环境工程实验新教案

温州大学

课程教案

学 院 生命与环境科学学院 课程名称 环境工程实验 学 时 教 材 《水处理工程应用实验》 授课教师 张业健 郑向勇 授课对象 08环本、08瓯环

2010年 8月 15日

目录

实验一 混凝实验 ...................................... 3

实验二 颗粒自由沉淀 .................................. 7

实验三 斜板沉淀实验 .................................. 9

实验四 活性炭吸附实验 ............................... 10

实验五 活性污泥吸附、沉降性能的测定 ................. 14

实验六 MBR法膜生物反应器实验 ....................... 16

实验七 SBR法计算机自动控制系统及处理生活污水实验 ... 23

实验八 臭氧/紫外线光化学高级氧化实验 ................ 25

实验九 填料吸收塔处理废气实验 ....................... 29

实验十 有害废物的固化处理实验 ....................... 32

实验一 混凝实验

本授课单元教学目标：

1. 通过实验的操作和实验现象的观察，理解混凝的相关理论； 2. 掌握选择和确定混凝最佳工艺条件的方法； 3. 掌握确定混凝剂最佳投加量的方法； 4. 熟悉所使用的实验设备操作方法。

本授课单元教学重点和难点：

1． 最佳混凝剂的确定 2． 最佳pH 的确定

本授课单元教学过程设计：

一、实验目的

1. 通过实验的操作和实验现象的观察，理解混凝的相关理论； 2. 掌握选择和确定混凝最佳工艺条件的方法；

3. 掌握确定混凝剂最佳投加量的方法； 4. 熟悉所使用的实验设备操作方法。 二、实验原理

絮凝沉降(或浮上) 进行固液分离的方法是目前水处理技术中重要的分离方法之一，采用水溶液高聚物为絮凝剂来处理工业废水、生活废水、工业给水、循环冷却水、民用水时，具有促进水质澄清，加快沉降污泥的过滤速度，减少泥渣数量和滤饼便于处置等优点。絮凝剂按化学成分的不同，分为无机絮凝剂、有机絮凝剂。

絮凝剂的絮凝原理可分为化学絮凝和物理絮凝两种。前者假设粒子以明确的化学结构凝集，并由于彼此的化学反应造成胶质粒子的不稳定状态；后者则是由于存在双电层及某些物理因素，当加入与胶体粒子具有不同电性的离子溶液时，会发生凝结作用。当发生凝结作用，胶体粒子必失去稳定作用或发生电性中和，不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒。当加入絮凝剂时，它会离子化，并与离子表面形成价键。为克服离子彼此间的排斥力，絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞，当粒子逐渐接近时，氢键及范德华力促使粒子结成更大的颗粒。碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝集，较大颗粒粒子从水中分离而沉降。

无机絮凝剂主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚，故常常被称为凝聚剂。无机低分子絮凝剂无机低分子絮凝剂有氯化铝、硫酸亚铁、氯化铁，用于干法或湿法直接投入水处理设施中，其优点就是较经济，但它们在水处理过程中存在较大的问题。其聚合速度慢，形成的絮状物小，腐蚀性强，在某些场合净水效果不理想，而逐渐被无机高分子絮凝剂所取代。

无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂是一类新的水处理剂，它与传统的絮凝剂比较效能更优异，比有机高分子絮凝剂价格低廉，被广泛用于给水、工业废水以及城市污水的各种流程，渐成为主流絮凝剂。

无机高分子絮凝剂能强烈吸引胶体微粒，通过黏附、架桥和交联作用，促进胶体凝聚，同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了ξ电位，从而使胶体离子发生互相吸引作用，破坏了胶团的稳定性。促进胶体微粒碰撞，形成了絮状沉淀。无机高分子絮凝剂既有吸附脱稳作用，又可发挥桥联和卷扫絮凝作用。 三、实验设备

六联搅拌器 1台×3组 光电浊度仪 1台×3组 酸度计 1台×3组

烧杯 1000ml 200ml各6个 500ml 3个×3组 移液管 1ml 2ml 5ml 10ml 各4支×3组 注射针筒 50ml 2支×3组 温度计 1支×3组 秒表 1个×3组 四、实验用试剂

水样采用天然河水，氢氧化钠，盐酸，硫酸铝，三氯化铁，PAM 五、实验步骤 1、 混凝剂的确定

在硫酸铝、三氯化铁、PAM 三种混凝剂中，确定一种最佳混凝效果的混凝剂。 （1） 确定原水特征，即测定原水的浊度、温度、pH 。

（2） 用3支500ml 的烧杯，分别取200ml 原水，将装有水样的烧杯放置于六联搅拌器上。

（3） 分别向三支烧杯中加入三种混凝剂，每次加入1ml ，同时进行搅拌（中速150r/min,5min），直到其中的一个出现矾花，这时记录下每个试样中的混凝剂投加量，并记录在表1中。

（4） 停止搅拌，静止10min 。

（5） 用50ml 针筒抽取上清液，用浊度仪测出三个水样的浊度，记录在表1中 （6） 根据测得的浊度确定最佳混凝剂 2、 确定混凝剂的最佳投量

（1） 用6支1000ml 的烧杯，分别取800ml 原水，将装有水样的烧杯放在六联搅拌器上。 （2） 采用实验1中选定的最佳混凝剂，按不同的投量（依次按出现矾花的投药量a ×4的1/3,2/3,1,4/3,5/3,2的剂量）分别加入到800ml 的原水中，并将投加量记录到表2中

（3） 启动搅拌器，快速搅拌约300r/min，0.5min ，中速搅拌约150r/min，5min ，慢速搅拌约70r/min,10min.

（4） 搅拌过程中，注意观测矾花的形成过程。

（5） 停止搅拌，静止沉淀10min ，然后用50ml 注射针筒分别抽取6个烧杯中的上清液，同时用浊度仪测定水的剩余浊度，记录在表2中。 3、 最佳pH 值的影响

（1） 用6支1000ml 的烧杯，分别取850ml 原水，将装有水样的烧杯放置于六联搅拌器上。

（2） 调整原水的pH 值，用移液管依次向1、2、3号烧杯中分别加入2.5、1.5、1.0ml 盐酸，再向4、5、6号烧杯中分别加入0.2、0.7、1.2ml 氢氧化钠。

（3） 启动搅拌器，快速搅拌300r/min，0.5min ，然后停机，从每支烧杯中取50ml 水样，依次用pH 仪测定各水样的pH 值，记录在表3中。

（4） 用移液管依次向装有上述水样的烧杯中加入混凝剂，剂量由最佳投药量实验中得出的最佳投加量确定。

（5） 启动搅拌器，快速搅拌300r/min，0.5min ，中速搅拌150r/min，10min ，慢速搅拌70r/min，10min ，停机。 （6） 静止10min ，用50ml 注射针筒抽出烧杯中的上清液（共抽3次约150ml ）放入200ml 烧杯中，同时用浊度仪测定剩余水的浊度，每只水样测3次，记录在表3中。

