环境工程专业大气污染控制实验部分.docx

1、环境工程专业大气污染控制实验部分环境工程专业大气污染控制实验部分一、课程管理学院：化学与环境工程学院二、课程管理教研室：环境工程教研室三、本课程教学目的与教学基本要求：1课程目的：使高等院校环境工程专业学生全面掌握大气污染物扩散的基本知识，掌握典型大气污染物的净化及控制对策，使学生具有解决大气污染控制工程问题的基本能力。2课程基本要求：掌握与实验相关的基本理论知识，预习实验原理、实验装置、流程；熟练掌握实验内容、方法和步骤，认真进行实验前的准备工作；按规定和要求进行实验操作；填好实验原始记录及进行数据处理；进行讨论；写好提交实验报告。四、其他说明(前需后续课程、考核方式等)前需课程：本实验前需

2、课程包括：高等数学、普通化学、分析化学、化工原理、工程制图、机械设计基础、流体力学等。考核方式：实验考勤、实验报告，加上抽查提问，对成绩进行综合评定。重点了解学生对所学知识的掌握、理解和综合运用能力。五、教材、指导书及参考书目指导书：自编。参考书：黄学敏,张承中主编.大气污染控制工程实践教程M.北京:化学工业出版社,2003.六、实验项目一览表实验室名称：环境工程实验室；实验总学时：32实验1 粉尘样品分取及安息角的测定一、实验内容与目的本实验的内容包括粉尘样品的分取和用注入法、排出法、斜箱法和回转圆筒法测定分取后的粉尘样品的安息角。目的在于掌握粉尘样品的分取方法和安息角的测定方法。二、实验仪

3、器设备漏斗、长方形容器，方形厚纸报（或铁板），分格转动圆盘，圆形台板，测角器、直尺、带孔圆形容器，透明圆筒等。三、实验方法与步骤1、粉尘样品的分取测定粉尘的特性时，为了使所测粉尘具有一定的代表性，对于从尘源收集来的粉尘，要经过随机分取处理，通常我们采用圆锥四分法、流动切断法和回转分取法对粉尘进行样品分取。（1）圆锥四分法：如（图1-1）所示，将粉尘经漏斗下落在水平板上堆积成圆锥体，再将圆锥体分成a、b、c、d，四等份，舍去对角a、c 两份，而取另一角上b、d 两份，混合后重新堆积成圆锥体再分成四份进行分取，如此依次重复2-3 次，最后取其任意对角两份作为测试用的粉尘样品。图1-1 圆锥四分法取

4、样（2）流动切断法：在从现场取回试样较少的情况下，把试料放入固定的漏斗中，使其从漏斗小孔中流出。用容器在漏斗下部左右移动，随机接取一定量的粉料作为分析用样品，如图1-2（a）所示。此外，还可以移动漏斗来实现流动切断，其具体做法是将装有粉尘的漏斗左右移动，使粉尘漏入两个并在一起的容器，然后取其中一个，舍去另一个，将试料重复分缩几次，直至所取试料的数量满足分析用样为止，如图1-2（b）所示。1、漏斗 2、容器图1-2 流动切断法取样（3）回转分取法：在分隔成八个部分的转动圆盘上方设置漏斗，使粉尘从固定的漏斗中流出。粉尘均匀地落在圆盘上各部分。取其中一部分作为分析测定用料。如图1-3 所示。有时也采

5、用固定圆盘，而均匀地转动漏斗来实现回转分取。图1-3 圆锥分取2、粉尘安息角的测定粉尘安息角的测定方法很多，这里主要介绍四种方法，即，注入法、排出法、斜箱法和回转圆筒法，如图1-4所示。（a）注入法； （b）排出法； (c) 斜箱法； （d）回转圆筒法图1-4 粉尘安息角测定装置示意图（1）注入法；粉尘及经漏斗流出落到水平园板上，用角器直接量其堆积角或量得堆体高度求其堆积角，如图1-4（a）所示安息角： （1-1）式中 粉尘安息角，度；H 粉尘锥体高度，厘米；R 圆板半径，厘米。（2）排出法：粉尘从容器底部的圆孔排出， 图13 圆转分取测量粉尘流出后在容器内的堆积斜面与容器底部水平面的夹角，为

