环境工程第三章
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第三章-1生物处理原理-环境工程学课件(1)
ATP循环 phosphorylation（磷 酸化）
通过ATP-ADP偶联反应贮存和利
分解代谢(catabolism)
使复杂的高分子物质、高能化 合物降解为简单的低分子、低能 量物质
能量逐级释放──产能代P合成：ADP的磷酸化──将能 量贮存于高能磷酸键中（ADP磷酸 化途径：底物水平磷酸化、电子传 递磷酸化、光合磷酸化） ATP的分解：ATP水解为ADP， 能量的利用(合成、生理活动)
一种废水处理方法。
有机物(需氧)——BOD
生物处理的目的——使废水 中可生物降解(或转化)的污染物 质稳定化或转化为易于从水中
分离的物质，从而使之被去除。
可生物降解的有毒物 (工业污染 物)——如酚、腈等
氮需氧物质——TKN、NH3等 植物营养物质——TN、TP、S等
概述
二、生物处理的类型和工艺系统
好氧生物处理与厌氧生物处理的比较：
好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构 筑物容积较小，且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、 低浓度的有机废水，或者说BOD5小于500mg/L的有机废水，基本采 用好氧生物处理。
由于厌氧生物处理不需曝气，故运行费用低，且剩余污泥量少， 可回收能量（CH4）等优点。其主要缺点是反应速度较慢，反应时 间较长，处理构筑物容积大等。此外，需维持较高的反应温度，就 要消耗能源。对于有机污泥和高浓度有机废水（一般 BOD5≥2000mg/L）可采用厌氧处理法。
概述
附着生长工艺系统(Attached growth process，attachedfilm，Biofilm process，生物膜法)
利用附着于各种填料(media)裁体(carrier)上的生物膜中的微生物群 体净化废水的工艺，是土壤自净过程的人工强化(工程化)，主要工艺 包括：生物滤池(Biological filter)、生物转盘(RBC Biodisk)、生物流 化床
环境工程原理第三章5-6节
流柱受力平衡 P1P2F0
p1
p2
4l d
s
p1p4 1 d2p 2p24 4d d22 sd sl d0 l
pf
4dls
8usm 2
l d
um 2
2
直管中的压力降是 流动阻力的体现
令： 8 s λ摩擦系数，与雷诺数和管壁粗糙
u
2 m
度有关精选的课件无量纲量。
pf
l
d
um2
2
Hf
l d
um2 2g
0.03 0.025
0.01 0.008 0.006
0.004
d 0.002
0.02 0.015
0.001 0.0008 0.0006 0.0004
0.0002
0.01 0.009
0.008
2 4 68 2
103
104
4 68
2 4 68
2
105
106
du 雷 诺 数 R精e选课件
0.0001 0.00005
（m 油柱）
精选课件
2、 湍流时的摩擦系数与量纲分析法 问题 层流阻力计算式根据理论推导，湍流质点脉动，
情况复杂得多，目前尚不能得到理论计算式。
解决 量纲分析法——化工中常用的研究方法，将几个 方法 变量组合成一个无量纲数群(如雷诺数Re由d、ρ、
u、μ四个变量组成的无量纲数群)，用无量纲数群 代替个别变量进行实验。
精选课件
【例】把20℃的苯从地下储罐送到高位槽，流量300L/min。高位槽 液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm无缝钢管，直管长 为15m，管路上装有一个底阀（按旋启式止回阀全开时计）、一个标 准弯头；泵排出管用φ57×3.5mm无缝钢管，直管长为50m，管路上 装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高 位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定, 求泵的轴功率。设 泵的效率为70%。
环境工程原理 第三章 第三节 流体流动的内摩擦力 第四节 边界层理论
3、牛顿粘性定律
实验证明，流体的内摩ห้องสมุดไป่ตู้力F与两层流体的速度差 du 成正比，与两层间的垂直距离 dy 成反比，与两层间 的接触面积A成正比，即
du F A dy
式中：F——内摩擦力，N；
(3.2.2)
du ——法向速度梯度，即在与流体流动方向相垂直的y方向流体 dy 速度的变化率，1/s；
μ——比例系数，称为流体粘度或动力粘度，Pa· s。
