《化工設(shè)計》中的非工藝設(shè)計的興趣的案例

--水的污染及自凈

化工設(shè)計作為一門綜合性、實用性和工程性很強的學科，能夠?qū)⒁粋€化工系統(tǒng)（如一個工廠、車間或一套裝置）全部運用工程制備的方法，繪制成圖紙、表格及必要的文字說明，并根據(jù)上述圖紙、表格和文字說明建立系統(tǒng)、投入運行。該課程不僅需要綜合運用化工原理、化工熱力學、化學反應(yīng)工程、分離工程、傳遞工程、化工工藝學等專業(yè)理論知識，以及土建、機械、電氣、地質(zhì)、環(huán)境工程等相關(guān)學科的知識，同時也能夠體現(xiàn)學生的專業(yè)綜合能力。
非工藝設(shè)計過程中，含有大量非本專業(yè)學生必修的課程知識，造成學生對非工藝設(shè)計的重視不足，在后續(xù)課程設(shè)計階段，非工藝設(shè)計部分出現(xiàn)的問題較多。因此在課程教學中，提高學生學習非工藝過程的學習興趣，有利于提高學習的效果。
非工藝設(shè)計中的環(huán)境保護是化工可持續(xù)發(fā)展的要素，是現(xiàn)代化工必不可少的內(nèi)容。在實際授課過程中，以具體的水污染及處理為案例進行環(huán)保工藝的講授，貼近學生的生活知識，有效提高了學生對水環(huán)境污染和保護的認識。
1 化工工藝
水的污染主要來源于化工廢水的排放，化工廢水所含有雜質(zhì)與生活污水不同，含有有毒有害化合物、金屬離子、酸堿等，其水處理工藝需要根據(jù)具體的雜質(zhì)和化工環(huán)保標準進行水處理，直到達到廢水排放標準，才能排放到附近水體或水處理廠。
2 水具有自凈的能力
水體對污水具有一定的凈化能力，可以通過物理作用、化學作用或生物作用，減少水體中污染物的濃度，最終使水體恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)。其中微生物能夠分解有機物或金屬物質(zhì)，達到水體自凈的目的。地面水的自凈過程主要包括混合、日光照射、稀釋、沉降、揮發(fā)、逸散、中和、有機物的分解、耗氧與富氧及微生物死亡等。水體自凈的結(jié)果是感官性狀可基本恢復(fù)到污染前的狀態(tài)，分解物穩(wěn)定，水中溶解氧增加，生化需氧量降低，有害物質(zhì)濃度降低，致病菌大部分被消滅，細菌總數(shù)減少等。但水體的自凈作用有一定限度，超過此限度，仍可使水質(zhì)進一步惡化。
工業(yè)廢水或生活廢水中含有大量的污染物，自污染物進入水體，水體的自凈就開始了。剛開始，自凈的過程比較弱，然后逐漸增強，最終趨于恒定。污染物在這個由弱到強的自凈過程中，濃度逐漸下降，通過物理沉降、擴散，化學的氧化還原作用，以及微生物的生化作用，使有機物轉(zhuǎn)化學為無毒物質(zhì)，重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗芪锊⒊恋碛谒住?br /> 3 水處理工藝
3.1 物理作用
通過柵欄和沉砂池，阻攔大的物體并使可沉性固體逐漸下沉。
3.2 化學作用
污染物在氧化、還原、酸堿反應(yīng)、分解、化合、吸附和凝聚等化學作用下，逐漸被分解或轉(zhuǎn)型，進而達到濃度降低的目的。與化學作用相關(guān)的因素有污染物的形態(tài)和化學性質(zhì)、水體的溫度、氧化還原電位、酸堿度等。水體中化學自凈能力的強弱，主要從3 個方面反映出來。①溶解氧含量（DO 的含量）。在化學自凈過程中，溶解氧作為氧化劑，其含量高低決定了氧化還原反應(yīng)的能力及快慢，也決定了水體自凈能力的強弱。②有機污染物的氧化分解能力，以COD（化學需氧量）和BOD5（生化需氧量）含量表示。COD 值間接表示了水體中的有機物含量，也就是水體自凈的壓力。③營養(yǎng)成份（N 鹽）的形態(tài)轉(zhuǎn)化和消減程度。無機三價氮的含量變化能夠反映水體自凈能力的強弱。
3.3 生物作用
各種藻類、微生物等的活動，是水體生物凈化的基礎(chǔ)。通過生物的生長、活動等消耗大量有機物，從而降解水體的污染程度，最終達到自凈的效果。污水處理過程中，通常進行厭氧和需氧兩種生物處理，經(jīng)過微生物的降解和吸收作用，使有機物的濃度降低或轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)的過程。
3.4 消毒過程
通過雙氧水、紫外、次氯酸鈉、氯氣等氧化劑，對水體進行最后的消毒，最終排入地表水體中。
4 化工設(shè)計中水污染的工藝設(shè)計要求
水體自凈的能力是有限度，超過一定的限度，被污染的水體無法恢復(fù)到原來的性狀。控制排放污染物的濃度，讓水的自凈過程循環(huán)、可持續(xù)。了解水的自凈過程，加大水環(huán)境保護力度，加強人類對水環(huán)境的保護意識，這樣才能從根源上解決水體污染問題。
化工廢水中的汞、苯并芘、鎘、鉻、砷、鉛、鎳等，都屬于環(huán)境標準中規(guī)定的第一類污染物，不允許排入污水處理廠，只能在車間內(nèi)處理或留在工藝流程內(nèi)部，當化工廢水達到污水處理標準方可排入污水處理廠進行處理排入江河。
對于化工專業(yè)的本科生而言，應(yīng)該了解行業(yè)環(huán)保標準，并根據(jù)物料衡算獲取準確的廢水生成量及其組成，提供給相關(guān)專業(yè)進行工藝設(shè)計，并提出相應(yīng)的設(shè)計要求。
通過實際的水污染處理案例，學生了解了污水處理的實際過程，能夠根據(jù)化工工藝，提出實際的工藝設(shè)計要求。