赵文霞李再兴主编环境工程实验指导书河北科技大学.docx

1、赵文霞李再兴主编环境工程实验指导书河北科技大学环境工程实验指导书赵文霞，李再兴主编河北科技大学环境科学与工程学院二零零七年六月前 言环境污染治理实验是环境工程专业的一门实践性必修课，是环境工程专业教学的一个重要环节。其主要任务是：通过实验使学生初步掌握有关水、气、固废处理技术的基本实践方法、手段和操作技能，巩固和加深学生对所学理论知识的理解，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，并树立实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。实验的基本要求是：掌握实验的基本原理和操作方法；能独立进行实验的全过程；实验过程中，要实事求是，严肃认真，细致整洁，爱护仪器设备；初步掌握测试技术及试验数据的分析处理

2、技术，独立完成实验报告。本实验指导书由河北科技大学环境科学与工程学院多年从事教学、科研及实验指导的教师赵文霞、李再兴、周保华、任爱玲、侯永江、国洁等编写。赵文霞和李再兴负责文字、绘图及校对。由于编者水平有限，加之时间仓促，书中错误和不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。 编者2007年6月第一篇 水污染控制工程实验实验一 化学混凝实验一、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作用下，长期处于稳定分散状态，不能用自然沉淀方法去除。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，从水中分离出来。由于各种废水差别很大，混凝效果不尽相同。混凝剂的混凝效果不仅取决于混凝剂

3、种类、投加量，同时还取决于水的pH、水温、浊度、水流速度梯度等影响。通过本次实验，希望达到以下目的：1、加深对混凝沉淀原理的理解；2、掌握化学混凝工艺最佳混凝剂的筛选方法；3、掌握化学混凝工艺最佳工艺条件的确定方法。二、实验原理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、相反电荷的胶体或高分子物质等方法破坏胶体的稳定性，使胶体颗粒凝聚在一起形成大颗粒，然后通过沉淀分离，达到废水净化效果的目的。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

4、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

5、以这些沉淀为核心产生沉淀。这基本上是一种机械作用。在混凝过程中，上述现象常不是单独存在的，往往同时存在，只是在一定情况下以某种现象为主。三、实验材料及装置 1、主要实验装置及设备（1）化学混凝实验装置采用是六联搅拌器，其结构如图1所示。图1 化学混凝实验装置 （2）pHS-2型精密酸度计；（3）COD测定装置。（4）干燥箱（5）分析天平 2、实验用水生活污水、造纸废水、印染废水等。3、实验药品（1）混凝剂：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；（2）COD测试相关药品。四、实验内容1、实验方法取300mL废水于500mL烧杯中，加酸或碱调

6、整pH值后，按一定的比例投加混凝剂，在六联搅拌器上先快速搅拌（转速200r/min）2min，再慢速搅拌（80r/min）10min，然后静置，观察并记录实验过程中絮体形成的时间、大小及密实程度、沉淀快慢、废水颜色变化等现象。静置沉淀30min后，于表面23cm深处取上清液测定其pH和COD。2、实验步骤（1）最佳混凝剂的筛选根据所选废水的水质特点，利用聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁铝（PAFS）、聚丙烯酰胺（PAM）等常规混凝剂进行初步实验，根据实验现象和检测结果，筛选出适宜处理该废水的最佳混凝剂。（2）混凝剂最佳投加量的确定利用筛选出的混凝剂，取不同的投加量进行混凝

7、实验，实验结果记入表1。根据实验结果绘制COD去除率与混凝剂投加量的关系曲线，确定最佳的混凝剂投加量。（3）最佳pH值的确定调整废水的pH值分别为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0进行混凝实验，实验结果记入表2。根据实验结果绘制COD去除率与pH值的关系曲线，确定最佳的pH值条件。（4）考察搅拌强度和搅拌时间对混凝效果的影响在混合阶段要求混凝剂与废水迅速均匀混合，以便形成众多的小矾花；在反应阶段既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让小矾花长大，又要防止生成的絮体被打碎。根据本实验装置六联搅拌器的特点，通过烧杯混凝搅拌实验，确定最佳的搅拌强度和搅拌时间。五、实验结果与讨论1、不同混凝剂对C