动性越小。流体的粘性是流体产生流动阻力的根源。
2、流体流动的内摩擦力 两块面积很大且相距很近 平行板，板间充满静止液 体。下板固定，对上板施 加恒定外力 F，上板以速 度 u 沿 x方向运动。 若u较小，则两板间液体会分成无数平行的薄层运动， 粘附在上板底面的一薄层流体以速度u随上板运动，其 下各层液体的速度依次降低，紧贴在下板表面的一层 液体速度为零，两平板之间的流速呈线性变化。 对相邻两层流体来说，上层速度大，下层速度小，前 者对后者起带动作用，而后者对前者起拖曳作用，流 体层之间的这种相互作用即是内摩擦力，流体的粘性 正是这种内摩擦力的表现。
一、流体的流动类型
1、两种流型－－层流和湍流
(1) 雷诺实验 将水箱A注满水，利用 溢水管H保持水箱中的
水位恒定，然后微微打
开玻璃管末端的调节阀
C，水流以很小速度沿
玻璃管流出。再打开颜 色水瓶D上的小阀K，使
颜色水沿细管E流入玻璃
管B中。
第三节 流体流动的内摩擦力
水流速从小到大，有色液体 变化如图所示。实验表明，流体 在管道中流动存在两种截然不同 的流型。 层流 ( 或滞流 ) ：图 (a) 水流很小 时管中颜色水质点仅沿着与管轴 平行的方向作直线运动，质点无 径向脉动，质点之间互不混合。
环境工程学（王玉恒）环境工程学第三章重点
第三章概述（1）污水生物处理的定义及其去除对象；水的生物化学处理法的概念：在人工创造的有利于微生物生命活动的环境中，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化分解污染物效率的一种水处理方法。
污水生物处理的目的：絮凝、沉淀和降解悬浮物；降解废水中的溶解性和胶体状有机物；去除营养元素氮和磷（2）污水生物处理的分类（溶解氧的需求不同、生长方式的不同）；需氧的不同：好氧生物处理；缺氧生物处理；厌氧生物处理微生物生长方式：悬浮生长法；附着生长法（3）好氧、缺氧及厌氧生物处理的定义；好氧生物处理：利用好氧微生物（包括兼性微生物）在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。
厌氧生物处理：是在厌氧条件下,形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件,利用这类微生物分解废水中的有机物并产生主要分成两种的过程。
缺氧生物处理暂无第一节废水处理生物学基础（1）参与净化污水的微生物的种类及各自的作用；净化污水的微生物：细菌（净化污水的第一和主要承担者）真菌——主要霉菌藻类：可提供氧气原生动物：可作指示生物小型后生动物：轮虫（好氧生物净化程度的有效指示生物）（2）微生物的新陈代谢过程；异化作用：能量的生产和获取的生物过程。
同化作用：细胞组织生产的生物过程。
内源呼吸：在新细胞合成与微生物增长过程中，除氧化一部分有机物以获得能量外，还有一部分微生物细胞物质也被氧化分解，并供应能量的过程。
（3）微生物生长的四个时期特点及其对实际生产的指导意义；延迟期：对于新投入运行生化反应池（曝气池），接种污泥对新的废水环境要经过一段时间的适应（启动阶段）。
适应期的长短，与接种活性污泥的性质和数量、废水性质、生长条件等因素有关。
对数期：处于对数生长期的污泥絮凝性较差，呈分散状态，镜检能看到较多的游离细菌，混合液沉淀后其上层液混浊，含有机物浓度较高，污泥沉降性能较差。
稳定期：当污水中有机物浓度较低，污泥浓度较高时，污泥则有可能处于稳定期，处于稳定期的活性污泥絮凝性和沉淀性能好，混合液沉淀后上层液清澈，以滤纸过滤时滤速快。
环境工程PPT课件
微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作 用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮 衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化 微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、 转化为氨态氮，以氨基酸为例：
RCH 2CN O H O H 2O H RCOH N C3H OOH
RC2 C HO N O O 2H R HCO C C 2 O N O3H OH
污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化，如果使氨
态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）
7.14g。对硝化菌的适宜的pH为8.0~8.4。
.
