环境工程学实验讲义

环境工程学实验讲义目录实验一混凝实验………………………………………教材546页1实验二粉尘粒径实验测定………………………………………2实验三吸附………………………………………………………4实验四废水可生物处理性实验…………………………………5实验五萃取实验…………………………………………9实验六填料塔气体吸收实验……………………………………10附录………………………………………………………………15实验三粉尘粒径实验测定一、实验目的利用TZC-4型粒度测定仪，记录各种组分在液体中的沉降过程，应用斯托克斯公式计算并作出沉降曲线，求出不同粒径范围内的粉尘所占的百分数，从而掌握重力沉降法测定粉尘粒径分布的方法。二、实验原理液体重力沉降法是根据不同大小的粒子在重力的作用下，在液体中的沉降速度不同这一2原理而求得的。粒子在液体介质中作等速自然沉降时所具有的速度，称为沉降速度，其大小可用斯托克斯公式表示：18)(2gduLppt式中：ut粒子的沉降速度（cm/s）dp粉尘粒子的直径（cm）p粉尘粒子真密度（g/cm3）L沉降液的密度（g/cm3）沉降液的粘度（g/cms）tLppugd)(18当测出颗粒沉降至一定高度H所需之时间t后，就能算出沉降速度ut，进而算出颗粒直径dp，上式可改写为：tHgdLpp)(18式中：H沉降高度（沉降液面到称盘地面的距离）（cm）t沉降时间（s）利用上述原理了求得颗粒分布情况。仪器使用时，只要将被测定物（310g）烘干后放在500ml沉降液中经搅拌后进行测试，求得沉降曲线，并计算颗粒大小及它们的百分比。三、实验主要仪器设备1．TZC-4型粒度测定仪2．旋转式液体粘度计3．液体比重计4．分析天平5．搅拌器6．恒温烘箱7．水银温度计（1-100℃）8．烧杯、量筒等玻璃仪器四、准备工作1．测试样品制备：（1）干燥将试样放入烘箱烘干，烘箱的温度应根据试样的性质而定，一般取80℃左右，保温4小时，然后将试样放入干燥器中冷却至室温。（2）称重3一般试样量可选择3-10gCaCO3,测量范围在1-160m之间。(3)悬浮液的制备根据试样选择适当的沉降液，最常用的沉降液是蒸馏水。为了更好地测得颗粒的分布值，防止试样粘结，需加分散剂。选取0.2%的六偏磷酸钠，将0.2%的六偏磷酸钠溶液5mL到入500mL的蒸馏水中,然后到入沉降筒中,用电动搅拌器进行搅拌,便成为制备好的沉降液体.测定出沉降液的温度及粘度和密度。(4)把被测试样,到入制备好的沉降液中,再用电动搅拌器进行搅拌,搅拌时间为30-60分钟。2.天平部分的操作使用天平接通电源就开始工作,通常需要预热30min方可达到操作温度,进行操作使用。(2)天平校准五.试样的测试和计算1．测试1)接通计算机电源,将鼠标点在TZC-4粒度测定仪图标上,快速双击鼠标左键,进入颗粒测定窗口。2)测试样品时,用鼠标点击“沉降曲线采集”,进入“粒度测定-〔数据采集〕”窗口，点击“参数设置”菜单,弹出参数设置对话框,按对话框要求逐条键入参数,检查正确无误后,点击“确定”。3)将称盘放入盛有悬浮液（经充分搅拌的沉降液＋分散剂＋被测样品）的沉降筒的底部，再把称盘上下往复拉几次，主要用来改变搅拌机搅拌后产生的离心力，防止粗颗粒向沉降筒器壁沉降。4)将前吊耳向上翻起，沉降筒放到天平底板上，再把前吊耳放下，迅速把称盘挂到前吊耳上，天平经过短暂的平衡以后，面板显示的数字变动逐渐趋小，此时按下天平面板上的“TAR”清零键，同时迅速用鼠标点击“沉降曲线采集”菜单，显示屏上马上显示出采集的沉降曲线。上述这一操作要熟练掌握，尽量在短时间内完成，防止被测样品大量沉积。5)应尽量使样品可沉降颗粒都沉降，沉降曲线趋于水平时，用鼠标点击“终止采样”菜单，曲线采集便结束。6)如果需要保留该样品的试验曲线，请点击“数据储存”菜单，显示屏上出现保存对话框。在文件名栏内键入样品名称，再点击“保存”，曲线保存完毕对话框消失。