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a环境工程学实验指导书教程文件
《环境工程学实验》
指导书
杨红刚
刘艳丽
武汉理工大学资环学院
2007年2月
实验一曝气设备充氧性能测定实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3
实验二混凝实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3
实验三有害固体废物固化实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅9
实验四可燃固体废物热值的测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅11
实验五天然及污染水体综合处理分析技术┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅13
实验六空气中总悬浮微粒测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅15
实验七碱液吸收气体中SO2实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅19
实验八环境噪声测试（由杨红刚老师提供）
实验一曝气设备充氧性能测定实验
一、实验目的
1.加强理解曝气充氧的原理及影响因素；
2.了解掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法；
3.测定曝气设备氧的总转移系数Kla。
计算充氧能力Qs。
二、实验原理
曝气是人为地通过一些设备，加速向水中传递氧的过程。
常用的曝气设备分为机械曝气和鼓风曝气两大类。
无论哪一种曝气设备，其充氧过程均属传质过程。
空气中的氧向水中转移的机理为双膜理论。
当气液两相作相对运动时，其接触面（界面）的两侧分别存在着气体边界层（气膜）和液膜边界层（液膜）。
氧在气相主体内以对流扩散方式通过气膜，最后以对流扩散方式转移到液相主体—水中，由于对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，所以氧的转移阻力集中在双膜上（主要来自液膜）。
根据传质原理，氧向水中转移的速率与水中亏氧量及气液接触面面积呈正比。
其基本方程式为：
dc/dt=-KLa（Cs-C）
变量分离积分整理后，得曝气设备总转移系数：
KLa＝-2.303/（t-t0）*lg（Cs-C0）/（Cs-Ct）
式中：
KLa—氧总转移系数（1/分或1/时）
t、t0—曝气时间（分）
C0—曝气初时池内溶解氧浓度实验时使C0＝0
Cs—曝气池内液体饱和溶解氧值（mg/l）
Ct—曝气某一时刻t时，池内溶解氧浓度（mg/l）
由上式可看出，影响氧速度KLa的因素很多，除了曝气设备本身结构尺寸、运行条件之外，还与水质、水温有关。
为了进行互相比较，以及向设计、使用部门提供产品性能，故产品给出的充氧性能均为清水，标准状态下，即清水（一般多为自来水）一个大气压20℃下的充氧性能。
实验采用静态（非稳态）测试方法，即向曝气桶内贮满所需水后，将待曝气之水以亚硫酸钠为脱氧剂，氯化钴为催化剂，脱氧至零后开始曝气，向水中充氧，液体中溶解氧浓度逐渐提高。
液体中溶解氧的浓度C是时间t的函数。
曝气后每隔一定t时间取曝气水样，测定水中溶解氧的浓度，从而利用上式计算KLa的值或以亏氧量（Cs-Ct）为纵坐标、t时间为横坐标在半对数格纸上绘图，其直线之斜率即为KLa值。
三、实验装置及设备
表面曝气机 1套
曝气筒 1个
搅拌 1根
小烧杯 2个
分析天平 1台
秒表 1块
溶解氧测定装置 1套
四、实验步骤
1.向曝气筒内注入清水（自来水）测定水样体积V（m3）和水温t（℃）。
2.由水温查出实验条件下水样溶解氧饱和值Cs，并根据Cs和V值求投药量，然后投药充氧.
