环境工程学学习笔记

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1、环境工程学学习笔记第五章 大气质量与大气 污 染第 一 节 大 气 的 结 构 组 成1. 大气结构： 对流层、平流层、 中间层、 暖层和散逸层。 2. 大气组成： 自然 状态下的大气是混合气体、水汽和悬浮 颗粒组成的。除去水汽和微粒 的空 气称为干洁空气。 第二节 大气污 染 1. 定义：指于人类活动和自然过 程引起某种物质进入大气中，呈现出足 够的浓度达到足 够的时间，并因此 危害了人群的舒适、健康和福利或危害 了环境的现象。 2. 大气污染物的种类： 颗粒污染物：粉尘、烟、飞灰、黑烟、 雾和总颗粒悬浮物。 气态污染物： 五类：以二氧化硫为主的含硫化合物、 以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化

2、合 物、碳的化合物及卤素化合物。 第 三节 大气控制质量标准 1. 环境空 气质量标准：三级标准，将环境空气质量功能区分为三类。 2. 排放标准：三类 分级标准。 3. 环境技术标准。 第 四 节 大 气 污 染 控 制 的 基 本 方 法 一大气污染控制的含义： 1. 两个 方面：一是立法的角度，指用法律来限 制或禁止污染物的扩散。一是防止的角 度。 采用一些手段把污染物排放量 降到不致严重污染大气的程度。 2. 大气 污染控制的重点是控制污染源。 二废 弃排放控制系统： 1. 污染物的收集： 集 气罩 2. 颗粒污染物控制：四类 机 械力除尘器：包括重力沉降、惯性除尘 器和旋风除尘器。f高

3、效除尘器的前级 预除尘器。过滤式除尘器：包括袋式过滤器和颗粒层过滤器。 静电除尘 器：包括干式静电除尘器和湿式除尘器。 湿式除尘器：包括泡沫除尘器、喷雾塔、 填料塔、文丘里洗涤器等。 3. 气态污染 物控制：两大类 分离法：利用污染 物与废气中其他组分物理性质差异使污 染物从废气中分离出来，如物理吸收、 吸附、冷凝及膜分离等。 转化法： 把污染物转化成无害的 =物质或易于分 离的物质，如催化转化、燃烧法、生物 处理法、电子束法。 4. 污染物的稀 释控制：包括大气扩散和烟囱设计两个 方面的内容。采用烟囱排放污染物， 通过大气的输送和扩散作用降低其 “着 低浓度 ”。 第六章 颗粒污染物控制 第

4、一节 除尘技术应用 1. 粉尘粒 径： 单一粒径：投影径、几何当量 径、物理当量径 平均粒径：对于一 个大小和形状不相同的粒子组成的实际 粒子群，与一个均一的球形粒子组成的 假想粒子群相比，如果两者的粒径全部 相同，则称此球形粒子的直径为实际粒 子群的平均粒径。 2. 粒径分布：某 一粒子群中不同粒径的粒子所占的比 例，亦称粒子的发散度。表示方法： 频数分布、频度分布、筛上累计分布、 3. 除尘效率的捕集效率： 总捕集效 率：指在同一时间内，净化装置去除污 染物的量与进入装置的污染物量之比。 实际上反映装置净化程度的平均值，亦称为平均捕集效率。 分级捕集效率：指 在某一粒径下的除尘效率。 第二

5、节 重力沉降 1. 颗粒沉降速度：当沉降力与阻力相等时，颗粒开始在流体中等 速沉降，此时的速度称为 终端沉降 设计： 沉降时间与沉降速度：粒径速度at= pgdp/12. 重力沉降室的能沉降下来的条件：气流通过长度为 L 的沉降室的时间t1三沉降速度为vt的颗 粒从顶部降落到底部所需的时间 t2，即 L/V M H/卩。沉降尺寸：高度H和长度 L 。 沉降室捕集效率：根据最小粒 径即可求出捕集效率。第三节 旋风除尘 概述：利用含尘气流所产生 的离心力，将颗粒污染物从气体中分离 出来的过程。 一般用于捕集 515 微米以 上的颗粒。 一工作原理 含尘气 流进入旋风除尘器时，气流直线运动变 为圆周

