环境污染治理技术试验.docx

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环境污染治理技术试验

环境工程实验指导讲义（自编）

实验须知

1、学生进实验室做实验以前，应做好实验前的准备。

（1）先详细阅读实验指导书和相关专业课本，搞清实验的原理和目的，使实验具有充分的理论基础，以更好的指导实验。

（2）熟悉实验的操作步骤，对于每一步操作的内容、使用的设备仪器、观察和记录的内容、注意事项，要求做到心中有数。

2、进入实验室后，应注意的问题。

（1）实验中贵重仪器的使用首先要请教指导教师，不得擅自使用，以免损害仪器。

（2）在实验过程中按照分工做好实验的操作及数据的记录。

（3）对玻璃器皿必须轻拿轻放，小心清洗、以防打碎。

（4）在实验室做实验，不准吃食品，不准玩闹，注意安全。

（5）学生做完实验后，应将所用的玻璃器皿和设备擦洗干净并整理好，得到老师许可，才能离开实验室；如不慎损坏实验用品，应向老师报告登记，酌情赔偿处理。

3、实验结束后，应认真整理数据，指导教师签字认可后，方可离开实验室。

4、按照要求书写实验报告，及时上交。

大气污染控制工程

旋风除尘器性能实验

一、实验目的

通过本实验，希望达到以下目的：

（1）掌握旋风除尘器性能测定的主要内容和方法，并对影响旋风除尘器性能的主要因素有较全面的了解。

（2）掌握旋风除尘器的除尘原理，观摩除尘器内颗粒物的运动轨迹。

（3）通过测定不同风速（流量）条件下，旋风除尘器的压力损失和除尘效率，熟悉除尘器的应用条件。

二、实验装置与设备

1.试验装置

本试验装置如图所示，含尘气体由双扭线集流器流量计进入系统，通过旋风除尘器将粉尘从气体中分离，净化后的气体由风机经过排气管排入大气。

所需含尘气体的浓度由发尘装置配置。

1－发尘装置；2—进气口；3－进气管；4－旋风除尘器；5－灰斗；6－排气管

2.仪器

（1）烟气分析仪（带采样探头）2台

（2）U形压差计2个

（3）毕托管2支

（4）干湿球温度计1支

（5）空盒气压计1台

（6）托盘天平（分度值1g）1台

（7）秒表2块

（8）钢卷尺2个

（9）组合工具；1套。

三、实验原理：

普通旋风除尘器是由进气管、筒体、发尘装置和排气管等组成，含尘气流进入除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域，当旋转气流的大部分达到锥体部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排气管排出。

气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下，逐步移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下，沿壁面落入灰斗。

