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環境工程原理

Principles of Environmental Engineering

課程編号：03600048j

适用專業：環境科學、環境工程

總學時數：48      

總學分：3

課程類型：專業基礎課

先修課程：普通化學、有機化學、環境科學概論類課程

大綱主撰人：代英傑

                     内容簡介

《環境工程原理》是環境工程、環境科學等相關專業的主幹專業基礎課，主要講述水處理工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理處置工程等環境污染防治以及生态修複工程中涉及的具有共性的基本現象和基本過程的基本原理。主要内容包括環境工程原理基礎和分離過程原理。環境工程原理基礎部分主要講述物料與能量守恒原理、傳遞過程等。分離過程原理部分主要講述沉澱、過濾、吸收、吸附的基本原理。課程系統地分析和歸納了水處理工程、大氣污染控制工程、固體廢物處理工程、污染環境淨化系統等所涉及的技術理論，提煉出具有共性的基本原理、現象和過程，進行系統、深入地闡述，其内容主要包括環境工程和分離過程基礎原理。該課程為培養學生分析和解決環境工程問題的能力、進行環境工程的設計、科研及技術管理打下必要的基礎。

                     教學大綱

課堂講授部分

（一）分章節列出标題、各章節要點及授課時數

第一章緒論                                                               4學時                        

主要内容：污染物及其處理方法、原理和主要去除對象

重點與難點（帶*既是重點又是難點，其餘為重點，下同）：水、大氣、土壤固體廢棄物、物理性污染等所包含的内容、主要處理技術*、污染控制技術的原理*和去除對象，

第二章質量衡算與能量衡算                                              2學時

主要内容：常用物理量的表示方法及其單位換算關系、質量衡算的計本概念、基本方法、質量衡算與能量衡算的基本原理和方法、能量衡算的基本方程及其系統。

重點與難點：常用物理量的表示方法及其單位換算關系；穩态系統質量衡算的過程*；封閉和開放系統能算衡算過程。

第一節 <![endif]>常用物理量                                                      

   掌握常用物理量的表示方法及其單位換算關系。

第二節 <![endif]>質量衡算                                                        

   掌握穩态系統質量衡算的過程。

第三節能量衡算                                                          

掌握封閉和開放系統能算衡算過程。

第三章 <![endif]>流體流動                                                           6學時

主要内容：管流系統的質量衡算和能量衡算；液體流動狀态及雷諾數、理想流體、實際流體、動力黏性系數的概念，掌握牛頓黏性定律。

重點與難點：流體的層流和湍流、雷諾數及其與流體流動狀态的關系，牛頓黏性定律、動力黏性系數、流體類别、流動狀态對剪切應力的影響。

第一節管流系統的衡算方程

第二節流體流動的内摩擦力

第三節邊界層理論

第四節流體流動的阻力損失

第五節管路計算

第六節流體測量

第四章熱量傳遞                                                     6學時

主要内容：熱量傳遞方式、發生條件、熱傳導的定義、熱傳導的計算方法、對流傳熱的影響因素、對流傳熱的機理、對流傳熱的計算方法、輻射傳熱的定義、輻射傳熱的計算、主要換熱設備及結構。

重點與難點：各種傳遞方式發生的條件、傳熱機理、熱平壁及圓管壁的穩态熱傳導規律*及相關傳熱計算*、冷、熱流體分别在管内和管外與管壁面的對流傳熱規律*及相關計算*、灰體之間的輻射傳熱、換熱器的一般結構、傳熱過程及結構。