8、OD去除率的影响；2、混凝剂的投加量对COD去除率的影响；3、pH值对COD去除率的影响；4、搅拌速度和搅拌时间对COD去除率的影响；5、混凝最佳工艺条件的确定。6、简述影响混凝效果的几个主要因素。 7、为什么投药量大时，混凝效果不一定好?表1 最佳投药量实验记录第_组 姓名_ 实验日期_原水温度_ 色度_ pH_ COD_mg/L使用混凝剂的种类及浓度_水样编号123456混凝剂投加量(mg/L)矾花形成时间(min)絮体沉降快慢絮体密实处理水水质色度pH值COD(mg/L)搅拌条件快速搅拌时间(min)转速(r/min)中速慢速沉降时间(min)表2 最佳pH值实验记录第_组 姓名_ 实验

9、日期_原水温度_ 色度_ pH_ COD_mg/L 使用混凝剂的种类及浓度_ 水样编号123456HCL投加量(mg/L)NaOH投加量(mL)絮体沉降快慢混凝剂的投加量(mg/L)实验水样pH值处理水水质色度pH值COD(mg/L)搅拌条件快速搅拌时间(min)转速(r/min)中速慢速沉降时间(min)附录一 化学需氧量的测定（重铬酸钾法）对于工业废水，我国规定用重铬酸钾法测定化学需氧量，用COD表示。化学需氧量是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量。它反映了水体受还原性物质污染的程度。化学需氧量是一个条件性指标，与加入的氧化剂的种类及浓度、反应溶液的酸度、反应温度和时间

10、、催化剂的有无有关。因此，必须严格按照操作步骤进行。在强酸性溶液中，重铬酸钾具有很强的氧化性，能氧化大部分有机物，加入硫酸银时，直链脂肪族化合物可完全被氧化，芳香族化合物不易被氧化，吡啶不能氧化，挥发性直链脂肪族化合物、苯等有机物因存在于蒸汽相，氧化不明显。氯离子可被氧化，并能与硫酸银作用产生沉淀，影响测定结果，故在回流前向水样中加入硫酸汞，形成络合物以消除干扰。用0.25moL/L浓度的重铬酸钾溶液可测定大于50mg/L的COD值，用0.025moL/L浓度的重铬酸钾溶液可测定550mg/L的COD值，但准确度较差。一、实验仪器1、回流装置，带250mL锥形瓶的全玻璃装置。2、加热装置，单联

11、或多联变阻电炉。3、50mL酸式滴定管。二、试剂1、重铬酸钾标准溶液（1/6K2Cr2O7=0.2500moL/L）称取预先在120烘干2小时的基准或优级纯重铬酸钾12.258g，溶于水中，移入100mL容量瓶，稀释至标线，摇匀。2、试亚铁灵指示液称取1.48g邻菲罗啉，0.695g硫酸亚铁（FeSO47H2O）,溶于水中，稀释至100mL,贮于棕色瓶内。3、硫酸亚铁铵标准溶液0.1moL/L称取39.5g硫酸亚铁铵溶于水中，边搅边缓慢加入20mL浓硫酸，冷却后移入1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。临用前用重铬酸钾标准溶液标定。标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于500mL

12、锥形瓶中，加水稀释至110mL左右，缓慢加入30mL浓硫酸，混匀。冷却后，加入3滴试亚铁灵指示液（约0.15mL），用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经由蓝绿色至红褐色即为终点。= C：硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（moL/L）V：硫酸亚铁铵标准滴定溶液的用量（mL）4、硫酸-硫酸银溶液于2500mL浓硫酸中加入25g硫酸银。放置12天，不时摇动使其溶解。5、硫酸汞：结晶或粉末。三、实验步骤1、取20.00mL混合均匀的水样（或适量水样稀释至20.00mL）置250mL磨口的回流锥形瓶中，准确加入10.00mL重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石，连接磨口回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢加入30m

13、L硫酸-硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀，加热回流2h（自开始沸腾计时）；2、冷却后用90mL水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。溶液总体积不得少于140mL,否则因酸度太大，滴定终点不明显；3、冷却后，加入3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经由蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量；4、水样的同时，以20.00mL重蒸馏水，按同样操作步骤作空白实验。记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。四、计算COD(O2，mg/L)= C：硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mg/L；V0：滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL；V1：滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，m

14、L；V：取用水样的体积，mL；8：氧（O）摩尔质量，g/moL。五、注意事项1、0.4硫酸汞络合氯离子得最高量可达40mg。应保持硫酸汞：氯离子=10：1（W/W）。若出现少量硫酸汞沉淀，并不影响测定。应先加硫酸汞，在加水样。2、样取用体积可在10.0050.00mL范围之内，但实际用量及浓度需按下表进行相应调整。水样体积(mL)0.2500moL/L重铬酸钾溶液(mL)硫酸硫酸银溶液(mL)硫酸汞(g)硫酸亚铁铵标准溶液(moL/L)滴定前总体积（mL）10.05.0150.20.0507020.010.0300.40.10014030.015.0450.60.15021040.020.06