点击“返回”菜单，整个沉降数据采集过程完成，返回到窗口。2．计算对曲线的计算有下列二种情况：a）即时采集沉降曲线后可直接进行计算；b）曲线储存在计算机中的，先把曲线取出来，再进行计算。如为第二种情况，其步骤为：41)点击“数据处理”菜单，点击下拉菜单“文件”此时按住点击的左键不要松手，拉动鼠标选中“打开曲线”，当该栏底色翻成深色后松手。显示屏弹出“打开”对话框，鼠标点击需要的曲线，然后点击“打开”，您选中的曲线便出现在显示屏上。2)曲线出现后，点击“计算”菜单，选中“设置”菜单，弹出颗粒区间设置框，设置框中序号1是采样终止时测定的颗粒直径，首先按“Enter”键，出现序号2，键入颗粒直径，如此往复到需计算的最大颗粒直径数值。然后点击“计算”下拉菜单等到出现提示框，便可以查看计算结果了。3．打印1)点击“报告”菜单选中“打印设置”，选择直方直图，然后选择确认键，再点击“报告”菜单选中“打印”，即可打印选择的图表。2)打印结束后，点击“返回”菜单。六．思考题1．选择沉降液、分散剂的依据。2．测试过程中应注意些什么问题？3．这样计算各种粒径范围内的沉降量百分比？实验三吸附一、实验目的测定吸附等温线二、实验原理液体或气体混合物与适当的多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中的某一组分或某些组分吸留在固体表面上。本实验利用活性炭吸附有机物苯酚。三、实验水样及吸附剂水样采用自配苯酚溶液,浓度为100mg/L。吸附剂采用5#、8#活性炭。吸附剂经磨细(一般采用通过0.1mm筛孔以下的粒径)，水洗后,在110℃下干燥(烘干1小时)后备用。四、实验步骤1.在5个500mL的三角瓶中分别放入0、30、80、50、300毫克的吸附剂，分别加入250mL的实验水样，测定水温，在震荡器上震荡30min(已接近平衡)，用真空抽滤装置，滤出吸附剂。2.用分光光度计测定原水及滤出液中酚的浓度。具体方法为：取原液1mL于50mL比色管中，加水至35mL左右，加缓冲溶液0.5mL再加四胺基吡啉(2%)1mL，铁氰化钾(8%)1mL，定容，显色10min，于510nm处实验空白为参比,用1cm比色皿测吸光度，记录数据，计算原水及滤出液中酚的浓度。53.以lgc为横坐标，以mxlg为纵坐标，画出各吸附剂的吸附等温线。并以弗兰德利希方程的形式求出其吸附方程。弗兰德利希吸附等温方程为:nkcmxc-达到平衡时溶质在溶液中的浓度molL-1x-被吸附的苯酚的千克数m-活性炭的千克数k、m-为常数五、实验结果分析1.评价各种吸附剂对苯酚的吸附能力。2.为什么要将吸附剂磨细?其吸附能力及吸附速度与原状吸附剂相同吗?3.吸附等温线有何实际意义？实验四废水可生化性实验一、实验目的工业废水中所含有的有机物，有的不容易被微生物所降解，有的则对微生物有毒害作用。为了合理地选择废水处理方法，或是为了确定进入生化处理构筑物的有毒物质容许浓度，都要进行废水可生化性实验。鉴定废水可生化性的方法很多，利用瓦勃氏呼吸仪（简称瓦呼仪）测定废水的生化呼吸线是一种较有效的方法之一。本实验的目的主要在于：1.熟悉瓦呼仪的基本构造及操作方法；2.理解内源呼吸线及生化呼吸线的基本含义；3.分析不同浓度的含酚废水的生物降解性及生物毒性。二、实验原理微生物处于内源呼吸阶段时，耗氧的速率基本上恒定不变。微生物与有机物接触后，其呼吸耗氧的特性反映了有机物被氧化分解的规律，一般来说，耗氧量大，耗氧速率高，即说明该有机物易被微生物降解，反之亦然。测定不同时间的内源呼吸耗氧量及与有机物接触后的生化呼吸耗氧量，可得内源呼吸线及生化呼吸线，通过比较即可判定废水的可生化性。当生化呼吸线位于内源呼吸线之上时说明废水中的有机物一般是可被微生物氧化分解得；当生化呼吸线与内源呼吸线重合时，则说明有机物可能是不能被微生物降解的，但它对微生物的生命活动尚无抑制作用；当生化呼吸线位于内源呼吸线之下时，则说明有机物对微生物的生命活动产生了明显的抑制作用。