四、实验步骤

（1）首先检查设备系统外况和全部电气连接线有无异常（如管道设备无破损，U型压力计内部水量适当等），一切正常后开始操作。

（2）打开电控箱总开关，合上触电保护开关。

（3）在风量调节阀关闭的状态下，启动电控箱面板上的主风机开关。

（4）调节风量调节开关至所需要的风档：

正确连接毕托管和烟气分析仪，记录该工况下的旋风除尘器的动压值、静压值和管内气体的流速，并通过U型压差计录下该工况下的旋风除尘器压力损失。

（5）将一定量的粉尘加入到自动发尘装置灰斗，调节试验所需的气体流量，然后启动自动发尘装置电机，并可调节转速控制加灰速率，记录发尘时间。

（6）调节不同的气体流量可通过计量加入的粉尘量和捕集的粉尘量（卸灰装置实验前后的增重）来估算除尘效率。

（7）根据发尘时间、粉尘加入量、以及除尘效率，对除尘器进出口气流中的含尘浓度进行计算。

（8）改变不同流量按（3）～（7）重复测量和计算4次。

（9）实验完毕后依次关闭发尘装置、主风机，并清理卸灰装置。

（10）关闭控制箱主电源。

（11）检查设备状况，没有问题后离开。

五、实验结果整理

1、除尘系统中气体含尘浓度的计算

（1）旋风除尘器入口前气体含尘浓度的计算

（1）

（2）旋风除尘器出口后气体含尘浓度的计算

（2）

式中：

——除尘器进、出口的气体含尘浓度，g/m3；

、

——发尘量与收尘量，g；

——除尘器进、出口的气体量，m3/s；

——发尘时间，s。

2、除尘效率的测定与计算

（1）质量法测出同一时段进入除尘器的粉尘质量

（g）和除尘捕集的粉尘质量

（g），则除尘效率

（3）

（2）浓度法用等速采样法测出除尘器进口和出口管道中气流含尘浓度

mg/g3，则除尘效率

（4）

3、试验数据记录表

除尘器处理风量测定结果记录表

测定次数

烟气分析仪的静压读数ps/Pa

烟气分析仪的动压读数ps/Pa

烟气分析仪流速读数v/m/s

除尘器进口截面积f/m2

除尘器的压力损失

测定次数

发尘量G1/g

发尘时间

除尘器进口含尘浓度

收尘量G2/g

除尘器出口含尘浓度

除尘器除尘效率

除尘器效率测定结果记录表

以

为横坐标、

为纵坐标，以

为横坐标，

为纵坐标，将上述实验结果绘成曲线。

4.技术性能示意表达

实验用的除尘器规格：

D=mm

实验粉尘：

滑石粉dpm=

实验环境：

气温t=℃,相对湿度

=%，

空气密度：

kg/m3

六、实验结果讨论

（1）通过实验，从旋风除尘器效率

与运行阻力

随入口气速

变化的规律中可得到

什么结论？

它对旋风除尘器的选择和运行有何意义？

（2）对目前关注的PM10的净化，分析旋风除尘器能否达到较好的净化效率？

吸收法净化气体中的二氧化硫

一、实验目的

本实验采用填料吸收塔，分别用清水和5%的NaOH或NaCO3溶液吸收SO2。

通过实验，可初步了解用填料塔吸收净化有害气体的实验研究方法，同时有助于加深理解物理吸收和化学吸收过程的基本原理以及填料塔内气、液接触状况。

通过本实验，拟达到以下目的：

（1）了解用吸收法净化废气中SO2的效果。

（2）改变气流速度，观察填料塔内气液接触状状和液泛现象。

