環(huán)境工程專業(yè)的化工原理教學(xué)

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一、環(huán)境工程工藝單元設(shè)計(jì)與單元操作

該醫(yī)院廢水處理工藝由多個工藝單元組成，每個工藝單元又對應(yīng)一個或多個單元操作。根據(jù)不同功能定義各個工藝單元的名稱，而根據(jù)功能的不同，工藝單元需設(shè)置相應(yīng)的操作設(shè)備。

1.1調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池一般用來均化原廢水，防止由于原水水質(zhì)和水量的波動對后續(xù)生物處理單元產(chǎn)生破壞性的影響。其容量通常取決于需調(diào)蓄的原水水量和變化系數(shù)。為了保證均化效果，通常還設(shè)有攪拌器，為了截留流體中較大尺寸的固形物，一般設(shè)置相應(yīng)尺寸的格柵。經(jīng)均化的原水經(jīng)水泵通過管道輸送到下一單元。此部分涉及的單元操作有攪拌、過濾和流體輸送，均可通過化工原理講授的相應(yīng)內(nèi)容確定設(shè)備的參數(shù)，進(jìn)而為設(shè)備選型提供依據(jù)。

1.2接觸氧化池

接觸氧化工藝即通過在曝氣池內(nèi)設(shè)置填料，使微生物在填料上與廢水及空氣接觸，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的好氧氧化。接觸氧化池的體積通常采用有機(jī)負(fù)荷的方式進(jìn)行計(jì)算，也可采用經(jīng)驗(yàn)上的水力停留時(shí)間計(jì)算，取決于微生物降解能力及廢水水質(zhì)。采用鼓風(fēng)曝氣，通過微孔曝氣器擴(kuò)散空氣，產(chǎn)水溢流進(jìn)入下一單元。涉及的單元操作主要是流體輸送，即風(fēng)機(jī)的計(jì)算。通過有機(jī)負(fù)荷計(jì)算確定所需風(fēng)量，由池體高度，加上管路阻力損失，可得到風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程，進(jìn)而為設(shè)備選型提供依據(jù)。

1.3MBR池

MBR工藝采用微濾膜進(jìn)行固液分離，采用抽吸泵出水。池底設(shè)置曝氣器用來擴(kuò)散空氣并緩解膜污染，采用鼓風(fēng)機(jī)曝氣。池體體積可采用容積負(fù)荷的方式進(jìn)行計(jì)算，也可采用經(jīng)驗(yàn)上的水力停留時(shí)間計(jì)算，同樣取決于微生物氧化廢水中有機(jī)物的能力。曝氣量通過有機(jī)負(fù)荷或經(jīng)驗(yàn)上的氣水比獲得。底部還設(shè)有污泥回流泵，用于將MBR中的一定量活性污泥回流至接觸氧化池或排放至污泥沉淀單元。此工藝單元涉及的單元操作有過濾、流體輸送等。通過計(jì)算可確定膜通量，進(jìn)而確定膜面積，確定風(fēng)機(jī)、膜出水泵和污泥回流泵的型號等，為系統(tǒng)設(shè)備的選擇提供依據(jù)。

1.4污泥沉淀池

污泥沉淀池用于接收接觸氧化池和MBR池的剩余污泥并進(jìn)行沉降分離，上清液回流至接觸氧化池，可選用斜管(板)沉淀池、豎流沉淀池和輻流沉淀池等。對于小型的污水處理工程，斜管(板)沉淀池的應(yīng)用較多。涉及的單元操作主要是機(jī)械分離中的沉降分離，經(jīng)過計(jì)算，能夠獲得沉淀池的尺寸。

1.5污泥脫水

污泥脫水一般先采用機(jī)械分離的方式，除去大部分非結(jié)合水，之后采用干燥的方式，進(jìn)一步去除污泥水分，以便于運(yùn)輸。污泥的機(jī)械脫水一般采用壓濾、過濾和離心的方式，在水處理工程中帶式壓濾采用的比較多，也相對成熟。涉及的單元操作主要是機(jī)械分離，通過計(jì)算，可確定壓濾機(jī)的型號及功率。對于小型污水處理系統(tǒng)，干燥采用自然干化的比較多，利用太陽光照射，將污泥中的非結(jié)合水氣化，對應(yīng)的是干燥的單元操作，通過干燥速率的計(jì)算，可確定干化床的面積。

1.6氣體處理系統(tǒng)

氣體處理系統(tǒng)收集調(diào)節(jié)池、接觸氧化池、MBR池、污泥沉淀池等排出的廢氣，利用引風(fēng)機(jī)將廢氣引出，并經(jīng)高效過濾器過濾后排放。涉及的單元操作主要有流體輸送和過濾，同樣通過單元操作的計(jì)算，可獲得風(fēng)機(jī)和過濾器的型號和功率。

二、單元操作對投資與運(yùn)行費(fèi)用的影響

工藝單元由一個至多個單元操作組成，通過單元操作的計(jì)算，為土建投資、設(shè)備投資，以及運(yùn)行費(fèi)用提供了依據(jù)。單元操作以費(fèi)用最低為目標(biāo)，使工藝設(shè)計(jì)更為合理，因此單元操作的計(jì)算決定了環(huán)境工程的投資與運(yùn)行費(fèi)用。

三、結(jié)語

化工原理針對單元操作進(jìn)行教學(xué)，強(qiáng)調(diào)單元操作的原理和計(jì)算，這為環(huán)境工程工藝單元設(shè)備的選型提供了基礎(chǔ)和依據(jù)，并最終決定設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用。因此，化工原理教學(xué)對環(huán)境工程設(shè)計(jì)至關(guān)重要，在教學(xué)過程中，將環(huán)境工程工藝單元設(shè)計(jì)與單元操作相互融合，在課堂講授和課程設(shè)計(jì)中引入具體的設(shè)計(jì)案例，給出具體污染源，讓學(xué)生在查閱資料、進(jìn)行工程分析的基礎(chǔ)上，利用已有的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，更能使學(xué)生有切身的體會，理論聯(lián)系實(shí)際，獲得更好的教學(xué)效果，從而提高學(xué)生的設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐能力。

作者：李琪 于俊利 曹井國 單位：天津中天海盛環(huán)?？萍加邢薰?天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院