,难生物降解性污染物,包括氮、磷等植物性营养物质、非金属、金属与重金属以及主要因无机物的存在而形成的酸碱度。,可引起水体功能破坏及“黑臭”现象。,常具有毒性大、化学及生物学稳定性强、易于在生物体内富集等特点。排入环境后，滞留时间长，并可通过食物链危害人体。,按物理形态分,悬浮固体(SS 粒径0.1 0.45微米以上),胶体性物质(粒径0.1 0.001微米),溶解性物质,2水质净化与水污染控制技术,（1）、水处理的基本目的,利用各种技术，将污水中的污染物分离去除或将其转化为无害物质，使污水得到净化。,（2）、水处理方法,物理处理法,化学处理法,生物处理法,水的物理
7、处理法,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(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,水的化学处理法,水的生物处理法,（二）空气净化与大气污染控制技术,空气中污染物的分类：,1空气中的污染物及其危害,2空气净化与大气污染控制技术,空气净化与大气污染控制技术,分离法：,是利用污染物与空气的物理性质的差异使污染物从空气或废气中分离出来的方法。,转化法：,是利用化学反应
8、或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使空气或废气得到净化与处理的方法。,（三）土壤净化与污染控制技术,(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;,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;,(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。,2污染土壤净化技术,物理法,化学法,生物法,（四）固体废弃物处理处置与管理,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)” 、“
9、城市垃圾”,1固体废弃物的种类及其危害,固体废弃物的定义：,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) 固体废弃物的存放和最终填埋处理占据大面积的土地等。,2固体废弃物处理处置技术,（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。,（六）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,四、环境净化与污染控制技术原理,环境污染问题的特点及其对环境工程专业人才的
10、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,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）,1.环境净化与污染控制技术原理,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、生物反应）,是将污染物或污染介质隔离，从而切断污染物向周围环境的扩散途径，防止污染进一步扩大。,是利用污染物与污染介质或其他污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。,是利用化学反应或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理的方法。,五、环境工程原理课
11、程的主要研究内容和方法,污染物处理工程的核心：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。,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：如何实现水中氨氮的高效、快速去除？,如何实现？,2.环境工程原理的研究对象和内容,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。,设计计算基本理论：污染物净化装置的设计计算理论,3.环境工程原理的目的,为提高环境净化
12、与污染控制工程（污染物净化装置）的效率提供理论支持。（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）,4.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）,（1）“量”与“变化速率”的数学计算,（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）,复杂化过程的简单化,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）,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
13、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”,有针对性地采取科学、合理的手段，提高污染物的去除效率,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,5.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,反应工程,流体力学,生物工程,工程学,环境工程原理,（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
14、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。,1. 本课程的主要内容,六、环境工程原理课程的主要内容和目的,2. 课程学习的目的,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。,(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？各种方法的技术原理是什么？(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。,本章思考题,(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。,