6、测定方便，装粉尘的容器可用带有刻度的透明圆筒，如图1-4（b）所示，安息角的计算公式如下：（1-2）式中H 粉尘斜面高，厘米，可由圆筒刻度上直接读出；R 圆筒半径，厘米；r 流出孔口半径，厘米。（3）斜箱法，在水平装置的箱内装满粉尘，然后提高箱子的一端，使箱子倾斜，测量粉尘开始流动时粉尘表面与水平面的夹角，如图1-4（c）所示。（4）回转圆筒法，粉尘装入透明圆筒中（粉尘体积占筒体21）。然后将筒水平滚动，测量粉尘开始流动时粉尘表面与水平面的夹角。如图1-4（d）所示。四、实验报告写出分取粉尘样品和测定粉尘安息角的方法。实验 2 筛分法测定粉尘粒度分布一、实验内容与目的用筛分法测定粉尘的粒度分布

7、，掌握其测定和计算的方法。二、实验仪器设备标准筛、分析天平、电热鼓风箱、干燥器等。三、基本理论和实验步骤1 概述粉尘的粒径对球形尘粒来说，是指它的直径。实际的尘粒大多是不规则的，一般也用“粒径”来衡量其大小，必须用颗粒标定的几何长度及其他物理性能如在液态或气态介质中的沉降速度，对光的吸收或散射等间接测量的方法去确定粉尘的粒径。采用何种形式表示粉尘粒径，取决于测定的目的和粉尘所处的工况状态。同一粉尘按不同定义所得的粒径，不但数值不同，应用场合也不一样。在选取粒径测定方法时，除需考虑方法本身的精度、操作难易及费用等因素外，还应特别注意测定的目的和应用场合。不同的粒径测定方法，得出不同概念的粒径。在

8、给出或应用粒径分析结果时，还必须说明或了解所用的测定方法筛分法是测定粉尘粒度质量分布的一种较简单和通用的方法，其测定的原理是使尘样依次通过一套筛孔渐小的标准筛网，按尘粒大小不同进行机械分离。根据分离的结果计算粉尘的筛上质量百分比和筛下质量百分比。筛上质量百分比指的是：某一筛孔（径）的筛上残留粒子与该试样的全部粒子的质量比。而试样在各级筛孔（或各组孔径）上的筛上质量百分数，即组成该粉尘试样的筛上分布；相应地，小于某一筛孔（径）的筛下粉尘粒子与试样全部粒子的重量比即为筛下质量百分比，试样在各级筛孔（或各组孔径）下的筛下质量百分数即组成粉尘试样的筛下分布。实际上，常用筛上累积百分数R%或筛下累积百分

9、数D%表示粒子的分布状态。它们之间的关系是R=1-D。筛分法适用于分析80%的粒子粒径大于44 微米的粉尘。2、实验步骤（1）按照“实验1”分取粉尘样品，将其放入烘箱中烘干，然后放入干燥器中冷却。（2）检查标准振筛机能否正常工作，清扫标准振筛网。（3）称取100 克标准试样，放入标准筛顶层，把套筛装夹牢靠。（4）接通电源，将标准试样振筛15 分钟。如无振动装置，用人工筛分。（5）振筛完毕后，逐个称量各级筛上和底盘上的粉尘质量，每次称量到0.2 克，各级筛上及底盘上的粉尘量之和不少于取样量的99%，总和与取样的差额一般加到底盘上颗粒质量数中，将测定的数据记入表2-1。（6）重复三次，取平均值。四

