環(huán)境工程原理

1、1.簡述土壤污染治理的技術(shù)體系客土法處理技術(shù)隔離法清洗法（萃取法）吹脫法（通氣法）熱處理法電化學(xué)法焚燒法微生物凈化法植物凈化法利用的主要原理主要去除對象稀釋作用所有污染物物理隔離（防止擴(kuò)散）所有污染物溶解作用溶解性污染物揮發(fā)作用揮發(fā)性有機(jī)物熱分解作用、揮發(fā)作用有機(jī)污染物電場作用（移動(dòng)）離子或極性污染物燃燒反應(yīng)有機(jī)污染物生物降解作用可降解性有機(jī)污染物植物轉(zhuǎn)化、植物揮發(fā)、植物吸收/固定重金屬、有機(jī)污染物簡述廢物資源化的技術(shù)體系2?資源化技術(shù)主要原理應(yīng)用對象焚燒燃燒反應(yīng)有機(jī)固體廢棄物的能源化堆肥生物降解作用城市垃圾還田離子交換離子交換工業(yè)廢水、廢液中金屬的回收；廢酸的再生利用溶劑萃取萃取工業(yè)廢水、廢

2、液中金屬的回收；廢酸的再生利用電解電化學(xué)反應(yīng)工業(yè)廢水、廢液中金屬的回收；廢酸的再生利用沉淀沉淀工業(yè)廢水、廢液中金屬的回收蒸發(fā)濃縮揮發(fā)廢酸的再生利用沼氣發(fā)酵生物降解作用高濃度有機(jī)廢水/廢液利用3. 簡述沉降分離的原理、類型和各類型的主要特征。原理：將含有顆粒物的流體（水或氣體）置于某種力場（重力場、離心力場、電場或慣性場等）中，使顆粒物與連續(xù)相的流體之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，沉降到器壁、器底或其他沉積表面，從而實(shí)現(xiàn)顆粒物與流體的分離。沉降過程作用力特征重力沉降重力離心沉降離心力電沉降電場力慣性沉降慣性力擴(kuò)散沉降熱運(yùn)動(dòng)沉降速率小，適用于較大顆粒分離適用于不同大小顆粒的分離帶電微細(xì)顆粒 （ 0. 1 pm

3、的分離適用于 1020 s 以上粉塵的分離微細(xì)粒子?0.01 pm ）的分離4. 比較重力沉降和離心沉降的主要區(qū)別。與重力沉降相比，離心沉降有如下特征：沉降方向不是向下，而是向外，即背離旋轉(zhuǎn)中心由于離心力隨旋轉(zhuǎn)半徑而變化，致使離心沉降速率也隨顆粒所處的位置而變，所以顆粒的離心沉降速率不是恒定的，而重力沉降速率則是不變的。離心沉降速率在數(shù)值上遠(yuǎn)大于重力沉降速率，對于細(xì)小顆粒以及密度與流體相近的顆粒的分離,利用離心沉降要比重力沉降有效得多。離心沉降使用的是離心力而重力沉降利用的是重力5. 表面過濾與深層過濾的主要區(qū)別是什么？各自的定義？表面過濾 ：過濾介質(zhì)的孔一般要比待過濾流體中的固體顆粒的粒徑小

4、過濾時(shí)固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，并在其表面逐漸積累成濾餅此時(shí)沉積的濾餅亦起過濾作用，又稱濾餅過濾通常發(fā)生在過濾流體中顆粒物濃度較高或過濾速度較慢的情況。深層過濾：利用過濾介質(zhì)間空隙進(jìn)行過濾通常發(fā)生在以固體顆粒為濾料的過濾操作中濾料內(nèi)部空隙大于懸浮顆粒粒徑懸浮顆粒隨流體進(jìn)入濾料內(nèi)部，在攔截、慣性碰撞、擴(kuò)散沉淀等作用下顆粒附著在濾料表面上而與流體分開區(qū)別：表面過濾通常發(fā)生在過濾流體中顆粒物濃度較高或過濾速度較慢的情況，過濾介質(zhì)的孔一般要比待過濾流體中的固體顆粒的粒徑小。深層過濾利用過濾介質(zhì)間空隙進(jìn)行過濾，通常發(fā)生在以固體顆粒為濾料的過濾操作中，濾料內(nèi)部空隙大于懸浮顆粒粒徑。參考答案：從兩者的過濾介質(zhì)

