环境工程实验指导及讲义

环境工程学实验指导 山西农业大学资源环境学院主编 、八 刖 通过实验教学培养学牛严肃认真的科学态度和工作作风。训练沉重的操作技能和测试技 能。提高观察分析问题的能力和独立工作，革新创造的能力。为将来独立进行科学研究及解 决实际问题打好基础。因此实验学对提高教学质量，培养全面发展人才起着重要的作用。 为了达到上述目的，要求同学做到以下几点： 1、 实验前要充分的准备，必须对所做实验根据实验讲义及有关资料进行认真的预习， 明确实验的目的、原理、实验步骤、所需设备、药品及安全规程等。 2、 对于中型实验设备及仪表，未经实验指导教师的同意，不得擅自起动关机，经指导 教师同意后，操作中必须按照操作规程，认真严肃的进行。 3、 要有严肃认真，实事求是的科学态度，在进行实验时要周密地观察和如实地记录各 种变化的现象及数据，数据只可整理，不可随意修改。（整理时可以拼弃不正确的数据）假 如实验中发生问题，数据不附，则应找出原因设法解决，绝不允许臆造数据，弄虚作假，这 种由发现问题到解决问题的过程是培养我们独立工作能力的重要环节。 4、 认真做好实验报告，除了按讲义进行实验外还应主动地发掘问题，思考问题，认真 地对实验中发生的各种现象及新的数据加以分析讨论，并尺可能地提出自己的见解。 5、 要认真执行实验室的规章制度，注意安全操作，爱护国家财务。仪器设备若有损伤， 应立即报告指导教师，酌情处理，对水、电、药品要注意节约。 6、 实验完毕，应将所有仪器及设备清洗于净后，方可离开实验室。 实验一：吸附法净化工业含酸雾气体 实验二：碱液吸收气体中的二氧化硫 实验三旋风除尘器性能测定 1 实验四 颗粒的静置自由沉降 8 实验五气浮工艺 6 实验六化学混凝(1) 12 实验七 化学混凝(2) 15 实验八活性炭吸附 17 实验九清水曝气充氧 20 实验十离子交换法(1) 24 实验■•一 离子交换法(2) 27 实验十二活性污泥性能测定 30 实验十三间歇活性污泥法sbr 33 实验十四连续流活性污泥法 37 实验十五 还原法处理酸性含铜废水实验 实验十六 废水的可生化性实验 实验一：吸附法净化工业含酸雾气体 一、 实验目的 1、 验证课堂上理论教学中讲授的吸附原理、现象及特点，通过实验现象的直观感受， 巩固和加深对理论的理解和认识； 2、 了解工业治理酸气装置一吸附器的结构和安装及学习工艺实验的操作技能； 3、 掌握酸气浓度的测定方法和吸附效率的计算； 4、 通过实验工艺流程的直观性培养学生独立思考问题和解决实际问题的能力。 二、 实验内容与方案 1、实验准备工作 (1) 绘制标准曲线 1) .硝酸钠标准溶液的配置：a.准确称取干燥的粒状亚硝酸钠(优级)0.1500g (称重至 O.lmg)溶于去离子水，并移入1000ml容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀。此溶液 lml含lOOygNOf即［lOOygNCV/ml］； b.使用时用去离子水准确稀释成［5ggNO27ml］,即准确 取5.00ml浓度为100ggN027m 1的标准液移入100ml容量瓶加去离子水至标线，则其浓度 为［5(igNO27ml］o 2) .标准曲线:在6只10ml试管中分别准确加入0、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80ml亚 硝酸钠标准溶液(浓度为5|igNO27ml),每管中加入采样吸收液5ml,用水稀释至刻度(10mL), 摇匀，放置15分钟，于540nm处，用lcm比色皿，吸收液为参比，灵敏度为1档的721 分光光度计上测定吸光度。 根据测定结果，做出样品中NO?