本科实验讲义修改版word20032

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1、本科教学实验讲义环境工程基本实验厦门大学环境科学与工程系熊小京 主编 2月(2月修改版)简 介一、性质、目的与任务本课程是与环境工程基本理论课相配套、为环境科学与工程专业的学生而设立的实验教学。内容是在参照国内外最新的研究与应用成果，同步结合教学实践课程的特点而制定。为了使实验内容与手段更具有代表性，先进性和实用性，所选用的实验措施，实验装置既有老式的解决工艺，又有近年国内外流行的新工艺。重点培养学生独立思考，独立设计以及动手操作的综合实验技能，对加深学生对环境工程基本理论的理解和提高学生的实践技能具有重要意义。二、基本规定针对所定的环境工程基本实验项目，每个学生必须按照下述规定内容及规定进行

2、实验课的学习。1. 混凝沉淀实验：规定结识几种混凝剂，掌握其配制措施。观测混凝现象，从而加深对混凝理论的理解。2. 过滤及反冲洗实验：观测过滤及反冲洗现象，加深理解过滤及反冲洗原理。理解过滤及反冲洗模型实验设备的构成与构造。理解进行过滤及反冲洗模型实验的措施。测定滤池工作的重要技术参数并掌握观测措施。3. 曝气生物滤池解决含氨氮废水实验：理解生物的硝化反映过程原理，充足结识曝气生物滤池的工作原理，在好氧条件下，通过考察贝壳填料对氨氮的清除效果，加深对生物膜法解决含氨氮废水工艺的理解。4. 膜生物反映器解决垃圾渗滤液实验：理解活性污泥对垃圾渗滤液的降解原理，掌握膜生物反映器的基本工作原理，在好氧

3、条件下，通过考察对氨氮的清除特性，加深对膜生物反映器解决垃圾渗滤液工艺的理解。5. 电解法解决印染废水实验：理解电解法解决印染废水的基本原理。学会组装电解法解决装置及其操作。通过考察不同电解电压及电极板间的距离条件下，电解池中的色度变化状况，初步探讨影响电解法解决效果的因素。6. 厌氧生物滤池对偶氮染料的降解实验：结识印染、染料废水生物降解原理及生物滤池的工作原理。理解不同进水条件对染料脱色效果的影响。7. 活性炭解决印染废水实验：理解活性炭吸附印染废水的基本原理；通过考察不同实验条件下，脱色率的变化状况，初步探讨影响活性炭解决染料废水的重要因素，并拟定最优的吸附条件。8. 离子互换法解决硬水

4、实验： 理解用离子互换法解决硬水原理和措施；. 理解离子互换树脂的一般使用措施；掌握测定水的硬度的措施。9. 包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附实验：理解包埋固定化凝胶小球的制作措施及其对污染物的解决原理；结识包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附特性。三、安排及考核本实验的开课专业为环境科学与环境工程专业，授学时间为十周，考核方式为实验报告的形式。四、重要参照资料1. 国家环保局编水和废水监测分析措施2. 黄君礼主编水分析化学3. 张可方主编水解决实验技术4. 张自杰主编环境工程手册实验一 混凝沉淀实验1实验目的通过混凝沉淀实验，理解混凝机理，并掌握拟定最佳投药量的措施。2实验原理混凝作用原

5、理涉及三部分：1）压缩双电层作用；2）吸附架桥租用；3）网捕作用。这三种混凝机理在水解决过程中不是各自孤立的现象，而往往是同步存在的，只但是随不同的药剂种类、投加量和水质条件而发挥作用限度不同，以某一种作用机理为主。对高分子混凝剂来说，重要以吸附架桥机理为主。而无机的金属盐混凝剂则三种作用同步存在。向水中投加的能使水中胶体颗粒脱稳的高价电解质，称之为“混凝剂”。混凝剂可分为无机盐混凝剂和高分子混凝剂。水解决中常用的混凝剂有：三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝（简称PAC）、聚丙烯酰胺等。单位体积水中投加的混凝剂量称为“投药量”，单位为mg/L。混凝剂的投加量除与混凝剂品种有关外，还与原水的水质有关。

6、当投加的混凝剂量过小时，高价电解质对胶体颗粒的电荷斥力变化不大，胶体难以脱稳，混凝效果不明显；当投加的混凝剂量过大时，则高价反离子过多，胶体颗粒会吸附过多的反离子而使胶体变化电性，从而使胶体粒子重新稳定。因此混凝剂的投加量有一种最佳值，其大小需要通过实验拟定。3实验仪器和试剂3.1实验仪器（1）浊度仪一台；（2）混凝实验搅拌仪；（3） 沉淀桶（500mL烧杯）6个；（4） 100mL取样瓶6个；（5）乳胶管或塑料软管（直径58mm）1520cm；（6） 100mL烧杯1个；（7） 100mL量筒1个；（8） 500mL量筒1个；（9） 10mL 量筒 1个；3.2 实验试剂混凝剂：聚合氯化铝P

7、AC； 原水4实验环节1) 制备原水：事先用高岭土配制浊度为50 NTU左右的浑水，静沉1天以上，取上清液备用。（实验员完毕）2) 称取混凝剂（PAC）3g溶于1L自来水中，浓度为3g/L。3) 取600mL原水倒入与搅拌仪配套的沉淀桶中。4) 根据原水体积，按照投加量30、50、80、120、160、200mg/L计算加药量，并换算成混凝剂溶液的体积量。5) 设立搅拌仪程序：（1）转速400转/分，搅拌1.5 min ；（2）转速150转/分，继续搅拌5 min；（3）转速60 转/分，继续搅拌5 min；（4）转速0转/分钟，沉淀15min6) 用量筒量取环节（3）计算的混凝剂量，迅速加入

