湖北大学环境工程实验教学中心

固体废物处理处置实验实验1危险废物重金属含量及浸出毒性测定实验实验2固体废物吸水率、抗压强度和颗粒容重的测定实验实验3固体废物厌氧发酵实验实验4固体废物热解实验实验1危险废物重金属含量及浸出毒性测定实验1、掌握危险废物中重金属含量的测定方法2、掌握危险废物浸出毒性的测定方法；3、了解危险废物浸出毒性对环境的污染与危害。一、实验目的二、实验原理危险废物是指列入《国家危险废物名录》或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物。危险废物具有毒性、腐蚀性、易燃性、反应性和感染性等一种或几种危害特性。含有有害物质的固体废物在堆放或处置过程中，遇水浸沥，使其中的有害物质迁移转化，污染环境。浸出实验是对这一自然现象的模拟实验。当浸出的有害物质的量值超过相关法规提出的阈值时，则该废物具有浸出毒性。二、实验原理浸出是可溶性的组分通过溶解或扩散的方式从固体废物中进入浸出液的过程。当填埋或堆放的废物和液体接触时，固相中的组分就会溶解到液相中形成浸出液。组分溶解的程度取决于液固相接触的点位、废物的特性和接触的时间。浸出液的组成和它对水质的潜在影响，是确定该种废物是否为危险废物的重要依据，也是评价这种废物所适用的处置技术的关键因素。三、实验设备与试剂1、加热装置：板式电炉及100ml瓷质坩埚；2、硝化试剂：浓硝酸、王水、氢氟酸、高氯酸；3、定容装置：50ml容量瓶或比色皿；4、浸取容器：2L密封塞广口聚乙烯瓶；5、浸取装置：频率可调的往复式水平振荡机；6、浸取剂：去离子水或同等纯度的蒸馏水；7、滤膜：0.45μm微孔滤膜或中速定量滤纸；8、过滤装置：加压过滤装置、真空过滤装置或离心分离装置。四、实验步骤1、重金属含量的测定（1）准确称取0.1g试样，置于瓷坩埚中，用少许水润湿，加入0.5ml浓硝酸和王水10ml；（2）将瓷坩埚置于电炉上加热，反应至冷却，使残夜不少于1ml；（3）将残液中再加入5mlHF，进行低温加热近1ml；（4）最后加入5ml高氯酸加热至1ml；（5）取下瓷坩埚，冷却，加入去离子水，继续煮沸使盐类溶解，再进行冷却；（6）将最终残液移至于50ml容量瓶中，水洗坩埚加入硝酸至酸度为2％，定容至刻度。用原子吸收火焰分光光度法或ICP-AES测试溶液中重金属Cr、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的浓度C0。%10000mmmW四、实验步骤2、浸出毒性的测定浸出液的制备方法根据国家标准GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法——水平振荡法》执行。（1）将各危险废物样品研磨制成5mm以下粒度的试样；（2）称取10g试样，置于锥形瓶中，加去离子水100ml，将瓶口密封；（3）将锥形瓶垂直固定于振荡仪上，调节频率为110±10次/min，在室温下振荡浸取8h（可根据需要适当调整浸取时间）；（4）取下锥形瓶，静置16h，并于安装好滤膜的过滤装置上过滤，收集全部滤出液。用原子吸收火焰分光光度法或ICP-AES测试溶液中重金属的浓度C。％＝浸100MM0四、实验步骤根据测定的危险废物浸出液中重金属的浓度，计算得出危险废物的重金属Cr、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的浸出率η浸，详见下式：式中：M0——危险废物中重金属物质的量，mg/g；M——危险废物浸出的重金属物质的量，mg/g。％＝浸100MM0五、数据记录与分析项目CrCdCuNiPbZn空白浓度（mg/L）样本浓度（mg/L）溶液中重金属浓度测定结果浸出液中重金属浓度测定结果项目CrCdCuNiPbZn空白浓度（mg/L）样本浓度（mg/L）六、思考题1、测试危险废物的重金属浸出毒性有何意义？2、有哪些因素会影响危险废物的浸出率？实验2固体废物吸水率、抗压强度和颗粒容重的测定实验1、了解固体废物吸水率、抗压强度和颗粒容重的基本意义；2、掌握固体废物吸水率、抗压强度和颗粒容重的测定方法和原理。