（3）掌握填料吸收塔的吸收效率以及压降的测定方法。

（4）加深对物理吸收体系（清水吸收）与化学吸收体系（碱液吸收SO2）的区别的印象。

二、实验原理

含有SO2的气体可通过吸收净化。

由于SO2在水中溶解度不高，常采用化学吸收方法。

本实验进行物理吸收和化学吸收性能的比较。

化学吸收的吸收剂种类较多，本实验采用NaOH或NaCO3溶液作为吸收剂，吸收过程的主要化学反应如下：

2NaOH+SO2Na2CO3+H2O

Na2CO3+SO2Na2SO3+CO2

Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3

实验过程中通过测定填料吸收塔进、出口气体中SO2的含量，可近似计算出吸收塔的平均净化效率，进而了解吸收效果。

实验中通过U形管压差计测出一段高度填料塔静压差，从而确定填料塔的压降。

通过对比清水吸收和碱液吸收SO2，可根据实验数据认识物理吸收和化学吸收的差异。

三、实验装置与设备

1.实验装置

实验装置如下图所示。

吸收液经泵提升后通过转子流量计，由填料塔上部经喷淋装置进入塔内，流经填料表面，由塔下部排出，回到液体槽或排放。

空气从涡轮气泵输出后，进入混合缓冲器，并与SO2气体相混合，配制成一定浓度的混合气，SO2来自钢瓶，并经过流量计量后进入混合缓冲器。

含SO2的气体通过转子流量计计量从塔底进气口进入填料塔内，通过填料塔层后，尾气由塔顶排出。

1，3.转子流量计2.气泵4.SO2钢瓶5.缓冲器6.吸收塔

2.实验设备和仪器仪表

（1）涡轮气泵：

压力0.016Mpa，气量6~60m3/h，1台。

（2）液体SO2钢瓶：

1瓶。

（3）有机玻璃填料塔：

D=100㎜，H=800㎜，1座。

（4）填料：

直径约8㎜的聚乙烯环，若干。

（5）泵：

扬程4.2m,流量1000L/h,1台。

（6）塑料混合缓冲罐：

0.5m3,1个。

（7）受液槽：

500㎜*400㎜*600㎜，1个。

（8）转子流量计（水）：

LZB-40，10～100L/h，1只。

（9）转子流量计（气）：

LZB-40，6～60m3/h,1只。

（10）SO2气体流量计：

60～600ml/min，1个。

（11）U形管压力计：

200㎜，1支。

（12）温度计：

0～100℃，1支。

（13）空盒大气压力计：

DYM3，1只。

（14）烟气分析仪：

1台。

四、实验步骤

（1）按图正确连接实验装置，并检查系统是否漏气（肥皂水检漏）。

将三通阀旋至旁通管线接通位置，并在液槽中注入配制好的5%NaCO3溶液。

（2）打开循环泵9，并调节液体流量，使液体均匀喷撒，并沿填料表面缓慢流下，以充分润湿填料表面，当液体由塔底流出后，将液体流量调到低于35L/h。

（3）关闭打开吸收塔的采样阀，将三通切换到洗涤塔管线连通的位置，开启风机，并逐渐通过调节a、c阀调节空气流量，使得塔内出现液泛现象，仔细观察此时的气、液接触状况，并记录液泛时的气速（由空气流量计计算）。

（4）逐渐减小气体流量，消除液泛现象，确定出工况的气体流量后，在该气体流量下，在吸收塔的采样阀e的情况下，通过三通切换和调节阀门g使得两条平行管线间的阻力系数基本相等。