8、沉淀桶中。7) 启动搅拌仪，按照设定程序运营。8) 程序结束后，用乳胶管吸取每个沉淀桶中上清液50100mL。9) 用浊度仪测定上清液浊度，并进行记录。5成果与讨论以投药量为横坐标，上清液浊度为纵坐标绘制不同混凝剂混凝沉淀图，从图中求出最低浊度时混凝的投加量。若无此点，则变化加药量继续实验，或得出结论：该种水运用此种混凝剂进行混凝沉淀无法满足规定。注意事项：混凝涉及混合与凝聚，混合过程（即混凝剂刚加入水中的混合过程）规定迅速，之后则要不断减慢速度，使脱稳胶体粒子互相凝聚。混合过程大概要在12分钟内完毕，而凝聚过程则大概需要2030分钟，沉淀过程则大概需要1个小时。实验室烧杯实验可合适缩短实验时

9、间。6思考题1.选择混凝剂种类及拟定其投加量时应考虑哪些因素？2.混凝操作过程中应注意哪些问题？实验二 过滤解决实验1实验目的通过过滤实验，理解砂滤池的过滤特性。2实验原理自然界水中的胶体颗粒，由于其颗粒尺寸较小，常悬浮在水中，形成悬浊液或浑浊液。通过混凝沉淀的措施虽然可以清除大部分悬浮胶体，但由于沉淀时间不是很长，并非所有的胶体颗粒都能从水中清除，少部分细小的胶体颗粒仍然存在于水中，使水产生浑浊度。饮用水原则规定，水的浊度应不不小于1度（NTU），然而通过混凝沉淀解决，其出水最多只能达到35度，因此，需要通过过滤的措施进一步减少水的浊度。目前水解决中常用的过滤措施是运用颗粒滤料（如石英砂）构

10、成过滤床，当水通过滤床时，水中杂质被滤床截留，水得到澄清。过滤是运用滤料表面的吸附性将水中脱稳胶体颗粒吸附截留，而并非人们所想象的运用滤料空隙的“筛滤”作用截留悬浮物。由于滤床能截留掉水中比滤料空隙尺寸更小的悬浮物。由于过滤是运用滤料表面的吸附性吸附截留水中的胶体颗粒的，而滤料自身表面带有负电性，因此规定待过滤的水必须是通过混凝解决后的水，如通过混凝沉淀解决后的出水。因此过滤是与混凝分不开的。水解决的常规工艺就是：混凝沉淀过滤。当原水浊度较低时，可将通过混凝后的水直接进行过滤而省去沉淀过程，这就是“直接过滤”过程。过滤效果与滤床性质直接有关。滤床的性质可用滤料材质、滤料直径和滤床深度来描述。目

11、前常用的滤料材质有石英砂、无烟煤、人造陶粒等。根据目前的研究，滤料材质对过滤效果的影响不明显，而滤料颗粒直径与滤床深度对过滤效果影响较大。滤料颗粒越细小，则出水水质越好，但同步所消耗的能量（水头损失）也越大；滤床深度越深，过滤出水水质也越好，过滤周期也越长，但同样所消耗的能量（水头损失）也越大。影响过滤效果的因素除滤床的性质外，尚有水温、原水浊度、混凝条件、滤速（单位面积滤池单位时间内所过滤的水量）等因素有关，其中混凝条件与滤速是重要控制因素。只有通过较好条件的混凝解决，过滤才有明显的效果。滤速对过滤至关重要，在整个过滤过程中，规定滤速基本保持恒定，否则会严重影响出水水质。滤速过小，则单位滤池

12、面积的产水量小，效率低；滤速过大，则过滤周期过短，浊质很容易穿透滤层，甚至不能正常运转。水解决中的常规滤速范畴大概为612m/h。当过滤结束后，要对滤池进行反冲洗，使滤池恢复净水能力，然后再开始下一轮的过滤过程。滤池的反冲洗是运用干净的滤后水反向通过滤床，使滤料膨胀起来，将截留在滤床中的悬浮杂质冲出滤床，使滤料恢复干净。一般的反冲洗时间大概需要1015分钟时间。3 实验仪器和试剂3.1 实验仪器1) 数显浊度仪，2) 多功能实验机1套（涉及过滤柱、水箱等）3) 取样瓶若干3.2 实验试剂1) 混凝剂2) 高岭土4实验环节4.1原水配制事先将100150克高岭土溶入1000mL自来水中，并用磁力

13、搅拌器持续搅拌24小时以上待用。将储水箱中注满自来水，并启动循环搅拌泵，使水循环搅拌。取一定量（约100mL）高龄土溶液，徐徐到入储水箱中，不断循环直至混合均匀。取少量水样测定其浊度，调节原水浊度直达到到所规定的原水浊度为止。4.2混凝剂配制：取一定量的混凝剂，配制约1L左右的10%的混凝剂溶液，待用。4.3过滤操作1) 启动提高泵，调节进水阀，使进水满足过滤流量规定。2) 启动加药泵，调节转速，使其达到规定的加药量。3) 启动出水阀，控制阀门启动度，使其出水流量达到规定值（按滤速规定和滤柱截面积计算过滤流量），开始过滤。4) 记录过滤开始时间。5) 采集出水水样约100mL左右。6) 立即读

14、取各测压管水位，并记录。7) 用浊度仪测定水样浊度，并记录。8) 随时观测出水流量和过滤柱上水位。当出水流量发生变化时，微调出水阀使出水流量保持恒定。当滤层上水位下降过多时，及时调节进水阀，使其保持较高的水位。9) 间隔一段时间，反复环节（5）（7），直到过滤结束。当过滤出水浊度超过3NTU，或当出水阀已开至最大，但过滤流量仍下降到规定流量的80%时即可结束过滤。10) 不定期测量出水温度。11) 过滤刚开始的30分钟至1小时内，由于出水浊度变化较大，可每间隔10分钟取样1次，之后当出水稳定后，则可每间隔30分钟取样1次。当出水浊度明显上升时，阐明浊质即将穿透滤层，此时可每间隔10分钟取样1次

15、，直至过滤结束。12) 关闭加药泵，关闭提高泵，结束过滤。13) 过滤结束后，用自来水反冲洗滤柱20分钟以上，直至出水干净为止。反冲洗强度以滤层所有膨胀起来为准。5成果与讨论以过滤时间为横坐标，出水浊度为纵坐标绘制出水浊度曲线图。绘制1NTU的水平线，与出水浊度曲线交汇于两点A和B，此两点间的时间间隔即为有效过滤时间。有效过滤时间与过滤流量的乘积即为周期产水量。注意事项1) 出水水质对滤速的变动很敏感，因此在调节出水阀时一定要缓慢，否则出水浊度波动很大；2) 当主水箱中的水快用完时，启动循环泵将备用水箱中已配好的原水打入主水箱，再在副水箱中配制与原水相似浊度的水待用。6思考题1.随着过滤时间的