一、实验目的二、实验原理固体废物的吸水率是指材料试样放在蒸馏水中，在规定的温度和时间内吸水质量和式样原质量之比。吸水率可用来反映材料的显气孔率。固体废物的密度可以分为体积密度、真密度等。体积密度是指不含游离水材料的质量与材料的总体积之比；材料质量与材料实体积之比值，则称为真密度。密度的测定是基于阿基米德原理。固体废物的机械强度是指固体废物抗破碎的阻力。通常用静载下测定的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度来表示。抗压强度是最常用的固体废物的机械强度表示方法。三、实验设备与试剂1、恒温干燥箱2、天平3、游标卡尺4、容积密度瓶5、标准筛1个6、干燥器1个7、研钵1个8、万能实验材料测试机1台9、实验试剂蒸馏水。四、实验步骤1、吸水率的测试：根据国家标准GB/T17431.1-1998和GB/T17431.2-1998测试烧成固体废物样品的吸水率，具体如下。将固体废物放在110℃±5℃的烘箱中干燥至恒重后，放在有硅胶或其他干燥剂的干燥器内冷却至室温。称量和记录固体废物的干燥质量m0，精确至0.01g。然后将样品放入成水的容器中，如有颗粒飘浮在水面上，必须设法将其压入水中。样品浸水1h后，将样品倒入5.00mm的筛子中，滤水1～2min，然后倒在拧干的湿毛巾上，用手抓住毛巾两端，使其成槽形，让固体废物在毛巾上往返滚动4次后，将固体废物取出称重，质量为m。%10000mmmW四、实验步骤固体废物的1h吸水率W的按以下公式计算：式中：W——固体废物的1h吸水率（％），计算精确到0.01％；m0——烘干实验的重量（g）；m——浸水后试样的重量（g）。%10000mmmW四、实验步骤2、抗压强度的测试：按照国家标准GB/T4740-1999在WE-50型液压式万能试验机上测试烧成固体废物样品的抗压强度。具体步骤如下：①将样品制成直径20mm±2mm、高20mm±2mm的试样；②将试样置于温度为110℃的烘箱中，烘干2h，然后放入干燥器，冷却至室温；③测量并记录每块试样的直径和高度，精确至0.1mm；④将试样放入试验机压板中心，并在试样两受压面衬垫1mm厚的草纸板；⑤选择适当的量程，以2×102N/s的速度均匀加载直至试样破碎（以测力指针倒转时为准），记录试验机指示的最大载荷。四、实验步骤样品抗压强度极限按下式计算：式中：σc——抗压强度（MPa）精确至0.01MPa；P——试样受压破碎的最大载荷（N）；D——试样直径（mm）。24DPc四、实验步骤3、颗粒容重测试：按照GB2842-81测试烧成固体废物样品的颗粒容重。取适量样品，放入量筒中浸水1h，然后取出（可采用测完1h吸水率的试样进行测定），称重m。将试样倒入100mL的量筒里，在注入50mL清水。如有试样漂浮水上，可用已知体积（V1）的圆形金属板压入水中，读出量筒的水位（V）。固体废物的颗粒容重计算公式如下：式中：γk——固体废物颗粒容重（kg/m3），计算精确至10kg/m3；m——试样重量（g）；V1——圆形金属板的体积（mL）；V——倒入试样和放入压板后量筒的水位（mL）。5010001VVmk五、数据分析24DPc%10000mmmW根据上面计算公式计算固体废物的吸水率、抗压强度和颗粒容重。吸水率抗压强度5010001VVmk颗粒容重六、思考题1、固体废物的性质对破碎处理有何影响？2、固体废物的哪些结构特征对其抗压强度产生影响？3、固体废物的吸水率、抗压强度和颗粒容重，三者之间有何种联系？实验3固体废物厌氧发酵实验1、掌握有机垃圾厌氧发酵产甲烷的过程和机理；2、了解厌氧发酵的操作特点以及主要控制条件。一、实验目的二、实验原理厌氧发酵是指在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中的有机物转化为CH4和CO2的过程。厌氧发酵产生以CH4为主要成分的沼气。参与厌氧分解的微生物可以分为两类，一类是由一个十分复杂的混合发酵细菌群将复杂的有机物水解，并进一步分解为以有机酸为主的简单产物，通常称为水解菌。第二阶段的微生物为绝对厌氧细菌，其功能是将有机酸转变为甲烷，被称之为产甲烷菌。