（5）在三通阀为旁通管路情况下，开启SO2气瓶并调节其流量，使空气中的SO2含量为100ppm～400ppm。

（6）切换三通阀至吸收塔管线，正常工作数分钟，待塔内操作完全稳定后，按表1，表2的要求开始测量并记录有关数据。

（7）在液体流量不变且空气中SO2浓度大致相同的情况下，改变空气的流量，按上述方法，测取2～4组数据。

（8）实验完毕后，先关掉SO2气瓶，待1～2min后再停止供液，最后停止鼓入空气。

（9）采用清水（自来水）进行清洗，待流出液PH基本接近中性时，开启SO2气瓶并调节其流量，使空气中SO2的含量为100ppm～400ppm。

（10）重复步骤（5）～（7），进行清水介质的吸收实验，按表1、表2记录。

五、实验结果整理

1.实验数据处理

（1）吸收塔的平均净化效率可由下式近似求出：

（1）

式中——

吸收塔进口处气体中SO2浓度，mg/m3（标准状态下）；

吸收塔出口处气体中SO2浓度，mg/m3（标准状态下）；

（2）吸收塔的压降计算：

（2）

式中——

吸收塔进口处气体静压，Pa；

吸收塔进口处气体静压，Pa；

（3）仪器测定的气体中SO2体积分数n*10-6与质量浓度的转化关系：

（3）

式中——

气体中SO2质量浓度，mg/m3（标况下）；

64——SO2相对分子质量。

（4）以浓度差为推动力的体积吸收系数（KYa）可通过下式计算：

（4）

（5）

Q———通过填料塔的空气流量，kmol/h；

h———填料层高度，m

A———填料塔的截面积，㎡；

y1y2———进出填料塔气体中SO2比摩尔分率；

————对数平均推动力；

3.实验结果记录

液泛速度m/s

根据实验结果，以孔塔气速为横坐标、分别以吸收效率和压降为纵坐标，绘制曲线。

六、实验结果讨论

（1）从清水河碱液吸收的实验结果所绘制的曲线，你可得出那些结论？

（2）通过实验，你有什么体会？

表1实验系统测定结果记录表及数据处理表

测量次数

液体流量（L/h）

空气流量

SO2流量

气体状态

塔前后气体中SO2浓度

填料层高度（㎜）

塔截面积A/㎡

体积流量/m3/h

摩尔流量/kmol.h-1

体积流量/m3/h

摩尔流量/kmol.h-1

温度℃

压力Pa

塔前质量浓度

/mg/m3

塔前质量浓度

/mg/m3

测量次数

液体流量/kmol.h-1

液气比L/m3

空塔气速（m/s）

碱液体积吸收系数KGa/kmol.m-3.h-1Pa-1

吸收效率

%

压降△P/Pa

粉尘真密度的测定

一、实验目的

粉尘的真密度是指将粉尘颗粒表面及其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度。

真密度是粉尘的一个基本物理性质，在除尘系统的设计中有着重要作用。

真密度对于以重力沉降、惯性沉降和离心沉降为主要除尘机制的除尘装置的除尘性能影响很大，是进行除尘理论计算和除尘器选型的重要参数。

测定粉尘真密度，可为除尘器的选择和除尘系统的设计提供必要的参数。

通过本实验应达到以下目的。

1．了解测定粉尘真密度的原理及掌握真空法测定粉尘真密度的方法。

2．了解引起真密度测量误差的因素及消除方法，进一步提高实验技能。

二、实验原理

粉尘的真密度是指粉尘的干燥质量与其真体积（总体积与其中空隙所占体积之差）的比值，单位为g/cm3。

在自然状态下，粉尘颗粒之间存在着空隙，有些种类粉尘的尘粒具有微孔，另外由于吸附作用，使得尘粒表面为一层空气所包围。

在此状态厂测出的粉尘体积，空气体积占了相当的比例、因而并不是粉尘本身的真实体积，根据这个体积数值计算出来的密度也不是粉尘的真密度，而是堆积密度。

用真空法测定粉尘的真密度，是使装有一定量粉尘的比重瓶内造成一定的真空度，从而除去粒子间及粒子本体吸附的空气，用一种已知真密度的液体充填粒子问的空隙，通过称量，计算出真密度的方法。

称量过程中的数量关系如下图所示。

图2-1粉尘真密度测定中数量关系

实验用粉尘真密度计算公式为：

式中M一粉尘尘样的质量，g；

W—比重瓶加液体的总质量，g；

R—比重瓶加剩余液体加粉尘的总质量，g；

G—排出液体的质量，g；

V—粉尘的真体积，cm3；

ρL—液体的密度，g/cm3；

ρP—粉尘的真密度，g/cm3。

三、仪器设备和试剂

1．仪器设备

（1）带有磨口毛纫管塞的比重瓶3—4个，

（2）分析天平（分度值为0.0001g）1台；

（3）恒温水浴（能保持20土0.5℃的恒温）1台；

（5）电烘箱1台；

（6）干燥器1个；

（7）烧杯1个；

（8）抽真空装置1套

2．试剂

滑石粉，蒸馏水和滤纸等。

1-真空缸、2-比重瓶、3-贮液缸、4-橡皮塞、5-干燥瓶、6-U型压力计、7-真空泵、8，9，10-活塞

图2-2真空法测定粉尘真密度装置示意图

四、实验步骤

（1）把比重瓶清洗干净，放人电烘箱内烘干，然后在干燥器中自然冷却至室温；

（2）取有代表性的粉尘试样3-5g，记为M，放人电烘箱内，在（110土5）℃下烘1h重，然后在干燥器中自然冷却至室温（如果是三个实验瓶，应取三个3-5g试样）；

（3）取3-4个干燥过的比重瓶，分别放在天平上称量，以M0表示；

（4）将比重瓶加蒸馏水至刻度线，擦干瓶外面水再称重量，记下瓶和水的质量，W；

（5）将比重瓶中的水倒掉，加入粉尘M，瓶中粉尘3-5g；

（6）用滴管向装有粉尘的比重瓶中加入蒸馏水至瓶体积的一半左右，入真空干燥器内，开启真空泵维持真空度在0.1atm，15-20min，以便把粉尘间的空气排除掉，同时去除蒸馏水中的气泡。