（1）脱氧剂亚硫酸钠（NaSO3）用量计算
在清水中加入NaSO3·7H2O还原剂来夺取水中的溶解氧。
因为分子量比为O2/2NaSO3·7H2O＝32/2×252≈1/16
所以NaSO3·7H2O理论用量为水样溶解氧含量的16倍，考虑到水中有部分杂志消耗了一部分亚硫酸钠，为了使水中溶解氧全部消除，实际用量为理论的1.5倍。
故本实验投加的NaSO3用量为：
G＝1.5×16Cs·V=24Cs·V
式中：
G—亚硫酸钠投加量（g）
Cs—实验时水温条件下水中饱和溶解氧值（mg/l）
V—水样体积
（2）根据水样体积V确定催化剂（钴盐）投加量
经验证明，清水中有效钴离子浓度约为0.4mg/l为好，一般使用氯化钴（CoCl2·6H2O）或硫酸钴（CoSO4·7H2O）。
因为
CoSO4·7H2O/Co+=281/59=4.76
CoCl2·6H2O/Co+=238/59=4.0
所以单位水样投加钴盐量为：
CoSO4·7H2O:
0.4×4.76＝1.9g/m3
CoCl2·6H2O:
0.4×4.0=1.6g/m3
本实验所需投加钴盐为:
CoSO4·7H2O:
1.9V（g）
CoCl2·6H2O:
1.6V（g）
式中:
V—水样体积
（3）将NaSO3用热水化开，均匀倒入曝气筒中，溶解的钴盐倒入水中，并开动搅拌叶轮轻微搅动使其混合，进行脱氧。
3.当清水脱氧至零时，提高叶轮转速，进行曝气，并计时。
每隔半分钟测定一次溶解氧值（用碘量法每隔一分钟测定一次），直到溶解氧达到饱和为止。
五、数据记录与整理
1.记录数据
2.根据测量记录计算KLa值
（1）根据公式计算
KLa＝2.303/（t-t0）*lg（Cs-C0）/（Cs-Ct）
（2）用图解法计算KLa值
用半对数坐标纸作亏氧值Cs-Ct和t时间的关系曲线，其斜率即为KLa值。
3.计算叶轮充氧能力Qs
Qs=60/100·KLaCsV（Kg/h）
六、实验思考
1.比较计算所得到的KLa和图解得到KLa数值上差别，说明原因。
2.Cs值偏大或者偏小对实验结果有何影响。
3.讨论如何测定推流式曝气池内曝气设备KLa值。
实验二混凝实验
混凝沉淀实验是水处理基础实验之一，广泛用于科研、教学和生产中。
针对某水样，通过混凝沉淀实验，选择混凝剂种类，投加量，确定最佳混凝条件。
本实验为综合性实验。
一、实验目的
1、应用混凝理论,模拟实际混凝过程。
2、针对某水样，通过混凝剂的混凝沉淀效果比较，选择最佳混凝剂和确定混凝最佳条件。
3、观察“矾花”的形成过程和混凝沉淀效果。
进行原水的混凝实验操作，了解混凝现象、过程及净化作用。
二、实验设备
1.六联搅拌器1台
2.浊度仪1台
3.50ml烧杯6个
4.100ml量筒1个
5.1ml、10ml量筒各一个
三、实验原理
实验过程中,以流速梯度G和GT值作为相似准数.通过搅拌作用,模拟实际生产中的混合反应的水力条件；针对某水样，利用少量源水,选择所需的最佳混凝剂和确定混凝最佳条件。
混合或反应的速度梯度G值:
（1）
式中：
Ｐ：
在同一体积内每一立方米水搅拌时所需的平均功率（kg•m/m2•s）
μ：
水的动力粘滞系数（kg•s/m2）
Ｐ值的计算方法：
式中：
f：
校正系数．
ω：
搅拌功率（kg•m/s）
（2）
式中n：
搅拌机叶片转速（转／分）
d：
叶片直径．
ρ：
水的密度（1000/9.81kg•s2/m2）
μ：
水的动力粘滞系数（kg•s/m2）
公式
（1）仅适合于图１所示浆板搅拌的尺寸关系同时要求雷诺数在102～5x104的范围内。
当叶片和水体间尺寸与图一不符时，则由公式⑵求得的功率ω乘以校正系数f。
式中：
D和H分别表示搅拌筒的直径及水深，h表示叶片高度，教正系数f适用于D/d=2.5～4.0，H/D=0.6～1.6，h/d=1/5～1/3的情况。