第一節 <![endif]>熱量傳遞的方式                                              

   了解各傳熱方式的特點。

第二節熱傳導                                                            

   掌握熱平壁及圓管壁的穩态熱傳導規律及相關傳熱計算。

第三節對流傳熱                                                        

   掌握冷、熱流體分别在管内和管外與管壁面的對流傳熱規律及相關計算。

第四節輻射傳熱                                                          

   掌握灰體之間的輻射傳熱。

第五節換熱器                                                            

掌握換熱器的一般結構、傳熱過程及結構。

第五章質量傳遞                                                           4學時

主要内容：常見的傳質過程、質量傳遞的基本原理、分子擴散、對流傳質。

重點與難點：分子擴散的規律、單向擴散的計算、對流傳質過程的機理*、對流傳質方程的一般形式。

第一節 <![endif]>環境工程中的傳質過程                                              

   了解環境工程中常見的傳質過程。

第二節 <![endif]>質量傳遞的基本原理                                              

   掌握分子擴散的規律

第三節 <![endif]>分子傳質                                                          

   掌握單向擴散和等分子反向擴散。

第四節對流傳質                                                              

掌握對流傳質的機理及在單相介質中的應用。

第六章沉降                                                               6學時

主要内容：沉降分離的原理和類型、顆粒的幾何特性及球形顆粒的阻力計算、重力沉降過程分析、離心沉降、其他沉降。

重點與難點：沉降分離的原理和類型、重力沉降時速的求法、離心沉降的原理*、旋流器的工作原理及離心分離機的工作原理。

第一節沉降分離的基本概念                                                

   掌握沉降分離的一般原理和類型、顆粒的幾何特性及球形顆粒的阻力計算。

第二節重力沉降                                                          

   掌握重力沉降時速度的求法。

第三節離心沉降                                                          

   掌握離心沉降的原理、旋流器的工作原理及離心分離機的工作原理。

第四節其他沉降                                                              

電沉降和慣性沉降作一般了解。

第七章過濾                                                     4學時

主要内容：過濾的過程、分類；表面過濾的基本方程、機理及其計算；深層過濾的基本理論。

重點與難點：表面過濾的基本方程、恒壓過濾及恒速過濾的計算*及相關過濾常數的測定。

第一節過濾操作的基本概念                                              

   掌握過濾的基本概念、分類。

第二節表面過濾的基本理論                                                

   掌握表面過濾的基本方程、恒壓過濾及恒速過濾的計算及相關過濾常數的測定。

第三節深層過濾的基本理論                                                    

   一般了解。

第八章吸收                                                             4學時

主要内容：吸收的定義、分類、物理吸收、化學吸收。

重點與難點：單組分等溫物理吸收的熱力學、亨利定律及其應用*、雙膜理論及其應用及填料塔高度的計算方法。

第一節吸收的基本概念                                                  

   掌握吸收的基本概念和類型。

第二節物理吸收                                                          

   亨利定律的應用和雙膜理論的應用。

第三節化學吸收                                        

了解化學吸收的平衡關系。

第四節吸收設備的主要工藝計算                                            

掌握填料塔高度的計算過程及方法。

第九章吸附                                                              8學時                                  

主要内容：吸收的概念、分類、吸附劑、吸附平衡及動力學。

重點與難點：吸附的分類、常用吸附劑的特征、單組分吸附平衡理論*、過濾吸附的相關計算。

第一節吸附分離操作的基本概念                                          

掌握吸附分離操作的分類。

第二節吸附劑

   掌握常用吸附劑的特征和類型。

第三節吸附平衡                                                          

   掌握單組分吸附平衡理論。

第四節吸附動力學                                                            

   一般了解。

第五節吸附操作與吸附穿透曲線                                          

   掌握過濾吸附的過程和相關計算。

第十章 <![endif]> 其它分離過程                                                      4學時

    主要内容：離子交換樹脂性能：含水量；溶脹性；機械強度；耐熱性；可逆性；酸堿性；選擇性；交換容量；交換特性。

重點與難點：反滲透、納濾、超濾、微濾。

第一節 <![endif]>離子交換

第二節 <![endif]>萃取、膜分離                                                            

（二）教材及主要參考書

1．教材：胡洪營，環境工程原理，高等教育出版社，2011

2．主要參考書：

姚玉英等，化工原理（新版），天津大學出版社，2001

許保久等，當代給水與廢水處理原理，高等教育出版社，2000

劉家祺，分離過程，化學工業出版社，2002

教學大綱說明

一、教學目的、課程性質任務，與其它課程的關系，所需先修課程

環境工程原理是一門專業必修課。本課程主要讨論環境工程、分離過程和反應過程三大基礎原理部分。其主要任務是利用環境學科以及工程學的方法，研究環境污染控制理論、技術、措施和政策，培養學生分析和解決環境工程問題的能力。為學生進行環境工程設計、科研及技術管理打下必要的基礎。

所需先修課程為環境學、化工原理、物理化學和環境化學。

二、教學要求及選編教材的依據

1 教學要求

1）了解主要污染物及其來源、危害及涉及到的相關标準和綜合防治措施；

2）了解複雜環境問題的分析方法；；

3）掌握環境工程中的基本理論，初步具備解釋環境工程中的基本現象并具有選用一般環境設備、設計一般環境設備的能力；

4）掌握不同污染物的控制原理及其方法，能進行一般環境控制系統的設計和典型設備的工藝計算。

2 教材選擇依據

教材系統地分析和歸納了水處理工程、大氣污染控制工程、固體廢物處理工程、污染環境淨化系統等所涉及的技術理論，提煉出具有共性的基本原理、現象和過程，進行系統、深入地闡述，具有很強的系統性和理論性及濃厚的環境工程特色。

三、教學環節和教學方法

課程主要采取闆書形式進行教學，并結合現代多媒體教學方式給學生展示部分動畫素材，使學生更加深入了解、掌握所學内容。教學環節除教師講授外，還進行必要的提問、課間和課後答疑、課堂考試等形式，督促學生及時、徹底掌握所學内容。

四、改革思路和說明

采用課堂提問形式，促使學生掌握環境工程中一般污染物的去除原理、途徑。

采用課後作業形式，使學生學會應用環境工程中的基本理論、掌握基本的概念。

采用動畫素材，使學生更加直觀、鮮明的了解、認識一些反應器的結構及其工作原理。