6、运动，含尘气流在旋转过程中产 生离心力，将密度大于气体的颗粒甩向 器壁，颗粒与器壁接触时因失去惯性力 而沿壁下落。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器 中心靠近，其切向速度不断提高。当气 流到达椎体下端某一位置时，便以同样 的旋转方向在旋风除尘器中下回转而 上，继续作螺旋流动。最后，净化气体 经排气管排出器外，一部分未被捕集的 颗 粒 也 随 之 带 出 。 二 分 离 性 能 1分离直径：旋风除尘器是除尘效率与 颗粒的直径有关，颗粒直径越大，除尘 效率越高。n =100%临界直径； n =50%分割直径。2.影响捕集效率的因素：入口风速、除尘器的结构 尺寸、粉尘粒径与密度

7、、气体温度和灰 斗的气密性。 三.分类及设计 1 .分 类：气体流动状态：切流反转式和轴流 式；结构形式：圆筒体、长椎体、旁通 式和扩散式。2.设计：包括确定旋风除尘器的各部尺寸、计算除尘器的 压力损失和计算除尘器的效率。第四节 静电除尘 概述：与重力沉降 和旋风除尘器的根本区别在于其分离的 能量通过静电力直接作用于尘粒上，而不是作用在整个气流上，因此分离尘粒 所消耗的能量很低。 2 1除尘 原理： 气体电离：放电电极周围的 “电晕 ”现象使气体电离，即电晕放电。 粒子荷电：两种荷电过程：电场荷电和 扩散荷电。 荷电粒子的迁移和沉 积：荷电粒子在电场力的作用下，朝着 与其电性相反的集尘极移动并

8、通过粒子 放电沉积在集尘极上。对于比电阻较大 的粒子可采用改变温度、增大湿度，添 加化学药剂及某些气体使其比电阻减 小，以改善吸尘操作。 颗粒的清除：用 振打的方式将沉积的颗粒强制震落入灰 斗。 2除尘器结构：电晕极、集尘极、 清灰装置、 气流分布装置和灰斗。 3除 尘效率：除尘效率方程 n =exp(-AcQ/ 3)4.设计：平板式除尘器和管式除尘器。 第五节 袋 式除尘1除尘过程：首先是含尘气体通过清洁滤布，这是起捕尘作用的 主要是纤维，除尘效率不高；其后，粉 尘量不断增加，一部分粉尘嵌入到滤料内部，一部分覆盖在表面上形成一层粉 尘层，这时主要依靠粉尘层进行过滤。 2除尘机理：筛过作用、惯

9、性碰撞、扩 散和静电作用、重力沉降。3除尘性能：过滤速度、除尘效率、压力损 失。 4滤布的选择：容尘量大，清灰 后能在滤料上保留一定的永久性粉尘； 透气性好，过滤阻力低；抗皱拆性、耐 磨、耐温及耐腐蚀性能好，使用寿命长； 吸湿性好，容易清除黏附在上面的灰尘； 成本低，滤布的材料可用天然滤料、合 成纤维和无机纤维。 第六节 湿式 除尘 概述：利用洗涤液与含尘气体 充分接触，将尘粉粒洗涤下来而使气体 净化的方法。 一除尘机理： 1. 惯性碰撞：尘粒在遇到障碍物时于惯性 而保持原来运动方向而绕过。 2.扩散： 对于粒径在微米以下的，扩散是一个很 重要的捕集因素。 3.粘附：当粉尘 粒径大于粉尘中心到

10、液滴边缘的距离 时，粉尘因粘附而被捕集。 4.扩散 漂移和热漂移： 若气流中含有饱和蒸汽，当其与较冷的液滴接触时，饱和蒸汽会 在较冷的液滴表面上凝结，形成一个向 液滴运动的附加气流。5.凝聚作用：烟雾中含有水蒸气、硫酸酐和气态有机 物时，当温度降低时，会凝结吸附在粉 尘表面。 二气液界面：1.气泡表面：含尘气体通过多孔板上的液体时， 气孔在孔眼表面处形成气泡并逐渐扩 大，随后通过液层。2.液体射流表面：喷出的射流经一定距离后破碎为直 径范围很广的液滴群，与含尘气体接触 时，混合吸附其中的尘粒。3.液膜：液体依靠流动性、润湿性在固体表面铺 展开来，形成液膜。 4.液滴：依靠 机械力、惯性力和摩擦

11、力等使液体分散 在大量气体中而形成液滴。 第七章 气态污染物控制 第一节 吸收净化 概述：吸收是利用混合物中不同组分在 吸收剂中溶解度的不同，或者与吸收剂 发生选择性化学反应，从而将有害组分 从气流中分离出来的过程。吸收分物理 吸收和化学吸收。 1. 吸收平衡物理吸收：亨利定律描述气液间的平衡 f P二E。化学吸收：利用相平衡与化学平衡来计算某组分的总浓度。 2. 双膜理论 吸收是气相组分向液相 转移的过程。f一个假设理论：假设在 气液界面两侧各存在一个静止膜，在 气相一侧称为气膜，在液相一侧称为液 膜。在膜外气体或液体主体中，于湍流 扩散作用因而不存在浓度梯度。气相的 扩散阻力全部在气膜内，