六、实验数据及结果整理 1、数据记录 原始数据：

原水浊度： 原水温度： 原水pH 值

表1 三种混凝剂浊度测定记录表

表2 某一种混凝剂投加量的最佳选择

表3 pH最佳值的选择

2、绘制最佳混凝剂浊度去除率随投加量变化曲线、最佳混凝剂在最佳投加量时浊度去除

率随pH 变化曲线。 七、思考题

1 混凝的机理是什么？

2 影响混凝的主要因素有哪些？

实验二 颗粒自由沉淀

本授课单元教学目标：

1．了解自由沉淀的定义、规律及特点；

2．掌握颗粒自由沉淀的实验方法及实验分析方法。

本授课单元教学重点和难点：

1． 颗粒自由沉淀原理

本授课单元教学过程设计：

一、实验目的

1．了解自由沉淀的定义、规律及特点；

2．掌握颗粒自由沉淀的实验方法及实验分析方法。 二、实验原理

颗粒自由沉淀可用stocks 公式表示： u ＝（ρg －ρ）gd 2/18μ

对应自由沉淀柱，高度为h 的取样口处，有u i =h/ti 令ΔP ＝P k －P K ＋1＝（ρk －ρ可＋1）/ρ0

Pk

则通过微分变换，则自由沉淀柱的去除率为：η＝1－P K ＋∫0udP/uk 三、实验试剂与仪器 1、实验试剂 硅藻土

2、实验仪器

自由沉淀装置、秒表、锥形瓶、浊度仪 四、实验步骤

1、将水样搅拌均匀注入沉淀柱中，关闭阀门，取水样测定其浊度为ρ0

2、开始计时，并在5、15、25、35、45、60min 处分别从取样口处取约100ml 测其浊度为ρk ，并在每次取样测定取样口上水面高度为h 3、认真观察过程和现象，记录数据 五、数据整理

1、 实验基本参数整理

实验日期： 水样性质及来源： 沉淀柱直径d ＝ 柱高H= 绘制沉淀柱沉淀系统草图 2、 实验记录表

表1－1 颗粒自由沉淀实验记录表

3、 实验数据整理表

其中P i ＝C i / C0

C 0—原水中SS 的浓度值

C i —某沉淀时间后，水样中ss 的浓度值 u i =Hi /ti

4、 以颗粒沉淀速度u 为横坐标，以P 为纵坐标，在普通格纸上绘制u~p关系曲线 5、 利用上述所绘制的图，采取图解法列表计算表1－3中不同沉降速度时，悬浮物去除率E

表1－3悬浮物去除率E 的计算

6、根据上述的计算结果，以E 为纵坐标，分别以t 和u 为横坐标，绘制E ～t 、E ～u 曲线

六思考题

1、 颗粒的自由沉淀与絮凝沉淀有什么区别？ 2、 在实验中如选用其它的取样口有什么区别？ 3、 E 与η的区别

实验三 斜板沉淀实验

本授课单元教学目标：

1、通过模型的模拟试验，进一步了解斜板沉淀池的构造及工作原理； 2、掌握斜板沉淀池的运行操作方法； 3、了解斜板沉淀池运行的影响因素。

本授课单元教学重点和难点：

1． 斜板沉淀池运行的影响因素。

本授课单元教学过程设计：

一、实验目的

1、通过模型的模拟试验，进一步了解斜板沉淀池的构造及工作原理； 2、掌握斜板沉淀池的运行操作方法；

3、了解不同混凝剂、不同进水流量对沉淀池运行的影响因素。 二、实验原理

斜板沉淀池是由与水平面成一定角度的众多斜板放置于沉淀池中构成的，其中的水流方向从下到上流动或从上相下流或水平流动，颗粒则沉淀于斜板底部，当颗粒积累到一定程度，便自动滑落。斜板沉淀池可以在不改变有效容积的情况下，增加沉淀面积，提高去除效率，将板放置一定角度有利于排泥。 按照斜板沉淀池中水流的方向，可以将斜板沉淀池分为以下四种类型：异向流斜板沉淀池、同向流斜板沉淀池、横向流斜板沉淀池、双向流斜板沉淀池。 斜板沉淀池一般由清水区、斜板区、配水区、沉淀区构成，具有沉淀效率高、停留时间短、占地面积省、建设费用高等特点。 三、实验设备

1．斜板沉淀池模型 2．浊度仪

3．水泵 四、实验用试剂

1. 粗硅藻土；2. 氯化铁；3. 硫酸铝 五、实验步骤

1、利用硅藻土，配制一定浓度的模拟污水

2、三组分别按照投加氯化铁、硫酸铝和不投加混凝剂进行对比，按照一定流量进水。 3、各组依次改变进水流量，考察流量对去除效率的影响。 4、汇总数据，进行对比。 六、思考题

1、斜板沉淀池的优点是什么？

实验四 活性炭吸附实验

本授课单元教学目标：

1. 通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作； 2. 掌握间歇法、连续流法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。

本授课单元教学重点和难点：

1． 间歇法确定活性炭吸附的设计参数的方法。

2． 连续流法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。

本授课单元教学过程设计：

一、实验目的

1. 通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作；

2. 掌握间歇法、连续流法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。 二、实验原理

活性炭吸附利用活性炭表面对水中一种或多种物质的吸附作用达到净水的目的，活性炭对水中的大部分污染物具有吸附作用，常应用于某些工业用水，特殊情况下也用于给水处理。活性炭的吸附作用主要是通过表面张力将分子吸附于其表面上，也可以通过化学作用将物质吸附在活性炭表面。

活性炭在溶液中的吸附解析处于动态平衡状态时称为吸附平衡，此时，被吸附物质的溶液中的浓度与活性炭表面的浓度不再变化，而此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度，活性炭的吸附能力以吸附量q 表示，即

q=V(ρ0-ρ)/M

温度一定的条件下，活性炭的吸附量与吸附平衡时的浓度C 之间的关系曲线称为吸附等温线。在水处理中，通常用Freunlich 吸附等温线来表示活性炭吸附性能，其数学表示式为

lg q e =lg

C 0-C 1

=lg K +lg C m n

式中：C 0——水中被吸附物质原始浓度(mg/L)；

C ——被吸附物质的平衡浓度(mg/L)； m ——活性炭投加量(g/L)。

将q 与ρ绘制在双对数坐标上，则所得直线的斜率为1/n，截距为K 。

间歇法处理能力低，设备较多，工程上多采用连续流法，连续流活性炭的吸附过程同间歇性吸附有所不同，这主要是因为前者被吸附的杂质来不及达到平衡浓度C ，因此不能直接应用上述公式。这时应对吸附柱进行被吸附杂质泄漏和活性炭耗竭过程实验，也可简单地采用Bohart-Adams 关系式

T =

⎛C 0⎫⎤N 0⎡v

⎪D -ln -1⎢⎥ ⎪C 0v ⎣KN 0⎝C B ⎭⎦

式中：T ——工作时间(h)；

v 一—吸附柱中流速(m／h) ； D 一一活性炭层厚度(m)； 3／s ·h) ； N 0——吸附容量(g／m 3) ； C 0一—入流溶质浓度(mg/L)； C B ——容许出流溶质浓度(mg/L)。

