中国海洋大学本科生课程大纲
课程名称 | 环境工程原理 | 课程代码 | 074102101273 |
课程属性 | 学科基础 | 课时/学分 | 40/2.5 |
课程性质 | 必修 | 实践学时 | 5 |
责任教师 | 杨世迎 | 课外学时 | 120(40*3) |
课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修
一、课程介绍
1.课程描述：
环境工程原理是环境工程专业的必修课、专业基础课、专业核心课。本课程将系统、深入地阐述环境污染控制工程中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，具有较强的理论性和系统性，是后期相关的专业课学习的基础。通过本课程的学习，可以为提高环境净化与污染控制工程的效率提供理论支持，从理论上指导环境净化与污染控制技术的选择，为提高污染物去除效率提供思路、手段和方法。另外，能够从复杂的环境工程问题中凝练出具有共性的科学问题，也是从事环境工程科学研究具备的基本能力之一。
本课程内容主要包括：①基础知识：主要包括物料衡算、流体流动、质量传递过程的基本概念和基本理论。②传质过程原理：主要包括吸收、吸附等基本分离过程的原理。③反应工程原理：主要包括化学与生物反应计量学及动力学，各类化学与生物反应器的解析与基本设计理论等。
2.设计思路：
本课程以污染物的高效、快速去除的基本原理为主线，在污染物的衡算、介质流动原理等基础上，使同学们掌握均相和非均相传质过程原理，进而掌握典型的均相、非均相化学反应器以及悬浮和膜微生物反应器的基本原理和设计计算，让同学们具备利用数学、物理化学、流体力学、反应工程学等基础分析和解决复杂的环境污染控制工程问题的能力。
课程内容分课上和课外两个模块进行。
（1）课上理论学习。
课上理论学习分理论讲授、期中测验、专题讨论答辩三部分。理论讲授是教师通过多媒体课件和辅助板书，将课程知识传授给同学们。理论讲授又分为两个阶段，第一阶段基础知识和传质过程原理，第二阶段反应过程原理。第一阶段学完后进行期中测验，第二阶段完成后进行专题讨论答辩。
（2）课外训练。
课外训练分习题作业、专题讨论、课程论文三部分。
本课程将布置较大量的习题作业，以课后习题的计算题为主，锻炼同学们利用数学、自然科学、工程学等分析和解决环境工程问题的能力。
本课程提前布置5个比较系统和综合的专题讨论题目，要求同学们分成5个小组，每小组1个题目课外对问题进行充分的准备，并以PPT形式讲解，从而提高同学们针对复杂环境工程问题进行书面和口头交流的能力，锻炼同学们在团队中的合作精神。
本课程将统一布置1个课程论文题目，要求全体同学撰写课程论文，锻炼同学们从复杂的环境工程问题中凝炼出具有共性科学问题的能力。
3. 课程与其他课程的关系
先修课程：“高等数学”、“物理化学”。“高等数学”的微积分运算是本课程学习的基本手段，“物理化学”或“无机化学”中的溶液化学、表面化学、化学动力学等是学习本课程学习污染物高效快速去除原理的基础。
后修课程：“环境工程原理”不等于“水污染控制工程”原理+“大气污染控制工程”原理+“固体废物处理与处置”原理+……，环境工程原理不是单元操作原理的综合，而是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，本质上回答了环境工程中污染物的扩散和反应之间相互影响的定量关系。
其他课程：“水力学”（或“流体力学”）能够帮助理解本课程传质过程原理。“化工原理”不可取代“环境工程原理”，二者有着本质的区别。
二、课程目标
本课程的主要目标是培养学生利用数学、自然科学和工程基础对环境工程问题进行识别、表达和分析的能力，以及基于环境工程的共性原理对复杂环境工程问题进行研究性思考的能力。
（1）通过本课程学习，可以掌握环境工程学科具有共性的污染防治技术原理，分离和（或）转化技术的基本原理，从而构建环境工程专业基础理论平台。
（2）可以掌握污染治理工程的主要目的和核心任务，即通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除，从而具备能够将数学、自然科学、工程基础用于分析和解决复杂的环境污染控制工程问题的能力。
（3）可以理解介质中污染物的传质和反应之间的对立统一关系，从而具备能够基于科学原理并采用科学方法对复杂环境工程问题进行研究性思考的能力。
（4）可以就复杂的环境工程问题进行交流和讨论，从而具备一定的专业沟通能力。
三、学习要求
环境工程原理是一门涉及高等数学、物理化学、流体力学、工程学、反应工程学、化工原理、生物工程学等多学科综合性课程，有大量的理论、概念、参数、公式和高等数学计算，课程内容系统性和逻辑性强，层层递进，环环相扣，前面章是后面章的基础，每一章中前面节又是后面节的基础。