-含量a (yg)与吸光度值A的标准方程， aNQ^ =K(A-A0') , a心：测试后吸收液内NO?「含量(所取气体中)的微克数，A：样 品吸收液的吸光度值；Ao：空白吸收液吸光度值；K：斜率。 (2)充分理解和掌握吸附工艺实验流程图、各部分的功能、相互联接及安装方法。 色管号 加试剂 0 1 2 3 4 5 标准溶液/ (ml) 0 0.10 0.20 0.40 0.60 0.80 吸收W (ml) 5 5 5 5 5 5 NO2-含量/ (yg) 0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 吸光度值 (3) 在每个吸收管內装5ml吸收液并编好号码。 (4) 在吸附器酸气进出采样口连接上装有氧化管及吸收管的大气采样器。注意有缓冲 球一侧的吸收管和大气采样器的吸气口连结。 2、 实验操作 (1) 在酸雾发生器内装200ml左右50%的HNO3溶液并放入适量铜片，然后放在吸 风罩下。 (2) 启动风机，调节风速为5m/so (3) 在进出口同时采样。采样时间为lOmin,取下吸收管，将吸收管样品吹入10ml 试管，用少量蒸憎水冲洗，将溶液并入试管，用蒸馆水稀释至刻度。 (4) 改变风速，再取一次样品，步骤同上。风速要求：6m/s和7m/so 3、 分析(方法：盐酸蔡乙二胺比色法) (1) 将测试的吸收管内的吸收液用吸耳球移入比色管。 (2) 用721分光光度计比色，准确记录样品的光密度值y。 (3) 按标准曲线方程计算出NO?-含量a[ug]o (4) 通过换算公式计算岀进出口 NOx浓度C[mg/m3] C=—-— QJ6Vnd 注：C：进出口 NOx浓度[mg/m3]； 0.76： NO2 (气)转换成NO?-(液)的系数； Vnd：人气采样器从吸附器进出气两端采样口所抽取的气体在标下干气气体体积，1； ,273PV, 273PV, 273PV, Vnd — — = 1013T 1033.6T 760T vt：大气采样器从吸附器两端采样口所取气体，1； Vt =大气采样器流量x采样时间。 三、实验设备与材料(或样品) 1、实验流程 实验工艺流程图见图1。 图1酸雾净化工艺流程图 1、 酸雾发生器2.吸风罩 3.吸附剂口 4.观察窗 5.吸附剂层 6.吸附剂框 7. 吸附剂装料口 &吸附塔9.进气测口 10.出气测口 11.风量细调阀 12.风量粗调阀13.风机14.消声器 2、 仪器设备 (1) 酸雾发生器； (2) 大气采样器； (3) 721分光光度计； (4) 光电天平； (5) .容量瓶、移液管、10ml试管、比色管、吸收管等玻璃仪器； (6) 吸耳球。 3、 试剂 (1) 蒸憾水； (2) 亚硝酸钠(优级)； (3) 50%的 HNOa溶液; (4) 铜片。 四、实验基本要求 1、 请同学们根据实验装置的具体尺寸按淀比例缩小画出实验流程图。要求：注明各 处设备名称，吸附器要认真画出正视图，不能画示意图。 2、 严格按照实验内容和步骤进行实验，如实记录实验数据，认真计算实验结果，根据 实验结果进行讨论，并完成实验报告。 3、 此次实验过程中存在哪些操作问题，希望对哪些实验方法或流程进行改进，请提出 建议和改进意见。 五、实验报告要求 1、如实记录实验数据，字迹清晰工整，认真计算实验结果，根据实验结果进行讨论。 [m/s] 2、实验数据表格参考格式 设备吸附层面积 0.24 m~ 设备吸附塔风速 设备吸附塔流量 「n?/hl 设备管道截面积 风速 测试日期 大气压 mmHg 温度 °C m'（管道 D=0. Im） 流量 吸收做率T] (%) “ 一 °进 一 °出 V1 on% 、 灌 11 NQ傩 a丽 a = K (A — Aq 產iM V WH楝 VndO] _. 