环境工程原理第一章-绪论

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环境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，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处理方法利用的主要原理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处理方法利用的主要原理主要去除对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：UpflowAnaerobicSludgeBlanket（升流式厌氧污泥床反应器）水的生物处理法（二）空气净化与大气污染控制技术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。处理技术利用的主要原理主要去除对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）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。处理技术利用的主要原理主要去除对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)”、“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处理技术利用的主要原理主要去除对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（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）废物资源化技术资源化技术主要原理应用对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）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。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3.《环境工程原理》的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