环保工程师《基础知识》考点整理

环保工程师《基础知识》考点整理弹性势能(elastic potential energy)

物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。(所有发生弹性形变的物体都能够做功，都具有弹性势能)发生弹性形变的物体，弹性形变越大，则它具有的弹性势能就越大。

弹性势能=弹力做功=∫(0-x) kx*dx =1/2 k*x^2 。其中，k为弹性系数，x为压缩量。

注意：此公式中的x 必须在弹簧的弹性限度内。

动能定理的定义

所谓动能，简单的说就是指物体因运动而具有的能量。

数值上等于(1/2)Mv^2. 动能是能量的一种，它的国际单位制下单位是焦耳(J)，简称焦。需要注意的是，动能(以及和它相对应的各种功)，都是标量，即只有大小而不存在方向。求和时只计算其代数和，不满足矢量(数学中称向量)加法的平行四边形法则。

应用动能定理解题的基本步骤

(1)确定研究对象，研究对象可以是一个质点(单体)也可以是一个系统;

(2)分析研究对象的受力情况和运动情况，是否是求解“力、位移与速度关系“的问题;

(3)若是，根据∑W=△Ek1列式求解.

动能定理的推导

以下的F,V,a,s都是矢量

首先，牛顿第二定律F=ma=m(dV/dt)

所以F*dt=mdV

两边乘V，有F*V*dt=mV*dV

而V*dt=ds,V*dV=d(1/2V^2)

所以F*ds=d(1/2mV^2)

两边积分，得∫F*ds=(1/2)mV2^2-(1/2)mV1^2

外力做功的定义就是W=∫F*ds,所以动能定理证明完毕。

系统的动能定理

由质点的动能定理，我们还可以得出更一般的系统的动能定理.

系统各组分合外力做功的代数和等于系统各组分动能增量的代数和

∑(∑W)=∑(△Ek)

在大多数情况下，系统各组分之间相互做的功其代数和都是零，此时应用系统的动能定理更为方便.但当系统各组分之间相互做功的代数和不为零(如存在弹簧，相互引力、斥力等)的情况，应考虑内力做功，特别注意!

FScosα代表作用在运动质点上的合外力的功(α代表力和水平方向的夹角)。应从动能定理深入领会“功”和“动能”两个概念之间的区别和联系。动能是反映物体本身运动状态的物理量。物体的运动状态一定，能量也就唯一确定了，故能量是“状态量”，而功并不决定于物体的运动状态，而是和物体运动状态的变化过程，即能量变化的过程相对应的，所以功是“过程量”。功只能量度物体运动状态发生变化时，它的能量变化了多少，而不能量度物体在一定运动状态下所具有的能量，有的书上把动能定理称之为动能原理。对原理、定理区分不严格，本辞条按课本教材要求，称“动能定理”。此定理体现了功和动能之间的联系。称为定理的原因是因为它是从牛顿定律，经数学严格推导出来的，并不能扩大其应用范围。由于动能定理不涉及物体运动过程中的加速度和时间，不论物体运动的路径如何，因而在只涉及位置变化与速度的力学问题中，应用动能定理比直接运用牛顿第二定律要简单。

电池的种类及危害

1、电池的种类：电池主要有一次性电池、二次电池和汽车电池。一次性电池包括纽扣电池、普通锌锰干电池和碱电池，一次性电池多含汞。二次电池主要指充电电池，其中含有重金属镉。汽车废电池中含有酸和重金属铅。

2、废电池的危害：废弃在自然界电池中的汞会慢慢从电池中溢出来，进入土壤或水源，再通过农作物进入人体，损伤人的肾脏。在微生物的作用下，无机汞可以转化成甲基汞，聚集在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏，重者会发疯致死。著名的日本水俣病就是甲基汞所致。镉渗出污染土地和水体，最终进入人体使人的肝和肾受损，也会引起骨质松软，重者造成骨骼变形。汽车废电池中含有酸和重金属铅泄漏到自然界可引起土壤和水源污染，最终对人造成危害。

