广东省自学考试委员会
粤考委〔2008〕16号
关于印发我省高等教育自学考试
环境保护与管理专业（专科）
水土污染与防治技术课程考试大纲的通知
各市自学考试工作委员会办公室，华南农业大学：
现将我省高等教育自学考试环境保护与管理专业（专科）水土污染与防治技术课程考试大纲印发给你们，请你们及时向社会公布，以便考生及时了解有关信息。
附件：《水土污染与防治技术》课程（课程代码：2764）
考试大纲
二○○八年九月二日
主题词：自学考试 考试大纲 通知
抄送：各县（区）自学考试办公室。
广东省教育考试院办公室
广东省高等教育自学考试
《水土污染与防治技术》课程（课程代码：2764）
考
试
大
纲
目 录
一、课程性质与设置目的…………………………………………………………………………3
二、考试内容与考核目标…………………………………………………………………………3
第一章 绪论…………………………………………………………………………………3
第二章 流体流动……………………………………………………………………………5
第一节 流体基本物理量………………………………………………………………5
第二节 流体静力学方程式……………………………………………………………6
第三节 管路组成………………………………………………………………………6
第四节 管道内流体流动………………………………………………………………8
第五节 流体系统的动力学方程………………………………………………………9
第六节 流体在管路内流动时的能量损失………………………………………… 11
第三章 流体输送机械…………………………………………………………………… 14
第四章
第一节 概述………………………………………………………………………… 14
第四章 沉降与过滤…………………………………………………………………………15
第一节 概述………………………………………………………………………… 15
第二节 重力沉降…………………………………………………………………… 15
第三节 离心沉降…………………………………………………………………… 16
第四节 过滤………………………………………………………………………… 17
第五章 相平衡与吸收…………………………………………………………………… 20
第一节 吸收的基本概念…………………………………………………………… 20
第二节 相平衡与吸收过程………………………………………………………… 21
第三节 吸收速率方程……………………………………………………………… 23
第六章 表面现象与吸附 …………………………………………………………………25
第一节 表面现象与吸附…………………………………………………………… 25
第二节 吸附剂及其再生…………………………………………………………… 27
第三节 吸附在环境工程的应用…………………………………………………… 27
第四节 吸附速率控制与吸附操作方式…………………………………………… 29
第七章 萃取与其他分离技术 ……………………………………………………………32
第一节 萃取………………………………………………………………………… 32
第二节 气浮 …………………………………………………………………………32
第三节 离子交换 ……………………………………………………………………33
一 课程性质和设置目的要求
水土污染与防治技术是一门综合专业基础课，由于后续本科段设置有水污染控制工程、大气污染控制工程等以具体污染控制工艺为主要内容的课程，本课程作为这些后续课程的基础，内容主要侧重于导致水土污染的各种污染物的控制技术原理，主要以物理化学知识为基础，分析各种治理工艺的基本理论、典型设备及其在环境工程中的应用。通过本课程系统学习，要求学生掌握环境工程污染治理各单元操作的基本原理及相关计算，了解典型设备的构造、性能。
本课程主要分为三部分内容：(1)流体流动，包括管路基础、流体输送机械。(2)沉降、过滤。(3)传质过程，包括吸收、萃取、吸附等。流体力学、传质的基本原理是各单元操作的理论基础。沉降与过滤是污水去除颗粒污染物的主要方法。吸收是去除废气中的气态污染物的主要措施，萃取一般应用于工业废水、土壤污染的治理。通过本课程学习，要求自学者能够具有从事污染控制方面所必需的基本理论知识和分析思考能力。
本课程讲述的是水、土等污染控制技术的原理，掌握本课程知识体系，有助于进一步的学习和了解各种具体的污染控制工艺。学习本课程应具备基本的物理化学知识，特别是一些常用物理量的含义及其相互之间区别与关联，如浓度的不同表示方式mg/L、mol/L、mg/g含义及三者相互换算关系。本课程第二章流体流动、第四章沉降与过滤和第六章表面现象与吸附是考核的重点，其中流体流动的动力学方程、吸附等温式的应用是学习时的难点，自学考试考生应花较多时间去学习理解。
二 考试内容与考核目标
第一章 绪论
（一）学习目的和要求
这部分的中心是阐述“环境工程原理的主要内容及基本概念”。目的是表明学习本门课程的意义和必要性。要求了解本门课程的主要内容组成，理解物料衡算的基本步骤，掌握物理量的单位与量纲的基本知识。本章内容属于一般考核章节
（二）考试内容
一 物理量的单位与量纲
1．国际单位制与法定计量单位
由于科学技术的迅速发展和国际学术交流的日益频繁，国际计量会议制定了一种国际上统一的国际单位制，其代号为SI。国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的，分别列于表0—1、表0—2及表0—3中；国际单位制中用于构成十进倍数和分数单位的词头，列于表0—4中（教材3-4页）。
二 单元操作中常用的基本概念
在研究化工单元操作时，经常用到下列五个基本概念，即物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率及经济核算等。
1．物料衡算
依据质量守恒定律，进入(输入)与离开(输出)某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即 输入量一输出量=累积量
对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即为稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累。则物料衡算关系为： 输入量=输出量
用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。物料衡算可按下列步骤进行：
1)首先根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。
2)在写衡算式之前，要计算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。
2．能量衡算
能量衡算的依据是能量守恒定律。
3．物系的平衡关系
平衡状态是自然界中广泛存在的现象。例如，在一定温度下，不饱和的食盐溶液与固体食盐接触时，食盐向溶液中溶解，直到溶液为食盐所饱和，食盐就停止溶解，此时固体食盐表面已与溶液成动平衡状态。反之，若溶液中食盐浓度大于饱和浓度，液中的食盐会析出，使溶液中的固体食盐结晶长大，最终达到平衡状态。一定温度下食盐的饱和浓度，就是这个物系的平衡浓度。当溶液中食盐的浓度低于饱和浓度，则固体食盐将向溶液中溶解；当溶液中食盐的浓度大于饱和浓度，则溶液中溶解的食盐会析出，最终都会达到平衡状态。从这个例子可以看出，平衡关系可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。
4．传递速率
仍以食盐溶解为例说明：食盐溶液中食盐浓度低时，溶解速率(单位时间内溶解的食盐质量)大；食盐浓度高时，溶解速率小。当溶液达到饱和浓度(即平衡状态)时，不再溶解，即溶解速率为零。由此可知，溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大；溶液浓度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推动力。另外，由实验得知，把一个大食盐块破碎成许多小块，溶液由不搅拌改为搅拌，都能使溶解速率加快。这是因为由大块改为许多小块，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶质对流。其结果能减小溶解过程的阻力。因此，过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，
即：
过程的传递速率是决定化工设备的重要因素之一，传递速率大时，设备尺寸可以较小。
5．经济核算
（三）考核目标
一、考核知识点
1物理量的单位与量纲
2物料衡算
3物系的平衡关系
4传递速率
二、考核要求
1、识记：国际单位制基本单位和主要导出单位，难度层次：容易A
2、理解：物系的平衡关系和传递速率，难度层次：中等偏易B
3、简单应用：物料衡算，难度层次：中等偏难C。
第二章 流体流动
（一）学习目的和要求
这部分阐述的中心是“流体流动的基本原理及流体在管道内的流动规律”。要求了解管路组成、流动边界层、摩擦阻力及摩擦系数，理解流体静力学方程、连续性方程和伯努利方程。掌握流体基本物理量和伯努利方程的应用。本章是重点考核章节，其中伯努利方程的应用是学习时的难点，需要较多的时间去学习和领会要点。
（二）考核内容
第一节 流体基本物理量
一、压力
在静止的流体内，流体内任意质点都受到周围质点的作用力，单位面积上受的力称为流体的静压力，简称压力，习惯上也称为压强。静止流体内部任意质点的压力的大小在各个方向都相等。
在国际单位制中压力的单位是Pa，称为帕斯卡。常用的压力单位还有千帕(kPa)等。
流体的压力可以用不同的方法来表示。以绝对零压为起点的压力称为绝对压力，是流体的真实压力。流体的压力还可以用测压仪表来测量，仪表与大气相通。当设备内实际压力(绝对压力)等于外界大气压时，压力表读数为0。当设备内绝对压力大于外界大气压时，压力表读数表明绝对压力与外界大气压之差，我们称之为表压。
表压=绝对压力一大气压
当设备内绝对压力小于外界大气压时，真空表读数表明外界大气压与绝对压力之差。我们称之为真空度。
真空度=大气压一绝对压力
绝对压力、表压、真空度三者之间的关系可用图l—l来表示（教材7页）。
真空度越大，绝对压力越小，真空度又称为负表压。真空度和表压互为相反数。必须指出，大气压的数值不是固定的，与大气的温度、湿度和当地海拔高度等因素有关。计算时应该以当地大气压为准。
二、密度
单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为：
式中：p——流体的密度，kg／m3；
m——流体的质量，kg；
V----流体的体积，m3。
1．液体的密度
液体的密度随压力的变化甚小(极高压力下除外)，可忽略不计，故常称液体为不可压缩的流体，但液体的密度随温度稍有改变。常用液体的密度随温度的变化可查阅相关手册。
