环境工程实验

《环境工程实验》实验指导书《环境工程专业本科生专用》北京科技大学环境工程系2007年1月I前言环境工程实验是根据学生所修的水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废弃物资源化等专业必修课的理论基础而设置的一门实验教学课。通过每项实验程序、实验结果、数据测试分析及实验全过程，可进一步巩固和加深学生对环境工程相关理论及教科书重要章节概念的理解和认识。环境工程教学实验的主要目的是帮助同学深入掌握水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废弃物工艺技术的基本实验技能，其中包括了实验程序设计、实验程序操作、仪器设备的使用、数据的检测分析、实验报告的编写等综合技能的训练和培养。每项实验的基本原理可参考相关教程及参考资料。实验的具体安排根据各门课程的教学进度，由实验室负责安排。本门课程的实验指导教材正在实践中求得改进，欢迎多提宝贵意见。I目录课程信息............................................................1（一）大气污染控制工程部分..........................................2实验一：吸附法净化工业含酸雾气体..................................2实验二：旋风除尘器性能测定.......................................10实验三：碱液吸收气体中的二氧化硫.................................14（二）固体废弃物资源化部分.........................................19实验四：高炉渣制备胶凝材料实验...................................19实验五：粉煤灰浮选提碳实验......................................21实验六：电镀污泥水泥固化实验.....................................22实验七：粉煤灰配置混凝土实验.....................................23（三）水污染控制工程部分...........................................24实验八：悬浮物自由沉降去除率与沉降时间的关系确定实验.............24实验九：混凝脱色实验指导书.......................................26实验十：固定床离子交换实验.......................................30实验十一：SBR反应器污水处理实验.................................331课程信息课程名称：环境工程实验课程编号：01030K课程类别：实践教学开课院系：土木学院环境工程系开课专业：环境工程课内总学时：1周学分：2实验学时：1周课内上机学时：0先修课程：大气污染控制工程、固体废弃物资源化、水污染控制工程课程负责：吕绿洲、欧盛南执笔：汪莉、邢奕、杨慧芬、孙体昌、李子富审阅：孙体昌，段旭琴2（一）大气污染控制工程部分实验一：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—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0.1mg）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1ml含100μgNO2-即[100μgNO2-/ml]；b.使用时用去离子水准确稀释成[5μgNO2-/ml]，即准确取5.00ml浓度为100μgNO2-/ml的标准液移入100ml容量瓶中加去离子水至标线，则其浓度为[5μgNO2-/ml]。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5μgNO2-/ml)，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1cm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NO2-含量a（μg）与吸光度值A的标准方程，)(02AAKaNO，2NOa：测试后吸收液内NO2-含量（所取气体中）的微克数，A：样品吸收液的吸光度值；A0：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。3比色管号加试剂012345标准溶液/（ml）00.100.200.400.600.80吸收液/（ml）555555NO2-含量/（μg）00.51.02.03.04.0吸光度值（3）在每个吸收管内装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/s。（3）在进出口同时采样。采样时间为10min，取下吸收管，将吸收管中样品吹入10ml试管，用少量蒸馏水冲洗，将溶液并入试管，用蒸馏水稀释至刻度。（4）改变风速，再取一次样品，步骤同上。风速要求：6m/s和7m/s。3、分析（方法：盐酸萘乙二胺比色法）（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NO2-含量a[μg]。（4）通过换算公式计算出进出口NOX浓度C[mg/m3]VndaC76.0注：C：进出口NOX浓度[mg/m3]；0.76：NO2（气）转换成NO2-（液）的系数；Vnd：大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，l；4TPVTPVTPVVndttt7602736.10332731013273Vt：大气采样器从吸附器两端采样口所取气体，l；Vt=大气采样器流量×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8.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；5（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）蒸馏水；（2）亚硝酸钠（优级）；（3）50%的HNO3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一定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。2、实验数据表格参考格式设备吸附层面积0.24m2测试日期设备吸附塔风速大气压mmHg设备吸附塔流量[m3/h]温度℃设备管道截面积m2(管道D=0.1m)风速[m/s]流量[m3/h]6测试数据时间t(min)采样流量Q(l/min)采集气体体积Vt(l)Vt=Q·t标况下体积Vnd[l]TPVtVnd760273样品吸光度值ANO2-含量a[μg])(0AAKa浓度C[mg/m3]Vndac76.0吸收效率η（%）%100进出进ccc1进口出口2进口出口3进口出口7六、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、O2→O24、H2O→H2O5、NO+21O2→NO26、3NO2+H2O→2HNO3+NO7、2mNO2+MR→M(NO3)m+MNO8、m(HNO3˙)+MR→M(NO3)m式中：---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。8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FQ床层横截面积气体体积流量（2）吸附速率式及有关参数根据吸附动力学原理，吸附速率方程为yyKq式中：q---吸附速率y---吸附质在气相混合物中的浓度；y*---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67.051.0)(82.1fEpDUdUK式中：U---流体的平均线速度，m/s；UE---流体的最大线速度，m/s；µ---流体的粘度，Pas；ρ---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。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。于是可进一步推出下列关系式：TqdqG09FQCCCCCFG/%100进出进出进式中：G---吸附容量，Kg/m3；τ---吸附时间，s；ω---空塔线速，m/s；F---吸附床层截面，m2；C进---气体吸附质的初始浓度，Kg/m3；C出---逸出气体吸附质的浓度，Kg/m3；Q---气体流量，m3/s；η---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，就可以算出η、ω、q、G以及η-C进，η-ω等变化规律。10实验二：旋风除尘器性能测定一、实验目的标志除尘装置性能的基本参数是处理风量、阻力、除尘效率、排放浓度和分粒级除尘效率。本实验主要使学生掌握除尘器处理风量和除尘效率的测定方法。二、实验内容与方案实验内容包括：风量、除尘器阻力和除尘效率的测定。实验步骤如下：（1）从滤膜盒中取出滤膜四片，用镊子取下两面衬纸，用万分之一天平分别称重，在实验记录上记好每片滤膜初重，将称好的滤膜用滤膜夹夹好，放入编号的滤膜盒内，备用；（2）将滤膜连夹放入采样头内拧紧，连接采样管路；（3）开动采样器，调节流量计到10L/min（在采样过程中始终保持此采样量），采样时间调节到10min；（4）开动实验装置风机（通风板置于半