環(huán)境工程概論-01引言.ppt

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環(huán)境工程概論,,知己知彼,學歷：清華大學化工博士、環(huán)境工程博士后工作經(jīng)歷：湖南省益陽市農(nóng)藥廠3年，擔任廠長2年。1.益陽市農(nóng)藥廠：氧化樂果生產(chǎn)工藝技術(shù)改造；2.益陽市農(nóng)藥廠：開發(fā)25%撲虱靈可濕性粉劑。主要研究經(jīng)歷：1.立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化焚燒系統(tǒng)設(shè)計及工藝參數(shù)優(yōu)化；2.臥式鏈條爐焚燒系統(tǒng)工藝設(shè)計及調(diào)試；3.小型醫(yī)院垃圾焚燒爐初步設(shè)計；4.北京水泥廠水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒危險廢物可行性分析；5.福建省危險廢物綜合處置場工程初步設(shè)計；6.越南河內(nèi)日處理200噸城市生活垃圾堆肥可行性研究；,7.云南云縣糖廠糖渣/生活垃圾聯(lián)合堆肥；8.河南平頂山100噸/天生活垃圾動態(tài)好氧堆肥可研及初步設(shè)計；9.山峽庫區(qū)城市生活垃圾處理示范工程項目(長壽及萬州);10.廢電池、廢電子線路板的資源化回收設(shè)備設(shè)計及工藝開發(fā)；11.對羥基苯甲醛工廠設(shè)計、工藝確定及調(diào)試、優(yōu)化；12.L-蘋果酸生產(chǎn)工藝技術(shù)改進;13.四氟苯甲酸生產(chǎn)工藝改進。,目前正在進行的課題：1、室內(nèi)空氣凈化裝置性能優(yōu)化；2、垃圾焚燒停爐以后煙氣的凈化技術(shù)及設(shè)備開發(fā)；3、固體廢物（秸桿、鋸木屑等）資源化利用：環(huán)保型粘接劑開發(fā)。,主要參考書目,環(huán)境工程導論（第3版），美國McGrawHill教育出版集團。王建龍譯清華大學出版社，2002年1月。售價：54元人民幣。國內(nèi)外所有與環(huán)境工程有關(guān)的雜志、論文。課件下載：\incoming\講義\環(huán)境工程概論\，點鼠標右鍵，再選擇“復制到文件夾”。,本課程內(nèi)容安排（32學時上課+2學時復習+2學時考試）,第一章引言（2學時）1.1什么是工程？什么是環(huán)境工程？1.2環(huán)境系統(tǒng)概論1.3利用質(zhì)量平衡法求解環(huán)境問題第二章給水處理（6學時）2.1引言2.2混凝2.3軟化2.4反應器2.5混合和絮凝2.6沉淀2.7過濾2.8消毒2.9吸附2.10問題與討論第三章水質(zhì)管理（2學時）3.1引言3.2水中污染物及其來源3.3河水水質(zhì)管理3.4湖泊水質(zhì)管理3.5問題與討論,第四章廢水處理（6學時）4.1廢水處理中的微生物4.2廢水的特性4.3城市廢水處理系統(tǒng)4.4預處理單元操作4.5一級處理4.6二級處理4.7消毒4.8三級處理4.9土地處理4.10污泥處理與處置4.11問題與討論第五章空氣污染（4學時）5.1空氣污染概述5.2空氣污染的影響5.3空氣污染物的來源河歸宿5.4微觀河宏觀空氣污染5.5空氣污染氣象學5.6大氣擴散作用5.7室內(nèi)空氣質(zhì)量模型5.8固定源的空氣污染控制5.9移動源的空氣污染控制5.10問題與討論。