要达到本课程的学习任务，学生必须：
（1）提前预习，按时上课，上课认真听讲，及时复习，第一阶段课程内容学完后即进行期中测验，没有复习时间。
（2）本课程包含较多的课外习题作业、专题讨论、课程论文等活动。课外学习时间大概需要课堂时间的3~4倍。
（3）期中测验、课程论文、期末考试主要考察每个学生个体对知识和能力的掌握程度；而习题作业、主题讨论主要考察小组成员的团队合作能力，全班分成5个小组，以10人左右为小组单位，每个小组经过课外充分的沟通、练习和准备后，提交本组的习题作业，并派代表进行习题讲解和专题讨论PPT汇报。
四、教学内容
内容顺序 | 主题 | 计划课时 | 主要内容概述 |
1. 绪论 | 环境工程原理解析 | 1 | 当代环境工程、当代环境工程原理；环境工程原理的课程目标、内容体系、研究对象和方法；学习方法和要求。 |
2. 基础知识 | 常用物理量 | 1 | 单位、物理量、量纲；常用物理量及其表示方法。 |
质量衡算方法 | 2 | 衡算与系统，稳态与非稳态，质量衡算方程与有关计算。 | |
介质流动原理 | 1 | 无边界的介质流动原理（牛顿粘性定律）、有边界的介质流动原理（边界层理论），边界层的形成和分离。 | |
3.均相传质过程原理 | 基本原理 | 1 | Fick定律及其适用范围，分子扩算系数与涡流扩散系数 |
分子传质 | 1 | Fick定律普通表达式，单向扩散，等分子反向扩散有关的计算，界面有反应的扩散 | |
对流传质 | 2 | 传质边界层，对流传质速率方程及其计算，对流传质系数 | |
4. 非均相传质过程原理（一）：气液相间传质 | 无反应气液相间传质 | 2 | 气液相间传质热力学（Henry定律及其应用）、气液相间传质动力学（双膜理论、传质速率方程、传质阻力）及其有关计算。 |
有反应气液相间传质 | 1 | 热力学（化学平衡与传质平衡之间关系）、动力学（增强系数）。 | |
气液相间传质设备 | 3 | 填料塔吸收过程的物料衡算和操作线方程，吸收剂用量和塔高之间的对立统一关系，吸收剂用量和塔高的有关设计计算。 | |
5. 非均相传质过程原理（二）：气固、液固传质过程原理 | 吸附 | 2 | 了解吸附热力学（吸附平衡理论及等温方程），吸附动力学，吸附操作（接触过滤吸附、固定床吸附） |
6. 期中总结与考核 | 习题讨论与测验 | 2 | 根据学生掌握情况安排习题答疑或交流讨论，期中测验 |
7. 反应工程原理（一）基础 | 反应器与反应动力学 | 1 | 反应器，反应计量学，反应动力学 |
反应动力学解析 | 1 | 动力学实验方法和数据解析方法 | |
8. 反应工程原理（二）均相化学反应器 | 间歇与半间歇反应器 | 1 | 间歇反应器的基本方程、设计计算；半间歇反应器 |
完全混合流连续反应器 | 2 | 连续流反应器的基本方程、设计计算；多级串联反应器的基本方程、设计计算。 | |
平推流反应器 | 2 | 平推流反应器的基本方程、设计计算；具有循环操作的连续流反应器的基本方程、设计计算。 | |
9. 反应工程原理（三）非均相化学反应器 | 固相催化反应器 | 3 | 固相催化反应过程，本征动力方程及其实验测定方法，宏观动力学，有效系数和西勒模数的物理意义及其对催化反应过程的影响，固相催化反应器的设计计算。 |
气液相化学反应器 | 2 | 不同类型的气液相反应动力学方程，八田数的物理意义及其对气液相反应的影响，气液相反应器的设计计算。 | |
10. 反应工程原理（三）微生物反应器 | 微生物反应动力学基础 | 3 | 微生物反应的计量关系，细胞产率系数，微生物反应动力学；微生物生长速率方程、分散体系的基质消耗速率方程、微生物膜体系的基质消耗速率（有效系数、修正西勒模数的意义及对体系的而影响）。 |
微生物反应器 | 3 | 悬浮微生物反应器（间歇、半连续、连续），不带循环和带循环连续微生物反应器的基本方程和设计计算，生物膜反应器。 | |
11. 专题讨论 | | 3 | 学期初设5个专题，学期末分组演讲讨论 |
五、参考教材与主要参考书
1、推荐教材：
胡洪营，张旭，黄霞，王伟，席劲瑛. 环境工程原理（第三版）. 北京: 高等教育出版社. 2015.8 (ISSN: 978-7-04-043364-7)
2、参考教材或资料：
[1] 胡洪营，张旭，黄霞. 环境工程原理习题集. 北京: 高等教育出版社. 2006.12 (ISSN: 7-04-020210-7)
[2] 胡洪营. 爱课程公开课：环境工程原理http://www.icourses.cn/coursestatic/course_2963.html
[3]Nazaroff W.W., Alvarez-Cohen L.漆新华，刘春光译，环境工程原理(Environmental Engingeering Science). 北京: 化学工业出版社. 2006.1