根据入流，出流溶质浓度，可用式(5)估算活性炭柱吸附层的临界厚度，即保持出流溶质浓度不超过C B 的炭层理论厚度。

D 0=

⎛C 0⎫v

⎪ (5) ln -1 ⎪KN 0⎝C B ⎭

式中D 0为临界厚度，其余符号同上面。

在实验时如果原水样溶质浓度为C 01，用三个活性炭柱串联，则第一个活性炭柱的出流浓度C B1，即为第二个活性炭柱的入流浓度C 02，第二个活性炭柱的出流浓度C B2即为第三个活性炭柱的入流浓度C 03。由各炭柱不同的入流、出流浓度C ，C 便可求出流速常数K 值。

三、实验设备 1．振荡器

2．原子吸收分光光度计

3．活性炭柱 4．蠕动泵 5．三角烧瓶 6．电子天平 四、实验用试剂

1. 活性炭 2. 亚甲基蓝 五、实验步骤

1、亚甲基兰标浓度－吸光度标准曲线的确定 亚甲基蓝简称MB ，是一种常用的杂环芳烃类有机染料，近年来常用作光催化降解研究的典型对。MB 在可见光区的最大吸收波长为665nm 。

① 利用0.0002M 的亚甲基蓝溶液标准贮备液，配制0.00001M 的标准使用液

② 移取5ml ，10ml ，20ml ，30ml ，40ml ，50ml 标准使用液体到50ml 的比色管中，稀释至刻度。 ③ 在665nm 处测定其相应的吸光度，做相应的标准曲线。 2、静态吸附实验

① 配置0.0002M 亚甲基兰溶液

② 用分析天平秤量25、50、100、150、200mg 颗粒活性炭，装入100ml 锥形瓶中。 ③ 将浓度为0.0002M 的亚甲基兰溶液各50ml 分别加入锥形瓶中。 ④ 将锥形瓶置于振荡器中振荡2h 以后，静置，然后抽取溶液，用紫外分光光度计测吸光度，根据标准曲线确定浓度。 3、动态吸附实验

① 在在玻璃柱子中放入约30mm 高的颗粒状活性炭

② 启动蠕动泵，使得浓度为0.0002M 的亚甲基兰溶液进入活性炭吸附柱，在某个固定流量下，（流量估测可以用秒表计算，单位时间内进入量筒内的水样的体积，然后除去截面积即为流速度，由于实验用的管子和10ml 量筒大小差不多，可以直接用量桶内的高度/时间关系来代替实验管子内的流速），并开始记时。

③ 5分钟后取第一个样，以后每隔10min 取样测试，一直到亚甲基兰浓度出水为进水的0.05～0.10为止。

④ 另外装活性碳高度分别约为50mm 和70mm 的柱子, 重复上述步骤.

⑤ 至少以3种以上的流速进行实验，根据实验结果确定v 与K 、N 的关系。

（说明：每次课做某个固定流速下的t-d 关系，来算这个流速下的K 、N 0，两个班级共6次课做6个流速，数据共享，根据不同流速下测得的K 、N 0及算得的D 0，来做流速与K 、N 0、D 0关系图）

六、实验数据及结果整理 （一）实验记录 1、 实验基本参数

水温＝ 实验原水水样浓度＝

3、 等温吸附曲线实验数据记录

其中，q ＝（ρ0－ρB ）V/M

4、 动态吸附实验数据记录

（二） 实验数据处理 1． 标准曲线的绘制

以吸光度为横坐标，浓度为纵坐标作图，得出A-C 关系式 2． 等温曲线的绘制

由标准曲线求出各个吸光度所对应的浓度 以lgq 为纵坐标，lgC 为横坐标，绘制等温线

用做图法求出K ，n 值，写出Fruendlich 等温吸附式 3． 动态数据处理

① 在各个流速下，记ρB =0.1ρ0，根据t ～ρ关系确定各个柱子在出流为ρB 时的工作时间t 1、t 2、t 3。

② 以时间t i 为纵坐标，以炭层厚D i 为横坐标，点绘t~D图，求出直线的斜率和截距。 ③ 由上述的斜率和截距，又ρ0、ρB 、V （流速）已知，可以求出某个流速下的流速常数K 、N 0，并计算各个流速下的临界深度D 0，结果记录在下表中：

④ 以流速为横坐标，K 、N 0、D 0为纵坐标作图 七、思考题

1、间歇式吸附与连续式吸附相比，吸附容量q 是否一样？为什么？ 2、Freundlich 吸附等温式与Bohart-Adam 关系式各有什么实验意义？

实验五 活性污泥吸附、沉降性能的测定

本授课单元教学目标：

1. 通过实验加深对活性污泥的理解；

2．学会对污泥吸附性能、污泥沉降比、污泥指数的实验测定及计算方法。

本授课单元教学重点和难点：

1． 污泥吸附性能的测定。

本授课单元教学过程设计：

一、实验目的

1. 通过实验加深对活性污泥的理解；

2．学会对污泥吸附性能、污泥沉降比、污泥指数的实验测定及计算方法。

二、实验原理

活性污泥是污水处理系统中的主体作用物质，活性污泥性能的优劣，对活性污泥处理系统的净化效果起着决定性的影响，在工程上人们通常用活性污泥的吸附和沉降性能的测定来判断污泥的活性。

活性污泥吸附性能：由于污泥具有很大的比表面积，当污泥与水接触时，污水中的悬浮污染物和胶状有机物会吸附在污泥表面，从而使有机物得到去除，吸附在污泥表面的部分非溶解性有机物在水解酶的作用下，水解成溶解性的小分子，而重新回到污水中造成COD 值的上升。

活性污泥的沉降性能：污泥沉降性能好才能保证二沉池出水澄清，通常可以通过污泥沉降比和污泥指数进行判断，污泥沉降比是指混合液在量筒中沉淀30min 后形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的百分比，以百分数表示；污泥指数是指经过30min 沉淀之后，每克干污泥所形成的沉淀污泥占有的容积。 三、实验设备

1、SBR 法计算机控制系统 2、哈希COD 消解仪 3、MLSS 在线监测仪 四、实验用试剂

1. 模拟污水；2. 测COD 用试剂。 五、实验步骤

(1) 打开电源（总电源、搅拌器电源和其他时间继电器电源） (2) 取一定量的模拟污水，倒入反应器中，开始曝气。

(3) 打开空压机，开始计时，当时间为0.5，1.0，1.5，2.0，3.0，5.0，10，20，40，70min 时分别取出100ml 左右的混合液。 (4) 取上述溶液的上清液，测COD 值。

(5) 另取100ml 混合液，注入量筒中，当达到100ml 时，开始计时，并观测沉淀过程，当时间为1，3，5，10，15，20，30min 记录污泥容积。

（6）测定MLSS 值，进行污泥沉降比的计算。 六、思考题

1、污泥容积指数和污泥沉降比的区别与联系？ 2、分析影响活性污泥吸附性能的因素。

实验六 MBR 法膜生物反应器实验

本授课单元教学目标：

1. 认识MBR 法膜生物反应器的构造及运行过程； 2. 观察MBR 对模拟污水的净化效果。

本授课单元教学重点和难点：

1． MBR 法膜生物反应器的构造及运行过程

本授课单元教学过程设计：

一、实验目的

1、认识MBR 法膜生物反应器的构造及运行过程。 2、观察MBR 对模拟污水的净化效果。 二、实验原理 1 概述

1969年，美国学者Smith 最先将活性污泥工艺与膜分离技术结合并应用于废水处理中有机污染物的去除；80年代以来，该技术愈来愈受到重视，成为水处理技术研究的一个热点；目前，膜生物反应器已应用于美国、德国、法国、日本和埃及等十多个国家，处理规模在6～13000 m3/d。近两年来，MBR 系统的处理对象从生活污水扩展到高浓度有机废水和难降解工业废水，如制药废水、化工废水、食品废水、屠宰废水、烟草废水、豆制品废水、粪便污水、黄泔污水等。从目前的趋势看，中水回用将是MBR 在我国推广应用的主要方向。 2、膜生物反应器原理