,第六章噪聲污染（4學時）6.1噪聲對人的影響6.2等級評估系統(tǒng)6.3室外噪聲的傳播6.4交通噪聲預測6.5噪聲控制6.6問題與討論第七章固體廢物資源化（4學時）（7.1概述7.2收集7.3內(nèi)部線路轉(zhuǎn)運7.4衛(wèi)生填埋7.5焚燒7.6堆肥7.7資源保護與回收7.8問題與討論）7.1城市垃圾資源化技術(shù)7.2廢塑料的再生利用7.3廢電池的回收與綜合利用7.4廢輪胎、廢橡膠的回收和利用7.5危險廢物資源化（第八章危險廢物管理（4學時）8.1什么是險廢物？8.2風險8.3危險廢物管理8.4危險廢物處理技術(shù)8.5土地處置8.6地下水污染和修復8.7問題與討論）第八章環(huán)境工程領(lǐng)域的熱點問題介紹（4學時）8.1垃圾焚燒過程二惡英的控制問題8.2垃圾滲濾液處理問題8.3室內(nèi)空氣污染問題8.4中水回用技術(shù)問題,第一章引言,1.1什么是工程？什么是環(huán)境工程？美國工程師發(fā)展協(xié)會（TheEngineer’sCouncilforProfessionalDevelopment,簡稱ECPD）給出了工程的定義：“工程是一種職業(yè)，它利用通過學習、經(jīng)驗、實踐所獲得的教學和自然科學知識，來尋求經(jīng)濟地利用物質(zhì)和自然力量的方法，以造福人類”。工程師在其專業(yè)發(fā)展中必須在資深工程師的指導下獲得經(jīng)驗、實踐和判斷能力。,美國土木工程師學會（AmericanSocietyofCivilEngineers,ASCE）環(huán)境工程分會給出的環(huán)境工程的定義：環(huán)境工程（EnvironmentalEngineering）通過健全的工程理論與實踐來解決環(huán)境衛(wèi)生（environmentalsanitation）問題，主要包括：提供安全、可口和充足的公共給水；適當處理與循環(huán)使用廢水和固體廢物；建立城市和農(nóng)村符合衛(wèi)生要求的排水系統(tǒng)；控制水、土壤和空氣污染，并消除這些問題對社會和環(huán)境所造成的影響。而且，環(huán)境工程所涉及的是公共衛(wèi)生領(lǐng)域里的工程問題，例如控制通過節(jié)肢動物傳染的疾病、消除工業(yè)健康危害、為城市、農(nóng)村和娛樂場所提供合適的衛(wèi)生設(shè)施，評價技術(shù)進步對環(huán)境的影響等。,1.2環(huán)境系統(tǒng)概論1.2.1系統(tǒng)在環(huán)境系統(tǒng)中，我們很難真正識別所有關(guān)聯(lián)的部分，更不用說了解它們之間的相互影響。因此，我們所要做的第一件事是將系統(tǒng)進行簡化，且要求與真實系統(tǒng)相似，簡化模型當然無法在細節(jié)上與真實系統(tǒng)完全一樣，但要求基本上近似。根據(jù)上述簡化原則來描述三種環(huán)境系統(tǒng)：水資源管理系統(tǒng)、空氣資源管理系統(tǒng)和固體廢物管理系統(tǒng)。如果介質(zhì)是空氣、水或土壤之一，則限于以上三個系統(tǒng)之一的污染問題稱為“單介質(zhì)（single-medium）問題”。許多重要的環(huán)境問題并不限于簡單的某一系統(tǒng)之中，通常涉及到空氣、水和土壤等多種介質(zhì)，這些問題稱為“多介質(zhì)（Multimedia）問題”。,1.2.2水資源管理系統(tǒng)（1）供水子系統(tǒng)水源的性質(zhì)決定了集水、凈水、輸水和配水工程的規(guī)劃、設(shè)計與運行。地表水（surfacewater）和地下水（groundwater）是供應社區(qū)和生活用水需求的兩種主要水源。小溪、湖泊和河流是地表水源。地下水源是從水井抽出水的地方。不同的水源需要使用不同的集水工程和處理工程。城市中的管網(wǎng)稱為配水系統(tǒng)，管路本身通常稱為水干線。在低水量期間（通常在夜間），水處理廠生產(chǎn)的多余水儲存在蓄水池內(nèi)，儲存的水可以用來滿足白天高需水量期間的要求。