环境工程原理(Principles of Environmental Engineering）课程基本信息课程编号：02021608h课程总学时：48实验学时：8学时课程属性：专业类课程性质：必修开设学期：第4学期课程负责人：沈连峰课程团队：沈连峰、杨建涛授课语言：中文适用专业：环境工程，环境科学；核心对先修的要求：要求学生具备计算能力和大学物理、物理化学、水力学等的基础理论知识和实验技能。对后续的支撑：对学生后续学习水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物控制工程、物理性污染控制工程等课程提供理论知识和技能支撑。主撰人：沈连峰审核人：杨建涛大纲制定（修订）日期：2023.06一、课程的教学理念、性质、目标和任务环境工程原理是环境工程、环境科学等相关专业的主干专业基础课，主要讲述水处理工程、大气污染控制工程、固体废弃物处理处置工程等环境污染防治以及生态修复工程中涉及的具有共性的基本现象和基本过程的基本原理。主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理三部分。环境工程原理基础部分主要讲述物料与能量守恒原理、传递过程等。分离过程原理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收、吸附、膜分离的基本原理。反应工程原理部分讲述化学和生物反应计量学、动力学、各类反应器的过程解析等。本课程将传统教学手段与现代教学手段相结合，通过理论讲授、典型案例分析、课程设计以及融入思政元素等教学方法，使学生掌握环境污染控制理论基础知识，培养环境工程设计能力和良好的科学素养，树立科学严谨、公正守法和环境工程伦理观念，实现价值塑造、知识传授和能力培养的有机融合。本课程的主要教学任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工程、大气（包括室内空气）污染控制工程、固体废物处理与处置及资源化工程、物理污染控制工程，以及其他污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础基本过程和现象，以及污染控制装置的基本原理，为后期相关的专业课学习打下良好基础。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑支撑毕业要求指序号毕业要求课程目标标点目标1：遵守法律法规、职业和道德规范，严谨求实、精益求精81指标点8具有环保意识和社会责任感。目标2：掌握物料与能量衡算、流体流动、热量传递和质量传递过程的基本概念和基本理论，并能运用这些知识和理论，以及通2指标点11过查阅文献，数学建模等方法来解决各种废水、废气、废渣、废热等环境污染问题。71
71 环境工程原理 （Principles of Environmental Engineering） 课程基本信息 课程编号：02021608h 课程总学时：48 实验学时：8 学时 课程性质：必修 课程属性: 专业类 开设学期：第 4 学期 课程负责人：沈连峰 课程团队：沈连峰、杨建涛 授课语言：中文 适用专业：环境工程，环境科学；核心 对先修的要求：要求学生具备计算能力和大学物理、物理化学、水力学等的基础理论知识和实验技能。 对后续的支撑：对学生后续学习水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物控制工程、物理性污染控制工程 等课程提供理论知识和技能支撑。 主撰人：沈连峰 审核人：杨建涛 大纲制定（修订）日期：2023.06 一、课程的教学理念、性质、目标和任务 环境工程原理是环境工程、环境科学等相关专业的主干专业基础课，主要讲述水处理工程、 大气污染控制工程、固体废弃物处理处置工程等环境污染防治以及生态修复工程中涉及的具有共 性的基本现象和基本过程的基本原理。主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工 程原理三部分。环境工程原理基础部分主要讲述物料与能量守恒原理、传递过程等。分离过程原 理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收、吸附、膜分离的基本原理。反应工程原理部分讲述化学和生 物反应计量学、动力学、各类反应器的过程解析等。 