12
硝化过程的影响因素：
（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是 自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若 BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增 殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。
磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、
磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)
聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－) 、三磷酸盐(P3O105-)、
三磷酸氢. 盐(HP3O92-)
24
一般城市污水水质与排放要求
项目
CODcr BOD5
SS TKN(NH3-N)
TP
进水水质/（mg·L-1）
式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。 反硝化还原和微生物合成的总反应式为：
N 3 1 . 0 O C 3 O 8 H H H 0 .0 5 H 7 O 6 2 N 0 5 . 4 N 2 C 7 0.2 7 26 2 . O 4
从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过 程还原，4％经同化过程合成微生物。
混合液回流
N2
RCH 2CN O H O H 2O H RCOH N C3H OOH
RC2 C HO N O O 2H R HCO C C 2 O N O3H OH
污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化，如果使氨
态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）
7.14g。对硝化菌的适宜的pH为8.0~8.4。
.
12
硝化过程的影响因素：
（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是 自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若 BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增 殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。
磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、
磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)
聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－) 、三磷酸盐(P3O105-)、
三磷酸氢. 盐(HP3O92-)
24
一般城市污水水质与排放要求
项目
CODcr BOD5
SS TKN(NH3-N)
TP
进水水质/（mg·L-1）
式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。 反硝化还原和微生物合成的总反应式为：
N 3 1 . 0 O C 3 O 8 H H H 0 .0 5 H 7 O 6 2 N 0 5 . 4 N 2 C 7 0.2 7 26 2 . O 4
从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过 程还原，4％经同化过程合成微生物。
混合液回流
N2
环境工程导论 第3章 大气污染-王树众
②悬浮微粒：固体微粒（悬浮灰、尘、花粉、细菌、冰晶）、颗粒状液 体（水滴、云雾、）。影响大气的能见度，削弱太阳的辐射强度。 ③水蒸气：含量不大，构成天气现象（云、雾、雨、霜、露）。
2. 大气污染
国际标准化组织(ISO) 定义：“空气污染，通常是指由于人类活 动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境。”
度。）
空气过剩系数：实际空气量/理论空气量，用于固定装置。
空燃比A/F:空气量/燃料量（质量），用于移动装置。（汽油理论A/F ＝15，甲烷理论A/F＝17.2）。
良好的燃烧工况还必须满足以下三个基本条件（3T）：
①足够的温度。着火温度，燃烧维持较高温度。
②充足的时间。才能保证燃料的充分燃烬。
③充分的混合。混合不良将产生不完全燃烧产物，相当缺氧燃烧。用湍流 度衡量。
3. 雾(fog): 微小液体颗粒。水雾、油雾、酸雾、碱雾，＜100μm。 气象学中是指造成能见度＜l km的小水滴悬浮体。 气溶胶态污染物通常＜500μm。
＞100μm的颗粒易于沉降，造成的危害较小。
＜100μm的所有固体颗粒物：总悬浮微粒(TSP) ①飘尘: ＜l0μm，粒度小，质量轻，不易沉降；
(2) 液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：
① 煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边 聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的
空心焦粒；
②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大 的物质，结焦。
(3) 固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞
其明确了：
(1)形成大气污染的原因：自然因素、人为因素；(2)造成大气污染的必要条件：即污
2. 大气污染
国际标准化组织(ISO) 定义：“空气污染，通常是指由于人类活 动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境。”
