环境化学实验讲义.docx

1、环境化学实验讲义实验一 废水中生化需氧量（BOD5）的测定一、实验目的1掌握水样的采集和处理方法；2掌握BOD5的测定原理和操作。二、实验原理对于生活污水，取其两份，一份测定当时的溶解氧；另一份在（201）下培养5天再测定溶解氧，两者之差即为BOD5。溶解氧的测定原理是：在水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾，二价锰先生成白色的Mn(OH)2沉淀，但很快被水中溶解氧氧化为三价或四价的锰，从而将溶解氧固定。在酸性条件下，高价的锰可以将I-氧化为I2，然后用硫代硫酸钠标准溶液滴定生成的I2，即可求出水中溶解氧的含量。三、仪器和试剂1主要仪器（1）恒温培养箱（2）溶解氧瓶（200300mL） 带有磨口玻塞，

2、并具有供水封闭的钟形口。2试剂（1）硫酸锰溶液 称取480g硫酸锰(MnSO4H2O)溶于水，用水稀释至1000mL。此溶液加至酸化过的碘化钾溶液中，遇淀粉不得产生蓝色。（2）碱性碘化钾溶液 称取500g氢氧化钠溶解于300400mL水中，另称取150g碘化钾溶于200mL水中，待氢氧化钠溶液冷却后，将两溶液合并，混匀，用水稀释至1000mL。如有沉淀，放置过夜后，倾出上层清液，储于棕色瓶中，用橡皮塞塞紧，避光保存。此溶液酸化后，遇淀粉应不呈蓝色。（3）硫代硫酸钠溶液 称取2.5g硫代硫酸钠(Na2S2O35H2O)溶于煮沸放冷的水中，加0.2g碳酸钠，用水稀释至1000mL，储于棕色瓶中。使

3、用前用重铬酸钾标准溶液标定。6浓硫酸（=1.84g/mL）。70.5%淀粉溶液 称取0.5g可溶性淀粉，用少量水调成糊状，再用刚煮沸的水稀释至100mL。冷却后，加入0.1g水杨酸和0.4g氯化锌防腐。四、操作步骤1样品采集准备好6个溶解氧瓶，用虹吸法把水样转移到溶解氧瓶内，并使水样从瓶口溢出数秒钟。其中3瓶固氧，并测定其溶解氧，另3瓶放在恒温培养箱中培养5天后再测定溶解氧。2溶解氧固定用吸液管插入溶解氧瓶的液面下，加入1mL硫酸锰溶液、2mL碱性碘化钾溶液，盖好瓶塞，颠倒混合数次，静置。3溶解氧的测定打开瓶塞，立即用吸管插入液面下加入2.0mL浓硫酸。盖好瓶塞，颠倒混合摇匀，至沉淀物全部溶解

4、，放于暗处静置5min。吸取100.00mL上述溶液于250mL锥形瓶中，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，加1mL淀粉溶液，继续测定至蓝色刚好褪去，并记录硫代硫酸钠溶液用量。溶解氧（O2，mg/L）=式中 c硫代硫酸钠标准溶液浓度，mol/L；V滴定消耗硫代硫酸钠标准溶液体积，mL；V0滴定时所取水样的体积，mL。注意事项：（1）水样的pH值若超过6.57.5范围时，可用盐酸或氢氧化钠稀溶液调节至7，但用量不要超过水样体积的0.5%。（2）若从水温较低的水域中采集的水样，可遇到含有过饱和溶解氧，此时应将水迅速升温至20左右，充分振摇，以赶出过饱和的溶解氧。若从水温较高的水浴或污水排放口