膜生物反应器的基本原理是先经过生物降解, 然后通过膜分离作用去除有机物。膜分离过程通常是以外界能量或化学位差为推动力, 对双组分体系或多组分体系进行无相变的分离、分级、提纯或富集。污染物过滤机理有如下3种：溶质在膜面及微孔壁上吸附、半径稍小于微孔的溶质在孔中停留, 引起阻塞、粒径大于膜孔的溶质被机械截留。被污染的膜经清洗或药物洗涤得到再生。另外, 膜表面的污染物也可被水流扰动以及与膜面平行的切向力冲走, 垂直于膜面的法向力使水分子透过

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图1、膜生物反应器结构 常见的膜生物反应器组件包括进水单元、曝气单元、出水单元、膜组件及反冲洗装置等。如图1所示。膜组件是膜生物反应器的关键部件，其性质决定了膜生物反应器的性能优劣。

一般研究和应用较多的是膜孔径为0.05 微米至0.1 微米的中空纤维膜组件，膜材料的种类包括聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯等。

一般而言，按照液体的流向可以分为纵向流和横向流两大类，纵向流液体的流动方向与膜表面垂直，固体物被截留在薄膜表面形成滤层，横向流液体方向与薄膜表面平行，如图2所示。在压力驱动下，需要过滤的污水由负压压入中空纤维膜内部，由于中空纤维膜孔极小，溶液中水、有机低分子、无机离子等粒径小的物质可通过中空纤维壁上的微孔，被传递到膜的另一侧，溶液中的几乎全部细菌、悬浮物、胶体、颗粒物、有机大分子等大粒径物质不能透过中空纤维壁而被截留，分离的净水从中空纤维内部通过排水管流出，达到溶液中各组份分离的目的。

图2、纵向流与横向流

根据膜组件和生物反应器这两部分操作单元自身的多样性，膜生物反应器也必然有多种类型，膜生物反应器的一些基本分类见表1。

表1 MBR的基本分类

内容 膜组件 膜材料 压力驱动形式 生物反应器

分类

管式、板框式、中空纤维式 有机膜、无机膜 外压式、抽吸式 好氧、厌氧

膜组件与生物反应器的组合方式 外置式、内置式

外置式MBR 是指膜组件与生物反应器分开设置，内置式 MBR是指膜组件安置在生物反应器内部。2种反应器的流程如图3所示。

图19膜生物反应器(a)为外置式（b ）为内置式

3 膜生物反应器特点

膜生物反应器的优越性主要表现在：

1) 对污染物的去除率高，抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定可靠，出水中没有悬浮物； 2) 膜生物反应器实现了反应器污泥龄STR 和水力停留时间HRT 的分别控制，因而其设计和操作大大简化；

3) 膜的机械截留作用避免了微生物的流失，生物反应器内可保持高的污泥浓度，从而能提高体积负荷，降低污泥负荷，具有极强的抗冲击能力；

4) 由于SRT 很长，生物反应器又起到了“污泥硝化池”的作用，从而显著减少污泥产量，剩余污泥产量低，污泥处理费用低； 5) 由于膜的截流作用使SRT 延长，营造了有利于增殖缓慢的微生物。如硝化细菌生长的环境，可以提高系统的硝化能力，同时有利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底的分解； 6) MBR 曝气池的活性污泥不不会随出水流失，在运行过程中，活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化，并达到一种动态平衡，这使系统出水稳定并有耐冲击负荷的特点；

7) 较大的水力循环导致了污水的均匀混合，因而使活性污泥有很好的分散性，大大提高活性污泥的比表面积。MBR 系统中活性污泥的高度分散是提高水处理的效果的又一个原因。这是普通生化法水处理技术形成较大的菌胶团所难以相比的；

8) 膜生物反应器易于一体化，易于实现自动控制，操作管理方便； 9）MBR 工艺省略了二沉池，减少占地面积； 三、实验仪器

1、MBR 模型（见附件） 2、紫外分光光度计 3、溶氧仪 4、烧杯 5、移液管 四、实验试剂

1、模拟污水（淀粉浓度为0.2g/L，磷浓度为1mg/L,可用浓度为10g/L热水溶解的淀粉贮备液和磷贮备液稀释） 2、测COD 用试剂 3、测可溶磷用试剂 五、实验步骤 1、熟悉装置；

2、配置淀粉浓度为0.2g/L、磷浓度为1mg/L的模拟污水，放入进水箱中。

3、根据MBR 反应池中水的体积，直接加入淀粉贮备液和磷贮备液，调整反应池中的淀粉浓度及磷浓度与模拟污水近似。

4、打开空气泵开关，并调节阀门，使得目视时进气量处于一个比较合适的程度。 5、打开进水泵的控制开关。

6、打开出水泵开关，调节出水流量，使得出水流量依次为4L/h、5 L/h、6 L/h、7 L/h、8 L/h，调节至每个出水流量后，稳定5分钟后取出水，测定其COD 大小和磷浓度大小（测试COD 时不过滤，测磷时要过滤）。

7、取进水(水池中水样) ，测试其COD 大小和磷浓度大小。 8、测试反应池内的MLSS 和DO 大小。 六、数据记录及处理

1、记录MBR 反应池内的MLSS 和DO 大小。

2、列表记录各个进水及各个出水流量下水样的COD 及磷浓度，并计算相应的去除率。 3、在上述MLSS 和DO 条件下，画出COD 、磷浓度及其各自去除率随流量的变化曲线。 七、思考题

1、MBR 中，能通过中空纤维膜的物质有哪些？ 2、举出3到5种MBR 反应器的优点。

附录：

膜/生物反应器实验装置使用说明

首先了解一下膜/生物反应器的工艺流程：

本实验装置采用中空纤维膜与好氧活性污泥反应器有机地结合在一起，组成一个高效的 有机废水生物处理系统。由过滤膜替代二次沉淀池的作用，将被微生物降解后的处理水直接从活性污泥反应器中很好地分离出来。 第一步：实验前的检查 1. 检查关闭以下阀门