度。）
空气过剩系数：实际空气量/理论空气量，用于固定装置。
空燃比A/F:空气量/燃料量（质量），用于移动装置。（汽油理论A/F ＝15，甲烷理论A/F＝17.2）。
良好的燃烧工况还必须满足以下三个基本条件（3T）：
①足够的温度。着火温度，燃烧维持较高温度。
②充足的时间。才能保证燃料的充分燃烬。
③充分的混合。混合不良将产生不完全燃烧产物，相当缺氧燃烧。用湍流 度衡量。
3. 雾(fog): 微小液体颗粒。水雾、油雾、酸雾、碱雾，＜100μm。 气象学中是指造成能见度＜l km的小水滴悬浮体。 气溶胶态污染物通常＜500μm。
＞100μm的颗粒易于沉降，造成的危害较小。
＜100μm的所有固体颗粒物：总悬浮微粒(TSP) ①飘尘: ＜l0μm，粒度小，质量轻，不易沉降；
(2) 液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：
① 煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边 聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的
空心焦粒；
②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大 的物质，结焦。
(3) 固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞
其明确了：
(1)形成大气污染的原因：自然因素、人为因素；(2)造成大气污染的必要条件：即污
环境工程设计基础第三章设计基础资料
城市环卫现状地形图[比例(1：1000)～(1：20000)]。 城市拟建垃圾收集点、中转站处的现状地形图， 比例(1：50)～(1：500) 。 气象资料。 城市能源现状和发展资料，垃圾收集点和中转站附近电源及输电、配电设施情况。 人均日产垃圾和城市日产垃圾现状资料。 垃圾分选的日工作小时数。 城市抗震设防、消防设施资料。 11垃圾的含水率、密度及主要成分 12垃圾的低位发热量。 13 城市垃圾处置场资料（地点、地形、植被、垃圾处理场岩土工程勘查报告），设计工程规模、所设计垃圾填埋场的服务年限。
⑩流动介质的腐蚀性能； ⑾其他有火资料，如水源、蒸汽参数、压缩空气参数以及粉体流态输送等。 7．与工艺配套项目设计资料 ①供电资料，如动力用电、照明用电、弱电装置用电； ②自动控制、仪器仪表、通讯联系等； 土建、通风呆暖、给排水、供热等资料； ④劳保保护、安全技术和消防等资料； ⑤原料供应、产品销售、总图运输等资料； ⑥概算、预算等经济指标资料。 三、设计规范 1.工艺方面的设计资料 ①工业废水、废气、废渣、生活污水等的排放标准； ②各类设备的国家标准； ③矿右、原材料的国家标准；
3．固体废物处理项目
最常见的固体废物处理项目为城市垃圾处理，可分为：城市垃圾收集线路设计、城市垃圾分选工艺设计、有机垃圾产沼气设计、垃圾堆肥厂设计、垃圾填埋场设计、垃圾焚烧厂设计等几类。就一般情况而言，城市垃圾处理项日应收集的资料如下，对不同类型的城市垃圾处理项目收集的设计资料应有所侧重； 设计城市内现有人口资料。 城市经济发展现状。 城市现有环卫设备、设施和城市环卫工程发展资料．城市环卫管理体制、街道卫生清扫、保洁及垃圾运输、堆放情况。
污染源调查通常涉及工业污染源调查、农业污染源调查、生活污染源调查，主要包括大气污染源、水污染源、噪声污染源、固体废物污染源等方面的内容。
环境工程原理第03章流体流动
pa
101.3
J/kg
E3 E2 所以药剂将自水槽流向管道
第一节 管道系统的衡算方程
本节思考题
（1）用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或 管径不变，则管径或流速如何变化？
（2）当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的 流速增加多少？
（3）拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化 和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并 说明该方程的适用条件。
p2d p p
p1
1
2
um2
+ gz +
p2 dp
p1
We
hf
1
2
um2
+
gz
+
p
We
hf
(3.1.16)
在流体输送过程中，流体的流态几乎都为湍流，令α＝1
1
2
um2
+
gz
+
p
We
hf
1
2
um2 1
+
um
1 A
udA
A
1 2
u
2
m
1 A
A
1 u2dA 2
1 2
u2
m
1 2
um2
由于工程上常采用平均速度，为了应用方便，引入动能
校正系数α，使
1 2
u2
m
1 2
um
2
α的值与速度分布有关，可利用速度分布曲线计算得到。经证
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i
3 i
)
1 3
4、几何平均粒径d4
ln d 4
n ln d n
i i
i
二、粒径分布
粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数（或 质量或表面积）所占的比例。 以颗粒的个数表示所占的比例时，称为个数分布； 以颗粒的质量（或表面积）表示时，称为质量分 布（或表面积分布）。 除尘技术中多采用粒径的质量分布。 下面以粒径分布测定数据的整理过程来说明粒径 分布的表示方法及相应定义。首先，介绍个数分 布，然后介绍质量分布及两者的换算关系。
0.931
0.145 144.7 27493 0.421 0.686 0.281
F pdp 和 0
dp
dp
0
pdp 1
个数频率密度分布曲线
在极限条件下，当 d p 0 时， p 0 ， F 0 ， d p / ddp 0 ； 当dp 时， p 0 ， F 1 ， d p / ddp 0 。F 曲线应是有一 拐点的“S”形曲线，拐点发生在频度 p 为最大值时对应的粒径处， 这一粒径称为众径 dd(=6.0m)，即此处：
3 pi 2 pi
1 g i / d pi
几何平均粒径：
d g (d1d 2 d 3 ......)