六、成绩评定
（一）考核方式E.其他：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他
（二）成绩综合评分体系：
成绩综合评分体系 | 比例% |
考勤：14次 | 5% |
习题作业： 8次 | 20% |
专题讨论：5个题目 | 5% |
课程论文：1个题目 | 5% |
期中考试：1次闭卷 | 15% |
期末考试：1次闭卷 | 50% |
总计 | 100% |
环境工程原理课程综合评分方法（暂定稿2016.10.24）
1、分组方法
尽量平均分为5个学习兴趣小组，全体组员分别编号，如I-1、II-7。分别为I衡算传递组、II吸收吸附组、III动力解析组、IV化学组、V微生物组。每组至少2名上学期成绩排名前10名，至少1名班委，重修或转专业同学平均分布到各组。每组选出1名组长，1名副组长，负责协调沟通。上课时同一组尽量坐在一起，便于讨论和交流。
2、考勤评分标准：14次考勤，占5%。
满勤，A/5分；缺勤1~2次，B/4分；缺勤3~4次，C/3分；缺勤5~7次，D/2分；缺勤7次以上，E/0分。根据平时表现，酌情加减1分。
3、作业评分标准：8次作业，占20%。
优秀标准 | 得分 | |
严格按照作业要求并及时完成，思路特别清晰，问题解答正确，能提出不同的解决方案，步骤严谨、具体，板书特别整洁。【方法新颖，结论正确，写作特别整洁】 | 96-100分 | 特优A+ |
严格按照作业要求并及时完成，基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理。步骤详细，板书整洁。【方法正确，结论正确，写作整洁】 | 90-95分 | 优秀A |
基本按照作业要求并及时完成，基本概念基本清晰，解决问题的方案基本正确、基本合理。个别结论不正确，个别步骤不够详细，板书不够清晰。【方法正确，个别结论有误，写作基本整洁】 | 80-89分 | 良好B |
严格按照作业要求并及时完成，基本概念清晰，解决问题的方案正确，但模仿痕迹明显。【方法正确，结论正确，照葫芦画瓢】 | 70-79分 | 中等C |
能按照作业要求，及时完成，但部分概念不清晰，解决问题的方案较多不正确。【近半数方法或结论有误，写作不够整洁】 | 60-69分 | 合格D |
不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不清晰，不能制定正确和合理解决问题的方案。有抄袭、雷同现象。【不交作业，或不及时交作业，或大部分方法结论错误，或写作潦草，或有抄袭痕迹】 | 0-59分 | 不合格E |
4、课程论文评分标准：占5%。
题目：根据环境工程原理的知识，系统、全面地回答如何实现污染物的高效、快速去除？
时间：最后一周提交最终稿（全文）。
要求：电子稿和纸质稿。字数5000字以内，体现广度和深度。格式参考《化学进展》投稿要求。优秀标准：思路清晰，格式规范，文笔流畅，解答准确。根据写作情况，分别给A~E，即5~1分。
5、专题讨论评分标准：占5%
形式：提前拟定5个综合性题目（需要综合多节、多章或多门课知识），随机分配到5个小组（抽签）。每组选代表用ppt讲解，限定时间不超过15分钟，用简洁的报告，告诉大家最丰富、准确的解答。
优秀标准 | 得分 | |
做了充足的准备，板书或ppt有充分的设计，问题回答完全正确，内容十分丰富，讲解十分流利，思路十分清晰，声音生动洪亮，用时短效果佳。【准备的好，讲的好，回答正确】 | 90-100分 | 优秀A |
做了一定的准备，使用板书或ppt，问题回答完全正确，讲解平淡，保质保量按时完成。【准备还好，但讲的不够生动，回答正确】 | 80-89分 | 良好B |
做了一定的准备，问题回答略显不足，讲解思路清晰，让大多数同学所接受，时间把控不准。【准备的一般，讲的平淡，回答略有不足】 | 70-79分 | 中等C |
准备不够充分，问题回答漏项，讲解出现少量卡顿，部分同学似是而非。【准备的不好，讲的不好，回答漏项】 | 60-69分 | 合格D |
未做准备，临时应付，或解答错误。【没准备，不会讲，效果差】 | 0-59分 | 不合格E |
6、期中考试：占15%。
考试内容包括基础知识和传质过程原理。学完即考。闭卷考试。以计算题为主。
7、期末考试：占50%。
考试内容包括反应过程原理部分。闭卷考试。以计算题为主。
七、学术诚信
本课程鼓励课外同学们之间就习题作业、专题、论文进行充分讨论，但对作业抄袭、论文模仿等行为零容忍。如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核
教学院长：院学术委员会签章：