16、推移，过滤水头损失是如何变化的？2.随着过滤时间的推移，出水浊度是如何变化？3.过滤操作在什么状况下必须对滤柱进行反冲洗？实验三 曝气生物滤池解决含氨氮废水实验1实验目的1加深对生物硝化反映影响因素的理解。2理解贝壳填料曝气生物滤池的硝化反映特性。2实验原理生物硝化作用是指在亚硝化菌及硝化菌的作用下，NH4+被氧化生成NO2- 和NO3-的过程，反映式为：硝化反映对环境变化因素比较敏感，温度范畴为540 ，最适温度为30 ，但当低于15 时，反映速率迅速下降。一般觉得水中BOD5低于29mg/L时不影响硝化反映。曝气生物滤池是在生物滤池解决装置中设立填料，通过人为供氧，使填料上生长大量的微生物

17、。由于反映池内污泥浓度高，解决设施紧凑，可大大节省占地面积，减少反映时间。作为生物膜法的新发展，曝气生物滤池与老式污水解决技术相比，它具有解决效率高，占地面积小，基建及运营费用低，管理以便和抗冲击负荷能力强等特点；同步，由于其较活性污泥法更适于硝化细菌的生长，特别是在低pH下较活性污泥仍具有硝化性能，广泛用于含氮废水解决。3 实验仪器和试剂3.1实验装置实验装置如下图所示：主体装置为直径75 mm，高1 m的有机玻璃管，装置内重填1 m高的牡蛎壳（平均尺寸为1 cm3 cm，孔隙率为93%，质量为2.4 kg），柱底部设有2 mm直径的多孔板用于布水和布气；好氧柱底设有曝气头，用增氧机曝气时使

18、柱子DO不小于4 mg/L。图1 曝气生物滤池实验装置图溢流出水贝壳填料进水蠕动泵出水贝壳填料曝气头增氧机增氧机原水桶蠕动泵3.1 实验仪器1) 紫外可见光分光光度计2) pH计3) 蠕动泵4) 50 mL比色管若干5) 50 mL塑料取样瓶若干6) 比色管架两个7) 1 mL，2 mL，5 mL，10 mL移液管各一种8) 5000 mL量杯两个；9) 60升塑料水桶一种3.2 实验试剂无氨水：可用一般纯水通过强酸性阳离子互换树脂或加硫酸和高锰酸钾后，重蒸馏得到。本次实验使用去离子水替代无氨水。铵原则储藏溶液：称取3.819 g经100 干燥过的氯化铵（NH4Cl）溶于水中，移入1000 m

19、L容量瓶，稀释至标线。此溶液每毫升含1.00 mg氨氮。铵原则使用溶液：移取5.00 mL铵原则储藏溶液与500 mL容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含0.010 mg氨氮。酒石酸钾钠溶液：称取50 g酒石酸钾钠（KNaC4HCO64H2O）溶于100 mL水中，加热煮沸以出去氨，放冷，定容至100 mL。纳氏试剂：称取16 g氢氧化钠，溶于50 mL水中，充足冷却至室温。另称取7 g碘化钾和碘化汞（HgI2）溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中。用水稀释至100 mL，贮于聚乙烯瓶中，密封保存。原水：为人工配制模拟废水，水质近似于污水厂二级解决出水，即COD为25 mg/

20、L，NH4-H为15 mg/L，PO43-P为10 mg/L，具体构成见下表：表1 原水构成表成分浓度 mg/L（NH4）2SO470KH2PO444MgSO47H2O75NaCl50NaHCO350葡萄糖50具体配制措施（每50L水）：葡萄糖13 g，硫酸铵7 g，磷酸二氢钾2 g，氯化钠1.5 g，硫酸镁1.5 g，碳酸氢钠1.5 g。用稀盐酸将pH调为5.5 g。4实验环节4.1挂膜启动过程：采用海产养殖厂废弃的牡蛎壳，清洗除去其表面的泥土与色斑后烘干后装入反映装置，牡蛎壳填料层的孔隙率为93（质量为2.4 kg），将水力停留时间设定为8小时，持续通入原水约四周，当出水COD及氨氮浓度基

21、本稳定期，即觉得自然完毕挂膜。（由实验员负责）4.2定期1或2分钟，用量筒测量出水速度。用米尺测量柱子的体积，计算水力停留时间（假设为空柱）。4.3测定pH值：在稳定运营条件下，分别从原水桶及装置的上部（玻璃管）取样，测定水样中pH值。4.4纳氏试剂测定氨氮含量（具体操作见后续附录）水样过滤，保存，采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮的浓度。5成果与讨论分别作出氨氮的浓度和pH值的时间变化关系图。对氨氮浓度与pH值的时间变化趋势进行分析。6思考题1）采用生物膜法解决氨氮的重要长处。2）用贝壳作为曝气生物滤池的填料进行硝化反映的重要长处。附：水中氨氮的测定（纳氏试剂比色法） 一、原理碘化汞和碘化钾的碱

22、性溶液与氨反映生成淡黄棕色胶态化合物，其色度与氨氮含量成正比，一般可在波长410425nm范畴内测其吸光度，计算其含量。本法最低检出浓度为0.025mg/L（光度法），测定上限为2mg/L。二、仪器1) 500mL全玻璃蒸馏器 。2) 50mL具塞比色管。3) 分光光度计。4) pH计。5) 100mL容量瓶3个，500mL容量瓶1个，1000mL容量瓶4个三、试剂配制试剂用水均应为无氨水。1无氨水：可用一般纯水通过强酸性阳离子互换树脂或加硫酸和高锰酸钾后，重蒸馏得到。21mol/L氢氧化钠溶液。3吸取液：硼酸溶液：称取20g硼酸溶于水中，稀释至1L。0.01mol/L硫酸溶液。4纳氏试剂：称

