环境工程原理第10章其他分离过程共122页
环境工程原理要点
第一章 绪论1、环境净化与污染控制技术原理：稀释：降低污染物浓度的一种方法，以减轻污染物对生物和人体的短期毒害作用。
隔离：将污染物或者是污染介质隔离，从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染进一步扩大。
分离：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。
转化：利用化学或生物反应，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。
第二章 质量衡算1、当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，而不随时间变化，称为稳态系统；当上述物理量不仅随位置变化，而且随时间变化时，则称为非稳态系统。
稳态过程的数学特征是：0t=∂∂ ，即物理量只是空间坐标的函数，与时间t 无关。
2、质量平衡关系式：输入速率-输出速率+转化速率=积累速率；即dt dm qm qm -qm r 21=+； 稳态非反应系统：21qm qm =第三章 流体流动1、层流：当流体流速较小时，处于管内不同径向位置的流体微团各自以确定的速率沿轴向分层运动，层间流体互不掺混，不存在径向流速，这种流动形态称为层流或滞流。
稳态流动下，流量不随时间变化，管内各点的流速也不随时间变化。
2、紊流：当流体流速增大到某个值之后，各层流体相互掺混，应用激光测速仪可以检测到，此时流体流经空间固定点的速率随时间不规则地变化，流体微团以较高的频率发生各个方向的脉动，这种流动形态称为湍流或紊流。
脉动是湍流流动最基本的特征。
3、雷诺数：流体的流动状况不仅与流体的流速u 有关，而且与流体的密度ρ、黏度μ和流道的几何尺寸有关。
雷诺将这些因素组成一个量纲为1的数，用以判别流体的流动形态，称为雷诺数Re ，即μρuL Re =。
式中：u ——特征速度，m/s ；L ——特征尺寸，对于圆管，常采用管内径d ，m 。
雷诺数综合反映了流体的物理属性、流场的几何特征和流动速率对流体运动特征的影响。
胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第十章 其他分离过程【圣才出品】
主要用于水处理，通常用于萃取工业废水中有回收价值的溶解性物质，如
环境工程 从染料废水中提取有用染料、从洗毛废水中提取羊毛脂、从含酚废水中萃
取回收酚等
2．萃取过程的热力学基础
（1）三角形相图
在萃取操作中，三组分混合物的组成通常可以用等边三角形或直角三角形来表示，如
图 10-4 所示。三角形的 3 个顶点 A、B、S 各代表一种纯组分，习惯上分别表示纯溶质相、
子交换树脂对溶液中 B＋的亲和程度和离子交换反应的进行方向。
①一价离子之间的交换
一价离子对一价离子的交换反应通式可以写为
a．当离子交换达到平衡时，平衡常数为
式中，
为树脂相中的离子浓度，kmol/m3；
（10-1） 为溶液中
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的离子浓度，kmol/m3。
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第十章 其他分离过程
10.1 复习笔记
【知识框架】
其他分离过程
离子交换剂概述
离子交换 离子交换基本原理
离子交换速率
萃取分离的特点
三角形相图
萃取过程的热力学基础 溶解度曲线与连接线
萃取
杠杆规则
分配曲线与分配系数
萃取剂的选择
萃取过程的流程和计算
膜分离概述
膜分离过程中的传递过程
反渗透和纳滤
膜分离 微滤和超滤
电渗析
气体膜分离
其他膜分离
渗透汽化
【重点难点归纳】
一、离子交换
1．离子交换剂概述
（1）离子交换剂的分类
离子交换剂一般是指具有离子交换功能的物质，包括有机离子交换剂（天然的和合成
的）和无机离子交换剂（如沸石等）。水处理中常用人工合成的离子交换树脂，其分类见表
环境工程原理知识重点归纳
环境工程原理知识重点归纳第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。
4.简述废物资源化的技术体系。
5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。
4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是甚么？4.以所有组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有甚么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。
4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第四章热量传递第一节热量传递的方式1.甚么是热传导？2.甚么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和天然对流传热的实例。