15、00.80.20028050.025.0751.00.2503503、对于化学需氧量小于50mg/L的水样，应该用0.025moL/L重铬酸钾标准溶液，回滴0.01moL/L硫酸亚铁铵标准溶液。4、水样加热回流后，溶液中重铬酸钾剩余量应加入量的1/41/5为宜。5、COD的测定结果应保留三位有效数字。6、水样加热回流一段时间后，溶液变绿，说明水样的化学需氧量太高，应将水样稀释后重做。附录二 采用pHS-2型酸度计测定pH值一、pH值测定仪器包括：pHS-2型酸度计、pH玻璃电极、甘汞电极、磁力搅拌器等。二、标准缓冲溶液的配置1、邻苯二甲酸氢钾标准缓冲溶液（25时，pH=4.008）。称取5.0

16、6g邻苯二甲酸氢钾（GR，在（1155）烘干23h，于干燥器中冷却），溶于蒸馏水，移入500mL容量瓶中，稀释至标线，混匀。保存于聚乙烯瓶中。2、磷酸盐标准缓冲溶液（25时，pH=6.685）。迅速称取3.388g磷酸二氢钾和3.533g磷酸氢二钾（GR，在（1155）烘干23h,于干燥器中冷却），溶于蒸馏水，移入1000mL容量瓶中稀释至标线，混匀。保存于聚乙烯瓶中。3、硼砂标准缓冲溶液（25时，pH=9.180）。称取1.90g硼砂（GR，Na2B4O7 10H2O，在盛有蔗糖饱和溶液的干燥器中平衡两昼夜），溶于刚煮沸冷却的蒸馏水，移入500mL容量瓶中，稀释至标线，混匀。保存于聚乙烯瓶中

17、。4、测量方法及注意事项三、测量方法1、用标准缓冲溶液对酸度计进行定位，并将酸度计上的选择按钮调制pH值档；2、将被测溶液放在搅拌器上，放入搅拌子，将电极插入被测溶液，启动搅拌器；3、待数据稳定后，记录指示值；4、取下被测溶液清洗电极。四、注意事项1、玻璃电极在使用前需预先用蒸馏水浸泡24h以上，注意小心摇动电极，以驱赶玻璃泡中的气泡；2、甘汞电极在使用前需要摘掉电机末端及侧口上的橡胶帽，同玻璃电极一样，电极管中不能留有气泡，并注意添加饱和KCL溶液；3、pH测量仪，尤其是电极插口处，要注意防潮，以免降低仪器的输入阻抗，影响测量准确性；4、测量结束，及时将电极保护套套上，电极套内应放少量外参比

18、补充液，以保护电极球泡的湿润，切忌浸泡在蒸馏水中。图2 pHS-2型酸度计仪器面板示意图（1数字显示屏；2电源插座；3电源开关；4信号输出接口；5参比电极；6复合电极接口；7pH/mV选择开关；8定位调节口；9斜率调节器，校正pH4（或pH9）；10温度补偿器）实验二 水静置沉淀实验一、实验目的沉淀是水污染控制用以去除水中杂质的常用方法。沉淀有四种基本类型：即自由沉淀、凝聚沉淀、成层沉淀和压缩沉淀。自由沉淀用以去除低浓度的离散性颗粒，如沙砾、铁屑等。这些杂质颗粒的沉淀性能一般都要通过实验测定。本实验拟采用沉降柱实验，找出颗粒物去除率与沉降速度的关系。通过本实验，希望达到以下目的：1、掌握沉淀特

19、性曲线的测定方法；2、了解固体通量分析过程；3、加深对沉淀原理的理解，为沉淀池的设计提供必要的设计参数。二、实验原理在含有分散性颗粒的废水静置沉淀过程中，设试验筒内有效水深为H，通过不同的沉淀时间t，可求得不同的颗粒沉淀速度u，u=H/to对于指定的沉淀时间to，可求得颗粒沉淀速度uo。对于沉淀等于或大于uo的颗粒在to时可全都去除，而对于沉淀uuo的颗粒只有一部分去除，而且按u/uo的比例去除。图2 颗粒物沉降速度累计频率分配曲线图1 沉降柱设xo代表沉速uo的颗粒所占百分数，于是在悬浮颗粒总数中，去除的百分数可用1-xo表示。而具有沉速uuo的每种粒径的颗粒去除的部分等于u/uo。因此考虑