23、取16g氢氧化钠，溶于50mL水中，充足冷却至室温。另称取7g碘化钾和10g碘化汞(HgI2)溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中。用水稀释至100mL，贮于聚乙烯瓶中，密塞保存。5酒石酸钾钠溶液：称取50g酒石酸钾钠(KNaC4H4O64H2O)溶于100mL水中，加热煮沸以除去氨，放冷，定容至100mL。6铵原则储藏溶液：称取3.819g经100干燥过的氯化铵(NH4Cl)溶于水中，移入1000mL容量瓶中，稀释至标线。此溶液每毫升含1.00mg氨氮。7铵原则使用溶液：移取5.00mL铵原则储藏液于500mL容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含0.010mg氨氮。四、测定

24、环节1水样预解决：无色澄清的水样可直接测定；色度、浑浊度较高和含干扰物质较多的水样，需通过蒸馏或混凝沉淀等预解决环节。2原则曲线的绘制：吸取 0 、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0mL铵原则使用液于50mL比色管中，加水至标线，加1.0mL酒石酸钾钠溶液，混匀。加1.5mL纳氏试剂，混匀。放置10min后，在波长420nm处，用光程10mm比色皿，以水为参比，测定吸光度。由测得的吸光度，减去零浓度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量（mg）对校正吸光度的原则曲线。3水样的测定：分取适量的水样（使氨氮含量不超过0.1mg），加入50mL比色管中，稀释至标线，

25、加1.0mL酒石酸钾钠溶液（经蒸馏预解决过的水样，水样及原则管中均不加此试剂），混匀，加1.5mL的纳氏试剂，混匀，放置10min。4空白实验：以无氨水替代水样，作全程序空白测定。五、计算由水样测得的吸光度减去空白实验的吸光度后，从原则曲线上查得氨氮含量（mg）。 氨氮(N,mg/L)=m1000/V式中：m由校准曲线查得样品管的氨氮含量（mg）； V水样体积（mL）。注意事项1、纳氏试剂中碘化汞与碘化钾的比例，对显色反映的敏捷度有较大影响。静置后生成的沉淀应除去。2、滤纸中常含痕量铵盐，使用时注意用无氨水洗涤。所用玻璃器皿应避免实验室空气中氨的沾污。实验四 膜生物反映器解决垃圾渗滤液实验1实

26、验目的1. 理解活性污泥对垃圾渗滤液的降解原理和膜生物反映器的基本工作原理。 2. 通过考察好氧条件下膜生物反映器对氨氮的清除特性，加深对膜生物反映器解决垃圾渗滤液工艺的理解。2实验原理2.1 MBR法MBR法是生物解决技术和膜分离技术有机结合的新型废水技术。与老式废水生物解决技术相比，该法不仅便于自控，并且能充足运用膜的高效分离作用取代老式工艺中的二沉池，从而提高反映器中的生物浓度，使增长泥龄、减少剩余污泥、可完全清除悬浮固体及病菌，使出水水质明显改善，具体特点可归纳为：（1）能高效地进行固液分离，其分离效果比老式的沉淀池要好，且占地少，通过膜分离装置所获得的水质好并且稳定，可以直接回用；（

27、2）使生物反映器能保持高浓度的微生物。膜分离装置能制止高分子量的有机物和悬浮物向系统外流失，使参与反映的微生物完全保持在生物反映器内，这对于截留世代期较长的微生物特别有利，如硝化细菌在反映器中的停留时间，有助于提高硝化效果；（3）膜可以阻留许多分解速度较慢的大分子难降解物质，通过延长其停留时间而提高对它的降解效率；（4）剩余污泥产量小，污泥解决费用少；（5）易于实现自动化，操作管理以便。2.2硝化反映原理硝化反映是好氧条件下，在亚硝酸菌（Nitrosomonas）和硝酸菌（Nitrobacters）两类菌的协同下，NH4+被氧化为NO2-和NO3-的过程，这两类菌属化能自养型微生物，以无机碳做

28、碳源，反映如下：2NH4+3O2 Nitrosomonas 2NO2- + 4H+ +2H2O +352 KJ 2NH2- + O2 Nitrobacters 2NO3- + 75 KJ总反映式为： 2NH4+ O2 硝化细菌 2NO3- + 4H+ +2H2O +427 KJ硝化反映对环境变化因素比较敏感，温度范畴为540，最适温度为30，但当低于15时，反映速率迅速下降。一般觉得水中BOD5低于20mg/L时不影响硝化反映。硝化菌生长世代时间长，为了保持解决系统中硝化菌群的比例，就必须保证足够的SRT，SRT被觉得是控制硝化作用的重要参数之一。硝化反映对DO具有较高的规定，DO应保持在1.

29、52mg/L以上，最佳pH值为8.4，当pH值在7.88.9范畴时，为最佳速度的90%。2.3MBR法解决垃圾渗滤液的长处膜生物反映器MBR由于膜的高效截留作用，使得微生物完全截留在反映器内，有助于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统硝化效率得以提高，对有机物的清除效率要高得多。因此用膜生物反映器来解决垃圾渗滤液，不仅能增大毒性有机物降解菌的降解速度、并且能高浓度的保持驯化硝化污泥，从而提高硝化菌的适应染物克制的能力, 合用于对含高浓度氨氮垃圾渗滤液的氨氮解决。3 实验仪器和试剂3.1装置与流程实验装置与流程如下图1所示。原水经蠕动泵从反映槽的底部进入，槽内下设多孔散气管，中间插入有机平

30、板膜片（日本KUBOTA公司制，尺寸为0.3030.212m2，表面积为0.1285 m2，孔径为0.10.4m，额定通量0.4 m3/ m2.d），膜出水经蠕动泵吸出。图1 实验装置与流程图具体操作条件见下表表1 膜生物反映器操作条件有效反映容积9 L溶解氧（DO）2.03.0 mg/LpH值6.08.0温度2030 膜出水通量0.10.3 m3/m2.dMLSS（污泥浓度）3.0 4.5 g/L水力停留时间（HRT）24 h3.1 实验仪器 紫外可见分光光度计 pH计 溶解氧测定仪 50 mL塑料取样瓶若干 50 mL比色瓶若干 50 L塑料水桶1 个 玻璃漏斗1 个 电子天平3.2 实验

