环境工程概论
知己知彼
学历：清华大学化工博士、环境工程博士后
工作经历：湖南省益阳市农药厂3年，担任厂长2年。
1. 益阳市农药厂：氧化乐果生产工艺技术改造；
2. 益阳市农药厂：开发25%扑虱灵可湿性粉剂。
主要研究经历：
1. 立式旋转热解气化焚烧系统设计及工艺参数优化；
2. 卧式链条炉焚烧系统工艺设计及调试；
3. 小型医院垃圾焚烧炉初步设计；
4. 北京水泥厂水泥回转窑焚烧危险废物可行性分析；
5. 福建省危险废物综合处置场工程初步设计；
6. 越南河内日处理200吨城市生活垃圾堆肥可行性研究；
7. 云南云县糖厂糖渣/生活垃圾联合堆肥；
8. 河南平顶山100吨/天生活垃圾动态好氧堆肥可研及
初步设计；
9. 山峡库区城市生活垃圾处理示范工程项目(长寿及万
州);
10. 废电池、废电子线路板的资源化回收设备设计及工
艺开发；
11. 对羟基苯甲醛工厂设计、工艺确定及调试、优化；
12. L-苹果酸生产工艺技术改进;
13.四氟苯甲酸生产工艺改进。
目前正在进行的课题：
1、室内空气净化装置性能优化；
2、垃圾焚烧停炉以后烟气的净化技术及
设备开发；
3、固体废物（秸杆、锯木屑等）资源化
利用：环保型粘接剂开发。
主要参考书目
环境工程导论（第3版），美国McGraw Hill教
育出版集团。王建龙 译
清华大学出版社，2002年1月。售价：54元人
民币。
国内外所有与环境工程有关的杂志、论文。
课件下载：\incoming\讲义\环
境工程概论\，点鼠标右键，再选择“复制到
文件夹”。
本课程内容安排
（32学时上课+2学时复习+2学时考试）
第一章第一章 引言引言（22学时学时）
什么是工程？什么是环境工程？ 环境系统概论
利用质量平衡法求解环境问题
第二章第二章 给水处理给水处理（66学时学时）
引言 混凝 软化 反应器 混合和絮凝
沉淀 过滤 消毒 吸附 问题与讨论
第三章第三章 水质管理水质管理（22学时学时）
引言 水中污染物及其来源 河水水质管理
湖泊水质管理 问题与讨论
第四章第四章 废水处理废水处理（66学时学时）
废水处理中的微生物 废水的特性 城
市废水处理系统 预处理单元操作 一级处
理 二级处理 消毒 三级处理 土
地处理 污泥处理与处置 问题与讨论
第五章第五章 空气污染空气污染（44学时学时）
空气污染概述 空气污染的影响 空气
污染物的来源河归宿 微观河宏观空气污染
空气污染气象学 大气扩散作用 室内
空气质量模型 固定源的空气污染控制 移
动源的空气污染控制 问题与讨论。
第六章第六章 噪声污染噪声污染（44学时学时）
噪声对人的影响 等级评估系统 室外噪声的传播
交通噪声预测 噪声控制 问题与讨论
第七章第七章 固体废物资源化固体废物资源化（44学时学时）
（ 概述 收集 内部线路转运 卫生填埋 焚烧
堆肥 资源保护与回收 问题与讨论）
城市垃圾资源化技术 废塑料的再生利用 废电池的回
收与综合利用 废轮胎、废橡胶的回收和利用 危险废物资
源化
（第八章（第八章 危险废物管理危险废物管理（44学时学时）
什么是险废物？ 风险 危险废物管理 危险废物处理
技术 土地处置 地下水污染和修复 问题与讨论）
第八章第八章 环境工程领域的热点问题介绍（环境工程领域的热点问题介绍（44学时学时））
垃圾焚烧过程二恶英的控制问题 垃圾渗滤液处理问题
室内空气污染问题 中水回用技术问题
第一章 引言
什么是工程？什么是环境工程？
• 美国工程师发展协会（The Engineer’s Council
for Professional Development, 简称ECPD）给出
了工程的定义：“工程是一种职业，它利用通
过学习、经验、实践所获得的教学和自然科学
知识，来寻求经济地利用物质和自然力量的方
法，以造福人类”。工程师在其专业发展中必
须在资深工程师的指导下获得经验、实践和判
断能力。
美国土木工程师学会（American Society of Civil
Engineers, ASCE）环境工程分会给出的环境工程
的定义：
• 环境工程（Environmental Engineering）通通过过健健全全
的的工工程程理理论论与与实实践践来来解解决决环环境境卫卫生生（（environmental environmental