5、取得的水样，则应迅速使其冷却至20左右，并充分振摇，使与空气中氧分压接近平衡。实验二 工业废水中铬的测定(二苯碳酰二肼分光光度法)一、实验目的1掌握二苯碳酰二肼分光光度法测定水中六价铬和总铬的原理和方法。2学习用Microsoft Office Excel求线性回归方程的方法。二、实验原理在酸性溶液中，六价铬离子与二苯碳酰二肼反应，生成紫红色化合物，其最大吸收波长为540nm，吸光度与浓度的关系符合比尔定律。如果测定总铬，需先用高锰酸钾将水样中的三价铬氧化为六价，再进行测定。三、仪器与试剂1仪器分光光度计。2试剂（1）丙酮。（2）（11）硫酸。（3）（11）磷酸。（4）2g/L氢氧化钠溶液。（

6、5）氢氧化锌共沉淀剂 称取硫酸锌（ZnSO47H2O）8g，溶于100mL水中；称取氢氧化钠2.4g，溶于120mL水中。将两溶液混合。（6）40g/L高锰酸钾溶液。（7）铬标准贮备液 称取于120干燥2h的重铬酸钾（优级纯）0.2829g，用水溶解，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。（8）铬标准使用液 吸取5.00mL铬标准贮备液于500mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。每毫升标准使用液含1.000ug六价铬。使用当天配制。（9）200g/L尿素溶液。（10）20g/L亚硝酸钠溶液。（11）二苯碳酰二肼溶液 称取二苯碳酰二肼（简称DPC，C13H14N4O）0.2g，溶于50

7、mL丙酮中，加水稀释至100mL，摇匀，贮于棕色瓶内，置于冰箱中保存。颜色变深后不能再用。（12）硝酸。（13）硫酸（=1.84g/mL）。（14）三氯甲烷。（15）（11）氨水。（16）50g/L铜铁试剂 称取5g铜铁试剂C6H5N(NO)ONH4，溶于冰水中并稀释至100mL。临用时现配。四、六价铬的测定1水样预处理（1）对不含悬浮物、低色度的清洁地面水，可直接进行测定。（2）如果水样有色但不深，可进行色度校正。即另取一份试样，加入除显色剂以外的各种试剂，以2mL丙酮代替显色剂，用此溶液为测定试样溶液吸光度的参比溶液。（3）对浑浊、色度较深的水样，应加入氢氧化锌共沉淀剂，并进行过滤处理。（

8、4）水样中存在次氯酸盐等氧化性物质时，干扰测定，可加入尿素和亚硝酸钠消除。（5）水样中存在低价铁、亚硫酸盐、硫化物等还原性物质时，可将Cr()还原为Cr()。此时，调节水样pH值至8，加入显色剂溶液，放置5min后再酸化显色，并以同样的方法绘制标准曲线。 2标准曲线的绘制取9支50mL比色管，依次加入0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00mL铬标准使用液，用水稀释至标线，加入0.5mL （11）硫酸和0.5m L（11）磷酸，摇匀。加入2mL显色剂溶液，摇匀。510min后，于540nm波长处，用1cm或3cm比色皿，以水为参比，测定吸光度并作空白

9、校正。以吸光度为纵坐标，相应六价铬含量为横坐标用Microsoft Office Excel绘制标准曲线，并求线性回归方程。 3水样的测定取适量（含铬少于50g）无色透明或经预处理的水样于50mL比色管中，用水稀释至标线，测定方法同标准溶液。进行空白校正后根据所测吸光度从标准曲线上查得Cr()含量。4计算式中 m从标准曲线上查得的Cr()量，g； V水样的体积，mL。五、总铬的测定1水样预处理一般清洁地面水可直接用高锰酸钾氧化后测定。对含大量有机物的水样，需进行消解处理。取50mL或适量（含铬少于50g）水样，置于150mL烧杯中，加入5mL硝酸和3mL硫酸，加热蒸发至冒白烟。如溶液仍有色，再