31、试剂 葡萄糖粉末 硫酸铵粉末 磷酸二氢钾溶液，50 mg/L 氯化钠溶液，50 mg/L 硫酸镁溶液，75 mg/L 纳氏试剂 酒石酸钾钠4实验环节1）驯化污泥：从污水解决厂取来污泥，配制人工模拟垃圾渗滤液废水，安装好MBR反映系统。循环进水驯化污泥，3天换水一次，驯化1-2周。（实验员完毕）2）原水配制：称量0.1 g葡萄糖及0.2 g硫酸铵粉末溶解于1 L水中，倒入5L塑料水桶，再取200 mL配制好的磷酸二氢钾、氯化钠、硫酸镁混合溶液于塑料水桶里，混合均匀。2）定容：将配制原水加入MBR装置中，加9L自来水，定容至10L。3）解决废水，取样测定：打开电源，开始反映，原水曝气5 min后取

32、原水样，测溶解氧、pH值、氨氮含量。分别在曝气30 min、60 min、120 min、180 min时取原水样及出水样各5 mL，过滤后稀释合适倍数测pH及氨氮含量。曝气180 min所得水样加测溶解氧值。4）测定氨氮浓度：用定性滤纸将水样过滤，用纳氏试剂分光光度法测定氨氮的浓度。5）原则曲线的绘制：吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、10.0 mL铵原则使用液于50 mL比色管中，加去离子水至标线，加1.00 mL酒石酸钾钠溶液，混匀。加1.50 mL纳氏试剂混匀，放置10 min。在波长420 nm处，用光程为10 mm比色皿，以去离子水做参比，测定吸光值。5成果

33、与讨论1）分别作出氨氮的浓度和pH值随时间的变化关系图。2）讨论初始pH值对氨氮清除效果的影响状况。6思考题1）垃圾渗滤液的水质特性。2）MBR与老式活性污泥法的异同。3）分析MBR解决废水影响影响。实验五 电解法解决人工模拟印染废水实验1实验目的1.理解电解法解决印染废水的基本原理。2.学会组装电解法解决装置及其操作。3.通过考察不同电解电压及电极板间的距离条件下, 电解池中的色度变化状况，初步探讨影响电解法解决效果的重要因素。2实验原理解法解决废水重要是借助外加电流的作用产生一系列化学反映（涉及电凝聚、电气浮和电氧化等），使废水中的有害杂质以转化的形式而被清除。采用不同的电极材料，发生不同

34、电化学反映。当采用惰性电极做阳极时，水溶液在阳极产生OH-而放电产生新生态的氧；与此同步，在阴极产生氢离子，放电产生新生态的氢。新生态的氧和氢具有很强的氧化还原能力。当采用可溶性阳极（如铝、铁等）时，可溶出Fe、Al等离子。这些离子比投加的混凝剂更为活泼，可发生电凝聚作用，而清除水中的有机、无机杂质。本实验中采用的是可溶性阳极（铁板电极）的电解装置，在阴、阳两极的附近重要以电凝聚为主，同步也发生电气浮和氧化还原过程，其反映式可表述如下： 当电能供应充足时，染料与从阳极电解写来的高活性的凝聚剂相结合，并通过H2的漂浮作用而得以清除，由此产生色度减少和COD减少的净化效果。3 实验仪器3.1实验装

35、置VA+-220V稳压电源磁力搅拌器电解槽电极板磁子（电解槽尺寸：71220cm；电极板尺寸：415cm）图1 电解实验装置图3.2实验仪器 分光光度计 直流稳压电源 ACO系列电磁式空气泵 有机玻璃电解槽 电极板（碳棒、铁板等）5对 计时器 25mL比色管18只 比色管架 2mL、5mL移液管 50mL、500mL量筒 1000mL容量瓶1个 5L塑料容器1个3.3实验试剂1g/L活性红3BS染料1g/L NaCl溶液4实验环节,5实验成果与讨论1. 绘出在不同电解质浓度下，脱色率与电解时间的关系图。2. 绘出在不同电压下，脱色率与电解时间的关系图。3. 绘出在不同极板间距下，脱色率与电解时

36、间的关系图4. 对所得的曲线进行分析和讨论。6思考题1. 用电解法解决染料废水时，是不是电解电压越大，染料脱色效果越好，为什么？2. 简述影响电解法解决效果的重要因素及对策。3. 简述电解法解决印染废水优缺陷。实验六 厌氧生物滤池对偶氮染料的降解实验1实验目的1）结识印染、染料废水生物降解原理及生物滤池的工作原理。2）理解不同进水条件对染料脱色效果的影响。2实验原理染料是能使其她物质获得鲜明而坚实颜色的有机物。按化学构造可分为：偶氮染料、蒽醌染料、靛旋染料、硫化染料、菁染料、三芳基甲烷染料及具有杂环构造的染料。其中，分子中具有偶氮基(-N=N-)的染料统称为偶氮染料，是染料中使用最多的一类，占

37、50%以上。细菌和藻类对偶氮染料的脱色机理：部分细菌和藻类能在厌氧或缺氧条件下产生偶氮还原酶，偶氮化合物分子一方面被偶氮还原酶还原，偶氮双键(-N=N-)断裂，产生芳香胺类化合物，此时染料的颜色即被清除。大多数对染料有降解能力的微生物在厌氧或缺氧条件下对染料有较好的降解效果，且还需有合适的pH值、外加碳源等条件， pH为中性，有外加碳源的条件有助于获得较好的脱色效果。3实验仪器和试剂3.1实验装置图1 生物滤池装置图实验装置与流程如图1所示。装置主体用有机玻璃制成，涉及两个厌氧生物滤池，分别称为A柱和B柱，其内径均为0.1 m，高1m，内装火山碎石填料（平均投影粒径约为5mm，密度约为kgm-

