环境工程原理复习题

1，论述废物资源化技术废物资源化途径可分为物质的再生利用和能源转化，焚烧，原理：燃烧反应，应用对象：有机固体废弃物的能源化堆肥，生物降解作用，城市垃圾还田离子交换，离子交换，工业废水，废液中金属的回收，废酸的再生利用溶剂萃取，萃取，工业废水，废液中金属的回收，废酸的再生利用电解，电化学反应，工业废水，废液中金属的回收，废酸的再生利用沉淀，沉淀，工业废水，废液中金属的回收蒸发浓缩，挥发，废酸的再生利用沼气发酵，生物降解作用，高浓度有机废水/废液利用补充：热解，高温分解，固体废弃物资源化吸附，吸附，废水，废气的处理膜分离，溶解扩撒，废水，废液的利用废电池回收利用技术，有机废物制取建筑材料技术，有机废物堆肥化技术2,对流传热的机理：在层流情况下，垂直于流动方向上，热量的传播通过导热进行。在传热过程中，因流体的流动增大了壁面处的温度梯度，使得壁面处的热通量较静止时大，即层流流动使传热增强。在湍流边界层内，分层流底层，缓冲层和湍流中心在靠近壁面的层流底层中，只有平行于壁面的流动，热量传递主要靠导热进行，符合傅立叶定律，温度分布几乎为直线，且温度分布曲线的斜率较大。在湍流中心，与流动垂直方向上存在质点的强烈运动，热量传递主要依靠热对流，导热所起的作用很小，因此温度梯度最小，温度分布曲线趋于平坦在缓冲层，垂直于流动方向上的质点运动较弱，对流与导热的作用大致处于同等地位，温度梯度较层流底层小影响对流传热的因素1物性特征流体的密度ρ或比热容c越大，导热系数λ越大，流体的粘度μ越大，削弱传热2几何特征形状、尺寸、方位，粗糙度、是否处于管道进口段，以及是弯管还是直管。3流动特征流动起因，流动状态有无相变，以及流体对流方式。3，对流传质的机理：在层流流动中，垂直于流动的方向上，只存在由浓度梯度引起的分子扩散，界面与流体的扩散通量仍符合费克第一定律，但其扩散通量明显大于静止时的传质。这是因为流动加大了壁面附近的浓度梯度，使传质推动力增大。湍流流动中，在垂直于主流方向上，除了分子扩散外，更重要的是涡流扩散。湍流边界层的层流底层，物质仅依靠分子扩散传递，浓度梯度较大，在此区域内，传质速率可用费克第一定律描述，扩散速率取决于浓度梯度的分子扩散系数，因此浓度分布曲线近似为直线。在湍流核心区，物质的传递主要依靠涡流扩散，由于质点的强烈掺混，浓度梯度几乎消失，组分在该区域内的浓度基本均匀，其分布曲线近似为直线在过渡区内，分子扩散和涡流扩散同时存在，浓度梯度比层流底层中要多。对流传质包括分子扩散和涡流扩散：分子扩散由分子的微观运动引起的物质扩散称为分子扩散。物质在静止流体和固体中的传递依靠分子扩散。涡流扩散由流体质点强烈掺混所导致的物质扩散。热传导：是指通过分子，原子和电子的振动，位移和相互碰撞发生的热量传递过程（1）对流传热：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程。通常也指流体与固体壁面之间热量传递过程。（2）辐射传热：物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一个物体时，又被物体全部或部分吸收而变成热能4，边界层分离：（1分离点下游出现空白区，在逆压梯度的作用下，流体发生倒流，在此区域内流体形成大尺度的不规则涡旋，不断地向下游延伸形成尾流，导致流体能量损失，漩涡中流体质点强烈碰撞与混合。（2存在黏性作用和逆压梯度是边界层分离的必要条件，而边界层分离与否取决于流体流动的特征以及物体表面的曲率等（3相同的逆压梯度下，层流边界层比湍流边界层容易发生分离。5，如何实现污染物的高效快速去除？隔离/分离/转化方式的优选与组合装置的设计优化操作方式和操作条件的优化介质的混合状态和流体流态的优化，迁移（物质，能量）和反应速率的强化污染物的高效（去除效率，能耗），快速去除物理吸附和化学吸附的区别：（物理吸附是前面部分，后面部分是化学吸附）（1）作用力：范德华力化学键力（2）吸附层数：单层或多层单层（3）吸附热：小（近于液化热）大（反应热）（4）选择性：无或很差较强（5）可逆性：可逆不可逆（6）吸附平衡：易达不易达到6，阻力损失产生的原因及阻力损失的影响因素原因：流体阻力损失是指流体在运动过程中，边界物质施加于流体且与流动方向相反的作用力而阻力损失起因于黏性流体的内摩擦造成的摩擦阻力和物体前后的压强差造成的形体阻力影响因素：(1：雷诺数的大小雷诺数决定边界层的流动状态。