环境工程综合实验

环境工程综合实验摘要：本实验涵盖了环境工程多个领域的关键内容，通过一系列实验操作与数据分析，旨在让学生深入理解环境工程原理与技术，掌握相关实验技能，培养解决实际环境问题的能力。实验内容包括水质指标的测定、污水处理工艺模拟、大气污染物监测与分析以及固体废弃物处理与资源化等方面，对提升学生的专业素养和实践能力具有重要意义。一、引言环境工程是一门致力于解决环境问题、保护生态环境的学科。综合实验作为环境工程专业教学的重要环节，能够将理论知识与实际操作相结合，使学生更直观地了解环境工程领域的实际应用。通过参与综合实验，学生可以亲身体验从样品采集、实验分析到结果评价的全过程，提高对环境问题的认识和解决能力，为今后从事环境工程相关工作奠定坚实基础。二、实验目的1.熟悉常见环境工程实验仪器的使用方法和操作流程。2.掌握水质、大气、固体废弃物等环境要素相关指标的测定方法。3.了解污水处理、大气污染控制、固体废弃物处理与资源化等典型环境工程工艺的原理与运行过程。4.培养学生的数据处理与分析能力，能够根据实验结果撰写规范的实验报告。5.增强学生的团队协作精神和创新思维，提高解决实际环境工程问题的综合素质。三、实验仪器与试剂1.实验仪器水质分析仪器：电子天平、酸度计、分光光度计、烘箱、马弗炉、离子色谱仪等。污水处理实验装置：曝气生物滤池、活性污泥反应器、MBR膜生物反应器等。大气污染监测仪器：气相色谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、烟尘采样器、大气采样器等。固体废弃物处理设备：破碎机、筛分机、回转窑等。2.实验试剂水质分析试剂：重铬酸钾、硫酸银、硫酸汞、氢氧化钠、盐酸、邻苯二甲酸氢钾等。污水处理药剂：聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、葡萄糖、磷酸二氢钾等。大气污染监测试剂：各种标准气体、吸收液、显色剂等。固体废弃物处理试剂：浓硫酸、浓硝酸、氢氟酸等。四、实验内容与步骤水质指标的测定1.化学需氧量（COD）的测定原理：在强酸性溶液中，用一定量的重铬酸钾氧化水样中的还原性物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴。根据硫酸亚铁铵溶液的用量计算水样中还原性物质消耗氧的量。步骤准确移取适量水样于锥形瓶中，加入一定量的重铬酸钾标准溶液和硫酸硫酸银溶液，摇匀。连接回流装置，加热回流2h。冷却后，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。同时做空白试验。2.生化需氧量（BOD）的测定原理：水样在有溶解氧的条件下，微生物分解水中有机物的生物化学过程中所消耗的溶解氧量。步骤用虹吸法将水样引入两个溶解氧瓶中，其中一瓶立即测定溶解氧，记为初始溶解氧（DO₁）。另一瓶接种稀释水或接种微生物悬液，使水样中的溶解氧含量约为8mg/L，密封后置于20℃恒温培养箱中培养5天。培养5天后取出，测定溶解氧，记为最终溶解氧（DO₂）。根据公式计算BOD₅。3.氨氮的测定原理：以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，于波长420nm处测量吸光度。步骤取适量水样于比色管中，加入酒石酸钾钠溶液和纳氏试剂，摇匀。放置10min后，于分光光度计上比色测定。绘制标准曲线，根据吸光度计算水样中氨氮的含量。污水处理工艺模拟实验1.曝气生物滤池实验实验装置：由滤池主体、曝气系统、反冲洗系统等组成。原理：在滤池中装填一定粒径的滤料，通过曝气使滤料表面生长生物膜，污水流经滤层时，生物膜中的微生物对污水中的有机物进行降解。步骤启动曝气系统，调节曝气量，使滤池内形成均匀的气液流态。向滤池中注入模拟污水，控制进水流量和水质。运行一段时间后，定期测定进出水的COD、氨氮等指标，观察生物膜的生长情况。当滤池水头损失达到一定值时，进行反冲洗操作，恢复滤池的过滤性能。2.