38、3），A柱接种高效脱色菌CK-3柯氏柠檬酸杆菌（Citrobacter sp. CK3），B柱填充活性污泥，层高均为0.4m，填料容积均为2.5L，HRT均为4h。3.2实验仪器（1）紫外可见光分光光度计 （2） 蠕动泵 （3）pH计 （4）离心机（5）50 mL塑料取样瓶10 个 （6）50mL比色管10个（7）250mL锥形瓶3.3实验试剂染料：活性红3BS（C.I. Reactive red 195），分子式：C31H19ClN7O19S6.5Na，特性波长max541nm，分子构造式为：图2 活性红3BS构造式 染料废水构成：采用自来水配制人工合成染料废水，用HCl和NaOH溶液条件p

39、H值，具体成分见下表：表1 人工合成染料废水成分表成分浓度/gL-1KH2PO43.000NH4Cl0.500NaCl0.500CaCl22H2O0.004MgSO40.120葡萄糖4.000染料0.050 菌种：Citrobacter sp. CK3（CK3 柯氏柠檬酸杆菌）。4.实验环节1）A柱和B柱厌氧生物滤池的挂膜：将100mL菌液以及适量染料废水注入缺氧滤池内，浸没填料，进行扩大培养，以使细菌生长在填料孔隙内。待脱色后，用染料废水内循环进水继续培养。数天后，按正常运营方式持续进水，待缺氧滤池对染料废水的脱色率稳定达到80%以上时，进行持续进水实验;进行持续进水实验。（实验员完毕）2)

40、 持续进染料废水解决48 h后，分别取A柱和B柱出水测定水质指标。分别在废水上升到上中下3个出水口时取样，由于时间关系，本次实验仅进行中下两个出水口的水质测定。水样测定pH值后，经离心机在5000 rpm离心15分钟，经0.45m微孔滤膜过滤，以自来水为参比，用分光光度计在波长541 nm处测定其上清液吸光值。计算脱色率。脱色率由下式计算：式中：脱色率； A0原水吸光值； Ai出水吸光值；5.实验成果与讨论比较两柱对染料废水脱色率的不同分析废水中颗粒物对色度测定的影响6.思考题1应用生物解决废水有哪些长处？2. 比较厌氧生物解决和好氧生物解决的优缺陷2pH对染料废水脱色率的影响及其因素？实验七

41、 活性炭解决印染废水实验1实验目的1）理解活性炭吸附印染废水的基本原理。2）通过考察不同实验条件下，脱色率的变化状况，初步探讨影响活性炭解决染料废水的重要因素，并且拟定最优的吸附条件。 2实验原理吸附分离操作是通过多孔固体物料与某一混合组分体系接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。被吸附到固体表面的组分称为吸附质，吸附吸附质的多孔固体称为吸附剂。吸附质附着到吸附剂表面的过程称为吸附，而吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相中的过程称为解吸。通过解吸，吸附剂的吸附能力得到恢复，故解吸也称为吸附剂的再生。 作为被分离对象的体系可以是气相，也可以是液相，因此吸

42、附过程是发生在“气一固”或“液一固”体系的非均相界面上。常用吸附剂的具有如下重要特性：吸附容量大，选择性强，稳定性好，合适的物理特性，价廉易得。常用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、沸石分子筛、炭分子筛、活性炭纤维、金属吸附剂和多种专用吸附剂等。活性炭是一种很细小的炭粒,有很大的表面积,并且炭粒中尚有更细小的孔-毛细管.这种毛细管具有很强的吸附能力,由于炭粒的表面积很大,因此能与杂质充足接触,当这些杂质遇到毛细管就被吸附,起净化作用。活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说，活性炭颗粒越小，过滤面积就越大。因此，粉末状的活性炭总面积最大，吸附效果最佳，但粉末状的活性炭很容易随水流入水族箱

43、中，难以控制，很少采用。颗粒状的活性炭因颗粒成形不易流动，水中有机物等杂质在活性炭过滤层中也不易阻塞，其吸附能力强，携带更换以便。工艺上采用多孔的活性炭粉末或颗粒与废水混合,或采用废水通过其颗粒状物质构成的滤床,使废水中染料单体等污染物质吸附于多孔颗粒物表面而清除。活性炭是疏水性的物质、它最合适从极性溶媒，特别是水溶液中吸附非极性物质。吸附芳香族化合物的能力不小于无环化合物。本实验中采用染料废水作为吸附质，重要运用活性炭与染料溶液接触，运用活性炭表面活性，将染料废水中的有机物和金属离子吸附并浓集于其表面，进而进入其多孔构造，最后达到色度减少的净化效果。3实验仪器和试剂3.1 实验仪器 紫外可见

44、分光光度计 pH计大容量全温恒温摇床 抽滤系统（抽滤器、抽滤瓶）电子天平 0.45 m滤膜若干 250 mL锥形瓶15个 50 mL比色管25 个3.2实验试剂 染料储藏液，1 g/L 活性炭1 mol/L的HCl溶液1 mol/L的NaOH溶液4.实验环节1）配制染料，配制色度约为1g/L的染料储藏液。2）拟定活性炭使用最佳量。用储藏液配制50mg/L的染料溶液500mL， 移取50mL于250mL锥形瓶中，分别投加0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6g活性炭于各瓶中，于25、150rpm下反映40min，通过滤后，取上层清液于最大吸取波长处测定吸光值。3）pH影响。用储藏液配

45、制50mg/L的染料溶液250mL，分别移取50.00mL溶液于250mL锥形瓶中，用1mol/L的HCl和1mol/L的NaOH将染料溶液的pH分别调节为5、8和10，随后按照环节2）得出的最佳投加量投入活性炭，于25、150rpm下反映40min，通过滤后，取上层清液于最大吸取波长处测定吸光值。4）染料浓度影响。用储藏液配制浓度为25mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L和400mg/L的染料废水50.00mL，置于250ml锥形瓶中，按照环节2）得出的最佳投加量投入活性炭，于25、150rpm下反映40min，通过滤后，取上层清液于最大吸取波长处测定吸光值。5.实验成果与