本课程将传统教学手段与现代教学手段相结合，通过理论讲授、典型案例分析、课程设计以 及融入思政元素等教学方法，使学生掌握环境污染控制理论基础知识，培养环境工程设计能力和 良好的科学素养，树立科学严谨、公正守法和环境工程伦理观念，实现价值塑造、知识传授和能 力培养的有机融合。 本课程的主要教学任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工 程、大气（包括室内空气）污染控制工程、固体废物处理与处置及资源化工程、物理污染控制工 程，以及其他污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础基本过程和现象，以及污染控制装置 的基本原理，为后期相关的专业课学习打下良好基础。 二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑 序号 课程目标 支撑毕业要求指 标点 毕业要求 1 目标 1：遵守法律法规、职业和道德规范，严谨求实、精益求精， 具有环保意识和社会责任感。 指标点 8 8 2 目标 2：掌握物料与能量衡算、流体流动、热量传递和质量传递 过程的基本概念和基本理论，并能运用这些知识和理论，以及通 过查阅文献，数学建模等方法来解决各种废水、废气、废渣、废 热等环境污染问题。 指标点 1 1
目标3：掌握沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基指标点22本分离过程的原理，识别、判断、定性定量分析废水、废气、废渣、废热治理及资源化的方法，为环境治理提供有效的治理手段目标4：掌握分离或去除废水、废气中污染组分的基本方法与机理，采用沉淀、过滤、吸收、吸附等技术方法，设计出有效的试指标点4A验装置，开展相关污染治理研究，为相应的环境污染问题提供治理方案。三、教学内容及进度安排学生学习课内支撑序号教学内容教学方式学时预期成果课程目标第一章绪论本章主要教学内容：1、了解本课程的任务、性质、研究对象与方法：了解研究单元操作的意义及其在环境工程类型生产过程中的作用2、掌握学习本课程的几个基本章采用理论讲授和础概念：掌握系统的能量衡算通过本章节学习使案例分析相结合的方和质量衡算学生了解环境工程式促使学习目标的有3、熟练掌握环境工程原理中原理研究的对象、方效达成。如。案例分用到的物理量单位及其换算法、目的、任务，知析主要结合该课程讲教学重点和难点：目标1道质量守恒定律，能授内容与后续水污染目标211、污染物治理技术的基本类型4量守恒定律及在环控制工程、大气控制及原理应用境工程原理中的应工程、固体废弃物控2、污染物治理技术中的单元用，掌握单位、因次制工程等课程及当前操作过程，环境工程原理研究及其单位制度、单位存在的环境污染治理的对象、方法、目的、任务换算、过程速率。手段的相关问题展3、环境工程单元过程的分开。类：动量传递、热量传递、质量传递4、几个基本概念：质量守恒定律及其物料衡算，能量守恒定律及其能量衡算，单位、因次及其单位制度、单位换算、过程速率72
72 3 目标 3：掌握沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基 本分离过程的原理，识别、判断、定性定量分析废水、废气、废 渣、废热治理及资源化的方法，为环境治理提供有效的治理手段。 指标点 2 2 4 目标 4：掌握分离或去除废水、废气中污染组分的基本方法与机 理，采用沉淀、过滤、吸收、吸附等技术方法，设计出有效的试 验装置，开展相关污染治理研究，为相应的环境污染问题提供治 理方案。 指标点 4 4 三、教学内容及进度安排 序号 教学内容 学生学习 预期成果 课内 学时 教学方式 支撑 课程目标 1 第一章绪论 本章主要教学内容： 1、了解本课程的任务、性质、 研究对象与方法；了解研究单 元操作的意义及其在环境工程 类型生产过程中的作用 2、掌握学习本课程的几个基 础概念；掌握系统的能量衡算 和质量衡算 3、熟练掌握环境工程原理中 用到的物理量单位及其换算 教学重点和难点： 1、污染物治理技术的基本类型 及原理应用 2、污染物治理技术中的单元 操作过程，环境工程原理研究 的对象、方法、目的、任务 3、环境工程单元过程的分 类：动量传递、热量传递、质 量传递 4、几个基本概念：质量守 恒定律及其物料衡算，能量守 恒定律及其能量衡算，单位、 因次及其单位制度、单位换算、 过程速率 通过本章节学习使 学生了解环境工程 原理研究的对象、方 法、目的、任务，知 道质量守恒定律，能 量守恒定律及在环 境工程原理中的应 用，掌握单位、因次 及其单位制度、单位 换算、过程速率。 4 本章采用理论讲授和 案例分析相结合的方 式促使学习目标的有 效达成。如。案例分 析主要结合该课程讲 授内容与后续水污染 控制工程、大气控制 工程、固体废弃物控 制工程等课程及当前 存在的环境污染治理 手段的相关问题展 开。 目标 1 目标 2