2．气体的密度
气体的密度随压力和温度的变化较大，当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算，由：
式中：p——气体的压力， kPa；
T——气体的热力学温度，K；
M——气体的摩尔质量，kg／kmol；
R——摩尔气体常数，8．314 kJ／(kmol·K)。
3．液体混合物的密度
生产中遇到的流体常常不是单一组分，而是由若干组分所构成的混合物。液体混合时，体积往往有所改变，但改变量很小，可以忽略。
4．气体混合物的密度 ‘
当气体混合物的温度、压力接近于理想气体时，可按理想气体计算密度。但式中气体的摩尔质量M，应以混合气体的平均摩尔质量M。
三、黏度
黏度与流体的流动能力成负相关，黏度越大的流体流动速度越慢。
黏度与流体自身的特性有关。黏度反映流体内部摩擦力的大小，相同条件下，不同物质的黏度不同，同一种流体的黏度又与温度有关。一般，对于气体黏度随着温度的升高而增大，而液体恰恰相反，随温度的升高而下降。压力对黏度的影响很小，一般工程计算时可以忽略。
黏度常用符号μ来表示，其国际单位为Pa·s。
第二节 流体静力学方程式
一、流体静力学基本方程
对于不可压缩流体，在静止的流体内部，深度为h的任意位置处的压力为：
该式即为流体静力学基本方程式，它是用于描述静止流体内部的压力沿高度变化的表达式。
关于此方程式的说明如下：
(1)以液体为例，当液面上方的压力p0一定时，在静止液体内任一点压力的大小，与液体本身的密度和该点距液面的深度有关。因此，在静止连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点压力相等。此压力相等的水平面，称为等压面。
(2)当液面的上方压力p0有变化时，必将引起液体内部各点压力发生同样大小的变化。
需要注意的是，只有静止的流体才适用于静力学方程式。
二、流体静力学基本方程式的应用
(一)压力测量
(二)液面测定
(三)确定液封高度
第三节 管路组成
一、管材
管子的种类很多，目前广泛应用的有铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料管及橡胶管等。钢管又有有缝与无缝之分；有色金属管又可分为紫钢管、黄铜管、铅管及铝管等。
二、管件与阀件
(一)常用管件
管件主要用来连接管子以达到延长管路、改变流向、分支或合流等目的。最基本的管件为：
①用以改变流向：90。弯头、45。弯头、180。回弯头等；
②用以堵截管路：管帽、丝堵(堵头)、盲板等；
③用以连接支管：三通、四通，有时三通也用来改变流向，多余的一个通道接头用管帽或盲板封上，在需要时打开再连接一条分支管；
④用以改变管径：异径管(大小头)、内外螺纹接头(补芯)等；
⑤用以延长管路：管箍(束节)、螺纹短节、活接头、法兰等，法兰多用于焊接连接管路，而活接头多用于螺纹连结管路，在闭合管路上必须设置活接头或法兰，尤其是在需要经常维修或更换的设备、阀门附近必须设置，因为它们可以就地拆开，就地连接。
(二)常用阀件
阀门是用来启闭或调节管路中流体流量的部件。生产过程中常用的阀门主要有以下几种：
1．闸阀
2．截止阀
3．止回阀
4．球阀
5．旋塞
6．隔膜阀
三、管子的选用与连接
(一)管子的选用
流体输送管路是生产系统的重要组成部分，其费用在建厂总投资中所占的比例较大。显然，管路的直径越小，则投资费用越小。但在规定的流量之下，若选用较小的管径，势必增大流体在管路中的流速，使摩擦阻力增大，从而增大动力消耗。反之，为了节省动力消耗而增大管径，则对于相同长度的管路，管子、管件及阀门等的费用都相应增大，从而使基建投资费用增多。由此可见，最合理的管径应通过将动力消耗费用和基建费用二者结合起来加以考虑，使得每年的操作费用与按使用年限分摊的设备折旧费用之和为最小。能保证操作费用与设备折旧费用最小时的流速称为最适宜流速，可通过最适宜流速来选择管径。
(二)管子的连接方式
普遍采用的连接方法有以下几种：
① 螺纹连接
② 承插连接，
③ 焊接连接
④ 法兰连接，
四、管路的布置与类型
(一)管路的布置原则
管路布置要遵循以下原则：
(1)在工艺条件允许的情况下，管路应尽可能短，管件与阀门尽可能少，以减少投资，使流体阻力减到最低。
(2)应合理地安排管路，管路与墙壁、柱子或其他管路之间要有适当的距离，以便于安装、操作、巡查与检修。
(3)管路排列时，通常是热的在上，冷的在下；无腐蚀的在上，有腐蚀的在下；输气的在上，输液的在下；不经常检修的在上，经常检修的在下；高压的在上，低压的在下；保温的在上，不保温的在下；金属的在上，非金属的在下。在水平方向上，通常使常温管路、大管路、振动大的管路及不经常检修的管路靠近墙和柱子。
(4)尽量采用标准件，以便于安装和检修。
(5)管路通过人行横道时高度不低于
(6)一般情况下，上下水管采用埋地铺设，埋地安装深度在地冻线以下。
(二)管路类型
1．简单管路
简单管路是指流体从入口到出口是在一条管路中流动，无分支或汇合的情形。整个管路直径可以相同，也可由内径不同的管子串联组成，如图l一16(a)所示。
流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体，则体积流量也不变，即
2．并联管路
在主管某处分成几支，然后又汇合到一根主管即为并联管路。其特点为：
(1)主管中的流量为并联的各支路流量之和，对于不可压缩性流体，则有：
(2)并联管路中各支路的能量损失均相等。
第四节 管道内流体的流动
一、流量与流速
(一)体积流量
单位时间内流体流经管道任一截面的体积，称为体积流量，以qv表示，其单位为m3/s。
(二)质量流量 、
单位时间内流体流经管道任一截面的质量，称为质量流量，以qm表示，其单位为kg／s。
体积流量与质量流量之间的关系为：
(三)平均流速
流速是指单位时间内液体质点在流动方向上所流经的距离。实验证明，流体在管道内流动时，由于流体具有黏性，管道横截面上流体质点速度是沿半径变化的。管道中心流速最大，越靠管壁速度越小，在紧靠管壁处，由于液体质点黏附在管壁上，其速度等于零。但在工程应用上，一般以体积流量除以管道截面积所得的值，来表示流体在管道中的速度。此种速度称为平均流速，简称流速，以u表示，单位为m／s。流量与流速关系为：
式中：A——管道的截面积，m2。
(四)质量流速
单位时间内流体流经管道单位截面的质量称为质量流速。
(五)管道直径的估算
若以d表示管内径，则流速可写成：
二、流动类型
流体在管道中的流动状态可分为以下两种类型。
当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向做直线运动，质点之间互不混合，则充满整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动，这种流动状态称为层流或滞流。
当流体在管道中流动时，若有色液体与水迅速混合，则表明流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点的运动速度在大小和方向上都会发生变化，于是质点间彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为湍流或紊流。
根据不同的流体和不同的管径所获得的实验结果表明：影响液体类型的因素，除了流体的流速外，还有管径d，流体密度ρ和流体的黏度μ。u、d、ρ越大，μ越小，就越容易从层流转变为湍流。雷诺得出结论：上述4个因素所组成的复合数群是判断流体流动类型的准则，称为雷诺数，用Re表示，即：
Re是一个量纲为1的数。不管采用何种单位制，只要各物理量用同一单位制的单位，那么所求得Re的数值相同。根据大量的实验得知，圆管内的流动：
当Re≤2 000时，流动类型为层流；
当Re≥4 000时，流动类型为湍流；
当2000<Re<4000，流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。
三、流动边界层
无论是湍流还是滞流，在管道任意截面上，流体质点的速度沿半径方向而变化，管壁处速度为零，离开管道壁以后速度逐渐增大，到管道中心处速度最大。速度在管道截面上的分布规律因流动类型不同而异。
滞流时速度沿管径按抛物线规律分布，截面上速度的平均值等于中心处最大流速的0．5倍。
湍流时，速度沿径向的分布线不再是抛物线，靠近中心部位的流速非常接近，并且，流速越快，速度相等的质点所占区域越宽。靠近管壁处质点的流速突然下降。由于湍流时截面流速分布比层流时均匀得多，因此湍流时管道中心处的流速更接近于平均值，其平均流速约为最大流速的0．82倍。
管壁附近流速变化较大的区域称为流动边界层，其他区域称为主流区，主流区不存在速度梯度。
第五节 流动系统的动力学方程
一、稳定流动与不稳定流动
流体在管道中流动时，在任一点上的与流速、压力有关的物理参数仅随位置变化而不随时间改变，这种流动称为稳定流动。
若流动的流体中各点只要有一个物理参数随时间而改变，这种流动称为不稳定流动。
二、连续性方程式(质量守恒定律)
连续稳定的不可压缩流体的流动系统中，流体的流量处处相等，流速与管道的截面积成反比。截面积越大之处流速越小，反之亦然。
三、流动系统的能量
在任何流动系统中，总能量包括两部分，流体本身的能量和与外界交换的能量。
(一)流体本身的能量
1．内能
内能是储存于物质内部的能量，与流体的温度、压力有关。
2．动能
动能是流体按一定的速度流动而具有的能量，质量为m、流速为u的流体，动能为mu2/2，单位为J；单位质量，流速为u的流体，动能为u2/2，单位为J／kg；单位重量，流速为u的流体，动能为u2/
3．势能
势能是流体处于重力场中而具有的能量，也称为位能，计算时需要确定基准水平面，确定流体的相对位置。质量为m、高度为z的流体，所具有的势能为mgz，单位为J；单位质量、高度为z的流体，所具有的势能为gz，单位为J／kg；单位重量、高度为z的流体，所具有的势能为z，单位为m。
4．静压能
流体具有静压能。质量为m的流体在压力为P的截面处具有的静压能为pV，单位为J；单位质量的流体在压力为P的截面处具有的静压能为p/ρ，单位为J／kg；单位重量的流体在压力为P的截面处具有的静压能为p/ρg，单位为m。
(二)系统与外界交换的能量
实际生产中，环境工程治理过程的管路系统除了设备和管道，还经常装有输送设备。管路系统与外界交换的能量主要有功、热和系统损失能量。
1．功
当系统中安装有流体输送设备，它将对管路系统做功，即将外部的能量转化为流体的机械能。
2．热
如果有换热器，则系统与外界环境之间有热交换。
3．损失能量
流体内部质点间，流体与管道壁之间都存在摩擦阻力。流体克服阻力而消耗的能量称为流体阻力损失。
四、伯努利方程式
单位质量不可压缩流体在经过任意截面时，假设没有能量损失，根据能量守恒定律，则流体在任意截面处的能量之和处处相等。即：
(一)理想流体的伯努利方程