10、、实验报告1、叙述筛分法测定粉尘粒度分布的方法。2、整理实验数据，计算测定结果，将其填入表2-1 中。3、将测定的粉尘分散度用图形表示出来。表2-1 筛分法测定粉尘分散度数据记录表实验次序分级序号12345678分级粒径 d (m)平均粒径p d (m)第一次实验质量 Di (g)质量百分数筛上累计j R (%)筛下累计j D (%)第二次实验质量 Di (g)质量百分数筛上累计j R (%)筛下累计j D (%)第三次实验质量 Di (g)质量百分数筛上累计j R (%)筛下累计j D (%)第四次质量 Di (g)质量百分数筛上累计j R (%)筛下累计j D (%)实验3 使用颗粒图像处

11、理仪测定粉尘粒径分布 1、实验目的和意义除尘系统所处理的粉尘都具有一定的粒度分布。粉尘的粒度分布又叫分散度。粉尘的分散度不同，对人体健康的危害程度和适用的除尘机理也就不同。对粉尘进行分散度的测定，可以为预防粉尘对人体的危害以及除尘器的设计、选用和除尘机理的研究提供基本数据。颗粒图像处理仪测定颗粒的分散度方法简单，操作方便。本实验的目的就是学会使用颗粒图像处理仪测定粉尘分散度的方法。2、实验原理与仪器结构2.1 实验原理 颗粒图像处理仪将现代电子技术与显微镜方法相结合，用摄像机拍摄经显微镜放大的颗粒图像、图像信号进入计算机内存后，计算机自动地对颗粒的形貌特征和粒度进行分析与计算，最后给出测试报告

12、。颗粒图像处理仪见下图2-1所示。图3-1 颗粒图像处理仪被测样品先被分散在载玻片的上表面，然后置于显微镜的载物台。样品颗粒的显微图像经过一个转接最终成像载摄象机的光耙上。这样光学的图像信号就转换了电子的视频图像，该信号经过一个专用的图像接口电路被送入计算机。众所周知，视频图像是由排列整齐的众多像元组成的，每个像元载摄像机的光耙上对应一个固定的尺寸。整个成像系统的放大倍数确定后，计算机就可根据视频信号分析，计算颗粒的等效直径和形貌数据。2.2 仪器结构仪器由显微镜、CCD摄像机、图像采集卡、计算机、打印机及配套软件组成。2.3 实验数据处理计算机由视频图像分析计算颗粒直径和形貌数据的过程如图3

13、-2所示。视频信号输入 模 拟 图 像二值化处理颗粒边缘搜寻计算颗粒等效直径以及长、短径之比统计分析结果分析结果输出图3-2 数据分析流程图2.4 图像法颗粒粒度测量的有关概念众所周知，直径是表征球形物体大小的参数。一个球体地直径确定后，其体积也就完全确定了。3、实验方法及步骤3.1预备知识在操作本仪器之前，用户最好对微型计算机及Windows操作系统已经有所了解，不然请阅览有关书籍，并上机作有关的操作实践。本仪器配备有显微镜。使用本仪器过程中经常要用到显微镜的部件有：、载物台移动旋钮；、调焦旋钮；、背景灯亮度；、光栏；、显微物镜。3.2启动颗粒图像处理软件在Windows桌面上，双击omec

14、图像处理系统图标，屏幕上会出现“OMEC图像窗口-Test”和“OMEC颗粒图像分析系统-Test”窗口，把“OMEC颗粒图像分析系统-Test分析系统”移到“OMEC图像窗口-Test”。2.2 制样取一载玻片，并擦干净，然后滴一滴甘油（或其他分散剂）在载玻片上，取适当的样品放进甘油中，用牙签轻轻搅拌，直至分散均匀，无气泡为止。最后将载玻片盖上（可用干净牙签在盖玻片上，轻轻压几下，加强颗粒的分散效果）。2.3 显微镜调焦把制好的盛有样品的载玻片放在显微镜载物台上，选好适当的物镜，调节显微镜的背景灯亮度和光栏，使现场照度适中。调节显微镜的调焦旋钮，直至“图像窗口”中出现清晰的样品图像。2.4