以下為一個服務于小社區(qū)的供水資源系統(tǒng)概況圖。,供水資源系統(tǒng)概況圖,人口和耗水形式是控制需水量的主要因素，因此也決定了水源和整個水資源系統(tǒng)的組成。選擇合適的供水水源的前期步驟之一是確定需水量。影響需水量的基本要素包括平均日用水量和高峰需水量。估計平均日用水量是為了確定：（1）地表水或地下水在枯水季節(jié)低水位時能否不間斷地供水；（2）需儲存多大的水量才能滿足枯水季節(jié)的需水量。估計高峰需水量是為了確定水管的尺寸壓力損失和滿足高峰用水需求所需要的需水量。,影響人們用水的主要因素包括：（1）工業(yè)活動：使人均需水量增加；（2）是否安裝水表：水表賦予用戶一種責任感。沒有安裝水表的用戶缺乏這種責任感。（3）系統(tǒng)管理：如果配水系統(tǒng)管理好，人均用水量就會降低。管理者知道何時何地自來水干線會漏水，并且很快地修復它。（4）生活水平越高，個人水量就越多；（5）較高的年平均氣溫代表較多的人均用水量，降雨多的地區(qū)用水比較少。,（2）廢水處理子系統(tǒng)最簡單形式的廢水管理子系統(tǒng)由六個部分組成，如右圖。廢水來源主要有工業(yè)廢水和生活污水。當工業(yè)廢水會影響到城市廢水處理廠的正常運行時必須進行預處理。,進入廢水處理場的廢水量隨用水情況會有很大的變化。典型的日變化量如下圖所示。,大部分的社區(qū)用水最終都會進入污水下水道。澆草坪、洗車及其它消耗性用水在使用中大約會損失5%~10%。消耗性用水量等于進入配水系統(tǒng)的平均水量與進入廢水處理廠的平均水量之間的差值（管道泄露情況除外）。,下水道可以分為3類：污水、雨水和合流式下水道。污水下水道：輸送住宅及商業(yè)區(qū)污水。工業(yè)廢水經(jīng)過適當處理以后也可排入污水下水道。雨水下水道：處理過量的雨水以防低洼地區(qū)淹水。污水下水道將污水送到污水處理廠，而雨水下水道通常使雨水排入河流、小溪。合流式下水道：同時接納雨水和污水。目的是為了在干旱期使廢水進入處理設(shè)施，在暴雨期間，使過量的水不經(jīng)過處理直接排入河流、小溪和湖泊?？墒?，不幸的是，暴雨會與未經(jīng)處理的污水混合?，F(xiàn)代設(shè)計不鼓勵采用合流式下水道。為了持續(xù)改善我們的自然水體，要求將原有的合流式下水道系統(tǒng)逐步改為分流式下水系統(tǒng)。,當無法使用重力流方式或下水管埋設(shè)太深而不經(jīng)濟時，需要考慮使用泵站。廢水被垂直泵送到較高處的重力下水道。該污水泵所在的位置稱為提升站（liftstation）。廢水處理廠的出水可以排放到海洋、湖泊或河流（受納水體），也可排入土壤，但是不要超過水體或土壤的納污能力，或者回收利用?？傊?，水資源管理是管理水質(zhì)和水量的過程，應該在不破壞水的可利用性和純度的情況下，滿足人們對水的需求。,1.2.3空氣資源管理系統(tǒng)空氣資源與水資源在兩個主要方面有所不同。第一是關(guān)于量。為了獲得足夠的水量，需要建造各種工程結(jié)構(gòu)物，而空氣可以大量免費獲得。第二個方面是關(guān)于質(zhì)。水可以在使用之前進行處理，然而我們不可能隨時戴著防毒面具以處理不干凈的空氣。戴上耳塞以防止噪聲污染。空氣資源管理就是在成本-效益平衡的條件下獲得所期望質(zhì)量的空氣?？諝赓Y源管理計劃建立的理由有多種，最正當?shù)膬蓚€理由是：空氣質(zhì)量已經(jīng)惡化且有必要進行改善；如果不處理，則將來可能會出現(xiàn)更大的問題。空氣資源管理系統(tǒng)的簡化方框圖見下圖。,1.2.4固體廢物管理1.定義及特征固體廢物是指人類在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其他活動中產(chǎn)生的，在一定時間和地點無法利用而被丟棄的污染環(huán)境的固體、半固體廢棄物質(zhì)。