水的动力系数（μ）与水温的关系
温度t℃
μ（10-6kg·s/m2）
温度t℃
μ（10-6kg·s/m2）
10
15
20
133.0
116.5
102.0
25
30
35
90.6
81.7
73.6
四、试验步骤
1.掌握六联搅拌机程序编写过程。
2.掌握浊度仪使用方法。
3.熟悉酸度计的使用方法。
4.测定原水的浊度、温度、PH值。
5.在六联搅拌机中依次加入混合均匀的水样1000ml，将烧杯装入搅拌机，放下搅拌架。
6.选择各个烧杯的加药量：
（0.5％AlCl3溶液，mL）：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
7.开始搅拌程序。
8.观察搅拌过程中杯内产生矾花的变化。
9.搅拌结束后，静置5分钟。
10.从出水口取10Ml左右上清液，避免下层沉淀的矾花重新浮起。
11.测量各水样浊度，并计算浊度去除率百分率Y:
12.Y=（Ma-Mb）/Ma*100%
13.式中：
Ma——原水浊度，度
14.Mb——沉淀后水浊度，度
15.12.清洗烧杯。
13.重复实验步骤5-12。
五、数据记录与整理
1.原水水样描述
容积：
温度：
浊度：
2.混凝条件
混凝步骤、时间、搅拌速度、沉淀时间
1.混凝剂溶液
名称：
氯化铝，浓度：
0.5％
2.实验结果
A.绘制投药量与出水浊度，投药量与除浊百分率的关系曲线。
B.分析实验现象和结果，确定最佳投药量。
C.计算水样混凝过程中三个反应阶段的速度梯度G和GT值及雷诺数。
（提示：
先计算搅拌机功率W=14.35d4.38n2.69ρ0.69μ0.31kg.m/s
雷诺数Re=nd2ρ∏/μ）
六、实验思考
1.讨论混凝过程中为何采用不同转速及其在矾花形成过程中的作用。
2.混凝实验对生产有何意义?
3.G、GT值相同其混合反应效果是否一致?
为什么?
实验三有害固体废物固化实验
实验类型：
验证实验
1实验目的
有害废物的固化处理是固体废物处理的一种常用的方法。
通过本实验，了解固化处理的基本原理，初步掌握固化处理有害废物的工艺过程和研究方法。
2基本原理
用物理－化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中使其达到稳定化的处理方法叫作固化处理。
有害废物经固化处理后，其渗透性和溶出性均可降低，所得固化块能安全地运输和方便地进行堆存或填埋，对稳定性和强度适宜的产品还可以作为筑路基材或建筑材料使用。
本实验采用水泥为基材，固化工业废渣。
水泥固化的原理是：
水泥是一种无机胶凝材料，是以水化反应的形式凝固并逐渐硬化的，其水化生成的凝胶将有害废物包容固化，同时，由于水泥为碱性物质，有害废物中的重金属离子也可生成难溶于水的沉淀而达到稳定化。
3实验要求
（1）正确地掌握实验仪器设备的使用方法及操作规程，熟悉固化处理的一般步骤；
（2）正确地进行各种原料的配比计算，称量；
（3）准确地记录实验数据，填写表格，并进行相应的计算。
4仪器设备及原料
（1）仪器设备
台秤，天平，凝结时间测定仪，胶沙搅拌机，模具，振动台，标准养护箱，秒表，量筒，压力实验机。
（2）实验原料
普通硅酸盐水泥，黄沙，工业废渣。
5实验步骤
1.测定水泥沙浆的标准稠度和凝结时间
（1）以114毫升水与400克水泥拌和成均匀的水泥净浆，倒入圆模中；
（2）用标准稠度与凝结时间测定仪测定试锥在水泥净浆中的下沉深度（Smm），按下式计算标准稠度用水量：
P＝35.4－0.185S；
（3）用标准稠度用水量制成标准稠度的水泥沙浆，立即一次倒入圆模中，振动刮平后放入养护箱内；
（4）测定凝结时间。
从养护箱中取出圆模放在试针下，使试针与沙浆表面接触，拧紧螺丝，然后突然松开螺丝，使试针自由插入浆体，观察指针读数。