15、测试样品、建立一个新文件。测试一种样品，须在“分析系统”的“文件”栏中新建一个文件：光标对准菜单中的“文件”按下鼠标左键，再按一下“文件”栏中的“新建”，即可设置测试报告参数。、测背景。调节载物台移动旋钮，把玻片移出显微镜视野，将计算机屏幕上的光标对准菜单中的“图像”单击鼠标左键，再单击“背景”、在“图像窗口”的 右边回出现一个“照度指示”的窗口。如右图所示：调节显微镜的“电流”旋钮（有时需配合“光栏旋钮”来配合调节），直到黄色光柱如右图所示为止。按回车键，则光标会从 变成 再变成 ，此时背景已测好。如看不到光柱，说明照度偏低，需要将照度调高，当光柱全满时，说明照度偏大，须调低照度。、静帧并二

16、值化（照相）。移动载物台，选择适当的样品视场，然后将光标对准“静帧”或“照相机”图标，按一下鼠标器左键，稍等片刻后，屏幕上将出现非黑即白的二值化图像。、手工修正。此时，如发现画面上有两个粘连、或有并非样品颗粒的黑点或黑块，或颗粒边界有小量的残缺，则在手动窗口内点击鼠标右键，这时，在屏幕左下角会出现“选择工具”窗口；选择“分割”再按“确定”，可以用来将几个相连的颗粒分割开，选择“涂抹”再按“确定”可以抹去不想要的图像部分；选择“恢复”再按“确定”可用来不上缺损的图像边界，直到认为合理后，可进入下一步。、分析。光标对准“分析”，按一下鼠标左键，计算机就开始分析图像，并给出分析结果。、重复步骤、，直

17、到颗粒数累计到一定数量，使测量结果比较准确为止。、分析结果可以存盘，也可以直接打印。存盘时，选择菜单中的“文件”、“存入”或“另存入”栏，也可以直接将光标移到画有磁盘图像的图标上按动鼠标左键，再按提示输入文件名，并选择存入路径。打印时，先确认打印机连线，装纸以及联机无误后，选择菜单“文件”中的“打印”或按下画有打印机图案的图标即可。4.实验数据的记录与整理4.1 实验数据整理实验数据自动计入计算机，根据计算机记录的数据进行数据整理，计算测试颗粒群的粒度分布，绘出其粒度分布表与粒度分布图（分布以颗粒数和体积（重量）作为统计参考的粒度分布）。粒度分布表是一种使用列表形式来表示粒度分布的方法（见表2

18、-1）。它是由“粒径”、“微分分布”、“累计分布”三列组成。某一粒径范围内颗粒的微分分布表示表示该粒径范围内的颗粒数占颗粒总数的百分比。累计分布则为小于该粒径的颗粒数占总颗粒数的百分比。粒径分布图是将粒径分布用图像曲线的形式来表示。一般将横坐标表示粒径，习惯上采用对数坐标。左边的纵坐标表示累计分布值，右边的纵坐标表示微分分布值，微分分布值用直方图来表示，累计分布则用连续曲线来表示。对于粒径分布，某粒径段上的“颗粒数量”有一个计算单位的问题。通常所采用的计量单位有“颗粒数”和“体积（或重量）”两种。采用“颗粒数”作为计量单位时，某粒径段上的“颗粒数量”是指处于该粒径段的样品颗粒的个数，颗粒总数则

19、是指样品所包含的颗粒的总个数；采用“体积（重量）”做统计单位时，“颗粒数量）则是指处于该粒径段的所有颗粒体积（重量）之和。显然，用“颗粒数”表示的粒径分布与“体积（重量）”表示的粒径分布是不同。表3-1 粒度分布表粒径（m）微分分布累计分布粒径（m）微分分布累计分布4.2 粒径的特征尺寸颗粒粒度分布虽然能详尽、准确地描述样品地粒度状况，但有时候却显得很复杂，不容易让人一眼看出测试颗粒粒度的主要特征。特征粒径就是由粒度分布数据推算出来的能代表样品某些粒度特征的粒径值。根据实验数据，结合大气污染控制工程教材，给出测试颗粒的体积平均粒径DV、颗粒数平均粒径Dg、颗粒中位径D50。5.注意事项1、 本