活性污泥反应器实验实验装置：由曝气池、二沉池、污泥回流系统等组成。原理：通过人工培养活性污泥，利用活性污泥中的微生物分解污水中的有机物。污水在曝气池中与活性污泥充分混合接触，有机物被微生物分解，混合液进入二沉池进行固液分离，污泥回流至曝气池前端继续参与反应。步骤配制活性污泥接种液，接种至曝气池中，启动曝气系统和污泥回流系统。向曝气池中注入模拟污水，控制进水流量、溶解氧、污泥回流比等参数。定期监测进出水水质、污泥浓度、污泥沉降性能等指标。根据实验结果调整运行参数，优化活性污泥处理工艺。大气污染物监测与分析1.二氧化硫的测定原理：二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟基甲磺酸加成化合物。在样品溶液中加入氢氧化钠使加成化合物分解，释放出的二氧化硫与盐酸副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫红色络合物，于波长577nm处测量吸光度。步骤用大气采样器采集大气样品，采样流量根据要求设定。将采样后的吸收液转移至比色管中，加入氢氧化钠溶液、盐酸副玫瑰苯胺溶液和甲醛溶液，摇匀。显色15min后，于分光光度计上比色测定。同时做空白试验，绘制标准曲线，计算大气中二氧化硫的含量。2.氮氧化物的测定原理：用三氧化铬石英砂氧化管将一氧化氮氧化成二氧化氮，二氧化氮被吸收液吸收后，生成亚硝酸和硝酸，其中亚硝酸与对氨基苯磺酸起重氮化反应，再与盐酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰红色偶氮染料，于波长540nm处测量吸光度。步骤用大气采样器采集大气样品，串联两支吸收瓶。将采样后的吸收液分别转移至比色管中，按顺序加入对氨基苯磺酸溶液、盐酸萘乙二胺溶液，摇匀。放置15min后，于分光光度计上比色测定。同时做空白试验，绘制标准曲线，计算大气中氮氧化物的含量。固体废弃物处理与资源化实验1.固体废弃物的破碎与筛分实验目的：将固体废弃物破碎至一定粒径范围，并通过筛分分离出不同粒径的颗粒。步骤选用合适的破碎机，将固体废弃物样品放入破碎机中进行破碎。调节破碎机的参数，控制破碎后的粒径大小。将破碎后的样品通过不同孔径的筛网进行筛分，分别收集不同粒径范围的颗粒，测定各粒径颗粒的质量和比例。2.固体废弃物的焚烧实验实验装置：回转窑焚烧炉。原理：在高温下，固体废弃物中的有机物发生燃烧反应，转化为二氧化碳、水等无害物质。步骤将适量的固体废弃物样品放入回转窑焚烧炉中。设定焚烧温度、停留时间等参数，启动焚烧炉。观察焚烧过程中固体废弃物的变化情况，记录相关数据。焚烧结束后，收集焚烧残渣，分析其成分和性质。五、实验数据记录与处理水质指标测定数据记录1.COD测定数据记录|水样编号|重铬酸钾标准溶液体积（mL）|硫酸亚铁铵标准溶液初读数（mL）|硫酸亚铁铵标准溶液终读数（mL）|空白试验硫酸亚铁铵标准溶液体积（mL）|COD（mg/L）|||||||||1|||||||2|||||||...||||||2.BOD测定数据记录|水样编号|初始溶解氧（mg/L）|最终溶解氧（mg/L）|BOD₅（mg/L）|||||||1|||||2|||||...||||3.氨氮测定数据记录|水样编号|氨氮标准溶液浓度（mg/L）|吸光度|水样吸光度|水样氨氮含量（mg/L）||||||||0|0|||||1|0.5|||||2|1.0|||||...||||||水样|||||污水处理工艺模拟实验数据记录1.曝气生物滤池实验数据记录|运行时间（d）|进水COD（mg/L）|进水氨氮（mg/L）|出水COD（mg/L）|出水氨氮（mg/L）|水头损失（m）|生物膜外观||||||||||1||||||||2||||||||...|||||||2.活性污泥反应器实验数据记录|运行时间（d）|进水流量（m³/d）|进水COD（mg/L）|进水氨氮（mg/L）|出水COD（mg/L）|出水氨氮（mg/L）|污泥浓度（mg/L）|污泥沉降比（%）|||||||||||1|||||||||2|||||||||...