10、加入5mL硝酸，重复上述操作，至溶液清澈，冷却。用水稀释至10mL，用氨水(1 + 1)中和至pH12，移入50mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀，备用。如果水样中钼、钒、铁、铜等含量较大，先用铜铁试剂-三氯甲烷萃取除去，然后再进行消解处理。2高锰酸钾氧化三价铬取50.0mL或适量（铬含量少于50g）清洁水样或经预处理的水样（如不到50.0mL，用水补充至50.0mL）于150mL锥形瓶中，用（1+1）氨水和硫酸溶液调至中性，加入几粒玻璃珠，加入（11）硫酸和（11）磷酸各0.5mL，摇匀。加入40g/L高锰酸钾溶液2滴，如紫色消退，则继续滴加高锰酸钾溶液至保持紫红色。加热煮沸至溶液剩约20m

11、L。冷却后，加入1mL 200g/L的尿素溶液，摇匀。用滴管加20g/L亚硝酸钠溶液，每加一滴充分摇匀，至紫色刚好消失。稍停片刻，待溶液内气泡逸尽，转移至50mL比色管中，稀释至标线，供测定。其余步骤同六价铬的测定。注意事项：（1）用于测定铬的玻璃器皿不能用重铬酸钾洗液洗涤。（2）Cr()与显色剂的显色反应一般控制酸度在0.050.3mol/L（1/2H2SO4）范围，以0.2mol/L时显色最好。显色前，水样应调至中性。显色温度和放置时间对显色有影响，在15时，515min颜色即可稳定。（3）如测定清洁地面水样，显色剂可按以下方法配制：溶解0.2g二苯碳酰肼于100mL95%乙醇中，边搅拌边

12、加入400mL（19）硫酸。该溶液在冰箱中可存放一个月。用此显色剂，在显色时直接加入2.5mL即可，不必再加酸。但加入显色剂后，要立即摇匀，以免Cr()可能被乙酸还原。六、数据记录与处理1.实验数据记录标准曲线绘制水样测定水样体积（ml）00.20.51.02.04.06.08.010.0吸光度Cr质量（g）2.绘制标准曲线3.计算水样中Cr含量实验三 混凝实验主题词：混凝 混凝剂 投药量主要操作：搅拌 测定浊度一、实验目的分散在水中的胶体颗粒带有电荷，同时在布朗运动及其表面水化膜作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀法去除。向这种水中投加混凝剂后，可以使分散颗粒相互结合聚集增大，从水中

13、分离出来。由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同。混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决于水的PH、水流速度梯度等因素。通过本实验希望达到下述目的：（1）观察混凝现象及过程，了解混凝的净水机理及影响混凝的重要因素；（2）掌握求得某水样最佳混凝条件（投药量、pH）的基本方法。二、实验原理水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于微粒的布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体的表面作用，致使水中这种浑浊状态稳定。化学混凝的处理对象主要是废水中的微小悬浮物和胶体物质。根据胶体的特性，在废水处理过程中通常采用投加电解质、不同电荷的胶体或高分子等方法破坏胶体的稳定性，然后通过沉淀分离，达到废水净化效

14、果的目的。关于化学混凝的机理主要有以下四种解释。1、压缩双电层机理当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。2、吸附电中和机理异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 3、吸附架桥机理吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸

15、附桥连的现象。4、沉淀物网捕机理当采用铝盐或铁盐等高价金属盐类作凝聚剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。这基本上是一种机械作用。向水中投加混凝剂后，由于：能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的电位，实现胶粒“脱稳”；同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用；网捕作用，而达到颗粒的凝聚。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。在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只

16、是在一定情况下以某种现象为主。三、实验设备与试剂1. 智能型混凝试验搅拌仪1台。2. PHS-2型酸度计1台。3. HACH 2100N浊度仪1台。4. 烧杯（200mL，7个）5. 移液管（1mL ，2mL ，5mL ，10mL ，各1支）6. 洗耳球1个，配合移液管移药用。7. 量筒（1000mL， 1个，量原水体积）8. 混凝剂：硫酸铝（Al2(SO4)3）、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁铝（PAFS）、聚丙烯酰胺（PAM）等；浓度1%或10g/L9. 盐酸、氢氧化钠（浓度10%）10. 实验用原水（取河水或用黏土和自来水配成水样20L，静沉6h，其上清液为实验用