我们称没有阻力损失的流体为理想流体，单位质量的理想流体伯努利方程：
(二)实际流体的伯努利方程
实际流体流动过程中存在能量损失，为了完成输送任务，管路中还设有动力设施，例如输送液体的泵。
单位质量的实际流体的伯努利方程
(三)伯努利方程式的讨论 ·
第一，理想流体在管道内稳定流动，在没有外功加入时，任意截面单位质量的流体所具有的动能、势能、静压能之和为一个常数，该常数称为机械能，以E表示，其单位为．J／kg。E表示
第二，zg、u2/2和p/ρ指在某截面处流体本身具有的能量，We和Σhf是指流体在两截面之间所获得和消耗的能量。
式中W。是输送设备对单位质量的流体所做的有效功，或者说是单位质量的流体流经输送设备后所获得的能量，是选择输送设备的关键依据。
单位时间输送设备所做的有效功，称为有效功率：
式中：Pe——有效功率，W；
qm—流体的质量流量，kg／s。
实际上，输送机械本身也有能量转换效率，则流体输送机械实际消耗的功率应为：
式中：P——流体输送机械的轴功率，W；
η——流体输送机械的效率。
第三，对于可压缩流体的流动，如果两个截面之间压差小于原来绝对压力的20％，也适用伯努利方程。但是方程中的密度应该是两个截面之间的平均密度，这种近似计算带来的误差工程上可以接受。
第四，对于静止流体，则u=0，没有运动，自然没有阻力损失，即∑hf=0，由于流体保持静止，也就是没有外力对流体做功，即W。=0。
第五，伯努利方程所选取的研究对象不同，表达形式不同，如果以单位重量的流体为研究对象，伯努利方程中每一项的单位都是长度单位m，它表示单位重量的流体所具有的机械能是可以把自身升举的高度，常把z、u2/
(四)伯努利方程的应用
1．确定输送设备的有效功率
2．确定设备间的相对位置
3．确定管道中流体的流量
4．确定管路中流体的压力
(五)应用伯努利方程解题要点
由前面的例题可知，应用伯努利方程式解题时，需要注意下列事项：
1．选取截面
2．确定基准面
3．确定压力
第六节 流体在管路内流动时的能量损失
在流动过程中因为流体内部、流体与管道壁之间会产生摩擦阻力，这些都需要消耗流体的能量，也就是说流体流动过程时刻伴随着阻力损失，只有掌握流体阻力损失，才可进行管路计算。
伯努利方程里的∑hf就是指管路系统总的能量损失，它包含两部分：直管段阻力损失和局部阻力损失。
一 流体在直管内的阻力损失
1．圆形直管内的阻力损失
流体在圆形直管内流动时，由于流体与管道壁之间、流体内部质点间的内摩擦而产生的阻力损失，又称为直管阻力，也叫沿程阻力。单位质量的流体在直管内阻力损失用范宁公式计算，其表达式为：
式中：hf——圆形直管内阻力损失，J／kg；
λ——摩擦系数，量纲为1；
l——直管长度，m；
d——圆形管直径，m；
u——流体在管内流速，m／s。
二：摩擦阻力及摩擦系数
1．内摩擦阻力
2．外摩擦阻力
3．摩擦系数（教材39-40）
三 局部阻力
1 阻力系数法
2 当量长度法
四、系统总能量损失
管路系统中的总能量损失常称为总阻力损失，是管路上全部直管阻力损失和局部阻力损失之和。 这些阻力可以分别用有关公式计算，然后再求和。
（三）考核目标
一、考核知识点
（一）流体基本物理量
（二）流体静力学方程式
（三）管路组成
（四）管道内流体的流动
（五）流动系统的动力学方程
（六）流体在管路内流动时的能量损失
二、考核要求
（一）流体基本物理量
识记：压力、密度、浓度、黏度的含义及表达方式，难度：容易A
（二）流体静力学方程式
识记：流体静力学方程式及参数意义 难度中等偏易B
应用：流体静力学方程式 中等偏难C
（三）管路组成
1、识记：（1）管材和常用管件的类型难度：容易A
（2）管路类型及特点难度：容易A
2、理解：管路的布置原则，难度中等偏易B
（四）管道内流体的流动
1、识记：（1）流量、流速的概念，容易A
（2）流动类型，难度中等偏易B
2、理解：雷诺数、边界层 中等偏难C
3、综合应用：流动类型判定，难题D
（五）流动系统的动力学方程
1、识记：（1）流动的稳定性，中等偏易B
（2）流体本身能量类型及表达，中等偏难C
2、理解：（1）流体连续性方程，中等偏难C
（2）伯努利方程，中等偏难C
3、应用：伯努利方程，难题D
（六）流体在管路内流动时的能量损失
1识记：阻力损失的类型 容易A
2、理解：阻力系数求解，中等偏难C
第三章 流体输送机械
（一）学习目的和要求
这部分阐述的中心是“常用流体输送机械的基本结构、工作原理及操作特性”。要求了解流体输送机械在化工生产及环境治理中的应用，掌握主要流体输送机械的类型。本章属于一般考核章节。
（二）考试内容
第一节 概 述
一 流体输送机械的作用
在化工生产及环境治理过程中经常需要将一定流量的流体从一个设备输送到另一个设备，从一个车间输送到另一个车间等。当流体从低势能处向高势能处输送时，必须使用流体输送机械，施加外功以克服沿程的运动阻力及提供输送过程所需的能量。为输送物料提供能量的机械装置称为输送机械，其中输送液体的机械称为泵。泵是一种通用的机械，在国民经济各部门中，广泛使用着各种类型的泵。
二、对流体输送机械的基本要求
流体输送机械要向流体补充能量以克服管路系统的能量损失，提高流体势能，满足工艺对压力的要求。概括来说，输送机械应满足如下基本要求：
(1)满足工艺上对流量和能量(压头或风压，压力或真空度)的要求，输送流体所需能量由伯努利方程计算；
(2)结构简单，质量轻，投资费用低；
(3)运行可靠，操作效率高，日常操作费用低； ‘
(4)能适应被输送流体的特性，其中包括黏性、腐蚀性、毒性、可燃性及爆炸性、固体
杂质含量等。
上述的诸项要求中，满足流量和能量的要求最为重要。
三、流体输送机械的分类
由于流体种类、特性的多样性，生产工艺条件的复杂性，流体输送机械的种类很多。通常，输送液体的机械称为泵，输送气体的机械根据其产生的压力高低分别称为通风机、鼓风机、压缩机与真空泵等。根据施加给液体机械能的手段和工作原理的不同，大致可分为四大类，如表2一l（教材66页）
（三）考核目标
一、考核知识点
流体输送机械
二、考核要求
1、识记：流体输送机械的类型，容易A
2、理解：流体输送机械的作用，容易A
第四章 沉降与过滤
（一）学习目的与要求
这部分阐述的中心是“非均相物系的性质、分离目的及方法”。要求了解主要沉降和过滤设备的构造及大致的工作过程，理解沉降、过滤的影响因素，掌握沉降速度公式的应用、离心分离因数以及过滤的类型、主要过滤机理。本章是重点考核章节，沉降速度公式的应用是学习的难点，考生应花较多时间学习和掌握。
（二）考核内容
第一节 概 述
一、非均相物系分离方法
在工业生产中，沉降与过滤是分离非均相物系常用的两种机械操作方法，尤其在水污染控制与大气污染控制中得到广泛的应用。
非均相混合物系通常采用机械的方法分离，即利用非均相混合物系中分散相和连续相的物理性质(如密度、颗粒形状、尺寸等)的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。运动方式的不同，机械分离可有两种操作方式：沉降和过滤。
1．沉降
沉降是在外力作用下使颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现分离的过程。沉降操作的外力可以是重力(称为重力沉降)，也可以是惯性离心力(称为离心沉降)。
2．过滤
过滤是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。过滤操作的外力可以是重力、压差作用力或惯性离心力。因此，过滤操作又分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。
第二节 重力沉降
一、重力沉降速度
(一)球形颗粒的自由沉降速度
ut—:颗粒在流体中沉降速度，m/s。
ds—颗粒的直径，m。
ρs—颗粒的密度，g/m3。
ρ---流体的密度，g/m3 。
ζ—阻力系数
2．沉降阻力系数
层流区：ζ=24/Re,10-4<Re<2
过渡区:
湍流区: ζ=0.44 103≤Re<2×105
可得各区域的沉降速度公式为：
层流区斯托克斯公式:
过渡区艾仑公式:
湍流区牛顿公式:
影响颗粒分离的首要因素是颗粒与流体介质的密度差(ρs一ρ)。
当ρs>ρ时，u为正值，表示颗粒下沉；
当ρs<ρ时，u为负值，表示颗粒上浮;
当ρs=ρ时，u值为零，表示颗粒不下沉，也不上浮，说明这种颗粒不能用重力分离法去除。
沉速u与颗粒直径d的平方成正比，加大颗粒的粒径有助于提高沉淀效率。
流体介质的黏度与颗粒的沉淀速度呈反比例关系，而μ值则与流体介质本身的性质有关，流体介质的温度是其主要决定因素，一般说来，温度上升，μ值下降，因此，提高流体温度有助于提高颗粒的沉淀效果。
(三)影响重力沉降速度的因素
(1)颗粒形状：同一性质的固体颗粒，非球形颗粒的沉降阻力比球形颗粒的大得多，因此其沉降速度较球形颗粒的要小一些。
(2)干扰沉降：当颗粒的体积浓度>0．2％时，干扰沉降不容忽视。
(3)器壁效应：当容器较小时，容器的壁面和底面均能增加颗粒沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。
二、重力沉降设备
(一)降尘室
降尘室是利用重力沉降的作用从含尘气体中除去固体颗粒的沉降设备
(二)沉降槽
依靠重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为沉降槽或增浓器。如用于低浓度悬浮液分离时也称为澄清器；用于中等浓度悬浮液的浓缩时，常称为浓缩器或增浓器。沉降槽可分为间歇式、半连续式和连续式三种。
(三)普通沉淀池
生产上用来对污水进行沉淀处理的设备称为沉淀池。沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池两大类。按照池内水流的方向不同，普通沉淀池又有平流式、竖流式和辐流式三种形式
(四)沉沙池
沉沙池也是沉淀池的一种，其作用是从污水中去除沙子、煤渣等相对密度较大的颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。沉沙池一般作为污水处理前的预处理设备。沉沙池通常设置在泵站、沉淀池之前，使水泵和管道免受磨损和阻塞，同时也减轻沉淀池的负荷．使污泥具有良好的流动性，便于排放输送。
沉沙池的工作原理也是以重力分离为基础，即将进入沉沙池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。
沉沙池可分为平流式、竖流式和曝气沉沙池等三种基本形式。这里重点介绍常用的平流式沉沙池和曝气沉沙池。
第三节 离心沉降
依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程称为离心沉降。通常，气一固相非均相物质的离、沉降在旋风分离器中进行，液一固悬浮物系的离心沉降可在旋液分离器或离心机中进行。
一、离心沉降速度和离心分离因数
(一)离心沉降速度
ur：离心沉降速度,颗粒在径向上相对于流体的运动速度
uT:颗粒切向速度
ds:球形颗粒的直为.