5、、過濾過程、過濾機(jī)理和應(yīng)用范圍加以比較。6?恒壓過濾和恒速過濾的主要區(qū)別是什么？各自的定義？恒壓過濾：在過濾過程中，過濾壓差自始自終保持恒定。對于指定的懸浮液，K 為常數(shù)。恒速過濾：恒速過濾是指在過濾過程中過濾速度保持不變，即濾液量與過濾時(shí)間呈正比。區(qū)別：7. 表面過濾的過濾阻力有哪些部分組成？由過濾介質(zhì)的過濾阻力Rm 和濾餅層的過濾阻力FC 組成過濾介質(zhì)過濾阻力Rm=過濾介質(zhì)的過濾比阻r m* 過濾介質(zhì)厚度Lm濾餅層過濾阻力濾餅層過濾比阻r c* 濾餅層厚度 L8. 顆粒床層的空隙率 ？的影響因素：顆粒粒彳空的旳性 。 粒彳卒越均釗 ，&越人顆粒衣曲的光滑性口顆粒農(nóng)面越丸滑， &am

6、p;越小o 薇粒的大小。顆粒粒徑越大 . 店越大o 非球形戦將上的球形廢：° 球形度越小 . &越小O 丿木層的堆枳方 A .亂堆床層 &大CD 休層的堆枳速度 &堆積越快 . 越大9. 流體通過顆粒床層的實(shí)際流速u1 與哪些因素有關(guān)，與空床流速是什么關(guān)系 ? 因素：u 1 流體在床層空隙中的實(shí)際流速 ,m/s;deb2 Pdeb 顆粒床層的當(dāng)量直徑，m; p 流體通過顆粒床層的壓力差，Pa;卩流體黏度， Pa s;U|32 l'l ' 孔通道的平均長度，m。與空床流速的關(guān)系： u1 10. 簡述吸收的基本原理和過程。基本原理：依據(jù)混合氣體各組

7、分在同一種液體溶劑中的物理溶解度（或化學(xué)反應(yīng)活性）的不同，而將氣體混合物分離的操作過程。實(shí)際上是混合氣體組分從氣相到液相的相間傳質(zhì)過程過程：11. 化學(xué)吸收與物理吸收過程有哪些基本步驟？物理吸收：（典型的溶質(zhì)由氣相向液相的兩相傳遞過程）溶質(zhì)由氣相主體傳遞至兩相界面，即氣相內(nèi)的傳遞； 溶質(zhì)在兩相界面由氣相溶解于液相，即相際傳遞； 溶質(zhì)由界面?zhèn)鬟f至液相主體，即液相內(nèi)的傳遞。 化學(xué)吸收：氣相反應(yīng)物 A 由氣相主體通過氣膜向相界面擴(kuò)散（2） 反應(yīng)物 A 由相界面向液相擴(kuò)散（3） 反應(yīng)物在液膜內(nèi)或液相主體與反應(yīng)物B 反應(yīng)，形成反應(yīng)區(qū)（4） 反應(yīng)物 M若為液態(tài)，向液相主體擴(kuò)散，若為氣態(tài)，則向相界面擴(kuò)散（5

8、） 氣態(tài)產(chǎn)物由界面向氣相主體擴(kuò)散歡迎下載212. 吸收時(shí)板式塔和填料塔的主要區(qū)別是什么？板式塔：氣液兩相在塔內(nèi)逐級接觸填料塔：氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸13?常用的吸附劑有哪些 ？（一）活性炭（二）活性炭纖維（三）硅膠（四）活性氧化鋁（五）沸石分子篩14.BET 和 Langmuir 吸附假設(shè)有哪些？朗格謬爾（ Langmuir ）公式方程推導(dǎo)的基本假設(shè)：吸附劑表面性質(zhì)均一，每一個(gè)具有剩余價(jià)力的表面分子或原子吸附一個(gè)氣體分子。吸附質(zhì)在吸附劑表面為單分子層吸附。吸附是動(dòng)態(tài)的，被吸附分子受熱運(yùn)動(dòng)影響可以重新回到氣相。吸附過程類似于氣體的凝結(jié)過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程吸附在吸附劑表面的吸附質(zhì)分子之間

9、無作用力。BET公式方程推導(dǎo)的基本假設(shè)：吸附分子在吸附劑上是按各個(gè)層次排列的。吸附過程取決于范德華引力，吸附質(zhì)可以在吸附劑表面一層一層地累疊吸附。每一層吸附都符合Langmuir 公式。15?常見的吸附分離設(shè)備有哪些？ 液體接觸過濾器固定床吸附塔流化床吸附塔移動(dòng)床吸附塔16.萃取分離的原理和特點(diǎn)是什么？原理：利用混合液中被分離組分A 在兩相中分配差異的性質(zhì)，使該組分從混合液中分離。該過程稱為液 - 液萃取，或溶劑萃取，或液體萃取。萃取過程是物質(zhì)由一相轉(zhuǎn)到另一相的傳質(zhì)過程。特點(diǎn)：可在常溫下操作，無相變；萃取劑選擇適當(dāng)可以獲得較高分離效率；對于沸點(diǎn)非常相近的物質(zhì)可以進(jìn)行有效分離；利用萃取的方法分離