17、原水）四、实验步骤混凝实验分为最佳投药量、最佳pH、最佳水流速度梯度三部分。在进行最佳投药量实验时，先选定一种搅拌速度变化方式和pH，求出最佳投药量。然后按照最佳投药量求出混凝最佳pH。最后根据最佳投药量、最佳pH，求出最佳的速度梯度。1. 最佳投药量实验步骤（1）确定原水特征，即测定原水水样浑浊度、pH、温度。（2）确定形成矾花所用的最小混凝剂量。方法是通过慢速搅拌（或50r/min）烧杯中800mL原水，并每隔1min增加1mL混凝剂投加量，直至出现矾花为止。这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。（3）用6个1000mL的烧杯，分别放入800mL原水，置于混凝试验搅拌仪平台上。（4）确定

18、实验时的混凝剂投加量。根据步骤（2）得出的形成矾花最小混凝剂投加量，取其1/4作为1号烧杯的混凝剂投加量，取其1/2，3/4，1，3/2，2倍作为26号烧杯的混凝剂投加量。加药时，把混凝剂分别加到仪器上16号加药管中，这样可以保证同时加药。（5）启动搅拌机，快速搅拌30 s，转速约300 r/min；中速搅拌6min，转速约100 r/min；慢速搅拌6min，转速约50 r/min。如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。（6）关闭搅拌机，抬起搅拌桨，静置沉淀10 min，取出上清液放入烧杯内，立即用浊度仪测定浊度（每杯水样测定三次），记入表1中。2. 最佳pH实验

19、步骤（1）用6个1000mL的烧杯，分别放入800mL原水，置于混凝试验搅拌仪平台上。（2）调整原水pH，用移液管依次向1号，2号，3号装有水样的烧杯中分别加入1.5mL，1.0mL，0.5mL 10%浓度的盐酸。依次向5号，6号装有水样的烧杯中分别加入0.5mL ，1.0mL 10%浓度的氢氧化钠。（3）启动搅拌机，快速搅拌30 s，转速约300 r/min。用酸度计测定各水样的pH，记入表2中。（4）利用仪器的加药管，向各烧杯中加入相同剂量的混凝剂（最佳剂量采用实验1中得出的最佳投药量结果）。（5）启动搅拌机，快速搅拌30 s，转速约300 r/min；中速搅拌6min，转速约100 r/

20、min；慢速搅拌6min，转速约50 r/min。如果用污水进行混凝实验，污水胶体颗粒比较脆弱，搅拌速度可适当放慢。（6）关闭搅拌机，抬起搅拌桨，静置沉淀10 min，取出上清液放入烧杯内，立即用浊度仪测定浊度（每杯水样测定三次），记入表2中。注意事项：在最佳投药量、最佳pH实验中，向各烧杯投加药剂时要求同时投加，避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，混凝效果悬殊。在测定水的浊度、抽吸上清液时，不要扰动底部沉淀物。同时，各烧杯抽吸的时间间隔尽量减小。五、实验结果记录与整理混凝剂 混凝剂浓度 原水浊度 原水pH 原水温度 最小混凝剂量（mL） 相当于（mg/L） 1. 最佳投药量实

21、验结果整理（1）把原水特征、混凝剂投加情况、沉淀后的剩余浊度记入表1中。（2）以剩余浊度为纵坐标，投药量为横坐标，绘制剩余浊度与投药量关系曲线，从曲线上可求得不大于某一剩余浊度的最佳投药量值。表1 最佳混凝剂投加量水样编号123456投药量（mL）出现矾花时间（min）矾花沉淀情况（快/慢）剩余浊度（NTU）1232. 最佳pH实验结果整理（1）把原水特征、混凝剂投加情况、酸碱加注情况、沉淀后的剩余浊度记入表2中。（2）以剩余浊度为纵坐标，水样pH为横坐标，绘制剩余浊度与pH关系曲线，从图上求出所投加混凝剂的混凝最佳pH及其适用范围。表2 最佳pH（投药量： mL）水样编号123456HCl（