一 213PVt Vnd= 7607 |1 £ i i (OTU) 1 □ 刼 □ □ 刼 □ •H □ 刼 □ 1—H (N E 六、相关基础知识 随着科学技术与工业生产的发展，各种酸的用量日益增加，如电子、轻工、化工、冶 金、电镀、机械等行业，常常需要用酸进行清洗和处理金属表面。在这些用酸的场所，必然 排放出大量的酸气，严重污染大气环境，不仅危害健康，损害文物古迹，而且腐蚀厂房设备 及精密仪器，给生产造成很大的损失。因此，人们迫切需要采取措施净化含酸雾气体，以清 除污染。 目前净化酸气的方法主要有：碱液吸收法、活性碳吸附法、催化法等。本实验是以SDG 为吸附剂，用吸附法净化酸气，此法在工业上很有实用价值。 1、吸附机理 当固体吸附剂处于气体介质中时，气相的某些组分，在吸附剂表面能的用下，被吸附 剂所吸附。由于吸附力的强弱随吸附剂与气体物质的性质不同而有很大的差异，故而，可用 吸附法将不同组分的混合气体分离。 根据吸附的性质，可分为物理吸附、化学吸附、物理化学吸附等三种类型。本实验即 是依据物理化学原理，实现对酸性气体的吸附净化。它既含有物理吸附的性质，又具有化学 吸附的特征。其吸附机理可表示如下： 1、 NO — NO* 2、 NO2 ^NO2 * 3、 02—02 ° 4、 H2O^H2O* 5、 NO，+ -O2,^NO2， 6、 3NO2 * +H2O * ^2HNO3 * +NO 7、 2mNO2 * +MR^M(NO3)m+MNO 8、 m(HNC)3 )+MR—M(NC)3)m 式：•---表示吸附态； M--吸附剂的阳离子； R—吸附剂基体； m —M阳离子的价数。 在上述过程中，1、2、3、4步为物理吸附，5、6、7、8步为化学吸附及化学反应过程。 2、吸附速率 吸附过程是一个传质过程，所以吸附量和吸附效率都要受到传质作用时间的制约。 (1) 空塔线速 (2) 吸附速率式及有关参数 气体体积流量(0) 床层横截面积(尸) 根据吸附动力学原理，吸附速率方程为 q = K(y-y*) 式中：q--吸附速率 y-一吸附质在气相混合物中的浓度； y*_一吸附质在气相中的平衡浓度； K--吸附速度常数。 K值与许多因素有关，目前主要是一些经验公式，如：威尔基(Wilke)和霍根(Hougen) 提出的K值计算公式为 式: K = 1.82"'Qe°)75i U…流体的平均线速度，m/s； z X-0.67 宀丿 Ue---流体的最人线速度，m/s； M ---流体的粘度,Pas； p---流体的密度，Kg/m3； dp---固体粒子有效直径，m； Df--溶质在流体中的扩散系数。 一步推出下列关系式: g=©牛 G—° J 厂 G = I q-ai = q -I C*_C出 Xi。。％ C进 a)= Q/F 由上式可知，因吸附速率（q）随K值成线性变化，故而也随空塔线速变化。于是可进 式中:G--吸附容量,Kg/m3； T-一吸附时间，S; «）---空塔线速，m/s； F--吸附床层截面，m2； C a—H体吸附质的初始浓度，Kg/m3； C 逸出气体吸附质的浓度，Kg/m3； Q---气休流量，m3/s； r]---吸附效率，％。 从以上各式参数的关联中不难看出，只要测出气体的流量、进出口气体吸附质的浓度, 就町以算出耳、亠q、G以及II-C进，等变化规律。 实验三：碱液吸收气体中的二氧化硫 一、 实验目的 本实验采用填料吸收塔，利用5%NaOH溶液吸收气体中的SO2。通过实验可初步了解 利用填料塔吸收净化有害气体的实验研究方法，同时还有助于加深理解在填料塔内气液接触 状况及吸收过程的基本原理。 通过实验应达到以下目的： 1、 了解利用吸收法净化废气中SO?的效果； 2、 填料塔的基本结构及其吸收净化酸雾的工作原理； 3、