12、液相扩散阻力 全部在液膜内，膜内仅发生分子扩散。 因而。气液间的传质速率取决于通过气 膜和液膜的分子扩散速率。 3. 吸收设 备：三大类f液膜表面吸收器、气派表 面吸收器和液滴表面吸收器。 4. 填料塔 的 设 计 计 算 ： 塔 径 的 计 算 ： D= 1/2； 填料层高度的计算： 根据填料塔的物料守恒计算。第二节吸附净化 概述：气体混合物与适当 的多孔性固体接触时，利用固体表面存 在的未平衡的分子引力或化学键力，把 混合物中某一组分或某些组分吸留在固 体的表面上，这种分离气体混合物的过 程称为气体吸附。特别用于用其他方法 难以分离的低浓度有害物质和排放标准 要求严格的废气处理。 一吸附过

13、程： 1. 物理吸附和化学吸附：物理吸附主要 依靠分子间的范德华引力产生的，它可 以使单分子 层吸附也可以使多分子 层吸附；而化学吸附是靠吸附剂与吸附 质之间的化学键力产生的，只能是单层 吸附。 2. 吸附剂及再生： 要求： 比面积大；选择性好，有利于混合气体 的分离；具有一定的粒度、较高的机械 强度、化学稳定性和热稳定性；大的吸 附量；来源广泛， 价格低廉。 再生方法： 加热解析再生、降压或真空解析、置换 再生法。 二吸附装置：固定床、流动 床和沸腾床。 三固定床吸附装置 的计算：穿透曲线法和希洛夫方程。 第三节 催化转化 概述：使气态污 染物通过催化剂床层，经历催化反应转 化为无害物质或易

14、于处理和回收利用的 物质的方法。该法与其他净化方法的区别在于：无需使污染物与主气体分离， 避免了其他方法可能产生的二次污染， 又使操作过程简化。另一方面，对不同 浓度的污染物都具有很高的转化效率。 一催化作用与催化剂： 1. 催化反 应：催化剂加速反应速率是通过降低活 化能来实现的。I反应物分子被催化剂 表 面的活性中心吸附后，形成了一 种具有活性的络合物，使原分子的化学 键松弛，从而降低了活化能。2. 催化剂：主活性物质、载体和助催剂组成。I主活性物质一般附着在惰性载体上。 载体有两个作用I提供大的比表面积和增大催化剂的机械强度。助催剂和 主活性物质都附于载体上。二气固相催化反应器及其计算：

15、 1. 气固 相催化反应器的类型： 单层绝热反应器、 多段绝热器和列管式反应器。 2. 接触时 间：反应物通过床层的时间，等于空间 速度的倒数。第四节 燃烧转化概述：通过热氧化作用将废气中是可燃 有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。 1. 空燃比： 空气与燃料的质量比。 2. 爆炸极 限：在一定浓度范围内，混合气体中的 氧和可燃组分在某一点被燃着时产生的 热 量可以继续引燃周围的混合气 体，若在一个有限范围内迅速蔓延会形 成气体爆炸。 3. 燃烧类型：直接燃烧、 热力燃烧和催化燃烧。 4. 热能回 收：回收废热用于预热进口的冷废气、 热净化气再循环、废热利用。 第五 节 生物

16、转化 概述：利用微生物的 生命活动把废气中的气态污染物转化为 少害甚至无害的物质。 1处理原理： 生物处理可分为需氧生物氧化和厌氧生 物氧化。 2生物净化方法：活性污泥 法、微生物悬浮法、土壤法和堆肥法。 第六节 其他净化方法 1. 电子束照 射法 工艺过程：废气冷却f加氨f 电子束照射f粉体捕集。处理机理：生成具有活性的物质f硫氧化物和 氮氧化物的氧化f硫酸铵和硝酸铵的生 成。 2. 膜分离法： 混合气体在压力梯度作用下透过特定薄膜时，不同气体 具有不同的透过速度， 从而使气体 混合物中的不同组分达到分离的效果。 第八章 污染物的稀释法控制 第一 节 影响污染物在大气中扩散的气象因 素 概述：两个方面：一是动力因子； 二是热力因子。 一气象的动力因 子： 1. 风：风对污染物浓度分布有 两个作用：一是整体输送；一是冲淡稀 释。 2.