sanitationsanitation））问问题题，主要包括：提供安全、可口和充
足的公共给水；适当处理与循环使用废水和固体
废物；建立城市和农村符合卫生要求的排水系统；
控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社
会和环境所造成的影响。而且，环环境境工工程程所所涉涉及及
的的是是公公共共卫卫生生领领域域里里的的工工程程问问题题，例如控制通过
节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城
市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价
技术进步对环境的影响等。
环境系统概论
系统系统
• 在环境系统中，我们很难真正识别所有关联的部分，更
不用说了解它们之间的相互影响。因此，我们所要做的
第一件事是将系统进行简化，且要求与真实系统相似，
简化模型当然无法在细节上与真实系统完全一样，但要
求基本上近似。
• 根据上述简化原则来描述三种环境系统：水水资资源源管理系
统、空空气气资资源源管理系统和固固体体废废物物管理系统。如果介质
是空气、水或土壤之一，则限于以上三个系统之一的污
染问题称为“单单介介质质（（single-mediumsingle-medium））问问题题”。许多重
要的环境问题并不限于简单的某一系统之中，通常涉及
到空气、水和土壤等多种介质，这些问题称为“多多介介质质
（（MultimediaMultimedia）问题）问题”。
水资源管理系统水资源管理系统
（（11）供水子系统）供水子系统
• 水源的性质决定了集水、净水、输水和配水工程的规划、
设计与运行。地地表表水水（surface water）和地地下下水水（ground
water）是供应社区和生活用水需求的两种主要水源。小
溪、湖泊和河流是地表水源。地下水源是从水井抽出水
的地方。
• 不同的水源需要使用不同的集水工程和处理工程。城市
中的管网称为配水系统，管路本身通常称为水干线。在
低水量期间（通常在夜间），水处理厂生产的多余水储
存在蓄水池内，储存的水可以用来满足白天高需水量期
间的要求。
• 以下为一个服务于小社区的供水资源系统概况图。
分水岭
水源
（流域）
集水系统（水库）
输水系统
处理系统
（过滤厂）
配水系统（管网）
处理系统
（软化系统或
除铁系统）
集水系统
（井群）
蓄水池
水源
（地下水）
供
水
资
源
系
统
概
况
图
人口和耗水形式是控制需水量的主要因素，因
此也决定了水源和整个水资源系统的组成。选
择合适的供水水源的前期步骤之一是确定需水
量。影响需水量的基本要素包括平均日用水量
和高峰需水量。估计平均日用水量是为了确定：
（1）地表水或地下水在枯水季节低水位时能
否不间断地供水；（2）需储存多大的水量才
能满足枯水季节的需水量。估计高峰需水量是
为了确定水管的尺寸压力损失和满足高峰用水
需求所需要的需水量。
影响人们用水的主要因素包括：
（（11）工业活动：）工业活动：使人均需水量增加；
（（22））是是否否安安装装水水表表：：水表赋予用户一种责任感。
没有安装水表的用户缺乏这种责任感。
（（33））系系统统管管理理：：如果配水系统管理好，人均用水
量就会降低。管理者知道何时何地自来水干线会
漏水，并且很快地修复它。
（（44））生活水平越高，个人水量就越多；
（（55））较高的年平均气温代表较多的人均用水量，
降雨多的地区用水比较少。
（2）废水处理子
系统
最简单形式的废水
管理子系统由六个
部分组成，如右图。
废水来源主要有工
业废水和生活污水。
当工业废水会影响
到城市废水处理厂
的正常运行时必须
进行预处理。
废水来源废水来源
现场处理现场处理
废水收集废水收集
输送和提升输送和提升
处理处理
处理或再利用处理或再利用
进入废水处理场的废水量随用水情况会
有很大的变化。典型的日变化量如下图
所示。
0: 00 6: 00 12: 00 18: 00 24:00
废
水
流
量
平均日流量
大部分的社区用水最终都会进入污水下
水道。浇草坪、洗车及其它消耗性用水
在使用中大约会损失5%~10%。消耗性用
水量等于进入配水系统的平均水量与进
入废水处理厂的平均水量之间的差值
（管道泄露情况除外）。