（7）停止抽气，通过放气阀向真空干燥器中缓慢的放入空气，待真空表恢复常压以后打开真空干燥器，取出比重瓶和蒸馏水，将蒸馏水加至比重瓶的刻度线处，擦干瓶外表面水以后程重，记下质量为R。

注意：

实验过程中取三个试样的实验结果的平均值作为粉尘真密度的报告值，三个试样测定的绝对误差不超过±0.02g/cm3。

将实验数据代入公式中，即可求得粉尘的真密度。

比重瓶编号

粉尘质量Mc/g

比重瓶质量M0/g

比重瓶加水质量M1/g

比重瓶加粉尘和水质量M2/g

粉尘真密度/（kg.m3）

平均

水污染控制工程

混凝实验

混凝沉淀实验是给水处理的基础实验之一，被广泛地用于科研、教学和生产中。

通过混凝沉淀实验，不仅可以选择投加药剂的种类、数量，还可确定其它混凝最佳条件。

一、实验目的：

1、通过本实验，加深对混凝机理的理解，了解影响混凝沉淀的主要因素。

2、选择和确定最佳混凝工艺条件。

3、掌握综合设计实验能力。

二、实验原理：

天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能除去的。

水中的胶体颗粒，主要是带负电的粘土颗粒。

胶粒间的静电斥力，胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得胶粘具有分散稳定性，三者中以静电斥力影响最大。

向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使ξ电位降低，静电斥力减小。

此时，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。

水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的粘度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。

有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低ξ电位。

有可能使水化作用减弱。

混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构在胶粒与胶粒间起吸附架桥作用，即使ξ电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。

消除或降低胶体颗粒稳定因素的过程叫做脱稳。

脱稳后的胶粒，在一定的水力条件下，才能形成较大的絮凝体，俗称矾花。

直径较大且较密实的矾花容易下沉。

自投加混凝剂直至形成较大矾花的过程叫混凝。

混凝离不开投混凝剂。

混凝过程见下表1

表1混凝过程

阶段

凝聚

絮凝

过程

混合

脱稳

异向絮凝为主

同向絮凝为主

作用

药剂扩散

混凝剂水解

杂质胶体脱稳

脱稳胶体聚集

微絮凝体的进一步碰撞聚集

动力

质量迁移

溶解平衡

各种脱稳机理

分子热运动（布朗扩散）

液体流动的能量消耗

处理构筑物

混合设备

反应设备

胶体状态

原始胶体脱稳胶体絮凝胶体矾花

胶体粒径

0.01～0.001μm约5～10μm0.5～2mm

由于布朗运动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“异向絮凝”。

由机械运动或液体流动造成的颗粒碰撞絮凝，叫“同向絮凝”。

异向絮凝只对微小颗粒起作用，当粒径大于1～5μm时。

布朗运动基本消失。

从胶体颗粒变成较大的矾花是一连续的过程，为了研究的方便可划分为混合和反应两个阶段。

混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般说来，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体；反应阶段则要求将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。

混合和反应均需消耗能量，而速度梯度G值能反映单位时间单位体积水耗能值的大小，混合的G值应大于300～500S-1，时间一般不超过30S，G值大时混合时间宜短。

水泵混合是一种较好的混合方式，本实验水量小便可采用机械搅拌混合。

由于粒径大的矾花抗剪强度低，易破碎，而G值与水流剪力成正比，故反应开始至反应结束，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减小。