第二章非均相物系的分高主要教学内容：1、了解机械方法分离非均相物系的原理，适用范围以及主要设备的性能本章在理论讲授、动2、理解根据分离任务正确选择画演示和案例分析相使学生了解机械方分离方法及设备法分离非均相物系结合的教学方式基础3、掌握重力沉降、离心沉降的原理，适用范围以上，融入思政元素，及过滤的分离过程、分离机理；及主要设备的性能，促使学习目标的有效4、熟练掌握重力沉降、离心知道重力沉降、离达成。如通过动画展沉降及过滤分离过程的相关计目标1心沉降及过滤的分示平流式沉淀池、幅算目标22离过程、分离机理及流式沉淀池、竖流式教学重点和难点：目标3分离对象，使学生能沉淀池及各种沉砂目标41、重力沉降速度及影响因素、够利用本章学习的池、除尘器、压滤机重力沉降设备知识解决环保工程的结构、工作过程和2、离心沉降速度、离心沉中的一些非均相混污染物分离方式，并降设备、分离因数合组分的分离。对重力沉降室、离心3、过滤操作的基本概念、沉降室主要设计方法过滤基本方程式、恒压与恒速进行练习过滤、过滤常数的测定、滤饼的洗涤与过滤机的生产能力4、环境工程中常用的分离设备第三章传热本章在理论讲授、动主要教学内容：画演示和案例分析相结合的教学方式基础1、了解传热的过程和在环保工通过本章节学习使上，融入思政元素，程中的应用：了解传热的基本学生了解三种热量方式、典型的传热设备、稳定促使学习目标的有效传递方式，热传导速传热与不稳定传热达成。通过举例工业率方程，对流传热速生产过程产生的热2、理解傅里叶定律、导热率方程，热量守恒方系数、平壁、圆筒壁的稳定热水、热气产生的热污目标1程，总传热系数及平传导：理解对流传热过程分析、染及热资源浪费问均温度差确定方法，目标23牛顿冷却定律、对流传热系数10题，所采用的各种热知道利用传热速率目标3及经验关联式、流体在圆形直回收措施，如安阳钢目标4方程，热量守恒方程管内强制对流时对流传热系数铁厂、天瑞水泥厂、来设计和选择换热的计算中环信危险废物处置器，达到解决环保工3、掌握传热速率方程式，公司等知名企业在废程中的热量传递问平均温度差与传热系数的计热利用方面采用措题。算，换热器的设计计算及其选施，并结合本章介绍择的换热设备及结构原理，让同学们设计4、熟练掌握总传热速率方程：应用热量衡算式和传热速套热回收装置73
73 2 第二章 非均相物系的分离 主要教学内容： 1、了解机械方法分离非均相物 系的原理，适用范围以及主要 设备的性能 2、理解根据分离任务正确选择 分离方法及设备 3、掌握重力沉降、 离心沉降 及过滤的分离过程、分离机理； 4、熟练掌握重力沉降、 离心 沉降及过滤分离过程的相关计 算教学重点和难点： 1、重力沉降速度及影响因素、 重力沉降设备 2、离心沉降速度、离心沉 降设备、分离因数 3、过滤操作的基本概念、 过滤基本方程式、恒压与恒速 过滤、过滤常数的测定、滤饼 的洗涤与过滤机的生产能力 4、环境工程中常用的分离 设备 使学生了解机械方 法分离非均相物系 的原理，适用范围以 及主要设备的性能， 知道重力沉降、 离 心沉降及过滤的分 离过程、分离机理及 分离对象，使学生能 够利用本章学习的 知识解决环保工程 中的一些非均相混 合组分的分离。 8 本章在理论讲授、动 画演示和案例分析相 结合的教学方式基础 上，融入思政元素， 促使学习目标的有效 达成。如通过动画展 示平流式沉淀池、幅 流式沉淀池、竖流式 沉 淀 池 及 各 种 沉 砂 池、除尘器、压滤机 的结构、工作过程和 污染物分离方式，并 对重力沉降室、离心 沉降室主要设计方法 进行练习 目标 1 目标 2 目标 3 目标 4 3 第三章 传热 主要教学内容： 1、了解传热的过程和在环保工 程中的应用；了解传热的基本 方式、典型的传热设备、稳定 传热与不稳定传热 2、理解傅里叶定律、导热 系数、平壁、圆筒壁的稳定热 传导；理解对流传热过程分析、 牛顿冷却定律、对流传热系数 及经验关联式、流体在圆形直 管内强制对流时对流传热系数 的计算3、掌握传热速率方程式， 平均温度差与传热系数的计 算，换热器的设计计算及其选 择 4、熟练掌握总传热速率方 程；应用热量衡算式和传热速 通过本章节学习使 学生了解三种热量 传递方式，热传导速 率方程，对流传热速 率方程，热量守恒方 程，总传热系数及平 均温度差确定方法， 知道利用传热速率 方程，热量守恒方程 来设计和选择换热 器，达到解决环保工 程中的热量传递问 题。 