下水道可以分为3类：污水、雨水和合流式下
水道。污污水水下下水水道道：：输送住宅及商业区污水。
工业废水经过适当处理以后也可排入污水下水
道。雨雨水水下下水水道道：：处理过量的雨水以防低洼地
区淹水。污水下水道将污水送到污水处理厂，
而雨水下水道通常使雨水排入河流、小溪。合合
流流式式下下水水道道：：同时接纳雨水和污水。目的是为
了在干旱期使废水进入处理设施，在暴雨期间，
使过量的水不经过处理直接排入河流、小溪和
湖泊。可是，不幸的是，暴暴雨雨会会与与未未经经处处理理的的
污污水水混混合合。现代设计不鼓励采用合流式下水道。
为了持续改善我们的自然水体，要求将原有的
合流式下水道系统逐步改为分流式下水系统。
当无法使用重力流方式或下水管埋设太深而不
经济时，需要考虑使用泵站。废水被垂直泵送
到较高处的重力下水道。该污水泵所在的位置
称为提升站（lift station）。废水处理厂的出水
可以排放到海洋、湖泊或河流（受纳水体），
也可排入土壤，但是不要超过水体或土壤的纳
污能力，或者回收利用。
总之，水资源管理是管理水水质质和水水量量的过程，
应该在不破坏水的可利用性和纯度的情况下，
满足人们对水的需求。
空气资源管理系统空气资源管理系统
• 空气资源与水资源在两两个个主主要要方方面面有所不同。第第一一是是
关关于于量量。为了获得足够的水量，需要建造各种工程结
构物，而空气可以大量免费获得。第第二二个个方方面面是是关关于于
质质。水可以在使用之前进行处理，然而我们不可能随
时戴着防毒面具以处理不干净的空气。戴上耳塞以防
止噪声污染。空气资源管理就是在成本-效益平衡的条
件下获得所期望质量的空气。空气资源管理计划建立
的理由有多种，最正当的两两个个理理由由是：空气质量已经
恶化且有必要进行改善；如果不处理，则将来可能会
出现更大的问题。空气资源管理系统的简化方框图见
下图。
空气质量目标
社会评估
法律
利益
自然资源
对大气物理
性质的影响
对动物的影
响
对人的影响 对植物的影
响
对材料和经
济的影响
最终归宿 空气质量 空气质量监测
大气扩散和
化学反应
空气质量监
测系统设计
模型验证
排放 污染源清单 污染预测
控制 测量 气象预测
液体废物
固体废物
污染物
执法
法规
城市规划
可利用产物
固体废物管理固体废物管理
1. 1. 定义及特征定义及特征
• 固体废物是指人类在生产建设、日常生活和其他活动
中产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污
染环境的固体、半固体废弃物质。
• 从广义上讲，根据物质的形态划分，废物包括固态、
液态和气态废弃物质。在液态和气态废弃物中,大部分
为废弃的污染物质混掺在水和空气中,直接或经处理后
排入水体或大气。在我国, 它们被习惯地称为废水和废
气,而纳入水环境或大气环境管理体系管理。其中不能
排入水体的液态废物和不能排入大气的置于容器中的
气态废物，由于多具有较大的危害性，在我国归入固
体废物管理体系。
固体废物一词中的““废废””具具有有鲜鲜明明的的时时间间和和空空
间间特特征征。 从从时时间间方方面面讲讲, 它仅仅相对于目前的
科学技术和经济条件, 随着科学技术的飞速发
展,矿物资源的日逐枯竭, 生物资源滞后于人类
需求, 昨天的废物势必又将成为明天的资源。
从从空空间间角角度度看看, 废物仅仅相对于某一过程或某
一方面没有使用价值, 而并非在一切过程或一
切方面都没有使用价值。 某一过程的废物,往
往是另一过程的原料。 我国目前已建立了许多
废物回收利用工厂, 如用粉煤灰制砖, 用煤矸
石发电,用高炉渣生产水泥, 从电镀污泥中回收
贵重金属等。 所所以以固固体体废废物物又又有有““放放错错地地方方的的
资源资源””之称之称。
固体废物主要来源于人类的生产和消费活动，
人们在开发资源和制造产品的过程中，必然产
生废物；任何产品经过使用和消耗后，最终将
变成废物。物质和能源消耗量越多，废物产生
量就越大。进入经济体系中的物质,仅有10～
15% 以建筑物、工厂、装置、器具等形式积累
起来，其余都变成了废物。以美国为例，投入
使用的食品罐头盒,饮料瓶等，平均几个星期
就变成了废物，家用电器和小汽车平均7～10
年变成废物，建筑物使用期限最长，但经过数