ρs:颗粒密度为
ρ：流体密度为，
R：颗粒与中心轴的距离。
ζ：阻力系数
层流区：ζ=24/Re,10-4<Re<2
过渡区:
湍流区: ζ=0.44 103≤Re<2×105
(二)离心分离因数
离心分离因数是离心分离设备的重要性能指标。工程上，常将离心加速度百UT与重力加速g之比称为离心分离因数：
kc越高，其离心分离效率越高。离心分离因数的数值一般为几百到几万，旋风分离器和旋液分离器的分离因数一般在5～2 500之间，某些高速离心机的k。可高达数十万。因此，同一颗粒在离心场中的沉降速度远远大于其在重力场中的沉降速度，显然离心沉降设备的分离效果远比重力沉降设备为高。用离心沉降可将更小的颗粒从流体中分离出来。
二、离心沉降设备
通常，根据设备在操作时是否转动，将离心沉降设备分为两类：一类是设备静止不动，悬浮物系作旋转运动的离心沉降设备，如旋风分离器和旋液分离器；另一类是设备本身旋转的离心沉降设备，称为沉降离心机。
(一)旋风分离器
气一固非均相物系的离心分离一般在旋风分离器中进行，液一固非均相物系的分离一般在
旋液分离器或沉降离心机中进行。
(二)旋液分离器
旋液分离器是利用离心沉降原理分离液固混合物的设备。
(三)沉降式离心机
沉降式离心机为一无孔的转鼓，转鼓上无孔，混悬液或乳浊液自转鼓中心进入后被转鼓带动高速旋转时，密度较大的物相向转鼓内壁沉降，密度较小的物相趋向旋转中心自转鼓端部溢出而使两相分离。常用的有：管式高速离心机、无孔转鼓沉降离心机及螺旋型沉降离心机等。
第四节 过 滤
一、过滤操作的基本概念
(一)过滤及过滤推动力
过滤是在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道，而使固体颗粒被截留下来，从而实现非均相物系的固、液分离的单元操作。
过滤推动力是过滤介质两侧的压力差。压力差产生的方式有滤液自身重力、离心力和外加压力，过滤设备中常采用后两种方式产生的压力差作为过滤操作的推动力。
(二)过滤方式
1．饼层过滤
过滤时非均相混合物即滤浆置于过滤介质的一侧，固体沉积物在介质表面堆积、架桥而形成滤饼层，滤饼层是有效过滤层，随着操作的进行其厚度逐渐增加。由于滤饼层截留的固体颗粒粒径小于介质孔径，因此饼层形成前得到的浑浊初滤液，待滤饼形成后应返回滤浆槽重新过滤，饼层形成后收集的续滤液为符合要求的滤液。饼层过滤适用于处理固体含量较高的混悬液。
2．深层过滤
过滤介质是较厚的粒状介质的床层，过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上，而不形成滤饼。深层过滤适用于生产量大而悬浮颗粒粒径小、含固量低或是黏软的絮状物。例如自来水厂的饮水净化、合成纤维纺丝液中除去固体物质、中药生产中药液的澄清过滤等。
(三)过滤介质
过滤操作所用的多孔性介质称为过滤介质。性能优良的过滤介质除能够达到所需分离要求外，还应具有足够的机械强度，尽可能小的流动阻力，较高的耐腐蚀性和一定的耐热性，最好表面光滑，滤饼剥离容易。
工业常用过滤介质主要有织物介质、多孔性固体介质、粒状介质和微孔滤膜等。
(四)滤饼的压缩性和助滤剂
1．滤饼的压缩性
若构成滤饼的颗粒是不易变形的坚硬固体颗粒，则当滤饼两侧压力差增大时，颗粒形状和颗粒间空隙不发生明显变化，这类滤饼称为不可压缩滤饼；有的悬浮颗粒比较软，所形成的滤饼受压容易变形，当滤饼两侧压力差增大时，颗粒的形状和颗粒间的空隙有明显改变，这类滤饼称为可压缩滤饼。
2．助滤剂
为了减小可压缩滤饼的过滤阻力，可采用助滤剂改变滤饼结构，以提高滤饼的刚性和空隙率。助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使滤液得以畅流。
(五)滤饼的洗涤
在滤饼的颗粒间隙中总会残留一定量的滤液。过滤终了时，通常要用洗涤液(一般为清水)进行滤饼的洗涤，以回收滤液或得到较纯净的固体颗粒。洗涤速率取决于洗涤压力差、洗涤液通过的面积及滤饼厚度。
(六)过滤速率及影响因素
过滤速率是单位时间内得到的滤液体积，增大过滤面积可增大过滤速率；加压或减压均可加快过滤速率，但压缩滤饼会使过滤速率变慢；而悬浮液的性质和操作温度对过滤速率也有影响。提高温度，可降低液体的黏度，从而提高过滤机的过滤速率。但在真空过滤时，提高温度会使真空度下降，反而降低了过滤速率。
二、过滤设备
(一)快滤池
完成过滤工艺的处理构筑物称为滤池。滤池按滤速大小可分为慢滤池、快滤池和高速滤池。快滤池的运行分过滤和反洗两个过程。
(二)压力过滤器
(三)板框压滤机
(四)转鼓真空过滤机
(五)过滤离心机
（三）考核目标
一、考核知识点
（一）非均相物系分离方法
（二）重力沉降
（三）离心沉降
（四）过 滤
二、考核要求
（一）非均相物系分离方法
1、识记：沉降、过滤概念，难度层次：容易A
2、理解：非均相物系分离方法含义，难度层次，中等偏易B
（二）重力沉降
1、识记：（1）影响颗粒分离的首要因素，难度层次，中等偏易B
（2）重力沉降设备类型及特点，难度层次：中等偏难C
2、理解：影响重力沉降速度的因素，难度层次：中等偏难C
3、应用：斯托克斯公式，难度层次，中等偏难C
（三）离心沉降
1、识记：（1）离心分离因数，难度层次：中等偏易B
（2）离心沉降设备及特点，难度层次：中等偏难C
2、理解：离心沉降速度，难度层次：中等偏难C
（四）过 滤
1、识记：（1）过滤方式及各自特点，难度层次：容易A
（2）过滤推动力，难度层次：中等偏易B
（3）过滤设备类型及特点，难度层次：中等偏难C
2、理解：过滤速率及影响因素，难度层次：中等偏易B。
第五章 相平衡与吸收
（一）学习目的和要求
这部分的中心是阐述吸收的基本概念、基本理论及应用。要求了解吸收主要流程及计算，理解气液相平衡定律、吸收的传质过程，掌握吸收的概念、吸收剂类型及特点和提高吸收速率的途径。本章节属于一般考核内容。
（二）考核内容
第一节 吸收的基本概念
(一)吸收的基本概念
吸收是利用气体混合物中各种组分在同一液体(溶剂)中溶解度的差异，有选择地吸收分离气态混合物的过程。被吸收的物质称为吸收质，不被吸收的气态物质称为惰性气体，具有吸收作用的物质称为吸收剂。
气体的吸收是净化气态污染物、控制大气污染的方法之一。它是利用液体处理气体中的污染物，使其中的一种或多种有害成分以扩散方式通过气液两相的相界面而溶于液体或者与液体组分发生有选择性的化学反应，从而将污染物从气流中分离出来的操作过程。吸收的逆过程称为解吸。气体吸收的必要条件是废气中的污染物在吸收液中有一定的溶解度。
(二)吸收的分类
吸收操作通常有以下几种分类方法：
1．物理吸收与化学吸收
吸收按是否发生化学反应可分为物理吸收与化学吸收。物理吸收可看成气体单纯地溶解于液
相的过程。物理吸收操作的极限取决于当时条件下吸收质在吸收剂中的溶解度，吸收速率取决于气、液两相中吸收质的浓度差以及吸收质从气相传递到液相中的扩散速率。加压和降温可以增大吸收质的溶解度，有利于物理吸收。物理吸收是可逆的，热效应小。
化学吸收是在吸收过程中吸收质与吸收剂之间发生化学反应，化学吸收操作的极限主要取决于当时条件下的反应平衡常数，吸收速率则取决于吸收质的扩散速率或化学反应速率。化学吸收也是可逆的，但伴有较高热效应，需及时移走反应热。
吸收法净化气态污染物就是利用混合气体中的各种组分在吸收剂中的溶解度不同，或与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来。由于化学反应增大了吸收的传质系数和吸收的推动力，增大了吸收速率，因此对于废气流量大、成分复杂、吸收组分浓度低的废气，大多采用化学吸收。
2．单组分吸收与多组分吸收
吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。若混合气体中只有一种组分进入液相，其余组分可认为不溶于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体吸收质不止一种，这样的吸收称为多组分吸收，如用洗油处理焦炉气时，气体中的苯、甲苯、二甲苯等几种组分在洗油中都有显著的溶解，则属于多组分吸收的情况。
3．等温吸收与非等温吸收
被吸收气体溶解于液体时，常常伴随有热效应，当发生化学反应时还会有反应热，其结果是使液相的温度逐渐升高，这样的吸收称为非等温吸收。若吸收过程的热效应很小；或被吸收的组分在气相中的组成很低而吸收剂用量又相对较大；或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收。
(三)吸收流程和设备
1．工业吸收流程
根据吸收过程中混合气体和吸收剂在吸收设备中的流动方向，将吸收流程分为逆流操作、并流操作和错流操作。
2．吸收设备的主要类型
气体吸收设备的种类很多，但主要为板式塔与填料塔两大类。
二、吸收剂的类型与吸收剂的选择
1．吸收剂的选择原则
吸收剂性能的优劣是决定吸收操作效果的关键之一，理想的吸收剂需要满足如下条件：
(1)对吸收质的溶解度大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量；
(2)对吸收质的选择性好，对吸收质组分以外的其他组分的溶解度要很低或基本不吸收；
(3)挥发性低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失；