混合稀释模型

稀释作用的实质是污染物在水体中因扩散而降低了浓度，稀释并不能改变，也不能去除污染物质。但是对于特定水体的生态系统而言，当污染物浓度降低到一定程度后，其对该水生环境或从某种使用角度出发来考虑的水质的影响也就很小了，在一定程度上也就能够满足环境或人类的要求，也具有实际意义。

污染物质进入水体后，存在两种运动形式，一是由于水流的推动而产生的沿着水流前进方向的运动，称为推流或平流;另一是由于污染物质在水中浓度的差异而形成的污染物从高

浓度处向低浓度处的迁移，这一运动被称为扩散。废水排入河流后，由于推流和扩散作用，逐渐与河水相混合，污染物的浓度逐渐降低。推流和扩散是两种同时存在而又相互影响的运动形式，其综合作用的结果是污染物浓度由排放口至水体下游逐渐减低，即发生了稀释。研究水体的稀释作用时必须注意到，废水排入水体后并不能与全部河水完全混合。影响混合的因素很多，主要有;

(1)废水流量与河水流量的比值。比值越大，达到完全混合所需的时间就越长，或者说必须通过较长的距离，才能使废水与整个河流断面上的河水达到完全均匀的混合。

(2)废水排放口的形式。如废水在岸边集中一点排入水体，则达到完全混合所需的时间较长，如废水分散地

排放至河流中央，则达到完全混合所需的时间较短。

(3)河流的水文条件。如河流水深、流速、河床弯曲情况以及是否有急流、跌水等都会影响混合程度。显然，在没有达到完全混合的河道断面上，只有一部分河水参与了对废水的稀释。参与混合稀释的河水流量与河水总流量之比，称为混合系数。

河流的生化自净和氧垂曲线模型

有机污染物进入水体后在微生物作用下逐渐氧化分解为无机物质，从而使有机污染物的浓度大大减少的过程就是水体的生化自净作用。

生化自净作用需要消耗水中的溶解氧，所消耗的氧如得不到及时的补充，生化自净过程就要停止，水体水质就要恶化。因此，生化自净过程实际上包括了氧的消耗(耗氧)和氧的补充(复氧)两方面的作用。

氧的消耗过程主要决定于排入水体的有机污染质的数量，也要考虑排入水体中氨氮的数量，以及废水中无机性还原物质(如SO32-)的数量。氧的补充和恢复一般有以下两个途径：①大气中的氧向含氧不足(低于饱和溶解氧)的水体扩散，使水体中的溶解氧增加;②水生植物在阳光照射下进行光合作用放出氧气。

水体中有机污染物的种类繁多，不同污染物的毒性和危害也各不相同，因此，不能仅用水体中某一种或几种有机污染物的浓度大小来评价水体的污染程度，为此，在前一章中提出可以用一些综合的水质指标，如生化需氧量BOD 等来反映水体受有机物质污染的水平。BOD 值越高，说明水中有机污染物越多。因此，水体中有机污染物的生化自净过程，可以用水体的BOD 值随时间的衰减变化规律来反映。

若不考虑硝化作用、底泥的分解、水生植物的光合作用及有机物的沉降作用等，而将有机污染物的自净衰减过程简化为仅由好氧微生物参加的生化降解反应，并且认为这种反应符合一级反应动力学，那么：河流接受有机废水后，从受污点至下游各断面的累积耗氧量曲线、累积复氧量曲线和亏氧变化曲线(氧垂曲线)。受污染前，河水中的溶解氧几乎饱和，亏氧接近于零。在受到污染后，开始时河水中的有机物大量增加，好氧分解剧烈，耗氧速率超过复氧速率，河水中的溶解氧下降，亏氧量增加。

随着有机物因分解而减少，耗氧速率逐渐减慢，终于等于复氧速率，河水中的溶解氧达到最低点。接着，耗氧速率低于复氧速率，河水溶解氧逐渐回升。最后，河水溶解氧恢复或接近饱和状态。当有机物污染程度超过河流的自净能力时，河流将出现无氧河段，这时开始厌氧分解，河水出现黑色，产生臭气，河流的氧垂曲线发生中断现象。

氧垂曲线的形状会因排放的有机污染物量、废水和河水的流量、河道的弯曲情况、水流速度等因素而有一定的差别，例如当河流受到的污染负荷较轻时，最缺氧点距排放口的距离较远，其时的溶解氧浓度也较高; 当河流受到的污染负荷较重时，最缺氧点将很快出现，该点的溶解氧浓度也会很低。