在不同的边界层流动状态下，两种阻力所起作用的大小不同。湍流下，摩擦阻力较层流时大。（2：物体的形状对于流体以较高雷诺数绕过球体时，形体阻力成为主要的（3：物体表面的粗糙程度粗糙表面摩擦阻力大。但，当表面粗糙促使边界层湍流话以后，造成分离点后移，形体阻力会大幅下降此时总阻力可能反而降低。7，流体阻力与那些因素有关？流体阻力的方向与颗粒物在流体中运动的方向相反，其大小与流体和颗粒物之间的相对运动速度u,流体的密度，黏度以及颗粒物的大小，形状有关。对于非球形颗粒物，这种关系一般很复杂。只有对形状简单的球形颗粒物，在颗粒物与流体相对运动速度很低时，才能列出理论的关系式。8，与重力沉降相比，离心沉降有如下特征：（1沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心。（2由于离心力随旋转半径而变化，颗粒的离心沉降速度本身不是一个恒定的数值而重力沉降速度则是不变的（3离心沉降速度在数值上远大于重力9，过滤过程及良好过滤介质需满足的条件过滤过程：混合物中流体在推动力（重力，压力，离心力等）的作用下通过过滤介质是，流体中的固体颗粒被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离。良好介质：（1：要有足够的机械强度（2:要有足够的空隙率。（3，有较强的化学稳定性（较强的耐腐蚀性，热稳定性）（4尽可能的小的流体阻力（5最好表面光滑，使滤饼容易脱落。10，吸附剂的主要特性：1,吸附容量大，由于吸附的过程发生在吸附剂的表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小2，选择性强，吸附剂对要分离的目的组分应有较大的选择性3，稳定性好，吸附剂应具有较好的热稳定性，同时还要具有耐腐蚀，良好的化学稳定性，4.适当的物理特性，吸附剂应具有良好的流动性和适当的堆积密度5，来源广，价格低廉11，吸附分离操作是什么？吸附过程的三个步骤：吸附分离操作是指通过多孔固体物料与某一混合体系组分接触，有选择的使其中一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程1，吸附质由流体扩散到吸附剂外表面，称外扩散2，吸附质有吸附剂表面向微孔中的内表面扩散称为内扩散3.吸附质被吸附剂表面吸附离子交换树脂的分类：强酸阳离子交换树脂，弱酸阳离子交换树脂，强碱阴离子交换树脂，弱碱阴离子交换树脂，螯合树脂，氧化还原树脂，两性树脂影响离子交换树脂选择性的因素:1,离子的水化半径，水化半径越小离子越容易被交换，2，离子的化合价，化合价越高，其与树脂的亲和力越强，越易被交换12，离子交换的速度控制步骤一般认为该过程涉及有关离子的扩散和交换，其动力学过程包括五个步骤。以H型强酸性离子交换树脂对水中Na+的交换为例进行说明：1、边界水膜内的迁移：溶液中的Na+向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面2、交联网孔内的扩散：Na+进入树脂颗粒内部的交联网孔，并扩散到内换点3、离子交换：Na+离子与树脂交换基团上的可交换的H+离子进行交换反应4、交联网孔内的扩散：被换下来的H+在树脂内部交联网中向树脂表面扩散5、边界水膜内的迁移：被换下来的H+通过树脂表面的边界水膜层，扩散进入溶液中其中1和5称为液膜扩散控制步骤，或称外扩散；2和4称为树脂颗粒内扩散或孔道扩散控制步骤；3为交换反应步骤，离子交换的反应速度实际上是由液膜扩散步骤或者孔道扩散控制步骤控制13.