從廣義上講，根據(jù)物質(zhì)的形態(tài)劃分，廢物包括固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)廢棄物質(zhì)。在液態(tài)和氣態(tài)廢棄物中,大部分為廢棄的污染物質(zhì)混摻在水和空氣中,直接或經(jīng)處理后排入水體或大氣。在我國,它們被習慣地稱為廢水和廢氣,而納入水環(huán)境或大氣環(huán)境管理體系管理。其中不能排入水體的液態(tài)廢物和不能排入大氣的置于容器中的氣態(tài)廢物，由于多具有較大的危害性，在我國歸入固體廢物管理體系。,固體廢物一詞中的“廢”具有鮮明的時間和空間特征。從時間方面講,它僅僅相對于目前的科學技術(shù)和經(jīng)濟條件,隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展,礦物資源的日逐枯竭,生物資源滯后于人類需求,昨天的廢物勢必又將成為明天的資源。從空間角度看,廢物僅僅相對于某一過程或某一方面沒有使用價值,而并非在一切過程或一切方面都沒有使用價值。某一過程的廢物,往往是另一過程的原料。我國目前已建立了許多廢物回收利用工廠,如用粉煤灰制磚,用煤矸石發(fā)電,用高爐渣生產(chǎn)水泥,從電鍍污泥中回收貴重金屬等。所以固體廢物又有“放錯地方的資源”之稱。,固體廢物主要來源于人類的生產(chǎn)和消費活動，人們在開發(fā)資源和制造產(chǎn)品的過程中，必然產(chǎn)生廢物；任何產(chǎn)品經(jīng)過使用和消耗后，最終將變成廢物。物質(zhì)和能源消耗量越多，廢物產(chǎn)生量就越大。進入經(jīng)濟體系中的物質(zhì),僅有10～15%以建筑物、工廠、裝置、器具等形式積累起來，其余都變成了廢物。以美國為例，投入使用的食品罐頭盒,飲料瓶等，平均幾個星期就變成了廢物，家用電器和小汽車平均7～10年變成廢物，建筑物使用期限最長，但經(jīng)過數(shù)十年至數(shù)百年后也將變成廢物。,2.固體廢物的分類固體廢物分類的方法有多種，按其組成可分為有機廢物和無機廢物；按其形態(tài)可分為固態(tài)的廢物、半固態(tài)廢物和液態(tài)（氣態(tài)）廢物；按其污染特性可分為危險廢物和一般廢物等。根據(jù)《固體廢物污染環(huán)境防治法》分為城市生活垃圾、工業(yè)固體廢物和危險廢物。（1)城市生活垃圾城市生活垃圾又稱為城市固體廢物，它是指在城市居民日常生活中或為城市日常生活提供服務的活動中產(chǎn)生的固體廢物，其主要成分包括廚余物，廢紙，廢塑料，廢織物，廢金屬，廢玻璃陶瓷碎片，磚瓦渣土，糞便，以及廢家用什具，廢舊電器，庭園廢物等等。城市生活垃圾主要產(chǎn)自城市居民家庭、城市商業(yè)、餐飲業(yè)、旅館業(yè)、旅游業(yè)、服務業(yè)、市政環(huán)衛(wèi)業(yè)、交通運輸業(yè)、文教衛(wèi)生業(yè)和行政事業(yè)單位、工業(yè)企業(yè)單位以及水處理污泥等。它的主要特點是成分復雜，有機物含量高。影響城市生活垃圾成分的主要因素有居民生活水平、生活習慣，季節(jié)，氣候等。,城市生活垃圾所含化學元素典型數(shù)據(jù),城市生活垃圾組成的典型組分幾熱值分析數(shù)據(jù),（2)工業(yè)固體廢物工業(yè)固體廢物是指在工業(yè)、交通等生產(chǎn)過程過程中產(chǎn)生的固體廢物。