46、讨论1） 绘制不同活性炭投加量与脱色率的关系图，得出活性炭投加量的最佳值。2）绘制不同pH值与脱色率的关系图，分析最佳pH值。3）绘制不同染料浓度与脱色率关系图，分析最佳染料浓度。6.思考题1. 运用活性炭解决染料废水时，最佳投加量应如何拟定？实验所选pH值有何道理？2. 活性炭吸附原理及特点。3.简述活性炭解决染料废水时，影响脱色效果的重要因素以及对策。实验八 离子互换法解决硬水1实验目的1）理解用离子互换法解决硬水原理和措施；2）理解离子互换树脂的一般使用措施；3）掌握测定水的硬度的措施2实验原理水总硬度是指水中Ca2+、Mg2+的总量，它涉及临时硬度和永久硬度。水中Ca2+、Mg2+以酸

47、式碳酸盐形式的部分，因其遇热即形成碳酸盐沉淀而被除去，故称为临时硬度；而以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在的部分，因其性质比较稳定，故称为永久硬度。硬度又分为钙硬和镁硬，钙硬是由Ca2+引起的，镁硬是由Mg2+引起的。根据水的总硬度值大体划分，总硬度0-30ppm称为软水，总硬度60ppm以上称为硬水，高品质的饮用水不超过25ppm，高品质的软水总硬度在10ppm如下。水硬度是表达水质的一种重要指标，对工业用水关系很大。水硬度是形成锅垢和影响产品质量的重要因素。因此，水的总硬度即水中钙、镁总量的测定，为拟定用水质量和进行水的解决提供根据。在环境工程领域，可以用离子互换软化水。常用的离子互换树脂

48、是人工合成的固态、球状高分子聚合物，具有活性基团，并能与其他物质的离子进行选择性的离子互换反映。具有酸性基团而能与其他物质互换阳离子的称为阳离子互换树脂。具有碱性基团而能与其他物质互换阴离子的称为阴离子互换树脂。本实验用强酸型阳离子互换树脂（用RSO3H表达）解决硬水，接触的界面发生可逆离子互换互换，互换反映为： 2RSO3H + Ca2+ (RSO3)2Ca + 2H+ （1）由于水中的钙离子被离子互换树脂置换，从而达到清除水中硬度的目的。离子互换反映是可逆的，上述反映不断消耗RSO3H树脂，当树脂饱和后，可用一定浓度的酸再生树脂，互换反映为：(RSO3)2Ca + 2H 2RSO3H +

49、Ca2+ （2）3实验仪器和试剂3.1 实验仪器多功能实验机过滤实验装置5 L量杯两个取样瓶若干个50 mL酸式滴定管1个2mL、10mL移液管250 mL锥形瓶若干个3.2 实验试剂去离子水EDTA钠盐固体钙批示剂氢氧化钠溶液4.实验环节4.1原水配制1）事先将约250克CaCl2溶入1000mL自来水中，并用磁力搅拌器持续搅拌均匀待用；2）将储水箱中注满自来水，并启动循环搅拌泵，使水循环搅拌。取一定量溶液，徐徐到入储水箱中，不断循环直至混合均匀。取少量水样测定其硬度，调节原水硬度达到所规定的原水硬度为止。4.2过滤操作1) 启动调节进水阀和出水阀，使进水和出水达到平衡，并且满足过滤流量规定

50、；记录开始时间。2) 采集出水水样约100mL左右，并测定其硬度。3) 随时观测出水流量和过滤柱上水位。当出水流量发生变化时，微调出水阀使出水流量保持恒定。当滤层上水位下降过多时，及时调节进水阀，使其保持较高的水位；4) 间隔一段时间，反复环节（2）（6），直到解决过程结束。当出水硬度明显上升时，即可结束实验。5) 过滤刚开始的10分钟内，由于出水硬度变化较大，可每间隔5分钟取样1次，之后当出水稳定后，则可每间隔20分钟取样1次。当出水硬度开始上升时，阐明离子互换树脂上的离子即将所有被互换，此时可每间隔10分钟取样1次，直至实验结束。6) 离子互换结束后，用品有大量NaCl的自来水活化离子互换

51、树脂约30分钟。7) 用自来水反冲洗滤柱20分钟以上，直至出水干净为止。反冲洗强度以互换树脂所有膨胀起来为准。 4.3测定硬度（见附录）5.实验成果与讨论通过时间与水硬度作图，得出水的硬度与时间的关系图6.思考题1. 离子互换法软化水的原理2.如果水中存在大量的铁离子，能不能直接用强酸型离子互换树脂解决水，达到减少水的硬度的目的?附：水的硬度测定一、实验目的 1. 掌握配位滴定法测定水中钙、镁的原理和措施；2. 掌握 EDTA 原则溶液的配制；3. 熟悉铬黑 T 和钙批示剂的使用及其终点颜色变化。二、实验原理测定水的硬度，即为测定水中的Ca、Mg 含量。配位滴定期，一方面发生金属离子与批示剂间

52、的反映，然后，滴加配合剂，并夺取已与批示剂结合的金属离子，同步释放出批示剂。反映式如下： M + In = MIn 金属离子 批示剂 配合物 MIn + EDTA = M-EDTA + In pH=10 时，以铬黑 T 作批示剂, 测定 Ca2+、 Mg2+ 总量, 配合物稳定性大小顺序为: Ca-EDTA Mg-EDTA MgIn CaIn , 加入铬黑 T 后, 一方面与 Mg2+ 结合, 生成稳定的酒红色配合物, 当滴入 EDTA 则先与游离 Ca2+ 配位, 再与游离 Mg2+ 作用, 最后夺取与铬黑 T 配位的 Mg2+, 使批示剂释放出来, 溶液由酒红色变为纯兰色（批示剂颜色）则为

53、终点。pH=12, 测定 Ca2+ 含量, 此时 Mg2+ 以 Mg(OH)2 沉淀形式存在不干扰测定, 钙批示剂与 Ca2+ 结合成红色配合物, 滴入 EDTA 后, 先与游离 Ca2+ 作用, 再进一步夺取与钙批示剂配位的 Ca2+ 使溶液由红色变为纯兰色（批示剂颜色）。三、实验用品1. 仪器分析天平，酸式滴定管，移液管。2. 试剂pH=10的缓冲溶液，10% NaOH溶液，固体EDTA，铬黑T批示剂，钙批示剂。四、实验环节1. EDTA 原则溶液的配制( 二人合用 )。称取约0.240.26g 左右的EDTA二钠盐，加约100 mL 热水溶解，冷却后，转移至250ml容量瓶，定容摇匀。2