①进水箱和出水箱的排空阀门。 ②出水流量计的调节阀门。 ③空气泵的出气调节阀门。

2. 检查膜/生物反应器中的清水液面是否达到水位控制器的位置高度，如果未达到，请注入自来水，使水位达到相应的高度。

3. 检查各电器的电源插头是否插在相应的功能插座上。

4. 检查关闭电器控制箱上的各个控制开关（有色点的一端翘起为“关”状态，有色点的一端处于低位为“开”状态），和空气开关。

第二步：活性污泥的培养与驯化

1.在膜/生物反应器中直接培养活性污泥

①将活性污泥种源1～2升直接倒入膜/生物反应器中。 ②将活性污泥培养液倒入进水箱（培养液浓度可以高一些）。

③开启空气泵，调节出气流量，流量用目测法观察反应器中的空气气泡多寡而定，2

小时后可以用DO 仪来测定并决定曝气量的大小。

④打开进水泵的控制开关，进水会自动进行。打开出水泵的控制开关，调节出水流量计的流量至4～8升/小时左右。

⑤在以上条件基础上，连续培养若干天以后，当活性污泥体积达到20～30%时，活性污泥培养完毕。

⑥重点注意：在整个活性污泥培养过程中，要不断地添加活性污泥培养液到进水箱中去（每天3～5次），如果晚上不打算加培养液时，则一定要关闭出水流量计和出水泵，第二天白天再开启这二个单元，并开始添加活性污泥培养液。千万防止膜/生物反应器中缺水，以免导致过滤膜的失效。 2. 在体外培养活性污泥

在其他一个大容器中加入培养液（浓度可以高一些），加入活性污泥种源，采用

空气泵加曝气头进行曝气培养的方法培养活性污泥。采用此方法培养活性污泥比较方便、容易管理、活性污泥质量好。 3. 活性污泥的驯化

①在膜/生物反应器中直接培养的活性污泥，当达到一定的污泥体积后，每天向培养液中加入一定量的实验废水进行驯化培养，加入量不断增加，直至活性污泥完全驯化为止。

②在体外培养的活性污泥，将其倒入膜/生物反应器中（注意控制污泥体积），然后采用上面①的过程进行驯化。

第三步：进行实验

1. 首先制定好实验方案，包括DO 浓度、出水流量、反应时间、进水和出水的检测项目和方法等。

2. 将实验废水倒入进水箱。

3. 将电器控制箱上的插头插上电源，打开空气开关。

4. 打开进水泵控制开关，进水泵将根据反应器的液位情况自动进行进水（注意：此时反应器的液位不能低于液位控制器太多，以免造成过大的冲击负荷）。 5. 打开空气泵的控制开关，调节空气泵的出气阀门至所需的曝气流量。 6. 打开出水泵的控制开关，调节出水流量计至预定的流量条件。

7. 经过一定的实验反应时间，取进水和出水样，分别进行相应的项目检测，以判断是否达到实验效果。

第四步：实验完毕的整理

1. 关闭电器控制箱上的各个控制开关，关闭电器控制箱上的空气开关，拔下总电源插头。

2. 关闭出水流量计。

3. 关闭空气泵的出气阀门。

4. 打开进水箱、出水箱和反应器的排空阀门，排空所有积水。

1. 用自来水清洗各个单元，尤其是过滤膜，一定要用自来水的喷射力好好冲洗。清洗完毕后，排空进水箱、出水箱的积水。但在排空反应器中的清洗水后，要关闭反应器的排空阀门，向反应器中注入自来水至水位控制器的位置以保养滤膜，待下次实验备用。

9. 为了防止藻类的繁殖、生长，在设备不使用时最好用黑色塑料布将整个有滤膜的反应器包起来。

注意事项：

当设备长期不使用后重新开始使用，由于水泵的泵体中留有空气，可能会引起水泵的泵水情况不正常，或没有水被泵出。此时要立即关闭水泵，因为水泵的缺水运转很容易损坏水泵。请采用挤、捏皮管和一会儿开启水泵、一会儿关闭水泵的方法来排除空气，直至水泵正常工作为止。

实验七 SBR 法计算机自动控制系统及处理生活污水实验

本授课单元教学目标：

1. 通过实验认识SBR 法计算机自动控制系统的构造及运行过程； 2. 对SBR 法的工艺特征的认识。

本授课单元教学重点和难点：

1． SBR 法工艺的运行特征。

本授课单元教学过程设计：

一、实验目的

1、通过实验认识SBR 法计算机自动控制系统的构造及运行过程； 2、对SBR 法的工艺特征的认识；

3、熟悉COD 、氨氮、可溶磷的测试方法。 二、实验原理

SBR 是一种按照间歇曝气方式来运行的活性污泥水处理技术，与传统方法相比，SBR 以时间的分割代替了传统的空间分割的操作方式；以非稳态的生化反应代替了传统的稳态生化反应；以静止的理论沉淀方式代替了传统的动态沉淀方式。SBR 反应器一般可以分为以下5个阶段：进水阶段、反应降解阶段、沉淀澄清阶段、排放处理水阶段、待进水阶段。

SBR 工艺具有以下特点：生化反应推动力大，反应效率高；运行稳定，沉淀效率高，出水水质好；耐冲击；运行灵活；构造简单，便于维护；可有效控制污泥膨胀；具有脱氮、除磷能力；占地省，造价低。 三、实验设备

1、SBR 法计算机控制系统 2、紫外分光光度计 3、溶氧仪 4、pH 计

5、哈希COD 消解仪 6、MLSS 在线监测装置 四、实验用试剂

1. 模拟污水；2. 测氨氮用试剂；3. 测磷用试剂；4. 测COD 用试剂 五、实验步骤

(1) 打开电源（总电源、搅拌器电源和其他时间继电器电源）

(2) 校正计量泵、空压机、电磁阀和搅拌器的时间继电器显示时钟，并设定开始和结束的时间，进水0.5h ，曝气3h ；沉淀1h ；排水1h 。

(3) 观察整个工艺过程的现象，包括进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期测定运行中的pH 和DO （原水浓度测一次，其余从开始曝气开始，每隔1小时测试一次，一直到沉淀结束为止，DO 可以在线测量，pH 可以利用测试氨氮、可溶磷的多余水样，即取一次水样，一部分测试pH ，一部分测试氨氮）。

(4) 测定NH 4+-N 、磷、COD 的浓度及去除率随时间变化曲线，评价该反应器的性能。 (5) 水样的测定：分别取适量经过滤的水样，测定其氨氮和磷的浓度。 六、实验数据及结果整理

2、绘制DO 、pH 、NH 4-N 、COD 、DP 随时间的变化曲线 七、思考题

1、简述SBR 法与传统活性污泥法的区别与联系； 2、简述SBR 法的运行过程； 3、简述SBR 法在工艺上的特点。

实验八 臭氧/紫外线光化学高级氧化实验

本授课单元教学目标：

1. 了解臭氧＋紫外光化学高级氧化方法处理难降解有机物的机理； 2. 掌握臭氧＋紫外光化学高级氧化实验装置的使用方法；

3. 通过实验得出几种不同浓度亚甲基兰染料的臭氧＋紫外光化学处理规律； 4. 对比有紫外辐射和无紫外辐射的去除效果。

本授课单元教学重点和难点：

1． 臭氧＋紫外光化学高级氧化方法处理难降解有机物的机理 2． 臭氧＋紫外光化学高级氧化实验装置的使用方法

本授课单元教学过程设计：

一、 实验目的

1、 了解臭氧＋紫外光化学高级氧化方法处理难降解有机物的机理。 2、 了解臭氧＋紫外光化学氧化实验装置的使用方法。

3、 通过实验得出几种不同浓度亚甲基兰染料的臭氧＋紫外光化学处理规律。 4、 对比有紫外辐射和无紫外辐射的去除效果。 二、 实验原理

染料废水通常具有COD 高、色度深、难降解的特性，有些染料及其转化产物对人类有致癌、致畸、致突变的作用，传统的处理方法有活性污泥法、生物法、物理化学方法均有不足之处，效率低且容易导致二次污染或者是污染物转移，而O 3/UV 法是克服上述缺陷的有效的污水处理技术之一。