工業(yè)固體廢物主要包括以下幾類：（1）冶金工業(yè)固體廢物主要包括各種金屬冶煉或加工過程中所產(chǎn)生的各種廢渣，如高爐煉鐵產(chǎn)生的高爐渣、平爐轉(zhuǎn)爐電爐煉鋼產(chǎn)生的鋼渣、銅鎳鉛鋅等有色金屬冶煉過程產(chǎn)生的有色金屬渣、鐵合金渣及提煉氧化鋁時產(chǎn)生的赤泥等；（2）能源工業(yè)固體廢物主要包括燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰、爐渣、煙道灰、采煤及洗煤過程中產(chǎn)生的煤矸石等；（3）石油化學工業(yè)固體廢物主要包括石油及加工工業(yè)產(chǎn)生的油泥、焦油頁巖渣、廢催化劑、廢有機溶劑等，化學工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的硫鐵礦渣、酸渣堿渣、鹽泥、釜底泥、精(蒸）餾殘渣以及醫(yī)藥和農(nóng)藥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的醫(yī)藥廢物、廢藥品、廢農(nóng)藥等；（4）礦業(yè)固體廢物礦業(yè)固體廢物主要包括采礦廢石和尾礦。廢石是指各種金屬、非金屬礦山開采過程中從主礦上剝離下來的各種圍巖，尾礦是指在選礦過程中提取精礦以后剩下的尾渣；,（5）輕工業(yè)固體廢物主要包括食品工業(yè)、造紙印刷工業(yè)、紡織印染工業(yè)、皮革工業(yè)等工業(yè)加工過程中產(chǎn)生的污泥、動物殘物、廢酸、廢堿以及其他廢物；（6）其他工業(yè)固體廢物主要包括機加工過程產(chǎn)生的金屬碎屑、電鍍污泥、建筑廢料以及其他工業(yè)加工過程產(chǎn)生的廢渣等。（3）危險廢物危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或是根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定具有危險特性的廢物。關(guān)于危險廢物的定義、分類和鑒別標準，在第八章中專題討論。固體廢物的分類，除以上三者之外，還有來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜禽飼養(yǎng)、農(nóng)副產(chǎn)品加工以及農(nóng)村居民生活所產(chǎn)生的廢物，如農(nóng)作物秸桿、人畜禽排泄物等。這些廢物多產(chǎn)于城市郊區(qū)以外，一般多就地加以綜合利用，或作漚肥處理，或作燃料焚化。在我國的《固體廢物污染環(huán)境防治法》中，對此未單獨列項作出規(guī)定。,固體廢物管理的簡化方框圖,1.2.5多介質(zhì)系統(tǒng)很多環(huán)境問題跨越空氣-水-土壤邊界。見以下示意圖。,燃煤、發(fā)電多介質(zhì)系統(tǒng),,垃圾焚燒多介質(zhì)系統(tǒng),,1.2.6噪聲基礎(chǔ)人類的生存伴隨著各種各樣的聲音。一般地說，人們將聲音分成樂聲和噪聲。在物理學上，節(jié)奏有調(diào)，聽起來和諧的聲音成為樂聲；而把雜亂無章、聽起來不和諧的聲音稱為噪聲。在心理學上，認為噪聲和樂聲是很難區(qū)分的，它們會隨著人們主觀判別的差異而改變。因此，人們把凡是使人煩躁、討厭、不需要的聲音都稱之為噪聲。衡量噪聲強弱或污染輕重程度的基本物理量是聲壓、聲強和聲功率。由于正常人的聽覺所能感覺到的聲壓或聲強變化范圍很大，相差在百萬倍以上，不便表達，因此，采用了以常用對數(shù)作相對比較的“級”的表述方法，分別規(guī)定了聲壓級、聲強級和聲功率級的基準值和測量計算公式。,噪聲對人體的影響是多方面的，首先是在聽覺方面。人在較強噪聲環(huán)境下暴露一定時間會出現(xiàn)聽力下降的現(xiàn)象?；氐桨察o場所停留一段時間后，聽力會得到恢復。這種現(xiàn)象稱為暫時性聽閾偏移，也叫聽覺疲勞。