54、. 水中 Ca、 Mg 总量的测定用移液管吸取 40mL 自来水于锥形瓶中，加 5mL pH=10 的缓冲溶液, 加少量铬黑 T 批示剂，摇匀, 用 EDTA 标液滴定至终点（从酒红色纯兰色）, 记录 EDTA 体积 Vl 。（反复一次）3. 水中 Ca 的含量测定用移液管吸取水样 40mL 于锥形瓶中, 加 3mL 10% Na0H, 加钙批示剂少量，摇匀, 用 EDTA 原则溶液滴定至终点（从酒红色纯兰色）, 记录 EDTA 体积 V2 （反复一次）。有关计算式为： (mol/L) = 水的总硬度 实验九 包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附实验1实验目的1）理解包埋固定化凝胶小球的制作措

55、施及其对污染物的解决原理；2）结识包埋固定化凝胶小球对废水中染料的吸附特性。2实验原理包埋法是一种常用的微生物细胞固定化技术，它是将微生物封闭在天然高分子多糖类或合成高分子凝胶中，从而使微生物固定化。它具有如下长处：避免微生物流失、反映器中可以达到较高的微生物浓度、抗毒物和冲击负荷、沉降性能好、有助于固液分离。PVA(聚乙烯醇)硼酸包埋固定化法是包埋法中研究较多的一种，相比其他包埋固定化法它具有机械强度高、耐曝气强度高、耐生物分解性好、成本低，使用寿命长等优势。PVA加热后溶于水，在其水溶液中加入添加剂后发生化学反映形成凝胶，常用的添加剂有硼酸和硼砂；或在低温下(-10)冷冻形成凝胶，从而将微

56、生物包埋固定在凝胶网络中。PVA是一种高粘性物质，并且PVA与硼酸应反较慢，滴下时间相差不大的两液滴相碰时会粘结在一起，并逐渐溶合成一团，即PVA颗粒有非常强的附聚倾向，使PVA凝胶成球困难。PVA与硼酸进行反映固定期，硼酸上的三个羟基只部分地进行了反映，反映后形成的高聚物凝胶上还残留有亲水性的-OH，使得固定化颗粒在应用中存在很大的水溶胀性，随着使用时间的增长，强度大大削弱，在实际应用中极为不利。大量研究表白，在PVA硼酸交联过程中引入少量的海藻酸钠可较好的解决PVA颗粒的附聚问题，增强PVA凝胶的成球能力；在包埋剂中添加适量的活性炭、CaCO3、Ca(OH)2粉末、铁粉、SiO2粉末作为添

57、加剂，可以提高固定化颗粒的强度。这些对PVA凝胶小球的性质进行改善的措施称为改善的PVA硼酸包埋固定化法。包埋了微生物的PVA硼酸凝胶小球用于废水解决时，对废水中污染物质的清除涉及了凝胶小球自身的吸附作用以及包埋在其中的微生物的降解作用。由于凝胶小球自身的特殊性质，废水中的污染物质可以向凝胶小球中进行扩散传递，使小球体现出一定的吸附性能。本实验采用改善PVA硼酸包埋法，制作不包埋任何微生物的凝胶小球，考察其对模拟废水中颜料的吸附效果并绘制吸附等温线。凝胶小球在使用一段时间后由于其溶解产生胶体，对水中氨氮的测定会产生影响，故绘制出水浊度曲线，并将浊度曲线与吸附等温线进行对比，摸索出水浊度与小球吸

58、附量之间的关系。3实验仪器和试剂3.1实验仪器数显浊度仪紫外分光光度计大容量全温恒温摇床砂芯抽滤装置及0.45m微孔滤膜电子天平大小烧杯若干、100mL量筒、玻璃棒250mL锥形瓶8个比色管若干3.2实验试剂染料：活性红3BS（C.I. Reactive red 195），分子式：C31H19ClN7O19S6.5Na，特性波长max541nm，分子构造式为：图1 活性红3BS构造式PVA硼酸凝胶小球的制备（实验室已制备）包埋剂的配制：称取一定质量的PVA、海藻酸钠溶解于90的蒸馏水中，使PVA和海藻酸钠的最后浓度分别为10%(W/V)和1%(W/V)，待完全溶解后使其冷却至室温。交联剂的配制

59、：将3%(W/V) 的CaCl2溶解于饱和硼酸溶液中，降温至4。固定化：用注射器将混合均匀的包埋剂从10cm的高处滴入交联剂中，交联剂用磁力搅拌器搅拌。包埋剂与交联剂交联形成直径为3mm左右的小球。将固定化小球浸没在交联剂中储存于4的冰箱内继续硬化24小时。染料溶液构成：采用自来水配制，浓度为20mg/L。4.实验环节染料溶液的配制：取20mg染料粉末于烧杯中，加入1L自来水，搅拌均匀，配制成20mg/L的染料溶液待用。样品的配制：向已编号的8个250mL锥形瓶中分别加入10gPVA-硼酸硅胶小球和中配100mL20mg/L染料溶液，并立即将锥形瓶放入恒温培养床中，恒温25、30r/min的条

60、件下振荡。浊度的测定：每隔一段时间取出一种锥形瓶，测定浊度。（先取蒸馏水于浊度仪的管中，调零，再换原则液校正。取少量水样于管中测定浊度，待显示稳定后，读取水样浊度值。）吸光值的测定：水样经0.45m的微孔滤膜过滤后在波长541nm处测定吸光值，并记录。序号反映时间/min吸光值浊度11023036049051206150718082405.实验成果与讨论经4小时振荡后，绘制凝胶小球对染料的吸附等温线和出水浊度曲线，估算凝胶小球对染料的吸附容量。讨论凝胶小球对染料的吸附特点及与水溶液浊度的关系。6.思考题1. 凝胶小球对染料的吸附与活性炭吸附有何异同？2. 浊度的增长与凝胶小球的性质及其吸附容量之间有如何的联系？