10 本章在理论讲授、动 画演示和案例分析相 结合的教学方式基础 上，融入思政元素， 促使学习目标的有效 达成。通过举例工业 生 产 过 程 产 生 的 热 水、热气产生的热污 染 及 热 资 源 浪 费 问 题，所采用的各种热 回收措施，如安阳钢 铁厂、天瑞水泥厂、 中环信危险废物处置 公司等知名企业在废 热 利 用 方 面 采 用 措 施，并结合本章介绍 的换热设备及结构原 理，让同学们设计一 套热回收装置 目标 1 目标 2 目标 3 目标 4
率方程式来解决传热过程中的一些实际问题教学重点和难点：1、平壁稳态和圆筒壁稳态热传导的计算2、对流传热的计算，影响对流传热系数的因素3、总传热速率方程，逆流和并流的传热平均温度差的计算，总传热系数的计算，壁温的计算4、能量守恒方程及其在传热中的应用5、套管式换热器、列管换热器在热量传递中的计算，换热器的分类。第四章吸收主要教学内容：1、了解有关吸收机理的主要学说的基本论点2、理解相平衡、吸收操作线、吸收推动力、吸收速率方程式本章在理论讲授、动等吸收过程的基本原理画演示和案例分析相3、掌握吸收速率方程、汽液结合的教学方式基础相平衡、操作线方程在吸收塔通过本章节学习使上，融入思政元素，的设计计算中的应用学生了解吸收的概促使学习目标的有效4、熟练掌握适宜吸收剂用量念、吸收的机理、吸达成。通过综述当前和填料层高度计算的基本方法收的分类及吸收在烟气脱硫脱硝有效技目标1环境治理中的应用，术，引入吸收在环境教学重点和难点：目标2A1、汽液相平衡知道利用吸收速率12污染治理中的应用，气体在液体目标3中的溶解度、亨利定律、相平并通过一些吸收塔的方程、汽液相平衡、目标4衡与吸收过程关系操作线方程进行吸照片和设计图纸告知2、传质机理与吸收率单收塔的设计计算，从吸收的关键、吸收理相传质、分子扩散与费克定律、而达到解决环保工论基础、吸收的重要对流传质、相际传质及其速率、程中的实际问题。方程及吸收塔的设计吸收速率方程式思路，并要求同学们3、低浓度气体吸收的计算独立设计出一套烟气净化装置。低浓度气体吸收的特点、操作线方程、填料层高度的计算、传质单元数和传质单元高度的计算、塔径的估算4、填料塔结构及操作性能5、填料塔的设计计算方法74
74 率方程式来解决传热过程中的 一些实际问题 教学重点和难点： 1、平壁稳态和圆筒壁稳态热传 导的计算 2、对流传热的计算，影响对流 传热系数的因素 3、总传热速率方程，逆流和并 流的传热平均温度差的计算， 总传热系数的计算，壁温的计 算 4、能量守恒方程及其在传热中 的应用 5、套管式换热器、列管换热器 在热量传递中的计算，换热器 的分类。 4 第四章 吸收 主要教学内容： 1、了解有关吸收机理的主要 学说的基本论点 2、理解相平衡、吸收操作线、 吸收推动力、吸收速率方程式 等吸收过程的基本原理 3、掌握吸收速率方程、汽液 相平衡、操作线方程在吸收塔 的设计计算中的应用 4、熟练掌握适宜吸收剂用量 和填料层高度计算的基本方法 教学重点和难点： 1、汽液相平衡 气体在液体 中的溶解度、亨利定律、相平 衡与吸收过程关系 2、传质机理与吸收率 单 相传质、分子扩散与费克定律、 对流传质、相际传质及其速率、 吸收速率方程式 3、低浓度气体吸收的计算 低浓度气体吸收的特点、操作 线方程、填料层高度的计算、 传质单元数和传质单元高度的 计算、塔径的估算 4、填料塔结构及操作性能 5、填料塔的设计计算方法 通过本章节学习使 学生了解吸収的概 念、吸收的机理、吸 收的分类及吸收在 环境治理中的应用， 知道利用吸收速率 方程、汽液相平衡、 操作线方程进行吸 收塔的设计计算，从 而达到解决环保工 程中的实际问题。 12 本章在理论讲授、动 画演示和案例分析相 结合的教学方式基础 上，融入思政元素， 促使学习目标的有效 达成。通过综述当前 烟气脱硫脱硝有效技 术，引入吸收在环境 污染治理中的应用， 并通过一些吸收塔的 照片和设计图纸告知 吸收的关键、吸收理 论基础、吸收的重要 方程及吸收塔的设计 思路，并要求同学们 独立设计出一套烟气 净化装置。 目标 1 目标 2 目标 3 目标 4