O 3/UV 法是将臭氧与紫外光辐射相结合的一种高级氧化技术(AOP),采用该法可以成功地降解很多难以生化降解的有机物。一般认为, 臭氧与紫外辐射的协同作用可能有两方面的原因, 紫外光的辐射活化了有机物分子, 从而易于在臭氧的作用下分解；水中溶解臭氧在紫外光的照射下分解为活性更高的羟基自由基(HO·), 进而加速水中有机物的去除速率。然而, 对于紫外光催化臭氧分解产生HO ·的机理至今还没有得到统一的认识。目前, 对O 3/UV产生HO ·的可能作用机理有2种不同的观点, 其一, 臭氧在光照下分解产生氧原子, 氧原子再与水反应生产HO · ；其二, 臭氧在光照下与水反应生成 H2O 2, H2O 2在紫外光的辐射下产生HO ·。 三、 实验仪器

1、 O 3/UV高级氧化装置 2、 紫外分光光度计 3、 100ml 容量瓶 7个

4、 移液管1ml 、2ml 、5ml 各1支 5、1000ml 量筒1支 6、100ml 烧杯1个

7、100ml 锥形瓶6个×4 四、 实验试剂 亚甲基兰 五、 实验步骤

1、亚甲基兰标浓度－吸光度标准曲线的确定 亚甲基蓝简称MB ，是一种常用的杂环芳烃类有机染料，近年来常用作光催化降解研究的典型对。MB 在可见光区的最大吸收波长为665nm 。

① 利用0.0002M 的亚甲基蓝溶液标准贮备液，配制0.00001M 的标准使用液

② 移取5ml ，10ml ，20ml ，30ml ，40ml ，50ml 标准使用液体到50ml 的比色管中，稀释至刻度。 ③ 在665nm 处测定其相应的吸光度，做相应的标准曲线。 2、三种浓度亚甲基兰溶液的O 3/UV去除特性研究

调整好氧气钢瓶的压力大小，并调整好O 3/UV反应器的进气流量。 取4L 左右的自来水倒入O 3/UV的水箱中，加入亚甲基兰约1.6g, 即为浓度为400mg/L的亚甲基兰溶液，打入O 3/UV反应器（O 3/UV反映器说明书见附件），按时间0s ，15s 、30s 、1min 、2min 、5min 取样，测亚甲基兰溶液的吸光度，放去剩余水，清洗仪器。（每次取样约50ml 左右）

取4L 左右的自来水，倒入O 3/UV的水箱中，加入亚甲基兰约0.8g ，即为浓度为200mg/L的亚甲基兰溶液，重复上面的步骤。

取 4L左右的自来水，倒入O 3/UV的水箱中，加入亚甲基兰约0.4g ，即为浓度为100mg/L的亚甲基兰溶液，重复上面的步骤。

3、亚甲基兰溶液的O 3处理和O 3/UV处理对比研究

取 4L左右的自来水，倒入O 3/UV的水箱中，加入亚甲基兰约0.4g ，即为浓度为100mg/L的亚甲基兰溶液，不开启UV ，只用O 3曝气，按时间0s 、15s 、30s 、1min 、2min 、5min 取样，测亚甲基兰溶液的吸光度，放去剩余水，清洗仪器。 六、 实验记录及结果处理 1、 记录氧气流量

2、 列表记录标准曲线各个浓度的吸光度值，并计算各自减去空白值后的数值，对应浓度做

标准曲线。

3、 列表记录各个浓度亚甲基兰的吸光度以及相应的浓度随着时间的变化值，并在一张图上

表示出各个不同浓度的亚甲基兰溶液随时间的变化曲线。

4、 列表记录100mg/L的亚甲基兰溶液在O 3/UV和O 3时处理时的不同时间各自吸光度和对应

浓度，并在一张图上画出这两种变化趋势。 七、 思考题

1、 O 3/UV高级氧化处理中，UV 起到什么作用？

附录：

O 3/UV高级氧化实验装置使用说明

本实验装置，采用O 3氧化和UV 光催化作用分立进行、动态循环的工艺流程，为科研和实验教学提供了良好的实验手段。 第一步：使用前的检查

1. 检查关闭以下阀门： ①进水泵的出水阀门。 ②循环泵的进水阀门。

③取水样口阀门（反应器中间和底部各一个）。 ④O 3取样口阀门和尾气取样口阀门。 ⑤检查关闭O 3发生器气体流量计。

2. 检查O 3发生器的冷却水管是否连接好。

3. 检查各用电电器的插头是否插在相应的功能插座上。

1. 检查关闭相应的功能插座上方的开关（有色点的一端翘起为“关”状态，有色点的一端处于低位为“开”状态）。

第二步：如何使用O 3发生器

1. 打开冷却水水源（自来水）。 2. 打开O 2钢瓶的总阀，高压力表显示目前O 2钢瓶内的气体压力。顺时针方向慢慢调节减压阀的输出压力为0.1—0.2MPa 。 3. 打开O 3发生器的电源开关，O 3发生器开始工作。打开进气（O 2）流量计，调节至您所需的进气（O 2）流量。 4. 从O 3出气取样口取气样，采用碘量法测定O 3的含量（以同样的方法在实验过程中，从尾气取样口取气测定O 3的含量, 这样就可以计算出反应系统中消耗O 3的情况）。通过不同的O 2流量的试验，可以得到O 3发生器的工作条件曲线，为下一步实验提供试验参数。

第三步：进行实验

1. 将实验水倒入进水箱。 2. 将电源控制器插头插上电源，打开空气开关。 3. 开启进水泵，打开进水泵的出水阀，让实验水进入反应器，具体的实验水体积根据需要确定（不要超过3升，反应器上有刻度），然后关闭进水泵的出水阀，关闭进水泵。可将多余的水样从取水样阀口排掉，以保持准确的实验水体积。 4. 开启氧气瓶，调节好氧气输出压力。开启O 3发生器，氧气流量根据需要确定。 5. 如要进行UV 光催化过程，则打开循环水阀门，打开循环泵，开启UV 反应器就可以进行UV 光催化反应了。 6. 经过您制定的不同实验时间后，分别从取水样阀口（反应器中间位置）取水样，进行相关的项目检测，得到实验结果。

第四步：实验完毕的整理

1. 关闭O 3发生器的电源，关闭冷却水。关闭氧气钢瓶气阀，打开O 3发生器的进气流量计，放空管道内的余气，待钢瓶减压阀上的高压表和低压表都降至零位时，将钢瓶减压阀的输出压力调节阀反时针方向旋得很松（关闭减压阀）即可。 2. 将进水箱中的实验水用虹吸法排掉。