离子交换速度的影响因素：1、离子性质：化合价越高，孔道扩散速度越慢，（离子与和树脂骨架间库伦力）；水合半径越大，扩散速度越慢2、树脂交联度；交联度越大，难以膨胀，网孔小，扩散慢3、树脂粒径：粒径越小，孔道扩散距离缩短，液膜扩散表面积增加，交换速度就越快（但也不宜过小，防止反冲洗中流失）4、离子的浓度：浓度越高，在水膜中的扩散越快，（扩散依靠浓度梯度）5、溶液温度：温度越高，溶液的黏度降低，离子热运动加强，交换速度加快6、流动或搅拌速度：流速或搅拌速度越高，树脂表面水流的紊动程度升高，边界水膜厚度降低，液膜扩散速度加快离子交换树脂的应用：制纯水，去除金属离子，硬水软化膜分离的特点：与传统分离技术相比，膜分离具有如下特点1、膜分离过程不发生相变，与其他方法相比，能耗低，能量的转化率高2、可在常温下进行，特别适于对热敏感物质的分离3、通常不需要投加化学药剂，有利于节约化学试剂，以及不改变分离物质原有属性4、在膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，有利于回收有价值的物质5、装置简单，可实现连续分离，适应性强，操作容易，且易于实现自动控制，膜传递过程模型：在膜的传递过程中，主要有两种不同的机理支配着膜中的质量传递和渗透过程：1、通过微孔的传递：在最简单的情况下，是单纯的对流传质2、基于扩散的传递：要传递的组分首先必须被溶解在膜相中。对于这两种机理，可分别用多空孔模型模型和溶解-扩散模型来描述反渗透的三个机理：（1）氢键理论：这种理论是基于水分子能够通过膜的氢键的结合而发生联系并进行传递，通过一连串的氢键的断开与形成，使水分子通过膜表面的致密活性层进入膜的多孔层，然后畅通地流出膜。（2）优先吸附-毛细孔流机理：利用膜的物化性质使膜对水具有选择性吸收斥盐的作用，使得水被优先吸附而通过膜表面的毛细孔达到分离效果（3）溶解-扩散机理：在压差的作用下，水通量随压差的升高而线性增加，而溶质通量几乎不受压差的影响，从而使水被分离出来。反渗透的浓差极化现象及影响：1、膜表面的浓度升高导致渗透压增大，外压一定时，压差下降，渗透通量下降（要使通量不变，则需要加大外压）2.当膜表面浓度大于溶质的溶解度时，会形成膜表面凝胶层（沉淀层），加大了物质通过膜的阻力（此时若加大外压，不能使渗透通量增大，却反而增厚了凝胶层，使渗透通量进一步减小）防止浓差极化现象的措施1.预处理去除大颗粒，2.增大流速或加大流体的湍动程度3，定期对膜进行反冲洗。电渗析过程的基本原理：在阴极和阳极之间交替地平行放置阳离子交换膜和阴离子交换膜，阴阳离子交换膜具有带电的活性基团，能选择性地分别使阴离子阳离子透过。电渗析中的传递过程：反离子的迁移是主要的传递过程，其他复杂的传递现象（均是负面）。1同性离子的迁移：指与离子交换膜上固定离子的电荷符号相同的离子通过膜的传递。2电解质的浓差扩散：由于膜两侧浓水室和淡水室存在很大的浓度差，使得电解质由浓水室向淡水室扩散。3水的电渗析：淡水室的水在渗透压的作用下向浓水室渗透4压差渗漏：当膜两侧存在压差时，较高压力侧的溶液会向较低压力侧渗漏5水的电解：当发生浓差极化时，水电离产生的H+和OH-也可通过膜电渗析过程的浓差极化过程。以氯化钠溶液在电渗析中的迁移过程为例说明在直流电厂的作用下，Na+和Cl-为别的分别向阴极和阳极做定向运动来完成的。根据离子交换膜的选择性，阴膜只允许Cl-透过，因此Cl-在阴膜内的迁移数要大于其在溶液中的迁移数。用膜边界层的Cl-以补充此差液，这样就造成边界层和主流层之间出现浓度差。当电流密度增大到一定程度时，离子迁移数被强化，试膜边界层内Cl-浓度趋于0时，边界层内德水分子就会被电解成H+和OH-，OH-将参与迁移，以补充Cl-不足。这种现象称为浓差极化现象。反应动力学解决的问题1反应速度进行快慢2反应历程反应机理（基元反应）反应热力学解决的问题1反应热的计算2反应发生的可能性，既反映进行的方向3在一定条件下，反应的程度反应器的操作方式：间歇操作，连续操作，半间歇操作，（半连续操作）间歇操作的特点：反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出基本特征：间歇反应过程是一个非稳态过程，反应器内组分组成和浓度随时间变化而变化。主要优点：操作灵活，设备费低。适用于批量生产或小规模废水的处理。主要缺点：设备利用率低，劳动强度大，每批的操作条件不用，不便自动控制。连续操作：操作特点：物料