22、mL）NaOH（mL）水样pH剩余浊度（NTU）123六、思考题1. 根据实验结果以及实验中所观察到的现象，简述影响混凝的几个主要因素。2. 为什么最大投药量时，混凝效果不一定好?3. 根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂投加量的关系。附录一 2100P型便携式浊度仪的使用说明一、校准浊度仪注意：为得到最好的精确度，在整个校准期间请使用同一个样品池或四个匹配的样品池。通常应将样品池按匹配过程中所标注的方向标记插入。1. 用稀释水将清洁的样品池冲洗几次。然后将稀释水或使用StablCal 0.1NTU标准液加入样品池至刻度线（约15mL）。注意：在该步骤中必须使用与准备标准液相同的稀释

23、水。2. 将样品池放入仪器的样品池盒中，使样品池上的方向标识与样品池盒前面的方向标识在一条线上。盖上池盖。按下I/O键。注意：在按下CAL键前，请先选择信号平均模式选项（开或关）在校准模式下，信号平均功能不起作用。3. 按下CAL键。屏幕上将显示CAL和S0图标（0将闪烁）。4-位显示值显示的是以前校准的S0标准液值。如果空白值被强制赋予为0.0，显示的将是空白（如图所示）。按下，得到一个数字显示值。4. 按下READ键。仪器将由60到0计数（如果信号平均功能开启，则由67到0计数），读取空白值并作为计算20NTU标准液测试值的校正因子。如果稀释水的浊度大于0.5NTU，当计算校准时，屏幕上将

24、出现E1字样。显示屏将自动递增到下一个标准液的测试。将样品池从样品池盒中取出。注意：通过按下键而不是读取稀释水读数的方法，可以将稀释水的浊度强制赋予为零值。显示屏将显示S0 NTU，为继续测试下一个标准液必须按下键。5. 屏幕上将显示S1图标（1将闪烁）和20NTU或者是以前校准的S1标准液值。如果该值不正确，请按下键直到需要编辑的数字闪烁，然后编辑该数值。使用键滚动到正确的数字。编辑后，将混合好的20NTU StablCal标准液或20NTU Foamazin标准液加入清洁的样品池至标记线。将样品池放入仪器的样品池盒中，使样品池上的方向标识对准样品池盒前面的方向标识。盖上池盖。6. 按下RE

25、AD键。仪器将由60到0计数（如果信号平均功能开启，则由67到0计数），然后测试浊度并存储该值。显示屏将自动递增到下一个标准液的测试。将样品池从样品池盒中取出。7. 屏幕上将显示S2图标（2将闪烁）和100NTU或者是以前校准的S2标准液值。如果显示值不正确，请按键直到需要编辑的数字闪烁，然后编辑该数值。使用键滚动到正确的数字。编辑后，使用充分混合好的100NTU StablCal标准液或100NTU Foamazin标准液加入到清洁的样品池至标记线。将样品池放入仪器的样品池盒中，使样品池上的方向标识对准样品池盒前面的方向标识。盖上池盖。8. 按下READ键。仪器将由60到0计数（如果信号平均

26、功能开启，则由67到0计数），然后测试浊度并存储该值。显示屏将自动递增到下一个标准液的测试。将样品池从样品池盒中取出。9. 屏幕上将显示S3图标（3将闪烁）和800NTU或者是以前校准的S3标准液值。如果该值不正确，请按键直到需要编辑的数字闪烁，然后编辑该数值。使用键滚动到正确的数字。编辑后，请使用充分混合好的800NTU StablCal标准液或800NTU Foamazin标准液加入清洁的样品池至标记线。将样品池放入仪器的样品池盒中，使样品池上的方向标识对准样品池盒前面的方向标识。盖上池盖。10. 按下READ键。仪器将由60到0计数（如果信号平均功能开启，由67到0计数），然后测试浊度并