(4)操作温度下吸收剂应具有较低的黏度，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气流接触状况；
(5)对设备腐蚀性小或无腐蚀性，尽可能无毒；
(6)要考虑到价廉，易得，化学稳定性好，便于再生，不易燃烧等经济和安全因素。
2．吸收剂的类型
水是常用的吸收剂。常用于净化煤气中的CO2,和废气中的SO2、HF、SiF。以及去除NH，和HCl等。用水作吸收剂，价廉易得，流程、设备简单；但其缺点是净化效率低，设备庞大，动力消耗大。
碱金属钠、钾或碱土金属钙、镁等的溶液，也是很有效的吸收剂。它们能与气态污染物SO2、HCl、HF、NO。等发生化学反应，因而吸收能力大大增加，净化效率高，液气比低。
一般地，酸性气体在碱性溶液中的溶解度比在水中要大得多，且碱性越强、溶解度越大。但化学吸收流程较长、设备较多、操作较复杂，吸收剂价格也较贵，同时由于吸收能力强，吸收剂不易再生，因此在选择时，要多方面权衡。
三 吸收在环境治理中的应用
用吸收法净化气态污染物不仅效率高，而且还可以将某些污染物转化成有用的产品，进行综合利用。例如用15％～20％的二乙醇胺吸收石油尾气中的硫化氢，可以再制取硫磺。因此吸收被广泛地应用于气态污染物的净化。含有氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、硫氢化合物等气态污染物的废气都可以通过吸收法除去有害成分。一般来说：化学反应的存在能提高吸收速率，并使吸收程度更趋于完全，相比之下物理吸收的吸收速率较低，并且吸收程度也不完全，因此在气态污染物净化中多采用化学吸收。
第二节 相平衡与吸收过程
(一)气液相平衡
在恒定的温度和压力下，气、液两相发生接触后，吸收质由气相向液相转移，随着液体中吸收质浓度的逐渐增高，吸收速率逐渐减小，解吸速率逐渐增大。经过相当长的时间接触后，吸收速率与解吸速率相等，即吸收质在气相中的分压及在液相中的浓度不再发生变化，此时气、液两相达到平衡状态，简称相平衡。
在平衡状态下，被吸收气体在溶液上方的分压称为平衡分压，可溶气体在溶液中的浓度称为平衡浓度或称为溶解度。溶解度表明在一定条件下吸收过程可能达到的极限程度，习惯上用单位质量(或体积)的液体中所含吸收质的质量来表示。
溶解度不仅与气体和液体的性质有关，而且与吸收体系的温度、总压和气相组成有关。在
总压为几百千帕的范围内，它对溶解度的影响可以忽略，而温度的影响则比较显著。
由上图可知：SO2、NH3和HCl几种常见气体，在不同温度下，在水中的平衡溶解度有以下特点：
(1)不同性质的气体在同一温度和分压条件下，溶解度各不相同；
(2)气体的溶解度与温度有关，一般说来，随着温度升高，溶解度下降；
(3)温度一定时，溶解度随吸收质分压升高而增大，在吸收系统中，增大气相总压，组分的分压会升高，溶解度也随之加大。
(二)亨利定律及其表示形式
气体在液体中的溶解度曲线也称平衡曲线。当稀溶液在压力较低(<5×105Pa)时，当温度一定时，稀溶液中吸收质的溶解度与气相中吸收质的平衡分压成正比，这就是亨利定律的内容，它的表示形式有如下几种情况： ．
1．以分压pe及摩尔分数x表示的平衡关系
当液相组成用摩尔分数x表示时，则液相上方气体中吸收质的分压与其在液相中的摩尔分数之间存在如下关系，即：
pe=Ex
式中：pe——吸收质在气相中的平衡分压，kPa；
x——平衡状态下，吸收质在溶液中的摩尔分数；
E——亨利系数，单位与pe相同，其数值随物系特性及温度而变，由实验测定。难溶气体E值很大，易溶气体E值很小。
2．以摩尔分数y及x表示的平衡关系
若吸收质在气相与液相中的组成分别用摩尔分数y及x表示时，亨利定律又可以写成如下形式，即：
ye=mx
式中：ye——与x相平衡的气相中吸收质的摩尔分数；
m——相平衡常数，量纲为1。
相平衡常数m也通过实验测定，其值的大小可以判断不同气体的溶解度大小，m值越小，表明该气体的溶解度越大。对一定的物系，m值是温度和压力的函数。
二、吸收传质过程的分析
(一) 吸收传质过程的判断
根据相平衡，可以判断气液接触时吸收质的传质方向，即吸收质是由气相传到液相(被吸收)，还是从液相传到气相
(二)吸收过程的极限
相平衡是吸收过程的极限，用相平衡方程式能确定吸收(或解吸)过程进行的限度，从而提出合理的工艺设计要求。
由此可见，相平衡关系限制了吸收剂离塔时的最高含量和气体混合物离塔时的最低含量。
(三)计算过程的推动力
平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生气体的吸收或解吸。实际含量偏离平衡含量越远，过程的推动力越大，过程的速率也越快。在吸收过程中，通常以实际含量与平衡含量的偏离程度来表示吸收的推动力。
三、化学吸收的气液平衡
亨利定律只适用于常压或低压下的稀溶液，而且吸收质(被吸收组分)在气相与吸收剂中的分子状态应相同，若被溶解的气体分子在溶液中发生化学反应，则此时亨利定律只适用于溶液中不发生化学反应的那部分吸收质分子的浓度，而该浓度决定于液相化学反应的平衡条件。
气体溶于液体中，若发生化学反应，则被吸收组分的气液平衡关系既服从相平衡关系，又应服从化学平衡关系。即有：
CA=[A]物理平衡+[A]化学平衡
在化学吸收中，组分A在溶液中的总浓度等于与B反应生成c所消耗的量与保持相平衡而溶解的量之和，因此化学吸收过程的传质量比物理吸收要大。
四、吸收传质机理
在吸收过程中，吸收质从气相主体中传递到液相主体中去，是气、液两相之间的物质传递。
它包括三个步骤：
(1)吸收质由气相主体传递到两相界面，即气相内物质传递；
(2)吸收质在两相界面上溶解，由气相转入液相，即两相界面上发生溶解过程；
(3)吸收质自两相界面被传递到液相主体，即液相内物质传递。
一般说来，两相界面上发生的溶解过程很易进行，其阻力极小。因此，通常认为两相界面上气、液两相的吸收质浓度满足相平衡关系，即认为界面上总保持着两相的平衡。这样，总过程速率将分别由气相和液相内的传质速率所决定。
第三节 吸收速率方程
一、吸收速率方程
在对吸收设备进行设计计算，或核算混合气体通过指定设备所能达到的吸收程度时，需要确定吸收速率。吸收速率是指单位时间内单位相际传质面积上吸收的吸收质的量。表明吸收速率与吸收推动力之间关系的数学表达式称为吸收传质速率方程式。
(四)提高吸收速率的途径
吸收速率是计算吸收设备的重要参数，吸收速率高，吸收设备单位时间内吸收的量也随之根据前面的分析，可以采取以下措施来提高吸收效果：
1)提高气液两相相对运动速度，降低气膜、液膜的厚度以减小阻力。
2)选用对吸收质溶解度大的液体作吸收剂。
3)适当提高供液量，降低液相主体中吸收质浓度以增大吸收推动力。
(4)增大气液相接触面积。
（三）考核目标
一、考核知识点
（一）吸收的基本概念
（二）相平衡与吸收过程
（三）吸收速率方程
二、考核要求
（一）吸收的基本概念
1、识记：（1）吸收概念及主要处理对象，难度层次：容易A
（2）物理吸收与化学吸收特性，难度层次：中等偏易B
（3）吸收流程、设备类型, 难度层次:中等偏难C
（4）吸收剂的类型，难度层次：容易A
2、理解：（1）吸收剂的选择原则，难度层次：中等偏易B
（2）吸收在环境治理中的应用，难度层次：中等偏易B
（二）相平衡与吸收过程
1、识记：（1）气液相平衡概念，难度层次：容易A
（2）气液相平衡特性，难度层次：中等偏难C
2、理解、（1）吸收传质过程的分析，难度层次：中等偏难C
（2）化学吸收的气液平衡，难度层次：难题D
（3）、吸收传质机理，难度层次：中等偏难C
3、应用：亨利定律，难度层次：难题D
（三）吸收速率方程
1、识记：（1）吸收速率概念，难度层次：中等偏易B
2、理解：（1）提高吸收速率的途径，难度层次：中等偏易B
第六章 表面现象与吸附
（一）学习目的和要求
本章主要讨论吸附的特性及原理应用，了解各种吸附工艺和设备的特点及吸附速率方程；理解吸附原理、吸附平衡及吸附等温曲线，掌握吸附剂的特性及类型、吸附操作的方式及影响因素。本章是重点考核章节，其中吸附等温曲线的综合应用是学习的难点，考生应花较多时间学习领会。
（二）考核内容
第一节 表面现象与吸附
系统中若有一个以上的相存在时，则相与相之间便存在界面。例如液、固物质之间，液、气物质之间，气、固物质之间的接界面，称为相界面或表面。表面现象是自然界中普遍存在的基本现象，固体表面能自动吸附其他物质，就是表面现象的一种情况。
(一)表面张力
沿着液体表面，垂直作用于单位长度上的紧缩力称为表面张力。
影响表面张力的因素有：
1．界面两边物质的性质
不同物质分子间作用力不同，表面张力也不同，分子间作用力越大，表面张力越大，所以，极性液体的表面张力往往大于非极性液体；同种物质在与不同的另一种物质接触形成不同的相界面时，表面张力也不同。
2．温度和压力
高压液体的表面张力比常压下大。温度升高，表面张力一般会降低。这是因为温度升高时物质膨胀，密度降低，使分子间的相互作用力减弱，而造成表面张力减少。但有少数物质例外，如：液态铁、铜及其合金和硅酸盐，它们的表面张力随温度的升高而升高。
(二)液、固相界面的润湿现象
(三)固体表面的吸附
处在固体表面的分子或原子，由于周围分子或原子对它的作用力不对称，即分子或原子所受的力不饱和，因而有剩余力场，能够在两相界面层中自动富集气体或液体分子，这种现象叫吸附。通常把具有吸附能力的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。