3. 将反应器中的实验水从底部的取水样阀口排掉。

4. 将自来水放入进水箱，打开进水泵，将自来水泵入反应器（水体积可以多一些），打开循环泵，清洗管路和UV 反应器。清洗一段时间后，放空这一批清洗水，再反复清洗2—3次。最后放空所有积水，待下次实验备用。

5. 关闭各功能插座上的控制开关，关闭电源控制器上的空气开关，拔下总电源插头。

注意事项：

当设备长期不使用后重新开始使用，由于水泵的泵体中留有空气，可能会引起水泵的泵水情况不正常，或没有水被泵出。此时要立即关闭水泵，因为水泵的缺水运转很容易损坏水泵。请采用挤、捏皮管和一会儿开启水泵、一会儿关闭水泵的方法来排除空气，直至水泵正常工作为止。

实验九 填料吸收塔处理废气实验

本授课单元教学目标：

1．了解大气污染的常规控制技术； 2．掌握填料吸收塔处理大气的原理； 3．掌握填料吸收塔处理大气的工艺流程； 4．掌握CO2分析仪的使用方法；

本授课单元教学重点和难点：

1． 填料吸收塔处理废气的原理

2． 填料吸收塔处理废气的一般工艺流程 3． 填料吸收塔处理废气的性能指标

本授课单元教学过程设计：

一、实验意义和目的

1. 了解大气污染的常规控制技术 2. 掌握填料吸收塔处理大气的原理； 3. 掌握填料吸收塔处理大气的工艺流程； 4. 掌握CO 2分析仪的使用方法。 二、实验原理

大气污染具有不可见性、广泛性、长期性、控制的长期性等特点，已经愈来愈成为人们研究的重点。当前大气方面人们所急需面临解决的问题有：温室效应、臭氧层破坏、酸雨、汽车尾气排放等方面。其中，酸雨问题的成因源于空气中的酸性污染物，主要是由于化石能源燃烧引起的SO 2和NO X 大量传播造成的。我国是燃煤大国，1995年SO 2排放量已上升到2370万吨成为世界SO 2排放第一大国, 其中燃煤产生的SO 2排放量占到总排放量的90%。

目前我国在低浓度SO 2冶炼烟气的净化处理方面仍处于适宜工艺技术的试验研究阶段。治理SO 2污染，最常用的方法是湿法烟气脱硫。湿法脱硫设备多种多样，按工艺设备可分为有填料塔、板式塔、浮球塔、旋流塔等；按吸收方法又可分为石灰法、氧化镁法、双碱法、氨法等。含SO 2的气体可采用吸收法净化。由于SO 2在水中溶解度不高，常采用化学吸收方法。

吸收SO 2吸收剂种类较多，本实验采用NaOH 溶液作吸收剂，采用填料塔吸收去除SO 2, 过程发生的主要化学反应：

2NaOH+SO2==Na2SO 3+H2O Na 2SO 3+SO2+H2O==2NaHSO3 又考虑到SO 2毒性较大，本实验采用CO 2来代替SO 2，其过程中发生的主要化学反应是： 2NaOH+CO2==Na2CO 3+H2O Na 2CO 3+CO2+H2O==2NaHCO3

本实验的反应装置如图1所示，其中填料塔内装多面空心球填料，乱堆在下部栅格式支撑板上，气体从塔底部被吸入，吸收液由泵打入到填料塔内，经分布器被淋洒到填料层表面，液体在填料表面分散成液膜，经填料间缝隙下流，或呈液滴落下，填料层的润湿表面就成为气、液接触的传质表面，并在此发生气体的吸收反应之后，吸收液由塔下部排出，进入受液槽，废气从塔底进入，处理之后由塔顶排出。

正确地选择吸收设备的型式是保证经济有效地分离或净化废气的关键，性能良好的填料吸收塔应该具有以下要求：

（1） 气液之间应有较大的接触面积和一定的接触时间； （2） 气液之间扰动强烈，吸收阻力低，吸收效率高； （3） 气流通过时的压力损失小，操作稳定； （4） 结构简单，制作维修方便，造价低廉； （5） 应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力； 相比其它工艺，填料吸收塔的优点是： 结构简单，没有复杂的部件；

适应性较强，根据净化要求可更换不同的填料和增、减填料层高度； 气流阻力小，能耗低；

允许操作条件在较大范围内变化、投资较低。

缺点是：对于含尘浓度较大的烟气，特别式易产生结垢的烟气不宜采用。

图1 填料吸收塔处理废气装置

三、实验仪器及设备 1、填料气体吸收塔模型 2、CO 2气体钢瓶 3、N 2或者空气钢瓶 4、CO 2分析仪器 5、天平 6、烧杯

四、实验药品 NaOH

五、实验步骤

1、按图正确连接实验装置，并检查系统是否漏气；

2、秤取约1kg 左右的NaOH 固体，通过加料口加入到填料塔中；

3、开启填料吸收塔的循环泵，运行10分钟左右，充分溶解加入的NaOH 固体； 4、开启CO 2分析仪器电源，进行预热，调零；

5、打开CO 2和氮气钢瓶，并调整好流量，同时开启引风机； 6、进气约5分钟后稳定之后，开始测试系统进出口的CO 2浓度；

7、每隔5分钟测试1次，记录共3个点，并计算此过程中的填料塔的平均去除效率

去除效率计算公式：

η＝(1一C 2/C1) ×100％

式中：C 1――吸收塔入口处气体中CO 2的浓度，mg/M3；

C 2――吸收塔出口处气体中CO 2的浓度，mg/M3。 六、思考题

1、填料吸收塔应当具备哪些性能要求

2、填料吸收塔具有哪些优缺点

实验十 有害废物的固化处理实验

本授课单元教学目标：

1．理解有害废物的水泥固化基本原理，熟悉水泥固化过程；

2．理解并掌握毒性浸出试验操作、安全评价方法；

3．了解原子吸收分光光度计的使用操作。

本授课单元教学重点和难点：

1． 原子吸收分光光度计的使用方法

2． 有害废物水泥固化的基本原理

本授课单元教学过程设计： 一、实验目的

1、理解有害废物的水泥固化基本原理，熟悉水泥固化过程；

2、理解并掌握毒性浸出试验操作、安全评价方法；

3、了解原子吸收分光光度计的使用操作。 二、实验原理

固体废弃物是生产和消费过程中产生的固态、半固态废弃物的总称，包括城市生活垃圾(亦称城市固体废物) 、有害有毒固体废物和无毒无害固体废物三大类。有害有毒废物又称为危险废物，包括医疗垃圾、医药废物、废树脂、废酸和废碱、染料涂料废物和含重金属废物等。固体废弃物的不适当堆置除有损环境美观外还产生有毒有害气体和扬尘，污染周围大气；废物经雨水淋溶或地下水浸泡，有毒有害物质随淋滤水迁移，污染附近江河湖泊及地下水；同时淋滤水的渗透破坏了土壤团粒结构和微生物的生存条件，影响植物生长发育；大量的生活垃圾又是病原菌的孽生地。因此固体废物是污染环境的重要污染源。固体废弃物既是有害于人类的废物，又是可供开发利用的二次资源。当前各国固体废物处置方法主要有填筑法、固化法、焚化法、生物法和化学法等。