ln d g n ln d n
i i pi
1 N
• 对于频度分布曲线对称性的分布，如正 态分布，其众径dd、中位直径d50和算术 平均直径dL相等，即dd= d50=dL；对于 频度密度分布曲线是非对称性的分布， dd〈d50〈dL。 • 对于单分散气溶胶，所有颗粒的粒径相 同，dL= dg；否则dL〉dg。
例1
某种颗粒的原始个数分级数据如下表所 示，（1）计算该颗粒的个数频率fi、筛 下累积频率Fi和频率密度p；（2）按这 些数据变换为质量分布数据，即求出质 量频率gi、筛下累计频率Gi和频率密度q； （3）同时绘出相应的F、p、G和q的曲 线图；（4）计算长度平均粒径、表面积 平均粒径、体积平均粒径及表面－体积 平均粒径。
2 pi 1 2
1 2
平均立方根粒径d3，体积平均粒径
nd ( n
i
dV
3 pi
)
1 3
i
f d
i
3 1/ 3 pi
1 g /d3 i pi
1/ 3
表面积-体积粒径
d SV nd n d
i i 3 pi 2
pi
fd fd
i i
算术平均粒径dL
又称长度平均直径，是所有单一颗粒的 算术平均值。
dL
nd n
i
pi
i
f i d pi
g d
i
2 pi 3 pi
g
i
/d
平均平方根粒径d2，表面积粒径：
ds (
2 n d i pi
n
i
) (
1 2
g i / d pi fi d ) g /d3 i pi
0.092
0.061 0.422 34
5.2×10-4 5.2×10-4 3.5×10-4
0.253
0.201 6.86 960 0.015 0.016 0.019
0.460
0.230 20.79 3743 0.057 0.073 0.063
0.713
0.195 57.07 12555 0.192 0.265 0.148
质量筛下累积频率G和质量频率密度q也是粒径 dp的连续函数，由其定义式可得到：
G qddp
0
dp
和
dp
0
q dd p 1
质量累积频率G=0.5时对应的粒径dp50称为质量 中位直径表示颗粒群的某一物理特性和平均
尺寸的大小，往往需要求出颗粒群的平均粒径。 前面定义的众径dd和中位直径d50皆是常用的平 均粒径之一。此外还常常应用下面几种平均粒 径。
（一）单一颗粒粒径
对于球形颗粒，一般用三种方法定义粒径，即 投影径、几何当量径和物理当量径。 1.投影径 颗粒在显微镜下观察到的粒径。有四种表示方 法。 面积等分径dM（马丁 Martin径） 二等分颗粒投影面积的线段长度，常采用与底 边平行的等分线。
dL
定向径dF 颗粒投影面上两平行切 线之间的距离，常取与 底边平行的线段。 长径dL 不考虑方向的最大粒径。
计算结果
分级号i
粒径范围dp/µ m 颗粒个数ni/个 间隔中点粒径dpi/ µ m 间隔上限粒径/ µ m 粒径间隔Δdpi/ µ m 个数频率fi
1
0-1.5 80 0.75 1.5 1.5 0.092
2
1.5-2.3 140 1.90 2.3 0.8 0.161
3
180 2.75 3.2 0.9 0.207
4
220 3.85 4.5 1.3 0.253
5
4.5-6.0 190 5.25 6.0 1.5 0.218
6
6.0-8.0 60 7.00 8.0 2.0 0.069
总计
∑ni=870
2.3-3.2 3.2-4.5
∑fi=1.00
个数筛下累计频率Fi
个数频度p/ µ m-1 dpi3/ µ m3 nidpi3/ µ m3 质量频率gi 质量筛下累计频率Gi 质量频度q/ µ m-1
充分认识粉尘颗粒的大小等物理特性，是研 究颗粒的分离、沉降和捕集机理以及选择、 设计和使用除尘装置的基础。
本章讨论 颗粒的粒径分布； 除尘装置性能表示方法； 扼要介绍粉尘颗粒在各种力场中的空气动力学 行为——分离、沉降、捕集。
第一节 颗粒的粒径及粒径分布
一、颗粒的粒径 颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对 人和环境的危害也不同，而且对除尘装置的性 能影响很大，所以颗粒的大小是颗粒物的基本 特性之一。 若颗粒是球形的，则可用其直径作为颗粒的代 表性尺寸。但实际颗粒的形状多是不规则的， 所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小 的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒经。 粒径分单颗粒粒径和颗粒的平均粒径。
dp d F 0 2 dd p dd p
