研究性实验与方案设计

建设单位的委托是环境工程项目方案设计的前提。方案设计通常依据研究性实验结果,编制项目方案。如果工艺成熟,也可直接进行设计。

环境工程的对象（如废水、废气等）的特点是水质、水量、气质变化大且不稳定,不同厂家生产的同一种产品排放的废水、废气都会有较大差别,所以判断一种处理工艺是否可行,仅仅通过调研是远远不够的,实验是唯一可行和可靠的途径。严格意义上说,如果没有同类工程实例,除了COD浓度适宜、BOD与COD之比恰当的废水可以直接进行好氧生化系统设计外,包括混凝在内的环境工程单元,都需经过实验,尤其是萃取、吸附、化学氧化、光催化氧化、微电解、膜分离等必须经实验证明处理效果和二次污染物妥善处置的可行性,才可进入编制技术方案阶段。

通常所称的“小试”就是指研究性实验。其主要目的是研究废弃物处理步骤及其规律,打通工艺路线,确定主要原辅材料、主要技术经济指标和工艺技术条件,提出工艺技术方案,为中试做准备。研究性实验要求技术指标和工艺操作条件稳定、可靠,经济合理,建立相应的工艺控制和分析方法。

研究性实验与生产性工程相比较,在以下几方面存在差异:

（1）原料

研究性实验所用原料为实验用药剂,多为化学纯,甚至为分析纯,具有纯度高、杂质少的特点,简化了杂质对实验的影响,方便研究实验规律,但带来的问题是不清楚杂质物质可能对实验产生的影响。

（2）搅拌

搅拌在很多化学过程中发挥着至关重要的作用,例如混凝过程,需先高速搅拌,使混凝剂与废水在短时间内充分混合,然后减速搅拌,有利于絮凝体长大。研究性实验的反应容器多为各类烧杯,直径小,搅拌时搅拌轴心与搅拌叶尖刀线速度差别不大,物料混合较为均匀；而生产性工程装置直径大,搅拌时搅拌轴心与搅拌叶尖刀的线速度差别非常大,物料混合不均匀,将严重影响混凝效果。对于各类废水处理中的搅拌过程,还常常采用矩形的池子作为反应器,其物料混合特征更是与实验室实验结果相差巨大。

（3）传热

同样,由于传热的实验所用反应容器多为各类烧杯、交换柱等小直径容器,无论是采用夹套加热还是直接加热,传热距离短,温度均一所需时间短；而生产性工程装置直径大,反应体系内部温度梯度大,对于吸附—脱附这样的过程而言,在低浓度的吸附流出液与高浓度的脱附液间会形成较长的混合区,最终将缩小脱附液与流出液的浓度比,使吸附装置的经济指标下降。

除此之外,在加料方式、过滤、物料转移、过程控制等方面,研究性实验与生产性工程装置也存在着巨大差异。研究性实验中,由于物料量小,加料基本采用手工；过滤常采用各类滤纸、滤膜。而在实际工业生产中,液体物料有机泵压送、真空泵抽吸、计量罐自流滴加等多种方式,气体物料有自身压力压送、抽吸等方式,粉状物料有机械输送加料、气力输送加料、人工加料等方式；过滤材料有各种滤布、微孔金属、陶瓷、高分子材料等,过滤机械更是种类繁多、性能各异。这些差异的存在使得仅仅按得到的实验参数放大到工业规模后,往往无法重现实验的结果,形成所谓的“工程放大效应”。因此,研究性实验参数往往不能直接应用于工程设计。

为了解并减小这些差异对工程设计的影响,就需要进行放大模拟试验,并以其结果,进行基础设计。

大型项目则需编制可行性研究报告。可行性研究报告主要内容有:

①项目兴建理由与目标。

②技术提供单位以往的研究基础和本项目研究进展。

③方案比选。包括场址方案、技术方案、设备方案、工程方案、原材料燃料供应方案、总图布置方案、场内外运输方案、公用与辅助工程方案等比选。

④劳动安全卫生与消防。环境工程内容有时会使用易燃易爆、有毒有害的原辅材料,因此应注意劳动安全卫生与消防问题。

⑤组织机构与人力资源配置。

⑥项目实施进度。

⑦财务/经济评价。

⑧风险分析。由于环境工程项目应当尽量采用先进技术,因此可能会带来一些技术风险问题,应当加以阐述。

⑨研究结论与建议。对于设计方案,通常由建设单位委托管理部门组织评审,如通过了评审,即可以编制项目建议书,上报立项。