自加水时算起，到指针沉入浆体距底板0.5－1.0mm时所经历的时间为初凝时间，到指针插入浆体不超过1.0mm时所经历的时间为终凝时间。
临近初凝时每隔5min测定一次，临近终凝时每隔15min测定一次。
2.制作水泥固化试块
（1）按配比分别称量水泥，黄沙，和工业废渣，并按标准稠度用水量计算用水量并准确量取；
（2）将全部干物料给入胶沙搅拌机，启动，15秒后将水倒入，搅拌机按标准时间搅拌后自动停机；
（3）从搅拌机取下搅拌锅，将标准模具固定在振动台上，将搅拌后的沙浆倒入标准模具内并启动振动台；
（4）振动结束后，取下模具，用刮刀刮平，放入养护箱，24小时后脱模，并继续进行水中养护；
（5）三天后取出，测定抗压强度。
6实验记录
（1）标准稠度用水量的计算；
（2）原料配比的计算及结果；
（3）凝结时间的测定结果；
（4）抗压强度的测定结果。
7注意事项
（1）实验前要认真阅读实验说明书及教材的相关内容；
（2）实验中要仔细操作，做好记录；
（3）实验结束后清理好仪器设备，方能离开；
（4）实验报告中的实验记录应列表表示。
实验四可燃固体废物热值的测定
1实验目的和意义
（1）理解粗热值（位发热量）和净热值（位发热量）的含义；
（2）了解氧弹热量计量热的原理；
（3）掌握WZR-1型热量计的基本结构和测定过程；
（4）掌握实验数据的处理。
2实验基本原理
单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸和硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量称为弹筒发热量。
单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量称为恒容高位发热量。
高位发热量也即由弹筒发热量减去硝酸和硫酸校正热后得到的发热量。
单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量称为恒容低位发热量。
低位发热量也即由高位发热量减去水（可燃物中原有的水和其中氢燃烧生成的水）的气化热后得到的发热量。
任何物质的燃烧热，随燃烧产物的最终温度而改变，温度越高，燃烧值越低。
因此，一个严密的发热量定义，应对燃烧产物的最终温度有所规定。
但在实际发热量测定时，由于具体条件的限制，把燃烧产物的最终温度限定在一个特定的温度或一个很窄的范围内都是不实际的。
温度每升高1K，煤和苯甲酸的燃烧热约降低0.4－1.3J/g。
当按规定在相近的温度下标定热容量和测定发热量时，温度对燃烧热的影响可近于完全抵消，而无需加以考虑。
一定量的分析试样在氧弹热量计中，在充有过量氧气的氧弹内燃烧时，氧弹热量计的热容量通过在相似条件下燃烧一定量的基准物苯甲酸来确定。
根据试样点燃前后量热系统产生的温升，并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹筒发热量。
从而可求得高位发热量和低位发热量。
3仪器设备及原料
3.1热量计
通用热量计有两种，恒温式和绝热式。
它们的量热系统被包围在充满水的双层夹套（外筒）中，它们的差别只在于外筒及附属的自动控温装置。
绝热式热量计中外筒对量热体系进行温度跟踪，使量热体系在试验过程中与环境没有热的交换，在此情况下，量热体系在试验中产生的温差与试样发出的热量存在简单的关系。
这种仪器计算简单，但温度跟踪部分比较复杂。
恒热式热量计在实验过程中环境（指量热体系以外的部分）温度保持不变，量热体系温度发生变化，体系与外界有热交换，需进行修正，计算较复杂。
但随着计算机的不断发展，复杂的计算部分已由计算机取而代之，WZR－1型热量计即属于恒热式热量计。
3.2压饼机