10、混合液時(shí)，混合液中的溶質(zhì)既可是揮發(fā)性物質(zhì)，也可以是非揮發(fā)性物質(zhì)，如無機(jī)鹽類等。17?常見的膜分離過程有哪些？根據(jù)推動(dòng)力的不同：壓力差：微濾、超濾、反滲透、氣體分離、滲透蒸發(fā)濃度差：滲析電位差：電滲析、膜電解溫度差：膜蒸餾18.膜分離的選擇性可以用哪些參數(shù)表示？CF CP對于溶液脫鹽或脫除微粒、高分子等物質(zhì)，可用截留率表示C F對于液體混合物或氣體混合物等物質(zhì)，可用分離因子A/ ByA/ y B 表示XA/ XByA 和 yB組分 A 和 B 在滲透物中的摩爾分?jǐn)?shù)；xA 和 xB 組分 A 和 B 在過濾原料中的摩爾分?jǐn)?shù)歡迎下載319?反滲透和納濾機(jī)理有哪些基本理論？氫鍵理論：基于水分子能夠通過

11、膜的氫鍵的結(jié)合而發(fā)生聯(lián)系并進(jìn)行傳遞 優(yōu)先吸附 - 毛細(xì)孔流機(jī)理：水溶液與多孔膜接觸，膜對水具有選擇性吸水斥鹽，在膜液界面的溶質(zhì)濃度下降，膜界面上形成一層吸附的純水層，優(yōu)選吸附的水滲透通過膜表面的毛細(xì)孔獲得純水。溶解 擴(kuò)散機(jī)理：能較好的說明反滲透膜的傳遞過程20.濃差極化現(xiàn)象是如何發(fā)生的？對膜分離過程有何影響？原因：當(dāng)含有不同大小分子的混合液通過膜面時(shí)，在壓力差的作用下，混合液中小于膜孔的組分透過膜，而大于膜孔的組分被截留。被截留的組分在緊鄰膜表面形成濃度邊界層，使邊界層中的溶質(zhì)濃度大大高于主體溶液中的濃度，形成由膜表面到主體溶液之間的濃度差。濃度差的存在導(dǎo)致緊靠膜面的溶質(zhì)反向擴(kuò)散到主體溶液中，

12、導(dǎo)致濃差極化現(xiàn)象。影響：超濾過程中的濃差極化對通量的影響則十分明顯。一旦膜投入運(yùn)行，濃差極化現(xiàn)象不可避免，但是可逆的。【例1 求直徑為 40 m , 密度為 2700kg/m3 的固體顆粒在20 C 的常壓空氣中的自由沉降速度。已知20C, 常壓狀態(tài)下空氣密度為1.205 kg/m3 ，黏度為 1.81 X 10-5Pa ? s解： ( 1) 試差法假設(shè)顆粒的沉降處于層流區(qū)，并且由于, 所以由式得：gdp2700 9.8140 102P0.13 m/sUt1818 1.81 105檢驗(yàn) :dpUt40 106 0.13 1.2050.346 2ReP1.81 105所以在層流區(qū) ,與假設(shè)相符

13、,計(jì)算正確。(2) 摩擦數(shù)群法2首先計(jì)算摩擦數(shù)群CD Re p440 106327009.81CD Re p 蝕 3；61.2058.315231.81105假設(shè)顆粒的球形度為則由 C°Rep 與 Rep 的關(guān)系曲線，可以查得Re p 為0.32因此，可得 utRe p0.3 呼止0.125 m/s40 101.205由于查圖得到的Rep 誤差較大，所以可以作為判斷顆粒沉降所處區(qū)域的依據(jù)，而 Ut 的計(jì)算仍然采用式6.2.6 ),P gd ；2700 9.81 40 106 20.13 m/sUt18 1.81 10518歡迎下載4(3) 判據(jù)法計(jì)算 K 判據(jù)得dpgP6 340 1

14、0 69.81 1.205 27002"6.24361.8110 5所以可判斷沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式，可得:gd p2700 9.816 24010 6Ut180.13m/s18 1.81 10【例題 7.2.1 】在實(shí)驗(yàn)室中用過濾面積為0.1 m 2 的濾布對某種水懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)，在恒定壓差下，過濾5min 得到濾液 1L ，又過濾 5min 得到濾液 0.6L 。如果再過濾 5min ，可以再得到多少濾液？解：在恒壓過濾條件下，過濾方程為q2 2qq e Ktq1110 31 10 2 m 3/m2， t1 5 60 300 s0.110.610 3q21.6 10