20、到各种颗粒粒径时，这类颗粒的出去百分数为：，则：总去除率E=（1-xo）+ 式中第二项可将沉淀分配曲线用图解积分法确定，如上图中的阴影部分。对于絮凝型悬浮物的静置沉淀的去除率，不仅与沉淀速度有关，而且与深度有关。因此试验筒中的水深应与池深相同。沉降柱的不同深度设有取样口，在不同的选定时段，自不同深度取水样，测定这部分水样中的颗粒浓度，并用以计算沉淀物质的百分数。在横坐标为沉淀时间、纵坐标为深度的图上绘出等浓度曲线，为了确定一特定池中悬浮物的总去除率，可以采用与分散性颗粒相似的近似法求得。上述是一般废水静置沉淀试验方法。这种方法的实验工作量相当大，因此实验过程中对上述方法进行了改进。沉淀开始时，

21、可以认为悬浮物在水中的分布是均匀的。可是随着沉淀历时的增加，悬浮物在沉降柱内的分布变为不均匀的。严格地说经过沉淀时间t后，应将沉降柱内有效水深H的全部水样取出，测出其悬浮物含量，来计算出t时间内的沉淀效率。但是这样工作量太大，而且每个试验筒内只能求一个沉淀时间的沉淀效率。为了克服上述弊端，又考虑到试验筒内悬浮物浓度沿水深的变化，所以我们提出的实验方法是将取样口装在沉降柱H/2处。近似地认为该处水的悬浮物浓度代表整个有效水深悬浮物的平均浓度。我们认为这样做在工程上的误差是允许的，而试验及测定工作量可大为简化，在一个沉降柱内就可多次取样，完成沉淀曲线的实验。三、实验用水生活污水、造纸、高炉煤气洗涤

22、等工业废水或粘土配水。四、主要实验设备和仪器1、沉降柱（见图3）直径200mm，工作有效水深1500mm。2、真空抽滤装置或过滤装置。3、悬浮物定量分析所需设备，包括分析天平，带盖称量瓶，干燥器，烘箱等。图3 水静沉实验装置五、实验步骤1、将水样倒入搅拌桶中，用泵循环搅拌约5min，使水样中悬浮物分布均匀。2、用泵将水样输入沉淀试验筒，在输入过程中，从筒中取样三次，每次约50ml（取样后要准确记下水样体积）。此水样的悬浮物浓度即为实验水样的原始浓度Co。3、当废水升到溢流口，溢流管流出水后，关紧沉淀试验筒底部的阀门，停泵，记下沉淀开始时间。4、观察静置沉淀现象。5、隔5、10、20、30、45

23、、60、90min，从试验筒中部取样二次，每次约50毫升左右（准确记下水样体积）。取水样前要先排出取样管中的积水约10ml左右，取水样后测量工作水深的变化。6、将每一种沉淀时间的两个水样作平行试验，用滤纸抽滤（滤纸应当是已在烘箱内烘干后称量过的），过滤后，再把滤纸放入已准确称量的带盖称量瓶内，在105-110烘箱内烘干后称量滤纸的增量即为水样中悬浮物的重量。7、计算不同沉淀时间t的水样中的悬浮物浓度C，沉淀效率E，以及相应的颗粒沉速u，画出E-t和E-u 的关系曲线。数据处理：（1）悬浮物的浓度 C（mg/L）=100（2）沉降效率 E =100%（3）沉降速度 u = 六、实验结果与讨论1、

24、根据实验结果绘制沉淀曲线；2、分析实验所得结果；3、分析不同工作水深的沉淀曲线，如应用到沉淀池的设计，需注意什么问题？实验三 离子交换试验实验一、实验目的离子交换法是处理电子、医药、化工等工业用水和处理有害金属离子的废水、回收废水中贵金属的普遍方法。它可以去除或交换水中溶解的无机盐、去除水中的硬度、碱度以及制度无离子水。在应用离子交换法进行水处理时，需要根据离子交换树脂的性能设计离子交换设备，决定交换设备的运行周期和再生处理。这既有理论计算问题，又有实验操作问题。通过本实验，希望达到以下目的：1、掌握六价铬离子的测定方法；2、离子交换容量的分析与计算；3、交换带的移动过程；4、掌握穿透曲线和再