当进行粉状或轻质物料的热值测定时，需要预先将粉状物料压制成饼状体，实验采用仪器配套的杠杆式压饼机，能压制直径为10mm的圆饼。
3.3分析天平：
感量0.1mg。
4WZR－1的实验步骤
（1）精确称取测试试样（小于0.2mm）0.9－1.1g并置于燃烧皿中。
（2）将一定长度点火丝的两端分别接在两个电极柱上，注意与试样保持良好接触，并注意勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路而导致点火失败。
图1点火丝示意图
（3）往氧弹中加入10ml的蒸馏水。
小心拧紧氧弹盖，注意避免燃烧皿和点火丝的位置因受震动而改变；
（4）往氧弹中缓缓充入氧气，直到压力到2.8－3.0Mpa，充氧时间不得小于15s，一般为25s；如果不小心充氧压力超过3.3Mpa，停止实验，放掉氧气后，重新充氧至3.2Mpa以下。
当钢瓶中氧气压力降到5.0Mpa以下时，充氧时间应酌量延长，压力降到4.0Mpa以下时，应更换新的钢瓶氧气。
（5）往WZR－1型热量计内筒中加入足够的蒸馏水（约18kg）至溢流口有水溢出。
每次实验时用水量应与标定热容量时一致（相差1g以内）。
（6）按顺序打开打印机、显示器、微机电源和热量计主机（关机按相反顺序进行）。
打开电源后程序将自动进入热量计测试程序。
（7）将氧弹装入热量计主机，盖上热量计主机盖，然后在程序“设置”栏内检查各部件是否正常。
在“设置参数”栏“测试内容”中可选择测试发热量或标定热容量。
在“实验测试”栏内输入编号和重量；
（8）用鼠标点击“开始实验”，则实验将自动进行，并显示测试结果，也可打印；
（9）实验结束后，打开主机盖，取出氧弹，并可进行下一实验。
5数据处理
WZR-1所测得的数据为对附加热校正后的弹筒发热量，要求得高位发热量和低位发热量只需在程序“管理”栏内输入全硫、全水份、水份和氢含量的数据即可由程序自动计算出高位发热量和低位发热量。
6注意事项
（1）电源：
要求220V并稳定，尽可能使用稳压电源。
（2）水：
要求加入回水箱的水是蒸馏水或去离子水，不得用自来水；水经使用后若发现里面由脏物时，应立即更换。
（3）气：
氧气要求用冷却氧，不得用电解氧，钢瓶压力要求5Mpa以上，减压阀输出压力为2.8－3Mpa，充氧时间不少于15s；
（4）温度：
室温15～35℃为宜，应尽量保持恒定；室温与回水箱水温相差1.5℃以内；一次实验过程室温变化小于1℃；有空调或用电炉、暖气取暖的实验室不得时开时关。
实验五天然及污染水体综合处理分析技术
一、实验目的
1.进行活性污泥驯化、污水处理指标监测实验，掌握污水处理过程中活性污泥的培养过程及其特性。
2.熟悉污水的监测方法。
二、实验设备
1.活性污泥反应器1台
4.架盘天平一个
5.冰箱1台
6.COD测试仪1套
三、实验原理
活性污泥在水处理过程中扮演这重要角色，通过其中微生物的生长繁殖消耗污水中的C、N、P等大量的有机物，通过特殊的微生物群落作用，还可以降解一些难降解物质，将有毒化合物转化成无毒物质等等。
四、实验步骤
1.连接反应器管路。
2.取适当200g活性污泥样品，加入到反应器内。
3.取10L污水加入到活性污泥反应器中。
4.打开曝气机开始曝气，调节曝气量。
5.测定原水的浊度、COD、PH值等污水控制指标值。
6.分别取2小时、4小时、6小时、8小时、10小时反应后的出水，监测浊度、COD、PH值等污水控制指标值变化。
7.静置30分钟后，取活性污泥100g，离心脱水，将脱水后的活性污泥放入污泥快速水分测定仪中测量含水量。
五、数据记录与整理
1.原水水样描述
浊度：
温度：
COD：
PH值:
2.2、4、6、8、10小时后监测得到的数据：
时间
2
4
6
8
10
浊度
COD
PH
3.活性污泥脱水率计算：
六、实验思考
实验六碱液吸收气体中的二氧化硫