十年至数百年后也将变成废物。
2. 2. 固体废物的分类固体废物的分类
固体废物分类的方法有多种，按其组成可分为有机废物和无机废
物；按其形态可分为固态的废物、半固态废物和液态（气态）废
物；按其污染特性可分为危险废物和一般废物等。根据《《固固体体废废
物物污污染染环环境境防防治治法法》》分为城市生活垃圾、工业固体废物和危险废
物。
（1) 城市生活垃圾
城市生活垃圾又称为城市固体废物，它是指在城市居民日常生活
中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，其主要
成分包括厨余物，废纸，废塑料，废织物，废金属，废玻璃陶瓷
碎片，砖瓦渣土，粪便，以及废家用什具，废旧电器，庭园废物
等等。城市生活垃圾主要产自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、
旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生
业和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。它的主要
特点是成分复杂，有机物含量高。影响城市生活垃圾成分的主要
因素有居民生活水平、生活习惯，季节，气候等。
城 市
生活
垃圾
所含
化学
元素
典型
数据
城市
生 活
垃 圾
组 成
的 典
型 组
分 几
热 值
分 析
数据
（2) 工业固体废物
工业固体废物是指在工业、交通等生产过程过程中产生的固体废
物。工业固体废物主要包括以下几类：
（（11））冶冶金金工工业业固固体体废废物物 主要包括各种金属冶炼或加工过程中所产
生的各种废渣，如高炉炼铁产生的高炉渣、平炉转炉电炉炼钢产
生的钢渣、铜镍铅锌等有色金属冶炼过程产生的有色金属渣、铁
合金渣及提炼氧化铝时产生的赤泥等；
（（22））能能源源工工业业固固体体废废物物 主要包括燃煤电厂产生的粉煤灰、炉渣、
烟道灰、采煤及洗煤过程中产生的煤矸石等；
（（33））石石油油化化学学工工业业固固体体废废物物 主要包括石油及加工工业产生的油泥、
焦油页岩渣、废催化剂、废有机溶剂等，化学工业生产过程中产
生的硫铁矿渣、酸渣碱渣、盐泥、釜底泥、精(蒸）馏残渣以及医
药和农药生产过程中产生的医药废物、废药品、废农药等；
（（44））矿矿业业固固体体废废物物 矿业固体废物主要包括采矿废石和尾矿。废石
是指各种金属、非金属矿山开采过程中从主矿上剥离下来的各种
围岩，尾矿是指在选矿过程中提取精矿以后剩下的尾渣；
（（55））轻轻工工业业固固体体废废物物 主要包括食品工业、造纸印刷工业、纺织印
染工业、皮革工业等工业加工过程中产生的污泥、动物残物、废
酸、废碱以及其他废物；
（（66））其其他他工工业业固固体体废废物物 主要包括机加工过程产生的金属碎屑、电
镀污泥、建筑废料以及其他工业加工过程产生的废渣等。
（3）危险废物
危险废物是指列入国家危险废物名录或是根据国家规定的危险废
物鉴别标准和鉴别方法认定具具有有危危险险特特性性的的废废物物。关于危险
废物的定义、分类和鉴别标准，在第八章中专题讨论。
固体废物的分类，除以上三者之外，还有来自农业生产、畜禽饲
养、农副产品加工以及农村居民生活所产生的废物，如农作物秸
杆、人畜禽排泄物等。这些废物多产于城市郊区以外，一般多就
地加以综合利用，或作沤肥处理，或作燃料焚化。在我国的《固
体废物污染环境防治法》中，对此未单独列项作出规定。
固体废物管理的简化方框图
废物产生
储存
收集
处置
处理、回收转移、运输
多介质系统多介质系统
• 很多环境问题跨越空气-水-土壤边界。见以下示意图。
燃煤、发电
脱硫、脱氮固体废物
空气污染
SOx、NOx
酸雨形成
大气降雨
土壤酸化
大气降雨
生态环境恶化
垃圾焚烧
脱酸、除尘飞灰
空气污染 (NOx, HCl,
SOx, 粉尘)
尾气排放
酸雨形成
粉尘沉降
大气降雨
土壤酸化
毒物土壤富集
大气降雨
生态环境恶化
残渣
燃煤、燃煤、
发电发电
多介多介
质系质系
统统
垃圾垃圾
焚烧焚烧
多介多介
质系质系
统统
噪声基础噪声基础
• 人类的生存伴随着各种各样的声音。一般地说，人们
将声音分成乐声和噪声。在物理学上，节奏有调，听
起来和谐的声音成为乐声；而把杂乱无章、听起来不