3.简述辐射传热的过程及其特性4.试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。
5.若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？第二节热传导1.简述傅立叶定律的意义和适用条件。
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02
该原理是环境工程学的基础，用于指导如何减少污染物的排放和合理利用资源。
03
物质平衡原理的应用包括物料平衡计算、污染物排放控制和废物资源化等方面。
04
在实际应用中，需要考虑不同物质特性和系统边界条件，以确，指导如何合理利用环境的自净能力，降低污染物对环境的影响。
挥发性有机物控制
通过吸附、冷凝、燃烧等技术处理挥发性有机物，以减少其对空气的污染。
颗粒物控制
通过过滤、吸附、静电除尘等技术去除空气中的颗粒物，如PM2.5和PM10。
填埋法
将固体废物填入地下进行处置，需选择合适的场地和防渗措施。
焚烧法
通过高温焚烧将固体废物转化为灰烬和气体，可回收热能和减少体积。
堆肥法
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目录
环境工程学概述环境工程学原理环境工程学技术与方法环境工程学实践与应用环境工程学未来发展与挑战
01
CHAPTER
环境工程学概述
总结词
基本定义与特性
详细描述
环境工程学是一门研究如何保护和改善环境的学科，它涉及到自然环境与人类活动之间的相互作用，以及如何利用工程技术手段解决环境问题。环境工程学具有综合性、系统性、实践性和跨学科性的特点。
03
工业固体废物处理
采用资源化利用、压缩减量、填埋等方式，对工业固体废物进行合理处置。
01
工业废水处理
针对不同工业废水的特点，采用物理、化学、生物等方法进行处理，减少废水对环境的污染。
02
工业废气处理
通过除尘、脱硫、脱硝等技术，对工业废气进行治理，减少废气对大气环境的污染。
通过水体保护、水域生态修复等措施，保护流域水资源的安全与可持续利用。
资源化原则的应用包括废物回收、废物再利用和废物转化为能源等方面。
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环境破坏的原因：
人类不但在环境中生存，还同时利用和改造着环境。 近百年来，人类这种利用和改造环境的活动是巨大的：
氯
，而
O
会产生激发态氧原子
3
(O) ，如果 (O) 遇到具有催化活性的基
团、原子或分子，就会 发生化学反应而被消耗掉 。因而 減少了臭氧
量，形成「臭氧洞」。
这种反应活化能很小，反应快速，可循环反应多次， 一个氯原子
可以破坏 10万个O3 。
Cl＋O →ClO＋O ， ClO＋O→Cl＋O
3
2
2
臭氧 減少後， 紫外 線照射到地表的量 會增加 ，危及地表生物的生存。
社会环境——人们生活的社会经济制度和上层建筑的环境 条件。如经济基础、政治制度、法律制度、教育、文 化艺术。
自然环境——人们赖以生存和发展的物质条件，即自然界。 包括：空气、水、土壤、动植物等。各组成不同，又 可分为不同的地理环境：大气圈、水圈、土壤圈、岩 石圈、生物圈、地质和宇宙环境。
我们这里所说的环境主要是人类生存环境，主要指自然环 境，尤其是生物圈。
近100年来，中国平均地表气温明显升高，升温幅度约为 0.5－0.8℃；
近50年中国增暖尤其明显，我国 平均地表气温增加 1.1℃，增温速率
为0.22
℃／10
年，明显高于全球或北半球同期平均增温速率。
自
(
1905
年以来中国地表年平均气温明显增暖 ,升高幅度约为 0.79 ℃,增温速率约为
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第六章：环保法规和标准
环保法规的分类和内容 环保标准的分类和含义 环保法规和标准对环保工程的影响
介绍环保法规的分类和内容，如大气污染防治法 和水污染防治法等。
解释环保标准的分类和含义，如排放标准和水质 标准等。
分析环保法规和标准对环保工程的影响和指导作 用，如规范了环境污染治理和工程设计。
结尾
通过学习环境工程学原理，我们能够更好地了解和应对环境污染问题。 展望环保的未来发展与趋势，共同努力构建美丽的地球家园。
探讨环境污染的主要来源，如工业排放、交通尾气等，并分析其对环境的影响。
环境治理的概念和目标
介绍环境治理的概念和目标，包括保护环境、减少污染、提高环境质量等。
第二章：水污染与治理
1
水污染类型及特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讨论水污染的不同类型，如有机污染物、重金属等，并解释其特征和危害。
2
水污染控制和治理方法
介绍水污染的控制和治理方法，如生物处理、化学处理和物理处理等。
3
水资源管理与保护
探讨水资源的管理和保护方法，如节水措施、水资源评估和保护政策等。
第三章：大气污染与治理
大气污染的形成和发展
解释大气污染的形成原因，如工 业排放、汽车尾气和燃煤等，并 分析其对环境和健康的影响。
大气污染控制和预防方法
介绍大气污染的控制和预防方法， 包括废气净化技术和排放标准等。