一、实验意义和目的
本实验采用填料吸收塔，用5％NaOH或Na2CO3溶液吸收SO2。
通过实验可初步了解用填料塔的吸收净化有害气体研究方法，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。
通过实验要达到以下目的：
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况和液泛现象；
3．测定填料吸收塔的吸收效率及压降；
4．测定化学吸收体系（碱液吸收SO2）
二、实验原理
含SO2的气体可采用吸收法净化。
由于SO2在水中溶解度不高，常采用化学吸收方法。
吸收SO2吸收剂种类较多，本实验采用NaOH或Na2CO3溶液作吸收剂，吸收过程发生的的主要化学反应为：
2NaOH＋SO2—→Na2SO3＋H2O
Na2CO3＋SO2—→Na2SO3＋CO2
Na2SO3＋SO2+H2O—→2NaHSO3；
实验过程中通过测定填料吸收塔进出口气体中SO2的含量，即可近似计算出吸收塔的平均净化效率，进而了解吸收效果。
气体中SO2含量的测定采用：
甲醛缓冲溶液吸收一盐酸付玫瑰苯胺比色法。
实验中通过测出填料塔进出口气体的全压，即可计算出填料塔的压降；若填料塔的进出口管道直径相等，用U型管压差计测出其静压差即可求出压降。
三、实验装置、流程仪器设备和试剂
（一）实验装置、流程、仪器设备和试剂
实验装置流程如图1所示
图1SO2吸收实验装置
1一空压机；2一缓冲罐；3一转子流量计（气）；4一毛细管流量计；5—转子
流量计（水）；6一压差计；7一填料塔；8一S02钢瓶；9一混合缓冲器；10—
受液槽；11一高位液槽；12、13一取样口；14一压力计；15一温度计；16一
压力表；17一放空阀；18—泵
图2：
SO2吸收试验装置
吸收液从高位液槽通过转子流量计，由填料塔上部经喷淋装置进人塔内，流经填料表面，由塔下部排到受液槽。
空气由空压机经缓冲罐后，通过转子流量计进人混合缓冲器，并与SO2气体相混合，配制成一定浓度的混合气。
SO2来自钢瓶，并经毛细管流量计计量后进人混合缓冲器。
含SO2的空气从塔底进气口进人填料塔内，通过填料层后，尾气由塔顶排出。
（二）实验仪器设备
空压机压力7kg/cm2，气量3.6m3/h1台
液体SO2钢瓶1瓶
填料塔D＝700mm
H＝650mm1台
填料Φ＝5～8mm瓷杯若干
泵扬程3m，流量4001／h1台
缓冲罐容积lm3l个
高位槽500×400x×600m1个
混合缓冲罐0.5m31个
受液槽500×400×600mm1个
转子流量计（水）10－100L／hLZB－101个
转子流量计（气）4－40m3／hLZB－401个
毛细管流量计0.1－0.3mm1个
U型管压力计200mm3只
压力表0－3kg/cm21只
温度计0－100°c2支
空盒式大气压力计1只
玻璃筛板吸收瓶125ml20个
锥形瓶250ml20个
烟气测试仪（采样用）YQ-I型2台
（三）试剂
1．甲醛吸收液：
将已配好的20mg／lSO2，吸收贮备液稀释100倍后，供使用：
2．对品红贮备液：
将配好的0.25％的对品红稀释5倍后，配成0.05％的对品红，供使用；
3．1.50mol/lNa0H溶液：
称Na0N6.0g溶于100ml容量瓶中，供使用；
4．0.6％氨基磺酸钠溶液：
称0.6g氨基磺酸钠，加l.50mol/lNa0H溶液4.0ml，用水稀释至100ml，供使用。
四、实验方法和步骤
1．按图正确连接实验装置。
并检查系统是否漏气、关严吸收塔的进气阀，打开缓冲罐上的放空阀，并在高位液槽中注入配置好的5％的碱溶液。
2．在玻璃筛板
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