6瓦呼仪的工作原理是，在恒温及不断搅拌的条件下，使一定量的菌种与废水在定容的反应瓶中接触反应，反应产生的CO2用KOH溶液吸收，因此，微生物的耗氧将使反应瓶中氧的分压降低，测定氧分压的变化，即可推算出消耗的氧量。三、实验设备1.瓦呼仪一台；2.离心机一台；3.活性污泥培养及驯化装置一套；4.测酚装置一套。四、实验步骤1.活性污泥的培养、驯化及预处理(1)取已建污水活性污泥或带菌土壤为菌种，在间竭式培养瓶中以含酚合成废水为营养、曝气或搅拌，以培养活性污泥。(2)每天停止曝气一小时，沉淀后去除上清液，加入新鲜含酚合成为水，并逐步提高酚的浓度。达到驯化活性污泥的目的。(3)当活性污泥数量足够，且对酚具有相当去除能力后，即认为活性污泥的培养和驯化已告完成。停止投加营养，空曝24小时，使活性污泥处于内源呼吸阶段。(4)取上述活性污泥在3000rpm的离心机上离心十分钟，倾去上清液，加入蒸馏水洗涤，在电磁搅拌器上搅拌均匀后再离心，反复三次，用pH=7的磷酸盐缓冲液稀释，配制成所需浓度的活性污泥悬浊液。因需时间较长，此步骤由教师进行。2.含酚合成废水的配制按下表配制五种含酚浓度不同的合成废水（单位为mg/L）：苯酚751504507501500硫酸铵2244130217435K2HPO45103051102NaHCO3751504507501500FeCl310101010103.取清洁干燥的反应瓶及测压管14套，测压管中装好Brodie溶液备用，反应瓶按下表加入各种溶液。反应瓶编号反应瓶内液体体积(ml)中央小杯中10%KOH溶液体积(mL)液体总体积(mL)备注7蒸馏水活性污泥悬浮液75mg/L的含酚废水150mg/L的含酚废水450mg/L的含酚废水750mg/L的含酚废水1500mg/L的含酚废水1、240.24.2温度压力对照3、4220.24.2内源呼吸5、6220.24.27、8220.24.29、10220.24.211、12220.24.213、14220.24.2在试验过程中应注意以下事项：(1)应先向中央小杯加入10%KOH溶液，并将折成皱折状的滤纸放在杯口，以扩大对CO2的吸收面积，但不得使KOH溢出中央小杯之外。(2)加入活性污泥悬浮液及合成废水的动作尽可能迅速，使各反应瓶开始反应的时间不致相差太多。4.在测压管磨砂接头上涂上羊毛脂，塞入反应瓶瓶口，以牛皮筋拉紧使之密封，然后放入瓦呼仪的恒温水槽中(水温预先调好至20℃)使测压管闭管与大气相通，振摇5分钟，使之反应瓶内温度与水浴一致。5.调节各测压管闭管中检压液的液面至刻度150mm处然后迅速关闭各管顶部的三通，使之与大气隔断，记录各测压管中检压液液面读数(此值应在150mm附近)，再开启瓦呼仪振摇开关，此时刻为呼吸耗氧试验的开始时刻。6.在开始试验后的0、20、40、60、80、100、120、140分钟，关闭援摇开关，调整各测压管闭管液面至150mm处，并记录开管液面读数，按下表记录。注意：读数及记录操作应尽可能迅速，作为温度及压力对照的1，2两瓶应分别在第一个及最后一个读数，以修正操作时间的影响(即从测压管2开始读数，然后3，4，5……最后是测压管1)。读数、记录全部操作完成后即迅速工启振摇开关，使试验继续进行，待测压管读数降至50mm以下时，需开启闭管顶部三通放气。再将闭管液位调至150mm。并记录此时开管液位高度。7.停止试验后，取下反应瓶及测压管，擦净瓶口及磨塞上的羊毛脂，倒去反应瓶中液体，用清水冲洗后置于肥皂水中浸泡，再用清水冲洗后以洗液浸泡过夜，洗净后置于55℃烘箱内烘干后待用。五、实验结果的计算与分析81.根据实验中记录下的测压管读数(液面高度)计算耗氧量。主要计算公式为：hhhii'（1）式中：ih——各测压管计算的Brodie溶液液面高度变化值mmh——温度压力对照管中Brodie溶液液面高度变化值mm'ih——各测压管实验的Brodie溶液液面高度变化值mmiiii