二、实验原理厌氧发酵一般可以分为三个阶段，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段，每一阶段各有其独特的微生物类群起作用。二、实验原理液化阶段发酵细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解，是固体物质变成可溶于水的物质，然后，细菌再吸收可溶于水的物质，并将其分解为不同产物。高分子有机物的水解速率很低，它取决于物料的性质、微生物的浓度，以及温度、pH等环境条件。纤维素、淀粉等水解成单糖类，蛋白质水解成氨基酸，再经脱氨基作用形成有机酸和氨，脂肪水解后形成甘油和脂肪酸。产酸阶段水解阶段产生的简单的可溶性有机物在产氢和产酸细菌的作用下，进一步分解成挥发性脂肪酸、醇、酮、醛CO2和H2等。二、实验原理产甲烷阶段产甲烷菌将第二阶段的产物进一步降解成CH4和CO2，同时利用产酸阶段所产生的H2将部分CO2再转变为CH4。产甲烷阶段的生化反应相当复杂，其中72％的CH4来自乙酸，主要反应有：242324233224322424222433244392)(423423424COCHOHCONHCOCHOHNCHOHCOCHOHCHOHCOCHHCOOHOHCHCOHCOCHCOOHCH三、实验设备与试剂1、实验装置：厌氧发酵反应器；2、发酵原料：生活垃圾；3、接种：可采用活性污泥接种，取就近的污水处理厂污泥间的脱水剩余活性污泥，在培养过程中可以不添加其他培养物；4、分析方法：（1）TS和VS的检测采用重量法；（2）TCOD和SCOD的检测采用K2Cr2O7氧化法；（3）pH值使用精密pH计测定；（4）甲烷和二氧化碳浓度可采用9000D型便携式红外线分析系统；（5）TN采用日本SHIMADZU公司TOC-VCPN型TOC/TN分析仪；（6）挥发性脂肪酸，以乙酸计，滴定法。四、实验步骤1、污泥训话；将脱水污泥加水过筛以除去杂质，然后放入恒温室内厌氧驯化一天。2、按实验要求配置好有机垃圾的样品放置于备料池中备用。3、将培养好的接种污泥投入反应器，采用有机垃圾和污泥VS之比为1：1的混合物料。用CO2和N2的混合气通入反应器底部2～3min，以吹脱瓶中剩余的空气。立即将反应器密封，将系统置于恒温中进行培养。恒温系统温度升至35℃时，测定即正式开始。4、记录每日产气量以及相关参数，直到底物的VFA的80％已被利用。5、为了消除污泥自身消化产生甲烷气体的影响，需作空白实验，空白实验是以去离子水代替有机垃圾，其他操作与活性测定实验相同。6、分别设置不同的反应温度，以及不同的有机垃圾与活性污泥的配比参考不同温度对厌氧发酵产甲烷的影响。五、原始数据记录表有机垃圾厌氧发酵产甲烷实验记录序号有机负荷（m/s）日产气量（mL）甲烷含量（g）pH六、思考题1、分析厌氧发酵的三阶段理论和两阶段理论的异同点。2、厌氧发酵装置有哪些类型？试比较它们的优缺点。3、影响厌氧发酵的因素有哪些？实验4固体废物热解实验1、了解热解的概念；2、熟悉污泥热解过程的控制参数。一、实验目的二、实验原理热解是一种传统生产工艺，将木材和煤干馏后生成木炭和焦炭，用于人们的生活取暖和工业上冶炼钢铁，已经有了非常悠久的历史。随着现代工业的发展，热解技术的应用范围也在逐渐扩展，例如重油裂解生成轻质燃料油，煤炭气化生成燃料气等，采用的都是热解工艺。热解是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。污泥的热解是一个非常复杂的化学反应过程，包含了大分子键的断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成较小的分子。热解反应过程可用下述通式表示：)()()(242炭黑、灰渣固体有机酸、芳烃、焦油有机液体、、、气体有机固体废物COCOCHH三、实验设备与试剂1、卧式或立式热解炉；2、实验材料，选取城市污水处理厂的生物污泥；3、烘箱1台；4、漏斗、漏斗架5、量筒1000mL1支；6、定时钟1只；7、破碎机1台；8、电子天平1台。四、实验步骤1、记录实验设备基本参数，包