25、生曲线的绘制技术。二、实验原理离子交换以往主要引用于水的软化和脱盐，随着离子交换树脂品种的增多和实用技术的发展，离子交换在回收有用物质和处理工业废水中有害物质诸方面也得到了日益广泛的应用，并且出现了一些定型处理设备，为使用离子交换法处理工业废水提供了许多好的经验。离子交换反应是在两相中进行的，它服从当量定律和质量作用定律，并且是可逆反应。离子交换法就是基于等当量交换和可逆反应进行交换和再生。阴、阳离子交换树脂在交换过程中的反应为：阴、阳离子在再生过程中的反应为：树脂的交换容量用来定量地表示树脂交换能力的大小，是树脂的重要性能指标。树脂的总交换容量一般用滴定法测定。工作交换容量只有总交换容量的6

26、070%，它受树脂的再生程度，进水中离子的种类和浓度、交换终点的控制、树脂层高度及水流速等因素影响。当含一定浓度离子的原水自上而下地通过树脂层时，水中的例子首先和树脂表层进行交换，一旦该层饱和后，就不起交换作用了，交换层就转移到下一层树脂，这是树脂层就分为饱和区、交换区（交换带）和未交换区。在树脂层工作过程的每一瞬间，只有交换层起作用。随着交换带向下推移，为交换区逐渐被压缩直至泄漏。树脂层饱和后，需用酸、碱再生剂再生后才能恢复交换能力，树脂的再生效果与再生方式、再生剂的种类、浓度以及再生液流速等因素有关。三、实验装置1、离子交换实验装置图1 离子交换实验装置（废水池；去离子水池；再生剂池；离子

27、交换柱；收集筒）2、实验仪器（1）天平 （2）酸度计 （3）电导仪 （4）容量瓶 （5）滴定管等四、实验步骤1、穿透曲线的绘制（1）把与处理好的一定重量的阴离子交换树脂（717#）转入交换柱，脂层高度为0.150.2米，计算离子树脂的体积；（2）测定含铬废水的水质（Cr6+的浓度、pH值等）；（3）把含铬废水注入废水池；（4）打开进水阀，用转子流量计控制废水流量，使废水以2060升/升树脂时的流速通过树脂层，用量筒计算出水体积。每收集0.05升出水，取样测定六价铬的浓度。当交换带前沿就近出水口时，可改为每收集0.01升或更少的出水体积，测定一次六价铬浓度。注意交换带的移动；（5）绘制穿透曲线（

28、Cr6+的泄漏量出水体积）并计算当六价铬的泄漏量为0.5毫克/升时的工作交换容量；（6）改变废水的滤速，重复上述步骤；（7）根据所得的数据，绘制当六价铬的泄漏量为0.5mg/L时的滤速出水体积的关系曲线。2、再生效率曲线的绘制（1）用去离子水反冲树脂层，将树脂层中残留的含铬废水顶回废水池，直至出水无色为止；（2）正向接通去离子水，调节出水阀使滤速为12升/升树脂时，拆除去离子水线，使交换柱内液面降至树脂层顶部下一厘米处，接通再生液线，使10%的氢氧化钠流入交换柱，注意观察出水颜色的变化，一旦出现黄色，立即用50毫升量筒收集之。当再生液为0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.3、1.5、1

29、.7、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0倍树脂体积时，测定再生液中六价铬的浓度；（3）再生结束后，停止进碱，把交换柱内的碱全部排空收集；（4）正洗树脂用水量：强碱阴树脂45倍树脂体积，时间1520分钟。弱碱阴树脂67倍，时间2030分钟，正洗水带黄色部分收集于废水池；（5）反冲，以1030倍流速逆流反向进水，反冲树脂层，反冲水量：强碱阴树脂一倍树脂体积，时间35分钟，弱碱阴树脂二倍树脂体积，时间510分钟；（6）落床待用；（7）绘制再生效率曲线，即再生效率与再生剂用量（树脂体积的倍数）之间的关系曲线。五、试验结果与讨论1、结合离子交换穿透曲线分析影响离子交换速度的因素；2、分析影响离子交换再生的因素；3、实验过程中产生含铬废水应如何处理？实验四 加压溶气气浮实验一、实验目的在水处理工程中，固-液分离是一种很重要的，常用的物理方法。气浮法是固液分离的方法之一，它常被用来分离密度小于或接近于水、难以用重力自然沉降法去除的悬浮颗粒。气浮法广泛应用于分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；回收造纸废水的纸浆纤维；分离回收废水中的浮油和乳化油等。通过本实验希望达到以下目的：1、了解压力溶气气浮法处理废水的