||||||||大气污染物监测与分析数据记录1.二氧化硫测定数据记录|大气采样点位|采样体积（L）|样品吸光度|空白吸光度|标准曲线斜率|截距|二氧化硫含量（mg/m³）||||||||||1||||||||2||||||||...|||||||2.氮氧化物测定数据记录|大气采样点位|采样体积（L）|样品吸光度|空白吸光度|标准曲线斜率|截距|氮氧化物含量（mg/m³）||||||||||1||||||||2||||||||...|||||||固体废弃物处理与资源化实验数据记录1.固体废弃物破碎与筛分数据记录|固体废弃物样品编号|破碎前粒径范围（mm）|破碎后粒径范围（mm）|各粒径颗粒质量（g）|各粒径颗粒比例（%）||||||||1||||||2||||||...|||||2.固体废弃物焚烧实验数据记录|固体废弃物样品编号|焚烧温度（℃）|停留时间（h）|焚烧残渣质量（g）|残渣成分分析结果||||||||1||||||2||||||...|||||数据处理1.水质指标数据处理根据COD、BOD、氨氮的测定公式，结合记录数据进行计算，得到各水样的相应指标浓度。计算平均值、标准差等统计量，分析数据的离散程度。2.污水处理工艺模拟实验数据处理计算曝气生物滤池和活性污泥反应器的去除率，公式为：去除率=（进水浓度出水浓度）/进水浓度×100%。绘制进出水水质随时间变化的曲线，分析工艺的运行效果和稳定性。3.大气污染物监测与分析数据处理根据二氧化硫、氮氧化物的测定公式，结合记录数据计算大气中污染物的含量。对比不同采样点位的污染物含量，分析大气污染状况的空间分布。4.固体废弃物处理与资源化实验数据处理根据破碎与筛分实验数据，分析固体废弃物破碎后的粒径分布情况。根据焚烧实验数据，分析焚烧残渣的产生量和成分变化，评估固体废弃物焚烧处理的效果。六、实验结果与讨论水质指标测定结果与讨论1.COD测定结果不同水样的COD测定结果表明，生活污水的COD含量较高，工业废水的COD含量因行业不同差异较大。例如，印染废水的COD含量明显高于电镀废水。分析COD含量高的原因，可能是生活污水中含有大量的有机物，如碳水化合物、蛋白质、油脂等；印染废水中含有染料、助剂等难降解有机物，电镀废水中主要含有重金属离子和少量有机物。2.BOD测定结果生活污水的BOD₅值一般较高，说明其中的有机物易于被微生物分解。而一些工业废水，如含有高浓度难降解有机物的化工废水，BOD₅值较低。比较BOD₅与COD的比值，可以初步判断水样中有机物的可生化性。比值越高，可生化性越好，反之则越差。3.氨氮测定结果生活污水和部分工业废水（如养殖废水）中氨氮含量较高，这是由于含氮有机物的分解或氮肥的使用等原因导致的。氨氮含量过高会导致水体富营养化，引发藻类大量繁殖等环境问题。污水处理工艺模拟实验结果与讨论1.曝气生物滤池实验结果随着运行时间的增加，曝气生物滤池对COD和氨氮的去除率逐渐提高。在实验后期，COD去除率可达80%以上，氨氮去除率可达90%以上。生物膜的生长情况对处理效果有重要影响。初期生物膜较薄，处理效果相对较差，随着生物膜的成熟，微生物数量增多，对污染物的降解能力增强。水头损失的变化反映了滤池的运行状况。当水头损失达到一定值时，及时进行反冲洗可以恢复滤池的过滤性能，保证处理效果的稳定。2.活性污泥反应器实验结果活性污泥反应器对COD和氨氮的去除效果良好，进水水质波动时，通过调整污泥回流比等参数可以维持处理效果的稳定。污泥浓度和污泥沉降比是反映活性污泥性能的重要指标。合适的污泥浓度和良好的沉降性能有利于提高处理效果。实验中发现，当污泥浓度过高时，污泥沉降性能变差，可能会导致出水水质恶化。大气污染物监测与分析结果与讨论1.二氧化硫测定结果不同采样点位的二氧化硫含量存在差异。工业区域附近的点位二氧化硫含量较高，主要是由于工业生产中燃烧含硫燃料等原因排放大量二氧化硫。二氧化硫是形成酸雨的主要污染物之一，其含量过高会对环境和人体健康造成危害。通过监测二氧化硫含量，可以评估大气污染状况，为大