20、仪器属于光电一体化的精密仪器，存放和工作环境应避免严重的粉尘潮气和腐蚀性气体的污染，不用时全部设备都应盖上防尘罩。2、 不能超过220V5%V，确保无浪涌，尖峰脉冲电压，否则应配备1000W以上的净化稳压电压。3、 100X显微物镜浸油使用后，应当即用棉签蘸上乙醚清洗干净。6.讨论（讨论结果写入实验报告中）1、采用颗粒图像处理仪测定粉尘颗粒粒径分布，影响测定结果准确性的主要因素有哪些？如何注意防治？2、与库尔特（电阻法）颗粒计数器、沉降法测定粉尘颗粒分布，使用颗粒图像处理仪测定粉尘颗粒粒径有什么优点？3、怎么选择测试的粉尘颗粒粒径的上限颗粒与下限颗粒？2.1、粉尘分散度测定（滤膜法）原理：取采

21、样后的滤膜溶解于甘油中，形成粉尘颗粒的混悬液，然后在显微镜下用目镜测微尺测量粉尘颗粒的大小（m）。2.1.1 目镜测微尺的标定 粉尘颗粒的大小，是用目镜测微尺测量的，当显微镜光学系统放大倍数改变时，被测物体在视野中的大小也随之改变。但目镜测微尺在视野中的大小却不改变。而物镜测微尺大小改变的系数与被测物体相同。故测量前目镜微尺需事先用物镜测微尺标定。物镜测微尺总长为1mm，分成100等分刻度，每刻度为0.01mm，即10m。进行标定时，先将目镜测微尺放于目镜内，物镜测微尺置于显微镜载物台上，在低倍镜下找到物镜测微尺的刻线，再换成高倍镜，在视野中使物镜测微尺上任一刻度线与目镜测微尺上的任一刻度线相

22、重合，然后在同一方向找出两尺再次相重合的线。分别数出两尺重合部分内的刻度数，即可算出目镜测微尺一个刻度的长度。如果目镜测微尺40个刻度相当于物镜测微尺10个刻度，则目镜测微尺1个刻度相当于2.5m.2.1.2、粉尘标本片的制备将采有粉尘的滤膜放入小烧杯中，加入甘油2ml左右使滤膜溶解，用玻棒充分搅拌使成均匀的粉尘混悬液，取混悬液一滴置于载玻片上，制成涂片，待载玻片上出现一层粉尘薄膜时即成。2.1.3、测量 将制备好的粉尘标本片，在高倍镜下，用已标定好的目镜测微尺依次测量粉尘颗粒大小，遇长径量长径，遇短径量短径。通常每个样本至少测量200个尘粒，将结果记录于表1-3中。表3-2 粉尘分散度测量记

23、录样品编号采样地点分 散 度 %2(m)25(m)510(m)10(m)4.注意事项（1）所用仪器、玻璃器皿，应无粉尘污染；（2）若粉尘浓度过高，影响计数时，可加适量醋酸丁酯稀释；（3）每批滤膜使用前，就做对照实验，测其被污染的情况。实验4 管道中含尘气体粉尘浓度测定方法1、 实验目的及意义 测定气体含尘浓度，可以计算污染源的粉尘排放量。因而检测粉尘污染源是否符合国家现行排放标准、评价除尘装置的除尘性能等，必须测定某些管道断面的气体含尘浓度。通过该实验应达到一下目的。1、掌握管道中气体含尘浓度的测试原理和方法。2、学会使用TH-880智能烟尘平行采样仪。3、使学生了解粉尘测试的特点，并掌握粉尘