累积频率F=0.5时对应的粒径d50称为个数中位粒径 （NMD）。
2
（二）质量分布
以颗粒个数给出的粒径分布数据，可以转 换为以颗粒质量表示的粒径分布数据，或 者进行相反的换算。 这是根据假设：所有颗粒都具有相同的密 度，而且颗粒的质量与其粒径的立方成正 比。 于是，可以个数分布的定义按质量给出频 率、筛下累积频率和频率密度的定义式。
算术平均粒径dL=11.8 m 中位粒径d50=9.0 m 众径dd=6.0 m 几何平均粒径dg=8.96 m
颗粒个数分布直方图
2．个数筛下累积频率
为小于第I间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总 个数之比（百分比），即
Fi
n n
N
N
i
i
或
i
Fi f i
i
FN f i 1
第i级颗粒发生的质量频率定义为：
ni d mi gi N mi ni d 3pi
小于第I间隔上限粒径的所有颗粒发生的质 量频率，即质量筛下累积频率：
Gi g i
i
3 pi
N
i
ni d 3 pi
3 n d i pi
GN g i 1
i
质量频率密度：
dG qi dd p
（一）、个数分布
1.个数频率 指粒径由dP至dP +dP之间的颗粒个数ni与颗粒总 个数N=ni之比(或百分比)，即
ni fi ni
f
N
i
1
颗粒个数分布的测定数据及其计算结果
分级号 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 总计 粒径范围 dp/m 0 4 4 6 6 8 8 9 9 10 10 14 14 16 16 20 20 35 35 50 >50 颗粒个数 n i /个 104 160 161 75 67 186 61 79 103 4 0 1000 频率 fi 0.104 0.160 0.161 0.075 0.067 0.186 0.061 0.079 0.103 0.004 0.00 1.000 间隔上限 粒径/m 4 6 8 9 10 14 16 20 35 50 筛下累 积频率Fi 0.104 0.264 0.452 0.500 0.567 0.753 0.814 0.893 0.996 1.000 1.000 粒径间隔 dPi /m 4 2 2 1 1 4 2 4 15 15 频率密度 p/ m -1 0.026 0.080 0.0805 0.075 0.067 0.0465 0.0305 0.0197 0.0068 0.003 0.00
dL
nd n
i
pi
i
di：单一颗粒的粒径，m；ni：相应于该颗粒的粒子个数，个。
2、平均平方根粒径d2 相当于按表面积计算的平均粒径。常用于研 究吸附现象和能见度等。 2 1
d2
3、平均立方根粒径d3 相当于按体积计算的平均粒径
d3 (
nd ( n
i i
i
)2
ni d n
等体积径dV 与颗粒体积相等的球形颗粒的直径 。
V
6
d
3 V
dV (
6V
) 1.24V
1 3
1 3
V——颗粒的体积，m3。
3.物理当量径 指与颗粒的某一物理量相同的球形颗粒的直径。
自由沉降径dt 指在同一气体中，与颗粒密度相同，沉降速度相同 的球体的直径。 斯托克斯（stokes）径ds 指颗粒在沉降时的雷诺数Rep≤1时自由沉降径。若 已知沉降速度us可计算ds为
3 i
)
1 3
4、几何平均粒径d4
ln d 4
n ln d n
i i
i
二、粒径分布
粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数（或 质量或表面积）所占的比例。 以颗粒的个数表示所占的比例时，称为个数分布； 以颗粒的质量（或表面积）表示时，称为质量分 布（或表面积分布）。 除尘技术中多采用粒径的质量分布。 下面以粒径分布测定数据的整理过程来说明粒径 分布的表示方法及相应定义。首先，介绍个数分 布，然后介绍质量分布及两者的换算关系。
0.931
0.145 144.7 27493 0.421 0.686 0.281
F pdp 和 0
dp
dp
0
pdp 1
个数频率密度分布曲线
在极限条件下，当 d p 0 时， p 0 ， F 0 ， d p / ddp 0 ； 当dp 时， p 0 ， F 1 ， d p / ddp 0 。F 曲线应是有一 拐点的“S”形曲线，拐点发生在频度 p 为最大值时对应的粒径处， 这一粒径称为众径 dd(=6.0m)，即此处：
3 pi 2 pi
1 g i / d pi
几何平均粒径：
d g (d1d 2 d 3 ......)