从理论上讲反应开始时的G值宜接近混合设备出口的G值，反应终止时的G值宜接近沉淀设备进口的G值，但这样会带来一些问题。

例如反应设备构造较复杂，在沉淀设备前产生沉淀。

实际设计中G值在反应开始时可采用100S-1左右，反应结束时可采用10S-1左右。

整个反应设备的平均G值约为20～70S-1，反应时间约15～30min，本实验采用机械搅拌反应，G值及反应时间T值（以秒计）应符合上述要求。

近年来出现若干高效反应设备，由于能量利用率高，反应时间比15min短。

混合或反应的速度梯度G值

（1）

式中P——混合或反应设备中水流所耗功率W；IW=1J／S=1N·m/S；

V——混合或反应设备中水的体积，m3；

μ——水的动力粘度Pa·S，1Pa·S=1N·S／m2。

不同温度水的动力粘度μ值见表2。

表2不同水温水的动力粘度μ值

温度（℃）

0

5

10

15

20

25

30

40

μ（10-3N·S/m2）

1.781

1.518

1.307

1.139

1.002

0.890

0.798

0.653

本实验搅拌设备垂直轴上装设两块桨板，如图

（1）示，桨板绕轴旋转时克服水的阻力所耗功率P为

（2）

式中L——桨板长度，m；

r2——桨板腊旋转半径，m；

r1——桨板内缘旋转半径，m；

图1搅拌设备示意图

ω——相对于水的桨板旋转角速度，可采0.75倍轴转速，rad／s；

r——水的重度。

N／m3；

g——重力加速度，9.81m/s2；

CD——阻力系数，决定于桨板长宽比，见表3。

表3阻力系数CD值

b/L

小于1

1～2

2.5～4

4.5～10

10.5～18

大于18

CD

1.10

1.15

1.19

1.29

1.40

2.00

当CD=1.10（即b/L<1），r=9810N/m3，=9.81m/s2,及转速为n（r/min）（即

rad/s时）。

（3）

图2六联搅拌机

三、实验仪器：

1．无极调速六联搅拌机1台，如图2。

2．1000mL烧杯12个。

3．200mL烧杯14个。

4．100mL注射器2个，移取沉淀水上清液。

5．100mL洗耳球1个，配合移液管移药用。

6．lmL移液管1根。

7．5mL移液管1根。

8．10mL移液管1根。

9．温度计1个、测水温用。

10．秒表1块测转速用。

11．J000ffiL量筒1个。

量原水体积。

12．1％浓度硫酸铝（或其它混凝剂）溶液1瓶。

13．PHS－2型酸度计1台。

14．GDS－3型光电式浑浊度仪1台。

四、实验步骤及记录

1．测原水水温、浑浊度及PH。

2．用1000mL量简量取12个水样至12个1000mL烧杯中。

3．设最小投药量和最大投药量，利用均分法确定第一组实验其它四个水样的投加量。

4．将第一组水样置于搅拌机中，开动机器，调整转速，中速运转数分钟，同时将计算好的投药量，用移液管分别移取至加药试管中。

加药试管中药液少时，可掺入蒸馏水，以减小药液残留在试管上产生的误差。

5．将搅拌机快速运转（例如300—500转／分，但不要超过搅拌机的最高允许转速），待转速稳定后，将药液加入水样烧杯中，同时开始记时，快速搅拌30秒钟。

6．30秒钟后，迅速将转速调到中速运转（例如120转／分）。

然后用少量（数毫升）蒸馏水洗加药试管，并将这些水加到水样杯中。

搅拌5分钟后，迅速将转速调至慢速（例如

80转／分）搅拌10分钟。

7．搅拌过程中，注意观察并记录帆花形成的过程、帆花外观、大小、密实程度等，并记入表4中。

表4实验记录

实验组号

观察记录

小结

水样编号

矾花形成及水样过程的描述

Ⅰ

1

2

3

4

5