按吸附质和吸附剂之间的相互作用力的性质不同，可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
1．物理吸附
物理吸附也称范德华吸附，该吸附作用是由于吸附剂与吸附质之间以分子间作用力为主所产生的吸附。物理吸附时表面能降低，所以是一种放热过程。此过程是可逆的，当吸附剂与吸附质之间的分子间力大于吸附质内部的分子间力时，吸附质吸着在吸附剂固体表面上，从分子运动论的观点来看，这些吸附于固体表面上的分子由于分子运动，也会从固体表面上脱离逸出，其本身并不发生任何化学变化。如当温度升高时，气体(或液体)分子的动能增加，吸附质分子将越来越多地从固体表面上逸出。物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附。
物理吸附的特征可归纳为以下几点：
(1)吸附质和吸附剂间不发生化学反应，低温就能进行。
(2)吸附一般没有选择性，对于各物质来说，只不过是分子间力的大小有所不同，与吸附剂分子间力大的物质首先被吸附。
(3)吸附为放热反应，因此低温有利于吸附，吸附过程所放出的热量，称为该物质在此吸附剂表面上的吸附热。
(4)吸附剂与吸附质问的吸附力不强，当系统温度升高或流体中吸附质浓度(或分压)降低时，吸附质能很容易地从固体表面逸出，而不改变吸附质原来的性状。
(5)吸附速率快，几乎不需要活化能。
2．化学吸附
化学吸附是吸附质和吸附剂以分子间的化学键力为主的吸附，形成的化学键多为共价键，其实质是一种发生在固体颗粒表面的化学反应。这种化学键力比物理吸附的分子间力要大得多，其热效应亦远大于物理吸附热，吸附质与吸附剂结合比较牢固，一般是不可逆的，而且总是单分子层吸附。化学吸附的特征可归纳为：
(1)化学吸附有很强的选择性，即不是在任何固体表面都可以吸附任何气体(或液体)，仅能吸附参与化学反应的某些物质。
(2)化学吸附速率较慢，需要一定的活化能，达到吸附平衡需要的时间一般较长。
(3)升高温度一般可以提高吸附速率，宜在较高温度下进行。
二、吸附平衡与吸附等温线
(一)吸附平衡
吸附过程是流体与吸附剂之间的相际传质过程。如果吸附用于净化气体，则是气、固相间的传质过程；如果吸附用于污水处理，则是液、固相间的传质过程。吸附平衡是吸附过程的极限，因此，研究吸附过程，首先要研究吸附平衡。
在一定条件下，当流体与吸附剂接触时，流体中吸附质将被吸附剂吸附。随着吸附过程的进行，吸附质在吸附剂表面上的数量逐渐增加，吸附质因热运动而脱离吸附剂的表面，又回到流体中去，即发生解吸现象。随着时间的推移，解吸速率逐渐加快，当吸附速率和解吸速率相等时，吸附和解吸达到了动态平衡，称为吸附平衡。这时吸附剂对吸附质的吸附能力的大小可用吸附容量q来表示。
所谓吸附容量q，是指在一定温度和压力下达到吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附的吸附质的质量。
吸附平衡时，容量不再增加，吸附质在流体中的浓度和在吸附剂表面的浓度都不再发生变化，从宏观上看，吸附过程停止。流体中的吸附质的浓度(或分压)称为平衡浓度(或平衡分压)。
吸附容量与平衡浓度(或平衡分压)之间的关系即为吸附平衡关系。通常用吸附等温线或吸附等温式表示。用不同温度下的吸附容量与吸附质分压或浓度的关系表示的曲线称为吸附等温线。由于吸附剂和吸附质不同，吸附等温线也不同。
(二)吸附等温线
(1)吸附等温式
①弗兰德里希(Freundlich)方程：
式中：q——在压力p下的吸附量，kg(吸附质)／kg(吸附剂)；
p——吸附质的平衡分压，kPa；
n——经验常数。
Freundlich方程描述了在等温条件下，吸附量与压力的指数分数成正比。压力增大吸附量也随之增大，但压力增加到一定程度以后，吸附量不再变化。
②朗缪尔(Imngmuir)方程：
式中：q——吸附剂表面单分子层盖满时的最大吸附量，kg(吸附质)／kg(吸附剂)；
K——吸附平衡常数。
(三)吸附平衡在吸附操作中的应用
1．判断传质过程进行的方向
当流体与吸附剂接触时，若流体中吸附质的浓度(或分压)高于其平衡浓度(或平衡分压)时，则吸附质被吸附；反之，若流体中吸附质的浓度(或分压)低于其平衡浓度(或平衡分压)时，则已被吸附在吸附剂上的吸附质将被解吸。
2．指明传质过程进行的极限
吸附达到平衡时，吸附量不再增加，吸附质在流体中的浓度和在吸附剂表面的浓度都不再发生变化，宏观上吸附过程停止。可见平衡是吸附过程的极限。
3．计算过程的推动力
吸附过程的推动力常用吸附质的实际浓度与其平衡浓度的偏离程度表示。过程推动力越大，吸附速率也越大，完成一定的吸附任务所需的设备尺寸越小；对于固定的设备，完成一定的吸附任务所需的吸附时间越短，生产能力越大。
第二节 吸附剂及其再生
一、吸附剂的基本特性
(一)较大的比表面积
比表面积是指每单位体积或单位质量物质所具有的表面积。物质的比表面积越大，系统的分散程度就越高，吸附作用就越强。
(二)具有良好的选择性
吸附在环境工程中应用时，无论是用于混合气体的净化或是用于污水的处理，在吸附过程中，要求吸附剂对所要去除的污染物具有较好的选择性和较大的吸附能力，而对于混合物中其他组分的吸附能力较小。例如活性炭吸附二氧化硫(或氨)的能力远大于吸附空气的能力，故活性炭能在空气与二氧化硫(或氨)的混合气中优先吸附二氧化硫(或氨)，达到分离净化废气的目的。
(三)吸附容量大
吸附容量是指在一定温度、一定吸附质浓度(或分压)下，单位质量(或单位体积)吸附剂所能吸附的最大值。吸附容量除与吸附剂表面积有关外，还与吸附剂的孔隙大小、孔径分布、分子极性及吸附剂分子上官能团性质等有关。吸附容量大，可降低处理单位质量流体所需的吸附剂用量。
(四)具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸
吸附剂的外形通常为球形和短柱形，也有其他形式的，如无定形颗粒，其粒径通常为0．
(五)有良好的热稳定性及化学稳定性
吸附剂的稳定性体现在使用的过程中，当温度发生改变时，其性能不变，且不与化学物质
发生反应。
(六)有良好的再生性能
吸附剂在吸附后需再生使用，再生效果的好坏往往是吸附分离技术能否使用的关键，要求吸附剂再生方法简单、再生活性稳定。此外，吸附剂的来源要广泛，价格要低廉。实际吸附过程中，很难找到一种吸附剂能同时满足上述所有要求，因此在选择吸附剂时要权衡多方面的因素。
二、常用的吸附剂
吸附剂可分为两大类，一类是天然的吸附剂，如硅藻土、白土、天然沸石等。另一类是人工制作的吸附剂，主要有活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛、有机树脂吸附剂等。目前在环境工程中常用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝和沸石分子筛等。
(一)活性炭
活性炭是一种最常用的非极性吸附剂，由木炭、坚果壳、煤等含碳原料经碳化与活化制得
的一种多孔性疏水性吸附剂，具有很强的吸附能力，其吸附性能取决于原始成碳物质以及碳化、活化等的操作条件。
(二)硅胶
硅胶是另一种常用吸附剂，主要用于气体干燥、烃类气体回收、废气净化、液体脱水等。它
是一种较理想的干燥吸附剂。
(三)活性氧化铝
(四)沸石分子筛
三、吸附剂的选择
(一)选择原则
吸附剂的性能对吸附分离操作的技术经济指标起着决定性的作用，吸附剂的选择是非常重要的一项工作，一般选择原则为：
(1)吸附剂要具有较大的吸附容量，一般比表面积大的吸附剂，其吸附能力强。
(2)吸附剂要具有良好的吸附选择性，由于不同的吸附剂因其组成和结构的不同，所表现出的优先吸附能力就不同，只有具有良好的选择性，才能经济有效地净化气态混合物。
(3)吸附剂要易于再生，即平衡吸附量对温度或压力较敏感。
(4)吸附剂要有一定的机械强度和耐磨性，性能稳定，有较低的床层压力降，价格便
宜等。
(二)选择方法
在实际工作中，选择吸附剂要满足吸附剂的基本要求往往很难，只能在全面衡量后择优选用。选择时可按照以下方法进行：
(1)初步选择：选择吸附剂除要有一定的机械强度外，最主要的是对分离组分具有良好的选择性和较强的吸附能力。对于极性分子，可优先考虑分子筛、硅胶和活性氧化铝。对于非极性分子或相对分子质量较大的有机物，应选择活性炭。因为活性炭对碳氢化合物有良好的选择性和较强的吸附能力。对分子较大的吸附质，应选用孔径较大的吸附剂。对分子较小的吸附质，则应选用分子筛，因分子筛的选择性更多地取决于微孔的大小。
(2)活性与寿命实验：对初步选出的一种或几种吸附剂应进行活性与寿命实验，一般在小试阶段进行。对于活性较好的吸附剂一般通过中试进行寿命实验。
(3)经济评估：对初步选出的几种吸附剂进行经济估算，从中选出费用低、效果好的吸附剂。
四、解吸与吸附剂的再生
当系统温度升高或流体中吸附质浓度(或分压)降低时，被吸附物质将从固体表面逸出，即解吸(或称脱附)，是吸附的逆过程。这种吸附一解吸的可逆现象在物理吸附中均存在。工业上利用这种现象，在处理混合物时，当吸附剂将吸附质吸附之后，改变操作条件，使吸附质解吸，同时吸附剂再生并回收吸附质以达到分离混合物的目的。
当吸附剂达到饱和后需要再生。再生方法有加热解吸再生、降压或真空解吸再生、置换再
生、溶剂萃取再生、化学氧化再生和生物再生等。
(一)加热解吸再生