ln d g n ln d n
i i pi
1 N
• 对于频度分布曲线对称性的分布，如正 态分布，其众径dd、中位直径d50和算术 平均直径dL相等，即dd= d50=dL；对于 频度密度分布曲线是非对称性的分布， dd〈d50〈dL。 • 对于单分散气溶胶，所有颗粒的粒径相 同，dL= dg；否则dL〉dg。
例1
某种颗粒的原始个数分级数据如下表所 示，（1）计算该颗粒的个数频率fi、筛 下累积频率Fi和频率密度p；（2）按这 些数据变换为质量分布数据，即求出质 量频率gi、筛下累计频率Gi和频率密度q； （3）同时绘出相应的F、p、G和q的曲 线图；（4）计算长度平均粒径、表面积 平均粒径、体积平均粒径及表面－体积 平均粒径。
2 pi 1 2
1 2
平均立方根粒径d3，体积平均粒径
nd ( n
i
dV
3 pi
)
1 3
i
f d
i
3 1/ 3 pi
1 g /d3 i pi
1/ 3
表面积-体积粒径
d SV nd n d
i i 3 pi 2
pi
fd fd
i i
算术平均粒径dL
又称长度平均直径，是所有单一颗粒的 算术平均值。
dL
nd n
i
pi
i
f i d pi
g d
i
2 pi 3 pi
g
i
/d
平均平方根粒径d2，表面积粒径：
ds (
2 n d i pi
n
i
) (
1 2
g i / d pi fi d ) g /d3 i pi
0.092
0.061 0.422 34
5.2×10-4 5.2×10-4 3.5×10-4
0.253
0.201 6.86 960 0.015 0.016 0.019
0.460
0.230 20.79 3743 0.057 0.073 0.063
0.713
0.195 57.07 12555 0.192 0.265 0.148
质量筛下累积频率G和质量频率密度q也是粒径 dp的连续函数，由其定义式可得到：
G qddp
0
dp
和
dp
0
q dd p 1
质量累积频率G=0.5时对应的粒径dp50称为质量 中位直径表示颗粒群的某一物理特性和平均
尺寸的大小，往往需要求出颗粒群的平均粒径。 前面定义的众径dd和中位直径d50皆是常用的平 均粒径之一。此外还常常应用下面几种平均粒 径。
（一）单一颗粒粒径
对于球形颗粒，一般用三种方法定义粒径，即 投影径、几何当量径和物理当量径。 1.投影径 颗粒在显微镜下观察到的粒径。有四种表示方 法。 面积等分径dM（马丁 Martin径） 二等分颗粒投影面积的线段长度，常采用与底 边平行的等分线。
dL
定向径dF 颗粒投影面上两平行切 线之间的距离，常取与 底边平行的线段。 长径dL 不考虑方向的最大粒径。
计算结果
分级号i
粒径范围dp/µ m 颗粒个数ni/个 间隔中点粒径dpi/ µ m 间隔上限粒径/ µ m 粒径间隔Δdpi/ µ m 个数频率fi
1
0-1.5 80 0.75 1.5 1.5 0.092
2
1.5-2.3 140 1.90 2.3 0.8 0.161
3
180 2.75 3.2 0.9 0.207
4
220 3.85 4.5 1.3 0.253
5
4.5-6.0 190 5.25 6.0 1.5 0.218
6
6.0-8.0 60 7.00 8.0 2.0 0.069
总计
∑ni=870
2.3-3.2 3.2-4.5
∑fi=1.00
个数筛下累计频率Fi
个数频度p/ µ m-1 dpi3/ µ m3 nidpi3/ µ m3 质量频率gi 质量筛下累计频率Gi 质量频度q/ µ m-1
充分认识粉尘颗粒的大小等物理特性，是研 究颗粒的分离、沉降和捕集机理以及选择、 设计和使用除尘装置的基础。
本章讨论 颗粒的粒径分布； 除尘装置性能表示方法； 扼要介绍粉尘颗粒在各种力场中的空气动力学 行为——分离、沉降、捕集。
第一节 颗粒的粒径及粒径分布