当溶解氧低于4mg/L 时，河道中局部地段的鱼类生长将受到影响，当溶解氧达到零时，河水出现厌氧状态。这种情况下的氧垂曲线将是一条被横坐标切断的曲线，有时甚至不可能再通过复氧作用而重新出现溶解氧。这是最严重的水污染状况，此时的水体不仅将鱼虾绝迹，也将丧失一切使用功能。

重要的大气污染物

主要污染物：

粉尘(钢铁厂、冶炼厂、水泥厂、建筑材料厂等);

硫化物(民用炉、热点站、金属冶炼、硫酸厂);

氮化物(硝酸厂、氮肥厂、炸药厂);

氧化物(CO、CO2);

卤化物(氟化物、氯化物、制碱厂);

有机物质的污染。

(1)CO 占总污染量的30%主要来源：汽车排气占50%

危害：与血红蛋白结合危害人体，排量多会使空气中O2 量降低。

(2)NOx、NO、NO2 本身含氮变成游离氮原子和氧作用(燃NO)

来源：

①石化燃料的燃烧

高温下，大气中的氮和氧结合(热解NO)

NOx 生成量与燃烧温度有关

②各种工业过程(硝酸厂、氮肥厂、炸药厂等)

危害：

①光化学烟雾的主要成分;

②对动植物体有强的腐蚀性。

(3)碳氢化合物(HC)

来源：燃料燃烧不完全排放HC 化合物，汽车尾气中有10%HC 化合物。美国70 年

统计，在总HC 尾气中，汽车排气占48%。

危害：光化学烟雾的主要成分。

(4)硫氧化物

来源：

①燃料燃烧;

②有色金属冶炼;

③民用燃烧炉灶。

SO2 浓度：3.5%以上高浓度烟气

3.5%以下低浓度烟气

危害：①产生酸雨;②腐蚀生物的机体;③产生化学烟雾。

硫酸烟雾的代表事件：伦敦烟雾事件

(5)微尘

分类：气溶胶中0.1—1μm

烟0.1—1μm 降尘(>10μm)

尘10—100μm 飘尘(<10μm)v 雾1—10μm

危害：①引起呼吸道疾病;②致癌作用;③造成烟雾事件(硫酸等，SO2 之所以在大气中造成危害是由于大气中微尘带有一些Mn2+、Fe2+等催化剂使

(6)其他有害物质(石棉、铍、汞)

(7)光化学烟雾

光化学烟雾早在1946 年最早在洛杉矶发现，故又叫“洛杉矶烟雾”。这种烟雾经常发生在夏季和早秋季节，每次事件给人造成很大的灾难。光化学烟雾的机理在本世纪五十年代以前还不很清楚，1956 年首先由加利福尼亚工科大学哈根.斯特博士提出了光化学烟雾的理论，他认为洛杉矶型的烟雾事件主要由于汽车排出来的尾气中的NOx、HC 在强烈的太阳光作用下发生化学反应造成的。引起光化学烟雾的NO2 气><6211><1体可吸收

300—700nm(纳米)波长的光。其中 430nm 波长以下的紫外线光照射时，可使NO2 分解生成的原子氧很快又与空气中的O2 形成O3:按上式可计算出O3 浓度，实际上远比按上推导而得的结论高。

主要是：大气中存在由各种HC 化合物，最容易与O 原子、O2、O3、NO 进行反应生成一系列中间产物和最终产物。如形成光化学烟雾的HC 物为醛类时，其主要反应如下：大气中的一次污染物如汽车、工厂等排放的燃烧生成物和未燃烧物质经过太阳光的照射，各种污染物之间发生反应形成二次污染物——烟雾，被称为光化学烟雾。光化学烟雾的主要成分：O3、过氧酰硝酸酯、酮类、醛类各种活性很强的许多自由烃、氮类氧化物。

造成光化学烟雾的起始物：NO2

形成条件：阳光照射(光波2900—4200?)空气中存在HC 化合物(上午9 点—下午2 点)晴天，温度不太高