通过升高吸附剂温度使吸附质解吸，吸附剂得到再生，它是目前粒状活性炭最常用、最有效的再生方法。在高温下，吸附质分子易于从吸附剂活性中心点脱离；同时，吸附的有机物在高温下能氧化分解，降低吸附剂对它的吸附能力。不同的吸附过程需要不同的温度，吸附作用越强，解吸时需加热的温度越高。
(二)降压或真空解吸
气体吸附过程与压力有关，压力升高时，利于吸附；压力降低时，利于解吸。因此，通过降低操作压力可使吸附剂得到再生，若吸附在较高压力下进行，则降低压力可使被吸附的物质脱离吸附剂进行解吸；若吸附在常压下进行，可采用抽真空方法进行解吸。
(三)置换再生
在气体吸附过程中，某些热敏性物质，在较高温度下易聚合或分解，可以用一种吸附能力较强的气体(解吸剂)将吸附质从吸附剂中置换与吹脱出来。再生时解吸剂流动方向与吸附时流体流动方向相反，即采用逆流吹脱的方式。这种再生方法需加一道工序，即解吸剂的再解吸，一般可采用加热解吸再生的方法，使吸附剂恢复吸附能力。
(四)溶剂萃取再生
选择合适的溶剂，使吸附质在该溶剂中溶解性能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，从而将吸附质溶解下来。
(五)化学氧化再生
化学氧化再生的具体方法很多，可分为湿式氧化法、电解氧化法及臭氧氧化法等几种。
(六) 生物再生法
利用微生物的作用，可将被吸附的有机物氧化分解。 ．
第三节 吸附在环境工程上的应用
吸附操作在环境工程中的应用分为两个方面，一是用于气态污染物的净化，二是用于水处理。
一、吸附法用于气态污染物的净化
吸附法对低浓度气体的净化能力很强，吸附分离不仅能脱除有害物质，并且可以回收有用物质使吸附剂得到再生，所以在环境污染治理工程中应用非常广泛。工业生产中产生大量的CO2、SO2和NO2等有害气体，吸附分离是有效的治理方法之一。
(一)烟道气中的SO2的净化
(二)硝酸尾气的净化
(三)含氟废气的净化
(四)清除和回收挥发性有机化合物
(五)含汞及含汞化合物蒸气的净化
(六)恶臭及其他有毒有害物质的脱除
二、吸附法用于水处理
在水处理中，吸附法处理的主要对象是污水中用生化法难于降解的有机物，或一般氧化法难于氧化的溶解性有机物，以及各种重金属离子。活性炭吸附法目前用得较多的是在给水处理中去除有害物质及臭味，已被广泛用于处理饮用水及各种工业废水，可达到除去有机物、脱色、脱臭、脱除重金属(如处理电镀废水)等的目的。
在处理流程上，吸附法可与其他物理化学方法联合，组成物化流程。如先用混凝、沉淀、过滤等去除悬浮物和胶体，然后用吸附法去除溶解性有机物。吸附法也可以与生化法联合，如向曝气池投加粉末状活性炭；利用粒状吸附剂作为微生物的生长载体或作为生物流化床的介质；或在生物处理之后进行吸附深度处理等。
第四节 吸附速率控制与吸附操作方式
一、吸附速率
吸附速率是指当流体与吸附剂接触时，单位质量的吸附剂(或单位体积的吸附层)在单位时间内所吸附的吸附质量，单位是kg／(kg·s)。吸附速率是设计吸附装置的重要依据之一。
吸附速率与物系、操作条件及浓度有关，当物系及操作条件一定时，吸附过程包括以下三个步骤：
(1)吸附质从流体主体以对流扩散的形式传递到固体吸附剂的外表面，此过程称为外扩散。
(2)吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的微孔内，然后扩散到固体的内表面，此过程
称为内扩散。
(3)吸附质在吸附剂固体内表面上被吸附剂所吸附，称为表面吸附过程。
解吸与吸附过程是逆向进行的，首先进行吸附质的解吸，经内扩散传递至外表面，再从外表面扩散到流动相主体，完成解吸过程。
当吸附过程为物理吸附时，其吸附表面上的吸附过程往往进行很快，故总吸附速率主要取决于内外扩散速率的大小。当外扩散速率小于内扩散速率时，总吸附速率由外扩散速率决定，此吸附为外扩散控制的吸附；当内扩散速率小于外扩散速率时，此吸附为内扩散控制的吸附，总吸附速率由内扩散速率决定。
由于吸附过程复杂，影响因素多，从理论上推导吸附速率方程很困难，因此一般是凭经验或根据模拟实验来确定。
二、吸附操作方式
吸附分离过程包括吸附过程和解吸过程。由于需处理的流体浓度、性质及要求吸附的程度不同，故吸附操作有多种形式。
(一)接触式操作
接触式操作是把要处理的液体和吸附剂一起加入到带有搅拌器的吸附槽中，使吸附剂与溶液充分接触，溶液中的吸附质被吸附剂吸附，为使液体与吸附剂充分接触，增大接触面积，要求使用细颗粒的吸附剂,同时要有良好的搅拌。这种操作主要应用于除去污水中的少量溶解性的大分子，如带色物质等。
(二)固定床吸附操作
固定床吸附操作是把吸附剂均匀堆放在吸附塔中的多孔支承板上，含吸附质的流体可以自上而下流动，也可自下而上流过吸附剂。在吸附过程中，吸附剂不动。
(三)流化床吸附操作及流化床一移动床联合吸附操作
流化床吸附操作是使流体自下而上流动，流体的流速控制在一定的范围，保证吸附剂颗粒被托起，但不被带出，处于流态化状态进行的吸附操作。
流化床吸附的优点是能连续操作，处理能力大，设备紧凑。缺点是构造复杂，能耗高，吸附剂和容器磨损严重，由于流态化的限制，使操作范围变窄。
(四)模拟移动床的吸附操作
(五)变压吸附
三、影响吸附的因素
影响吸附的因素有吸附剂的性质、吸附质的性质及操作条件等，只有了解影响吸附的因素，才能选择合适的吸附剂及适宜的操作条件，从而更好地完成吸附分离任务。
1．操作条件
由吸附等温线可知，温度和压力对吸附有影响。适当升高温度有利于化学吸附，低温有利于物理吸附。温度对气相吸附的影响比对液相吸附的影响大。对于气体吸附，压力增加有利于吸附，压力降低有利于解吸。
2．吸附剂的性质
吸附剂的性质如孔隙率、孔径、粒径等影响比表面积，从而影响吸附效果。一般来说，吸附剂粒径越小或微孔越发达，其比表面积越大，吸附容量也越大。但在液相吸附过程中，对相对分子质量大的吸附质，微孔提供的表面积不起很大作用。
3．吸附质的性质与浓度
对于气相吸附，吸附质的临界直径、相对分子质量、沸点、饱和性等影响吸附量。若用同种活性炭作吸附剂，对于结构相似的有机物，相对分子质量和不饱和性越大，沸点越高，越易被吸附。对于液相吸附，吸附质的分子极性、相对分子质量、在溶剂中的溶解度等影响吸附量。相对分子质量越大、溶解度越小，越易被吸附。吸附剂中吸附质浓度(或分压)越高，其吸附量越少。
4．吸附剂的活性
吸附剂的活性是吸附剂吸附能力的标志，常以吸附剂上所吸附的吸附质量与所有吸附剂量之比的百分数来表示，其物理意义是单位吸附剂所能吸附的吸附质量。
5．接触时间
吸附操作时，应保证吸附质与吸附剂有一定的接触时间，使吸附接近平衡，充分利用吸附剂的吸附能力。吸附平衡所需的时间取决于吸附速率。一般要通过经济权衡，确定最佳接触时间。
6．吸附器的性能
不同的吸附器，具有不同的吸附性能，影响吸附效果。
四、吸附过程的强化措施
强化吸附过程可以从两个方面入手，一是对吸附剂进行开发与改进，二是开发新的吸附工艺。
（三）考核目标
一、考核知识点
（一）表面现象与吸附基本概念
（二）吸附剂及其再生
（三）吸附在环境工程上的应用
（四）吸附速率控制与吸附操作方式
二、考核要求
（一）吸附的基本概念
1、识记：（1）表面张力、吸附概念，难度层次：容易A
（2）物理吸附和化学吸附特性，难度层次：中等偏易B
（3）吸附等温线，难度层次：中等偏难C
2、理解：（1）吸附平衡，难度层次：中等偏易B
（2）吸附平衡在吸附操作中的应用，难度层次：中等偏难C
3、应用：吸附等温式，难度层次：难题D
（二）吸附剂及其再生
1、识记：（1）吸附剂的基本特性，难度层次：中等偏易B
（2）常用的吸附剂，难度层次：容易A
2、理解、（1）吸附剂的选择原则，难度层次：中等偏易A
（2）解吸与吸附剂的再生，难度层次：中等偏难C
（三）吸附在环境工程上的应用
1、识记：（1）附法用于气态污染物的净化，难度层次:中等偏易B
（2）吸附法用于水处理，难度层次：中等偏易B
（四）吸附速率控制与吸附操作方式
1、识记：（1）吸附速率概念，难度层次：容易A
（2）吸附操作方式类型及特点，难度层次：容易A
2、理解：（1）吸附过程及控制因素，难度层次：中等偏难C
（2）影响吸附的因素，难度层次：中等偏易B
第七章 萃取与其他分离技术
（一）学习目的与要求
本章主要讨论萃取技术。要求了解萃取的相平衡过程，理解萃取、气浮分离原理，掌握气浮工艺、离子交换剂类型，萃取、气浮和离子交换在环境中的应用。本章属于一般考核内容。
（二）考试内容
第一节 萃取
一、萃取原理
液体混合物(原料液)中加入一个与其基本不相混溶的液体作为溶剂，造成第二相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分离。
萃取操作的基本过程，将一定量萃取剂加入原料液中，然后加以搅拌使原料液与萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散，所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相间的传质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分层：一层以溶剂为主，并溶有较多的溶质A，
液一液相平衡是萃取传质过程进行的极限。
二、萃取剂的选择
选择合适的萃取剂是保证萃取操作能够正常进行且经济合理的关键。萃取剂的选择主要考虑以下因素。
(一)萃取剂的选择性
萃取剂的选择性是指萃取剂s对原料液中两个组分溶解能力的差异。
(二)原溶剂B与萃取剂s的互溶度
(三)萃取剂回收的难易与经济性
(四)萃取剂的其他物性