一、颗粒的粒径 颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对 人和环境的危害也不同，而且对除尘装置的性 能影响很大，所以颗粒的大小是颗粒物的基本 特性之一。 若颗粒是球形的，则可用其直径作为颗粒的代 表性尺寸。但实际颗粒的形状多是不规则的， 所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小 的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒经。 粒径分单颗粒粒径和颗粒的平均粒径。
dp d F 0 2 dd p dd p
累积频率F=0.5时对应的粒径d50称为个数中位粒径 （NMD）。
2
（二）质量分布
以颗粒个数给出的粒径分布数据，可以转 换为以颗粒质量表示的粒径分布数据，或 者进行相反的换算。 这是根据假设：所有颗粒都具有相同的密 度，而且颗粒的质量与其粒径的立方成正 比。 于是，可以个数分布的定义按质量给出频 率、筛下累积频率和频率密度的定义式。
算术平均粒径dL=11.8 m 中位粒径d50=9.0 m 众径dd=6.0 m 几何平均粒径dg=8.96 m
颗粒个数分布直方图
2．个数筛下累积频率
为小于第I间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总 个数之比（百分比），即
Fi
n n
N
N
i
i
或
i
Fi f i
i
FN f i 1
第i级颗粒发生的质量频率定义为：
ni d mi gi N mi ni d 3pi
小于第I间隔上限粒径的所有颗粒发生的质 量频率，即质量筛下累积频率：
Gi g i
i
3 pi
N
i
ni d 3 pi
3 n d i pi
GN g i 1
i
质量频率密度：
dG qi dd p
（一）、个数分布
1.个数频率 指粒径由dP至dP +dP之间的颗粒个数ni与颗粒总 个数N=ni之比(或百分比)，即
ni fi ni
f
N
i
1
颗粒个数分布的测定数据及其计算结果
分级号 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 总计 粒径范围 dp/m 0 4 4 6 6 8 8 9 9 10 10 14 14 16 16 20 20 35 35 50 >50 颗粒个数 n i /个 104 160 161 75 67 186 61 79 103 4 0 1000 频率 fi 0.104 0.160 0.161 0.075 0.067 0.186 0.061 0.079 0.103 0.004 0.00 1.000 间隔上限 粒径/m 4 6 8 9 10 14 16 20 35 50 筛下累 积频率Fi 0.104 0.264 0.452 0.500 0.567 0.753 0.814 0.893 0.996 1.000 1.000 粒径间隔 dPi /m 4 2 2 1 1 4 2 4 15 15 频率密度 p/ m -1 0.026 0.080 0.0805 0.075 0.067 0.0465 0.0305 0.0197 0.0068 0.003 0.00
dL
nd n
i
pi
i
di：单一颗粒的粒径，m；ni：相应于该颗粒的粒子个数，个。
2、平均平方根粒径d2 相当于按表面积计算的平均粒径。常用于研 究吸附现象和能见度等。 2 1
d2
3、平均立方根粒径d3 相当于按体积计算的平均粒径
d3 (
nd ( n
i i
i
)2
ni d n
等体积径dV 与颗粒体积相等的球形颗粒的直径 。
V
6
d
3 V
dV (
6V
) 1.24V
1 3
1 3
V——颗粒的体积，m3。
3.物理当量径 指与颗粒的某一物理量相同的球形颗粒的直径。
自由沉降径dt 指在同一气体中，与颗粒密度相同，沉降速度相同 的球体的直径。 斯托克斯（stokes）径ds 指颗粒在沉降时的雷诺数Rep≤1时自由沉降径。若 已知沉降速度us可计算ds为