15、2 m3/m 2， t2600s0.1代入過濾方程得22 21 10 2qe300K （ 1）1 10221.6 10 22 1.6 10 2qe600K （ 2）聯(lián)立（ 1）、（ 2）兩式可以求得qe 0.7 10 2 m3/m2， K 0.8 10 6m2/s因此， q2 2 0.7 10 q 0.8 10 6t，當(dāng) t3 15 60 900 s, 則： q2 2 0.7 10 2q3 0.8 10 6 900 ， 解得： q3 2.073 102m3/m2所以 q3 q2 0.1 2.073 10 2 1.6 10 2 0.1 0.473 10 3m3因此可再得到的濾液為0.473L歡迎

16、下載5【例題 722 】用一臺過濾面積為10m 2 的過濾機(jī)過濾某種懸浮液已知懸浮液中固體顆粒的含量為60kg/m 3，顆粒密度為1800kg/m 3。已知濾餅的比阻為4 x 10 11 m-2 ，壓縮指數(shù)為0.3 ，濾餅含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3 ，且忽略過濾介質(zhì)的阻力，濾液的物性接近20 C 的水。采用先恒速后恒壓的操作方式，恒速過濾10min 后，進(jìn)行恒壓操作30min , 得到的總濾液的量為8ni 。求最后的操作壓差和恒速過濾階段得到的濾液量。解：設(shè)恒速過濾階段得到的濾液體積為V1, 根據(jù)恒速過濾的方程式得2,1 s 2,2 KA t p A tV12r°f濾液的物性可查得：黏度

17、y=1X 10-3 Pa? s, 密度為 998.2 kg/m 3，根據(jù)過濾的物 料衡算按以下步驟求得 f:已知 1m 3 懸浮液形成的濾餅中固體顆粒質(zhì)量為60kg, 含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3, 所 以濾餅中的水的質(zhì)量 y 為：0.3 , 所以 y 25.7 kg , 60 y所以濾餅的體積為一 0.059 m 3, 濾液體積為 1 0.059 0.941 m3, 1800998.2所以 f0.0590.06270.941所以V厘也10 60r0fp0.7 2.394 10 3 p0.7 ( 1)11 10 3 4 10 11 0.0627歡迎下載6在恒壓過濾階段，應(yīng)用或-2-15 ,2 2

18、2V V 1 KAt8 V 艸2 1斤 30602p°.7 1.43610p°.7( 2)31°1 104 l0 0.0627 科r fId36 6,V120.2394V1所以，求得恒速過濾的濾液體積3.02 m3,進(jìn)而求得恒壓過濾的操作壓力1.3 1(f Pa【例題 7.3.3 】直徑為 0.1mm時(shí)球形顆粒物質(zhì)懸浮于水中，過濾形成不可壓縮的濾餅，空隙率為0.6，求濾餅的比阻。如果懸浮液中顆粒所占的體積分率為0.1 ，求每平方米過濾面積上獲得0.5m 3 濾液時(shí)濾餅的阻力。解：) 濾餅的空隙率0.6 ，顆粒的6310 4m 2/m3，取比例系數(shù)Kidp0.1 1

19、0 3得濾餅的比阻為：2 22 4 210.66104rKI 1 a1.331010m-20.6 3(2) 濾餅的阻力 R 根據(jù)水的體積進(jìn)行物料衡算即 0.5 1 0.6LrL，因此需要求出濾餅的厚度。0.5L110.1( 左邊是濾液和濾餅中水的體積，右邊是懸浮液中水的體積)歡迎下載7得濾餅的厚度為L 0.1667 m所以濾餅的阻力為R rL 1.33 10 10 0.16672.22 10 9m-1【例題 831 】在 20C 下，用水吸收空氣中的SO2, 達(dá)到吸收 平衡時(shí)， SO 2 的平衡分壓為5.05kPa , 如果只考慮SO 2在水中 的一級解離，求此時(shí)水中 SO 2的溶解度。已知該

20、條件下SO 2 溶解度系數(shù)為H 1.56 10 2kmol/ ( kPa ? m3), 一級解離常數(shù)為 K1 1.7 102kmol/m 3°解：考慮解離情況下SO 2 的吸收情況可以表示為以下兩個(gè)過程：擴(kuò)散傳質(zhì)過程 SO 2 g 垐 Q SO 2 l 解離過程 SO 2+H2O 垐 3 H+HSO 3-由傳質(zhì)平衡可以求得吸收液中SO 2 的濃度2 3cA HpA 1.56 105.050.0788 kmol/m由吸收液捋O 的濃度，根據(jù)解離平衡，求HSQ 濃度H+ HSQK1-SC 2HSQ -SQ J1.7 10 2 0.0788 0.0366 mol/r n所以溶液中溶解的Q 總的濃度為SQ + HSQ -0.0788 0.0366 0.1154tmol/ri 3=7.4kg/m( 此處忽略 : SQ+H 2O 垐 Q H 2SQ 的反應(yīng)平衡而認(rèn)為SQ 全部反歡迎下載8應(yīng) 為 HSQ, 然后解離 )IO