三、萃取在环境保护技术中的应用
(一)高浓度有机工业废水的处理
(二)含高浓度重金属离子的工业废水处理．
(三)液一液萃取处理高氯难降解有机废水
第二 节 气浮分离
气浮法是固一液分离或液一液分离的一种技术，它是通过某种方法，产生大量微小气泡，使待分离物质吸附于上升的气泡表面而浮升到液面，从而使某组分得以分离的方法，称气浮分离法或气泡分离法，也称浮选分离或泡沫浮选分离。气浮法广泛应用于去除相对密度比l小的悬浮物、油类和脂肪，并用于污泥的浓缩等。
一、气浮分离原理
(一)水中颗粒与气泡黏附的条件
1．吸附作用
在水、气、固三相混合物系中，不同物质存在界面张力，气泡与颗粒一旦接触，由于体系界面能总是存在力图减到最小的趋势，因而会产生表面吸附作用。
2．颗粒的亲水性与疏水性
由于水中的颗粒表面性质不同，所构成的气一粒黏附情况也不同，亲水性颗粒与气体结合不牢，易脱落，疏水性物质正好相反。
(二)泡沫的稳定性
(三)界面电现象和混凝剂脱稳
二、气浮处理工艺
(一)溶气气浮法溶气气浮(DAF)是气浮的一种，它利用水在不同压力下溶解性能不同的特性，对全部或部分待处理(或处理后)的水进行加压并加气，增加水的空气溶解量，通入加过混凝剂的水中，在常压情况下释放，空气析出形成小气泡，黏附在杂质絮粒上，造成絮粒整体密度小于水而上升，从而使固液分离。
(二)分散空气气浮法
目前应用较多的有扩散板曝气气浮法和叶轮气浮法两种。
(三)溶气泵气浮法
溶气泵采用涡流泵或气液多相泵，其原理是在泵的入口处空气与水一起进入泵壳内，高速转动的叶轮将吸入的空气多次切割成小气泡，小气泡在泵内的高压环境下迅速溶解于水中，形成溶气水然后进入气浮池完成气浮过程。
(四)电解凝聚气浮法
电解气浮法是在直流电的作用下，用不溶性阳极和阴极直接电解废水，正负两极产生的氢和氧的微气泡，将废水中呈颗粒状的污染物带至水面以进行固液分离的一种技术。
三、气浮在环境工程治理中的应用
1．炼油厂含油废水的治理
2．造纸厂的白水处理
3．印染废水
第三节 离子交换
离子交换利用固相离子交换剂功能基团所带的可交换离子，与接触的交换剂的溶液中相同电性的离子进行交换反应，以达到粒子的置换、分离、去除等目的。
废水处理中使用离子交换剂分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类，无机离子交换剂有天然沸石和合成沸石等；有机离子交换剂的种类繁多，主要有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、螯合树脂和有机吸附树脂等。
三、离子交换设备
最常用的离子交换设备有固定床、移动床两种。
(一)固定床离子交换器
固定床离子交换器床层不变，水流由上而下流动，根据料层的组成可以分为单层床、双层床和混合床三种，单层床只装一种树脂，可以单独使用也可以串联使用；双层床装两种同性不同型的树脂，因为密度不同而分为两层；混合床是把阴阳两种离子交换树脂混合装在一起。
(二)移动床离子交换器
移动床离子交换器主要由交换柱和再生柱两部分构成，树脂在同一柱内交替流动，完成再生和离子交换，属于连续操作。其优点是效率高，树脂用量少；但其缺点为流化床设备较复杂，操作麻烦，对水质变化适应性差，另外还有树脂磨损较大等问题。
四、离子交换法在废水处理中的应用
(一)含汞废水的处理
(二)含铬废水的处理
（三）考核目标
一、考核知识点
（一）萃取
（二）气浮分离
（三）离子交换
二、考核要求
1、识记：（1）萃取原理，难度层次：中等偏易B
（2）气浮的概念及特性，难度层次：中等偏易B
（3）气浮工艺类型及特点，难度层次：容易A
（4）离子交换剂类型，难度层次：容易A
（5）离子交换设备，难度层次：中等偏难C
2、理解：（1）气浮分离原理, 难度层次:中等偏易B
（2）萃取剂的选择，难度层次：中等偏难C
“个人自学、社会助学、国家考试相结合”，是高等教育自学考试的基本原则。现对有关的几个问题说明如下：
（一）自学考试大纲的目的和作用
课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。
课程自学考试大纲明确了课程学习的内容及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行助学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。
（二）课程自学考试大纲的目的和作用
课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容和范围，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。课程内容在教材中可以体现一定的深度或难度，但在大纲中对考核的要求一定要适当。
大纲与教材所体现的课程内容应基本一致；大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里一般也要有反过来教材里有的内容，大纲就不一定体现。
（三）关于自学教材与主要参考书
推荐选用书为：环境工程原理，何红升主编，高等教育出版社，2007.
参考书：水污染控制与设备运行，郭正主编，高等教育出版社，2007.
（四）关于自学要求和自学方法的指导
本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此课程内容基本掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。
在自学要求中，对各部分内容掌握程度的要求由低到高分为四个层次，其表达用语依次是：了解、知道；理解、清楚；掌握、会用；熟练掌握。
为有效的指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了课程的重点和难点，在各章的基本要求中也指明了各章内容的重点和难点。
本课程共7个学分。
（五）对社会助学的要求
自学或助学的重点应放在第二章流体流动、第四章沉降与过滤、第六章表面现象与吸附以及第五章相平衡与吸收，这些章节是本课程的重点章节，需要掌握的内容占到整个课程的70-805%左右，建议学习时间也应占有相当的比例，这些章节中的难点主要是所涉及的基本方程的应用，应多加练习才能掌握。助学过程中，要注意正确引导、把握好助学方向，正确处理学习知识和提高能力的关系。
（六）对考核内容和考核目标的说明
（1）本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均有若干知识点组成，在自学考试中称为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按四个认知层次确定其考核要求。
（2）四个能力层次从低到高依次是：识记；领会（理解）；简单应用；综合应用。关于这些概念的解释附后。
（3）在考试之日起6个月前，由全国人民代表大会和国务院颁布或修订的法律、法规都将列入相应课程的考试范围。凡大纲、教材内容与现行法律、法规不符合的，应以现行法律法规为准。命题时也会对我国经济建设和科技文化发展的重大方针政策的变化予以体现。
（六）关于考试命题中的若干规定
1、考试为闭卷考试，考试时间150分钟。本课程考试需要携带具有科学计算但没有存储功能的计算器。
2、本大纲各章虽所规定的基本要求、知识点以及知识点下的知识细目，都属于考核内容。考试命题既要覆盖到章，又要避免面面俱到。要注意突出课程的重点，加大重点章节的覆盖度。
3、命题不应有超出大纲中考核知识点范围的题，考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层次。命题应着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握，对基本方法是否会用或熟练。不应出与基本要求不符的偏题或怪题。
4、本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占20%，领会占30%，简单应用占30%，综合应用20%。
5、要合理安排试题的难易程度，试题的难易程度可分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：2：3：3：2.
试题的难易程度与能力层次有一定联系，但而这不是等同的概念，在各能力层次中都可能有不同难度的试题。
6、课程考试命题中的主要题型有：填空题、单项选择题、名词解释题、简答题和计算题五种类型。
命题工作中必须按照本课程大纲中所规定的体型命制，考试试卷使用的体型可以略少，但不能超出规定。
附录：题型举例
1、填空题
（1） 吸附过程是流体与________之间的相际传质过程。
（2）________是吸收过程的极限，只有不________的两相互相接触才会发生气体的吸收或解吸。2、名词解释
（1） 沉降
（2） 过滤
3、选择题
（1）在SI单位制中，摩尔气体常数R的单位为：
A atm*cm2/(mol*K) B Pa*m3/(mol*K) C kgf*kmol*K DIbf*ft/(mol*K)
(2) 通常流体黏度随温度变化规律为：
A 温度升高，黏度减小 B温度升高，黏度增加
C 对液体温度升高，黏度减小 D 对气体，温度升高，黏度增加
4、简答题
影响颗粒沉速的因素有哪些
5、计算题
直径为30μ的球形石英颗粒（密度为