和谐的声音称为噪声。在心理学上，认为噪声和乐声
是很难区分的，它们会随着人们主观判别的差异而改
变。因此，人们把凡是使人烦躁、讨厌、不需要的声
音都称之为噪声。
• 衡量噪声强弱或污染轻重程度的基本物理量是声压、
声强和声功率。由于正常人的听觉所能感觉到的声压
或声强变化范围很大，相差在百万倍以上，不便表达，
因此，采用了以常用对数作相对比较的“级”的表述
方法，分别规定了声压级、声强级和声功率级的基准
值和测量计算公式。
噪声对人体的影响是多方面的，首先是在听觉方面。
人在较强噪声环境下暴露一定时间会出现听力下降的
现象。回到安静场所停留一段时间后，听力会得到恢
复。这种现象称为暂时性听阈偏移，也叫听觉疲劳。
一般情况下，80dBA以下的职业性噪声暴露一般不致
引起噪声性耳聋，但也造成听力损伤； 80~85dBA可造
成轻微的听力损伤； 85~90dBA可造成少数人噪声性耳
聋； 90~100dBA可造成一定数量的人噪声性耳聋；
100dBA以上造成相当数量的人噪声性耳聋。这些都是
慢性噪声性耳聋。
暴震性耳聋：当人们无思想准备时，突然暴露在强烈
的噪声（高达150dBA）环境下，将造成急性暴震性耳
聋，双耳完全失听。
利用质量平衡法求解环境问题
质量平衡原理质量平衡原理
物质既不会创造，也不会消灭，只能从一种形式转化为另一种形
式。
在环境系统或子系统中，质量方程式可以写成：
积累质量积累质量 = = 输入质量输入质量 - - 输出质量输出质量
对于许多环境问题，时间是表达问题严重程度或工程设计中的重
要参数：
累计速率累计速率 = = 输入速率输入速率 –– 输出速率输出速率
在环境系统或子系统中，质量方程式可以写
成：
在质量平衡方法中，先画出一个过程的流程
图或环境子系统的概念图，将所有已知的输
入量、输出量、积累量都换算成相同的质量
单位，未知的输入、输出和积累量也在图中
标出来，然后写出物料平衡方程式，求解。
当一个系统的输入速率和输出速率保持恒定
且相等时，累计速率等于零，这种状态称为
稳定状态（steady state）。
Example 1
有一雨水下水道正在将含有
钠的溶雪输送到一小河中。河水本身含
有20mg/L氯化钠。已知雨水下水道流量
是2000L/min，河水流量是
河水中盐的浓度是多少？假设下水道水
流与河水水流完全混合，盐份守恒，系
统处于稳定状态。
Illustration Picture
河流河流
下水道下水道
Cse = =
Qse = 2000L/minQse = 2000L/min
Cst = 20mg/LCst = 20mg/L
Qst = 2mQst = 2m33/s/s
Cmix = ?Cmix = ?
Qmix = ?Qmix = ?
Solution 1
积累速率 = [CstQst + CseQse] – CmixQmix
式中： Qmix = Qst + Qse
因为系统处于稳定状态，所以积累速率 = 0。由此得到：
[CstQst + CseQse] – CmixQmix = 0
Cmix = [CstQst + CseQse]/[Qst + Qse]
• 单位换算：
Cse = ( = 1200mg/L
Qst = ( = 120000 L/min
• 代入计算：
Cmix =
Example 2
某废水处理场有一个水计量罐，操作人
员小A打开水泵往里注水，但是他忘了关
闭该计量罐的底阀。计量罐的容积是
，水泵的流量是
门处的流量为
时间才能将计量罐打满？会浪费多少水
？假设水的密度为1000kg/m3。
Illustration Picture
利用积分形式求解：
dM/dt是累计质量除以时间。由于水的密度不变，所以：
dM= V dt
假设t时间内计量罐被注满，那么：
V累计Qin = Qout =
将微分式两端积分，得到：
所以，有：
350L = ( t - ( t
t = 350 s。
Questions
Q1：一个卫生填埋场的可用面积为
20hm2，平均深度为30米，每星期有
800m3的固体废物倒入此垃圾场，固
体压缩成原来密度的2倍。请绘出质
量平衡图，并估计填埋场的使用年
限。
Q2：如果水价上涨为原来的2倍，
你认为需水量会不会降低一半？
Attention Please: 下次上课时交上来。