27、存储该值。显示屏将自动递增到下一个标准液的测试。将样品池从样品池盒中取出。11. 按下CAL键确认校准值。仪器将自动返回到测试模式。注意：按下CAL键完成校准系数的校准。如果在校准过程发生校准错误，则按下CAL键后将会出现错误信息。如果出现E1或E2，请检查标准液的准备过程和校准过程；必要时请重新校准。如果出现CAL？，可能是在校准过程中发生错误。如果CAL？闪烁，表示仪器正在使用默认的校准值。注意事项􀁹 如果在校准时按下I/O键，新的校准数据将会丢失，但旧的校准数据将用于测试。一旦进入校准模式，只有READ、I/O、和键起作用。信号平均功能和范围选择模式必须在进入校准模式之

28、前选择。􀁹 如果E1或E2出现在显示屏上，表明在校准过程中发生了错误。请检查标准液准备过程和校准过程；如有必要，请重新校准。按下DIAG键以清除错误信息（E1或E2）。如果想在未进行重新校准的情况下继续测试，请按两次I/O键恢复原校准值。如果显示CAL？，表明在校准过程发生了错误。原校准值也可能不能恢复。要么重新校准，要么使用当前的校准值。􀁹 为查看校准值，请按下CAL键，然后按下键查看校准标准液的值。只要没有按下READ键且CAL不闪烁，校准值将不会更新。再次按下CAL键将返回到测试模式。二、浊度测试步骤 1. 用一个清洁的容器收集具有代表性的样品。将样品

29、加入样品池至刻度线（约15mL）。操作时小心拿住样品池的上部。然后盖上样品池盖。注意：如果5.5分钟内没有按键，仪器将自动关闭，为重新开启仪器，请按I/O键。2. 用不起毛的软布擦拭样品池，以除去水滴和手指印。3. 滴加一小滴硅油，用油布擦拭，使整个表面均匀分布一层硅油。4. 按I/O键。仪器将打开，请将仪器放在平坦稳定的板面上。当测试时，不要用手拿着仪器。5. 将样品池放入仪器的样品池盒中，使菱形标记或方向标识对准样品池盒前面凸起的方向标识。盖上盖板。6. 按RANGE键，选择手动或自动范围选择模式。当仪器处于自动选择范围模式时，显示屏将显示AUTO RNG。7. 按SIGNAL AVG键，

30、选择合适的信号平均模式。当仪器使用信号平均模式时，屏幕上将显示SIG AVG。如果样品引起噪声信号（即显示值不断变化），请使用信号平均模式。8. 按READ键屏幕上将显示-NTU，然后显示以NTU为单位的浊度数值。在灯信号关闭后请记录浊度值。注意：仪器将默认最近一次选择的操作模式。如果前一次测试选择了自动选择范围和信号平均模式，在接下来的测试中将自动选择这些选项。 2100P 便携式浊度仪在工厂时已用Formazin一级标准液进行了校准，所以使用前不要求进行再次校准。哈希公司建议每3个月用Formazin进行重新校准或根据经验增加校准次数。仪器附带的Gelex二级标准液已标明了使用的基本范围，但经过Formazin校准的，必须在使用前重新确定其值。附录二 pH410A型酸度计测定pH值一、pH计的标定校正1.按菜单键选择“零点”标定功能；2.将已清洗电极置入6.86标准液中；3.显示值稳定后，按上下键至读数为6.86；4.稳定约10秒钟，按菜单键确认并进入“斜率”校正状态；5.取出电极，清洗，然后置入4.01标准液中；6.显示