一般情況下，80dBA以下的職業(yè)性噪聲暴露一般不致引起噪聲性耳聾，但也造成聽力損傷；80~85dBA可造成輕微的聽力損傷；85~90dBA可造成少數(shù)人噪聲性耳聾；90~100dBA可造成一定數(shù)量的人噪聲性耳聾；100dBA以上造成相當數(shù)量的人噪聲性耳聾。這些都是慢性噪聲性耳聾。暴震性耳聾：當人們無思想準備時，突然暴露在強烈的噪聲（高達150dBA）環(huán)境下，將造成急性暴震性耳聾，雙耳完全失聽。,1.3利用質(zhì)量平衡法求解環(huán)境問題1.3.1質(zhì)量平衡原理物質(zhì)既不會創(chuàng)造，也不會消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。在環(huán)境系統(tǒng)或子系統(tǒng)中，質(zhì)量方程式可以寫成：積累質(zhì)量=輸入質(zhì)量-輸出質(zhì)量對于許多環(huán)境問題，時間是表達問題嚴重程度或工程設(shè)計中的重要參數(shù)：累計速率=輸入速率–輸出速率,在環(huán)境系統(tǒng)或子系統(tǒng)中，質(zhì)量方程式可以寫成：在質(zhì)量平衡方法中，先畫出一個過程的流程圖或環(huán)境子系統(tǒng)的概念圖，將所有已知的輸入量、輸出量、積累量都換算成相同的質(zhì)量單位，未知的輸入、輸出和積累量也在圖中標出來，然后寫出物料平衡方程式，求解。當一個系統(tǒng)的輸入速率和輸出速率保持恒定且相等時，累計速率等于零，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)定狀態(tài)（steadystate）。,Example1,有一雨水下水道正在將含有1.200g/L氯化鈉的溶雪輸送到一小河中。河水本身含有20mg/L氯化鈉。已知雨水下水道流量是2000L/min，河水流量是2.0m3/s，請問河水中鹽的濃度是多少？假設(shè)下水道水流與河水水流完全混合，鹽份守恒，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。,IllustrationPicture,Solution1,積累速率=[CstQst+CseQse]–CmixQmix式中：Qmix=Qst+Qse因為系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積累速率=0。由此得到：[CstQst+CseQse]–CmixQmix=0Cmix=[CstQst+CseQse]/[Qst+Qse]單位換算：Cse=(1.2000g/L)(1000mg/g)=1200mg/LQst=(2.0m3/s)=120000L/min代入計算：Cmix=39.34mg/L,Example2,某廢水處理場有一個水計量罐，操作人員小A打開水泵往里注水，但是他忘了關(guān)閉該計量罐的底閥。計量罐的容積是0.35m3，水泵的流量是1.32L/s，排水閥門處的流量為0.32L/s。請問，需要多長時間才能將計量罐打滿？會浪費多少水？假設(shè)水的密度為1000kg/m3。,IllustrationPicture,利用積分形式求解：dM/dt是累計質(zhì)量除以時間。由于水的密度不變，所以：dM=Vdt假設(shè)t時間內(nèi)計量罐被注滿，那么：,,將微分式兩端積分，得到：所以，有：350L=(1.32L/s)t-(0.32L/s)tt=350s。,Questions,Q1：一個衛(wèi)生填埋場的可用面積為20hm2，平均深度為30米，每星期有800m3的固體廢物倒入此垃圾場，固體壓縮成原來密度的2倍。請繪出質(zhì)量平衡圖，并估計填埋場的使用年限。,Q2：如果水價上漲為原來的2倍，你認為需水量會不會降低一半？AttentionPlease:下次上課時交上來。,