第五章吸附主要教学内容：1.了解环境工程治理中应用的吸附过程，了解常用吸附剂的吸附机理及其应用本章在理论讲授、动通过本章节学习2.理解吸附机理、吸附平衡、画演示和案例分析相使学生了解吸附吸附等温线、气体与液体吸附结合的教学方式基础的概念、吸附的机的理论上，融入思政元素，理、吸附的分类及3.掌握吸附平衡和速率方程，促使学习目标的有效吸附在环境治理目标1吸附设备的计算方法达成。通过演示吸附中的应用，知道利目标25教学重点和难点：A塔在废气、废水治理用吸附传质速率目标31、吸附的基本概念、吸附的机中的应用，引领学生方程、相平衡方程理、物理吸附和化学吸附、吸思考吸附的工作原进行吸附塔的设理、决定吸附效果的附在环境治理中的应用计计算，从而达到2、常用的吸附剂因素，详细介绍吸附解决环保工程中3、吸附平衡、吸附等温线、塔设计的有关方程和的实际问题。参数。气体与液体吸附的理论4、吸附过程的传质机理和总传质速率方程5、吸附操作与穿透曲线第六章 膜分离技术主要教学内容：1、了解环境工程中膜分离技本章在理论讲授、动术的应用画演示和案例分析与2、掌握反渗透、超滤和微滤、问题启发相结合的教电渗析过程的原理、操作方法、学方式基础上，融入在深度水处理过程中的应用技思政元素，促使学习术目标的有效达成。在通过本章节学习使3、熟悉掌握膜分离设备的结本章学习前先给同学学生了膜分离过程构目标1们布置课题，让查阅分类、分离膜简介、专业参考资料，收集教学重点和难点：目标2膜分离设备，知道选62目标31、膜分离过程分类、分离膜简膜技术在环境治理中择合适的膜分离技介、膜分离设备：的应用情况，本章教术解决环保工程中2、反渗透过程原理、过程操学通过教学引导和同的实际问题。作方法、反渗透技术在深度水学交流的方式进行，重点让同学们知道膜处理中的应用：3、精密过滤原理、超滤和微技术的类别、构成、滤操作方法、超滤和微滤技术应用现状，适用情况及膜分离技术的理论在深度水处理中的应用：要点。4、电渗析过程原理、离子交换膜的性质、电渗析过程操作、电渗析技术在深度水处理中的75
75 5 第五章 吸附 主要教学内容： 1.了解环境工程治理中应用的 吸附过程，了解常用吸附剂的 吸附机理及其应用 2.理解吸附机理、吸附平衡、 吸附等温线、气体与液体吸附 的理论 3.掌握吸附平衡和速率方程， 吸附设备的计算方法 教学重点和难点： 1、吸附的基本概念、吸附的机 理、物理吸附和化学吸附、吸 附在环境治理中的应用 2、常用的吸附剂 3、吸附平衡、吸附等温线、 气体与液体吸附的理论 4、吸附过程的传质机理和总 传质速率方程 5、吸附操作与穿透曲线 通过本章节学习 使学生了解吸附 的概念、吸附的机 理、吸附的分类及 吸附在环境治理 中的应用，知道利 用吸附传质速率 方程、相平衡方程 进行吸附塔的设 计计算，从而达到 解决环保工程中 的实际问题。 4 本章在理论讲授、动 画演示和案例分析相 结合的教学方式基础 上，融入思政元素， 促使学习目标的有效 达成。通过演示吸附 塔在废气、废水治理 中的应用，引领学生 思 考 吸 附 的 工 作 原 理、决定吸附效果的 因素，详细介绍吸附 塔设计的有关方程和 参数。 目标 1 目标 2 目标 3 6 第六章 膜分离技术 主要教学内容： 1、了解环境工程中膜分离技 术的应用 2、掌握反渗透、超滤和微滤、 电渗析过程的原理、操作方法、 在深度水处理过程中的应用技 术 3、熟悉掌握膜分离设备的结 构 教学重点和难点： 1、膜分离过程分类、分离膜简 介、膜分离设备； 2、反渗透过程原理、过程操 作方法、反渗透技术在深度水 处理中的应用； 3、精密过滤原理、超滤和微 滤操作方法、超滤和微滤技术 在深度水处理中的应用； 4、电渗析过程原理、离子交 换膜的性质、电渗析过程操作、 电渗析技术在深度水处理中的 通过本章节学习使 学生了膜分离过程 分类、分离膜简介、 膜分离设备，知道选 择合适的膜分离技 术解决环保工程中 的实际问题。 2 本章在理论讲授、动 画演示和案例分析与 问题启发相结合的教 学方式基础上，融入 思政元素，促使学习 目标的有效达成。在 本章学习前先给同学 们布置课题，让查阅 专业参考资料，收集 膜技术在环境治理中 的应用情况，本章教 学通过教学引导和同 学交流的方式进行， 重点让同学们知道膜 技术的类别、构成、 应用现状，适用情况 及膜分离技术的理论 要点。 目标 1 目标 2 目标 3