24、测试的技能。2. 实验原理粉尘浓度是指单位体积大气中所含粉尘的量。常用重量浓度单位，以mg/m3表示。测量管道中的粉尘浓度一般采用过滤称量法。其基本原理就是使一定体积的含尘气体通过已知重量的滤膜，粉尘将阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜的重量差，即可计算出气体中粉尘的浓度。为正确测定出真实的气体含尘浓度，必须进行等速度采用，即粉尘进入采样嘴的速度等于该点的气流速度，因而要预测气体流速、再换算成实际控制的采样流量。图4-1就是等速度采样的情形。图中采样头安装再与气流平行的位置上，采样速度与气流速度相同，即采样嘴处内外的气流速度相等。这是，从采样嘴吸入的含尘气体样品才能与管道中的实际情况相符合。图4-

25、1 等速度采样3、实验仪器设备仪器设备包括TH-880智能烟尘平行采样仪、抽气泵、采样管、玻璃纤维滤筒、倾斜压力计、毕托管、干湿球温度计、镊子等。TH-880智能烟尘平行采样仪是采用微电脑和高精度微差压传感、干湿球温度传感器、热电温度偶等传感器的智能化烟尘平行采样仪。仪器可在各种复杂烟道烟气流量动态变化较大的情况下使采样流量能保持等速，并能自动跟踪流量变化，从而减少人工调节误差和检测人员的劳动强度，采用毕托管平行采样法原理，操作简便快捷，测量数据准确可靠，测量结果可自动打印或与微机通讯。4、实验方法与操作步骤4.1 滤膜的预处理滤膜采用玻璃显微滤膜，具静电性、疏水性、阻力小及耐酸碱等特点。采样

26、前先将滤膜编号，然后在105烘烤箱中干燥2h，取出后置于干燥器内冷却20min，在使用分析天平称其初重并记录。然后将滤膜平铺在固定圈上，贮于采样盒中备用。4.2 采样位置、测孔、测点的选择在水平烟道中，由于尘粒的重力作用，较大的尘粒有偏离流线向下运动的趋势，而垂直烟道中的尘粒分布较为均匀，故应优先考虑在垂直管段上采样。测孔直径随采样头的几何尺寸而定。4.3 含尘气流温度、环境温度、压力的测定含尘气体的温度由TH-880智能烟尘平行采样仪给出。使用盒式压力计、温度计测定现场环境的压力与温度。并将以下数据填入表4-1中。表4-1 含尘气体状态参数和环境参数的记录表测试实验名称 测孔位置 管道断面积

27、 大气温度 大气压力 Pa含尘气体气温度 4.4、采样系统操作、打开TH-880智能烟尘平行采样仪，将所有显示数据均调为零。并将采样系统连接好。、从采样盒中用镊子取出有编号的滤膜，装在采样管的采样头上固定，用橡皮管与流量计及抽气机接通，并检查是否漏气。、以20l/min速度采样，采样时间视气体中粉尘浓度而定，一般使滤膜增重约120mg。记录采样时间。并将结果计入表4-2中的气体粉尘测试数据记录表中。、用镊子取出滤膜，将粉尘面向内折叠23次，贮原采样盒中，带回称重。表4-2 气体粉尘测试数据记录表采样编号采样嘴直径/mm采样流量/Lmin-1采样时间采样体积滤膜编号滤膜初重/mg滤筒终重/mg烟

28、尘浓度/mgL-15、实验数据处理5.1 将采样体积换算称标准状态下的体积略。5.2 气体含尘浓度（C）的计算C（W2-W1）/（Vt）W1采样前滤膜重（mg） W2采样后滤膜重（mg）V采气速度（l/min） t采样时间（min）5、注意事项、滤膜不耐高温，在55以上的采样现场不宜用。、装卸滤膜时应选择无粉尘场所。、注意采样设备的连接顺序，并检查有无漏气，连接顺序为：污染源采样器流量计采样动力。、采样时应详细记录采样地点、日期、时间、方法、样品编号、采样体积、气象条件、生产操作情况、防护设备及使用情况等。、如大气湿度高，采样后发现滤膜潮湿时，应将滤膜置干燥器中半小时再称重。重复称重，直至相邻两次滤膜重量之差不超过0.2mg为止。、采样后滤膜增重若小于1mg，或大于20mg者，均应重新采样。6.讨论（讨论结果写入实