大气污染对人类健康和生 态环境的影响
分析大气污染对人类健康的影响， 如呼吸系统疾病和心血管疾病， 并探讨其对生态环境造成的危害。
第四章：土壤污染与治理
1 土壤污染的特点和分类
阐述土壤污染的特点和不同类型，如重金属污染、农药残留等。
2 土壤污染的来源和影响
环境工程原理习题集胡洪营版－完整答案
“十五”国家级规划教材《环境工程原理》配套教材环境工程原理习题集胡洪营黄霞张旭等编著高等教育出版社2006年8月内容提要本书是“十五”国家级规划教材《环境工程原理》的配套教材，内容包括习题解答、思考题和综合练习题3部分。
习题解答部分对《环境工程原理》教材中的习题进行了较为详细的解答，其主要目的是训练学生的基本设计计算能力并为学生自学提供参考；思考题部分的主要目的是加强学生对基本概念、基本原理和基本过程的理解；综合习题部分的主要目的是训练学生的知识综合应用能力和解决问题的能力。
本教材适用于环境工程、环境科学、给水排水工程以及其他相关专业本科生，也可作为相关专业研究生参考书。
前言《环境工程原理习题解答》是“十五”国家级规划教材《环境工程原理》的配套教材。
“环境工程原理”课程是教育部“高等学校环境工程教学指导委员会”规定的高等学校环境工程专业新的核心课程。
《环境工程原理》教材是与该课程配套的国内第一本本科教材，由清华大学从事“环境工程原理”课程教学的一线教师在讲义的基础上编写而成，已经于2005年8月由高等教育出版社正式出版。
“环境工程原理”课程自2003年在清华大学首次开设以来，开设该课程的院校逐步增加。
《环境工程原理习题解答》是为了适应日益增长的“环境工程原理”课程教学需要而编写的。
本教材适用于环境工程、环境科学、给水排水工程及其它相关专业本科生，也可作为研究生参考。
也可作为研究生考试的复习参考资料。
本教材的主要内容包括以下三部分，所用符号与《环境工程原理》教材相同：第一篇：《环境工程原理》教材各章后的习题解答（参考答案）第二篇：思考题第三篇：综合练习题本教材第一篇和第二篇的主要编写人员如下：第一章、第十一章～第十五章：胡洪营、吴乾元、王丽莎第二章～第五章：张旭、王灿、陆松柳第六章～第十章：黄霞、刘春第三篇的编写人员为：一、环境工程原理基础：张旭二、分离工程原理：黄霞三、反应工程原理：胡洪营高等教育出版社的陈文副编审、陈海柳编辑为该教材的出版付出了大量心血。
环境工程原理
专业核心课程（9门）及教学基本要求 • • • • • • • • • 环境监测 环境工程微生物学 环境工程原理 水污染控制工程 大气污染控制工程 固体废物处理与处置 物理性污染控制工程 环境规划与管理 环境评价
一、“环境工程原理” 的定位与重要性
全国工程教育专业认证标准（试行）
工程学基础：阐述工程学的基本概念和基本理 论，包括物料与能量守恒原理以及热量与 质量传递过程的基本理论等。
分离过程原理：阐述沉淀、过滤、吸收、吸附、
离子交换、膜分离等基本分离过程的机理
和基本设计计算理论。
转化过程原理（反应工程原理）：主要阐述化 学与生物反应计量学及动力学、各类化学
与生物反应器的解析与设计理论等。
三、“环境工程原理”课程与教学资源建设
胡洪营、张旭、
黄 霞、王伟合编
郝吉明教授主审
审稿委员会：
郝吉明教授 姚重华教授 金毓荃教授 陈杰瑢教授
三、“环境工程原理”课程与教学资源建设
环境工程专业补充标准
全国工程教育专业认证专家委员会（2009年5月）
3．1．3专业基础类课程（至少11学分） （1）环境科学概论 · · ·· · · （2）环境工程原理或化工原理 主要包括物料与能量衡 算的基本理论和方法、流体流动以及热量和质量传递 的基本理论；各种典型单元操作的基本原理、计算及 设备，如：沉淀、过滤、吸附、吸收、离子交换、萃 取和膜分离等；典型化学和微生物反应的计量学、动 力学及其研究方法、环境工程中各类化学和生物反应 器的操作原理、基本结构及设计计算方法等。
一、“环境工程原理” 的定位与重要性
课程定位与重要性：
环境工程专业本科生专业基础课（必修）
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第一节 离子交换 二、离子交换基本原理
（二）离子交换平衡和选择性系数
1.一价离子之间的交换 离子交换平衡是在一定温度下，经过一定时间，离
子交换体系中固态的树脂相和溶液相之间的离子交换反 应达到的平衡。 一价离子对一价离子的交换反应通式：
R A B 噲 垐 ? ?R B A （10.1.16）
第一节 离子交换
（2）强酸或弱碱的中和反应
R C O O H N a O H 噲 垐 ? ? R C O O N a H 2 O （10.1.12） R N H 2 O H N H 4 C l噲 垐 ? ? R N H 2 C l N H 4 O H （10.1.13）
（3）复分解反应
R ( C O O N a ) 2 C a C l 2 噲 垐 ? ? R ( C O O ) 2 C a 2 N a C l（10.1.14） R N H 2 C l N a N O 3 噲 垐 ? ? R N H 2 N O 3 N a C l （10.1.15）
工作交换容量：指树脂在给定工作条件下实际可利用 的交换能力。
第一节 离子交换
