环境工程专业的化工原理教学

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一、环境工程工艺单元设计与单元操作

该医院废水处理工艺由多个工艺单元组成，每个工艺单元又对应一个或多个单元操作。根据不同功能定义各个工艺单元的名称，而根据功能的不同，工艺单元需设置相应的操作设备。

1.1调节池

调节池一般用来均化原废水，防止由于原水水质和水量的波动对后续生物处理单元产生破坏性的影响。其容量通常取决于需调蓄的原水水量和变化系数。为了保证均化效果，通常还设有搅拌器，为了截留流体中较大尺寸的固形物，一般设置相应尺寸的格栅。经均化的原水经水泵通过管道输送到下一单元。此部分涉及的单元操作有搅拌、过滤和流体输送，均可通过化工原理讲授的相应内容确定设备的参数，进而为设备选型提供依据。

1.2接触氧化池

接触氧化工艺即通过在曝气池内设置填料，使微生物在填料上与废水及空气接触，从而实现有机物的好氧氧化。接触氧化池的体积通常采用有机负荷的方式进行计算，也可采用经验上的水力停留时间计算，取决于微生物降解能力及废水水质。采用鼓风曝气，通过微孔曝气器扩散空气，产水溢流进入下一单元。涉及的单元操作主要是流体输送，即风机的计算。通过有机负荷计算确定所需风量，由池体高度，加上管路阻力损失，可得到风机的扬程，进而为设备选型提供依据。

1.3MBR池

MBR工艺采用微滤膜进行固液分离，采用抽吸泵出水。池底设置曝气器用来扩散空气并缓解膜污染，采用鼓风机曝气。池体体积可采用容积负荷的方式进行计算，也可采用经验上的水力停留时间计算，同样取决于微生物氧化废水中有机物的能力。曝气量通过有机负荷或经验上的气水比获得。底部还设有污泥回流泵，用于将MBR中的一定量活性污泥回流至接触氧化池或排放至污泥沉淀单元。此工艺单元涉及的单元操作有过滤、流体输送等。通过计算可确定膜通量，进而确定膜面积，确定风机、膜出水泵和污泥回流泵的型号等，为系统设备的选择提供依据。

1.4污泥沉淀池

污泥沉淀池用于接收接触氧化池和MBR池的剩余污泥并进行沉降分离，上清液回流至接触氧化池，可选用斜管(板)沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池等。对于小型的污水处理工程，斜管(板)沉淀池的应用较多。涉及的单元操作主要是机械分离中的沉降分离，经过计算，能够获得沉淀池的尺寸。

1.5污泥脱水

污泥脱水一般先采用机械分离的方式，除去大部分非结合水，之后采用干燥的方式，进一步去除污泥水分，以便于运输。污泥的机械脱水一般采用压滤、过滤和离心的方式，在水处理工程中带式压滤采用的比较多，也相对成熟。涉及的单元操作主要是机械分离，通过计算，可确定压滤机的型号及功率。对于小型污水处理系统，干燥采用自然干化的比较多，利用太阳光照射，将污泥中的非结合水气化，对应的是干燥的单元操作，通过干燥速率的计算，可确定干化床的面积。

1.6气体处理系统

气体处理系统收集调节池、接触氧化池、MBR池、污泥沉淀池等排出的废气，利用引风机将废气引出，并经高效过滤器过滤后排放。涉及的单元操作主要有流体输送和过滤，同样通过单元操作的计算，可获得风机和过滤器的型号和功率。

二、单元操作对投资与运行费用的影响

工艺单元由一个至多个单元操作组成，通过单元操作的计算，为土建投资、设备投资，以及运行费用提供了依据。单元操作以费用最低为目标，使工艺设计更为合理，因此单元操作的计算决定了环境工程的投资与运行费用。

三、结语

化工原理针对单元操作进行教学，强调单元操作的原理和计算，这为环境工程工艺单元设备的选型提供了基础和依据，并最终决定设备的投资和运行费用。因此，化工原理教学对环境工程设计至关重要，在教学过程中，将环境工程工艺单元设计与单元操作相互融合，在课堂讲授和课程设计中引入具体的设计案例，给出具体污染源，让学生在查阅资料、进行工程分析的基础上，利用已有的参数进行设计，更能使学生有切身的体会，理论联系实际，获得更好的教学效果，从而提高学生的设计与工程实践能力。

作者：李琪 于俊利 曹井国 单位：天津中天海盛环保科技有限公司 天津科技大学材料科学与化学工程学院