（6）选择性 树脂选择性是指离子交换树脂对不同离子亲和力强弱
的反应。 影响离子交换树脂选择性的因素： 离子的水化半径：离子在水溶液中通常发生水化作用，
离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表征。水化半径 越小的离子越易被交换。
活性基团遇水电离，分成：固定部分和活动部分
第一节 离子交换
（三）离子交换树脂的物理化学性质
（1）交联度 交联度是指交联剂的用量（用质量分数表示）
（2）粒度 离子交换树脂通常为球形
（3）密度 真密度和视密度
（4）溶胀性 （5）交换容量
全交换容量：指单位质量（或体积）的树脂中可以交 换的化学基团的总数，亦称理论交换容量。
离子交换树脂分类方法多种： （1）按物理结构：可分为凝胶型、大孔型和等孔型。 （2）按合成单体：可分为苯乙烯系、酚醛系和丙烯系等。 （3）按活性基团性质：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂等。
第一节 离子交换
（二）离子交换树脂的结构
离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物， 由空间网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性 基团所构成。
第十章 其他分离过程
本章主要内容
第一节 离子交换 第二节 萃取 第三节 膜分离
第一节 离子交换
本节的主要内容
一、离子交换剂概述 二、离子交换基本原理 三、离子交换速度
第一节 离子交换
一、离子交换剂概述
（一）离子交换剂的分类
一般将具有离子交换功能的物质称为离子交换剂。离 子交换剂可以是任何物质，包括有机离子交换剂（天然的和 合成的）和无机离子交换剂（如沸石等）。
（10.1.8）
R ( N C l ) N a 2 S O 4 噲 垐 ? ? R ( N ) 2 S O 4 2 N a C l （10.1.9）
3.弱型树脂的交换反应
弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂
（1）非中性盐的分解反应
R ( C O O H ) 2 C a ( H C O 3 ) 2 噲 垐 ? ? R ( C O O ) 2 C a 2 H 2 C O 3 （10.1.10） R N H 2 O H N H 4 C l噲 垐 ? ? R N H 2 C l N H 4 O H（10.1.11）
（2）中和反应
R S O 3 H N a O H 噲 垐 ? ?R S O 3 N a H 2 O （10.1.6） R N O H H C l噲 垐 ? ?R N C l H 2 O （10.1.7）
第一节 离子交换
（3）复分解反应
R ( S O 3 N a ) 2 C a C l2 噲 垐 ? ? R S O 3 C a 2 N a C l
离子的化合价：离子的化合价越高，其与树脂的亲和 力越强，越易被树脂交换。
第一节 离子交换
二、离子交换基本原理
（一）离子交换反应
1.可逆反应 固态树脂和溶液接触的界面发生可逆离子交换。
含Ca2＋的硬水通过RNa型树脂：
2 R N a C a 2 R 2 C a 2 N a
食盐水使树脂再生：
R 2 C a 2 N a 1 2 R N a C a 2
则：xB＝cB/c0，yB＝qB/q0
第一节 离子交换
式（10.1.17）变为
KB A
yB(1 xB) xB(1 yB)
（10.1.18）
如果
K B A
f
1 ，则B+优先交换到树脂相，并且随 K
B A
的增加，
yB增加显著。反之，如果
K B A
第一节 离子交换
选择性系数亦可用离子摩尔分数来表示。
c0 [A ] [B ] cB [B ] q0 [R A] [R B ] qB [R B ]
（10.1.18）
式中：c0—溶液中两种交换离子的总浓度，kmol/m3； cB —溶液中B+离子的总浓度， kmol/m3； q0—树脂全交换容量，kmol/m3； qB —树脂中B+离子浓度， kmol/m3。
第一节 离子交换
当离子交换达到平衡时，平衡常数为
KB A
RBARB RA式中： R A ， R B —树脂相中的离子浓度，kmol/m3；
A ， B —溶液中的离子浓度，kmol/m3；
平衡常数亦称为离子交换树脂的选择性系数，表示离子 交换树脂对溶液中B+的亲和程度和离子交换反应的进行 方向。如果选择性系数大于1，说明树脂对B+的亲和力 大于对A+的亲和力，离子交换反应向右进行。
反应式可写为：
2 R N a C a 2 噲 垐 再 交 垎 生 换 垐 ? ?R 2 C a 2 N a
（10.1.1） （10.1.2） （10.1.3）
第一节 离子交换
2.强型树脂的交换反应 强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂 （1）中性盐分解反应
R S O 3 H N a C l噲 垐 ? ?R S O 3 N a H C l （10.1.4） R N O H N a C l噲 垐 ? ? R N C l N a O H （10.1.5）