固化（也称为稳定化）是指将有害废物和固化剂或粘结剂经过混合后发生化学反应而形成坚硬的固状物，使有害物固定在固状物内，或是用物理方法将有害物密封包装起来的方法。有害物经过固化之后，其渗透性和溶出性均可降低，所得的固化块能安全得运输和进行堆存或填埋，对稳定性和强度适宜的产品可以作为筑路的基采使用。目前常使用的固化剂有无机和有机两大类。无机固化剂主要有水泥、石灰、石膏、水玻璃、氯化钙、硫酸铝、无定形硅灰、粉煤灰、炉渣、水泥窑灰、高炉矿渣等；有机固化剂主要有三乙醇胺、聚乙烯醇、甘油、酚醛树脂、氨基甲酸乙脂聚合物、聚乙烯等。

固化处理按原理可以分为包胶固化、自胶结固化、玻璃固化和水玻璃固化。包胶固化是采用某种固化基材对于废物块或废物堆进行包覆处理的一种方法。对废物的包覆方法，一般可分为宏观包胶和微囊包胶。宏观包胶是把干燥的未稳定化处理的废物用包胶材料在外围包上一个外壳，使废物与环境隔离；微囊包胶是用包胶剂包覆废物的微观粒子。宏观包胶工艺简单，但包胶材料一旦破裂，被包覆的有害物质就会进入环境，造成污染。防止固化体破裂的工艺要求高，成本也会随之增加。微囊包胶便于做到有害废物的安全处置，是目前国际上较多采用的处理技术，微囊包胶基材有水泥、石灰、热塑性材料和有机聚合材料等。而水泥基固化是基于水泥的水合和水硬胶凝作用而对废物进行固化处理的一种方法。

水泥与适量的水拌和后，最初形成具有可塑性的水泥浆体，经过一定时间，水泥浆体逐

渐变稠失去塑性，这一过程称为硅酸盐水泥的凝结；凝结后开始产生强度并逐渐提高，变成坚硬的人造石—水泥石，这一过程称为硅酸盐水泥的硬化。而在硬化阶段，尽管水泥已经硬化，但是它的物理化学反应仍在继续进行，而且还要保持很久，使其强度继续增加。凝结与硬化是一个连续复杂的物理化学反应过程，水泥的凝结硬化过程列于表1。

水泥固化的优点有：

1) 水泥固化工艺和设备比较简单，设备和运行费用低；

2) 水泥和添加剂便于得到；

3) 对含水量较高的废物可以直接固化；

4) 固化块的强度、密实性、耐热性、耐久性均好；

5) 产品易于处置；

6) 材料的天然碱性有利于中和废物的酸度。

表1 水泥的凝结硬化过程

凝结硬化阶段 一般的放热反应速度 一般的持续时间

3主要的物理化学变化 初始溶解和水化

凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长

膜层破裂，水泥颗粒进一步水化

凝胶体填充毛细管 初始反应期 167.6×10J/kg·h 潜伏期 凝结期 4.19×10J/kg·h 在16h 内逐渐增加到24.5×10J/kg·h 335-10min 1h 6h 6h 至若干年 在24h 内逐渐降低到4.19×硬化期 310J/kg·h

常用的水泥品种繁多，主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及多种特种水泥等。普通硅酸盐水泥具有良好的固化有毒物的性能，本实验采用普通硅酸盐水泥作为固化剂。

水泥熟料几乎是完全结晶的，主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙及铁铝酸四钙等四种化合物组成。水泥固化反应过程由快速水化阶段、诱导阶段、水化反应加速阶段、水化反应减缓阶段、扩散阶段组成。水泥水化最终产生大量的水化硅酸钙凝胶、水化硫铝酸钙和氢氧化钙等，并完满整个水化体系，水化产物之间聚集形成网状结构，并越来越紧密，从而使整个体系形成一定强度。与此同时固体废物中的有害物质也不断被稳定、封闭、包裹。在固化过程中，由于本泥具有较高的pH 值，使得固废中的重金属离子在碱性条件下，生成难溶于水的氢氢化物或硅酸盐等。某些重金属离子也可以固定在水泥基体的晶格中，从而可以有效地防止重金属等的浸出。

通常把频率为2x104Hz 一2x109 HZ 的声波叫超声波，超声波技术是一种简便快速、节能安全、实用的固体废物浸出液的制备方法，该方法与常规的水平或翻转振荡浸提方式具有较好的可比性。本实验采用超声波浸提固体废弃物中的重金属，对比固化前和后的差别，评价其资源化的安全性。 三、实验试剂与仪器

1、实验试剂

铜粉、铬粉、硝酸、425#水泥、电镀污泥（来自电镀厂）

2、实验仪器

原子吸收分光光度计（WFX-120）、超声波发生器（CQ250S ）、模具 四、实验步骤

1、固化实验

称取一定配比的水泥和飞灰（质量比1：9-9：1）10g ，加入适量水（3.5 ml）搅拌均匀，于模子中成型，放置14天后，形成一定强度的固化产物。通过测定固化产物浸出液中有害物质的含量评定其固化效果。

2、浸出实验

固化产物受到水的冲淋、浸泡，其中的部分有害成分可能会转移到水相而导致二次污染。取固化处理静置14天后的固化样块放入烧杯中，加入100m1蒸馏水，1:10的固液比，调节pH 值到5.8 ～6.3，250W 超声波下浸出1h ，过中速定量滤纸，用AAS 测定溶液中Pb 、Cd 的浓度。取飞灰10g ，放入烧杯中，加入100m1蒸馏水，1:10的固液比，调节pH 值到5.8～6.3，250W 超声波下浸出1h ，过中速定量滤纸，用AAS 测定溶液中Pb 、Cd 的浓度。

3、浸出液的分析

采用原子吸收分光光度法，使用说明见附录。标准溶液配制如下：

① 1g/L Pb标准储备液：称取1.000g(精确至0.0002g) 光谱纯金属Pb 于50ml 烧杯中，加入硝酸溶液（1＋1）20ml ，温热，待完全溶解后，转至1000 ml容量瓶中，用水定容至标线，摇匀。

② 1g/L Cd标准储备液：称取1.000g(精确至0.0002g) 光谱纯金属Cd 于50ml 烧杯中，加入硝酸溶液(1+1)20ml，温热，待完全溶解后，转至1000ml 容量瓶中，用水定容至标线，摇匀。 ③ Pb、Cd 混合标准使用液，取10mLPb 标准储备液和1mL Cd 标准储备液到100ml 容量瓶中，此时，溶液中Pb 的浓度为100mg/L、Cd 的浓度为10mg/L。

④ 参考表2，在100ml 容量瓶中，用0.2％硝酸溶液稀释混合标准溶液，配制至少4个工作标准溶液，其浓度范围应包括试样中铅、镉的浓度。

五、数据记录及结果处理

1、列表记录飞灰及各种固化体的浸出液中两种金属的溶出浓度，并对应计算两种金属各自的固化去除率。

2、以水泥的添加百分比为横坐标，以浸出液浓度及固化去除率为纵坐标，画出上述的变化过程。

3、浸出液安全评价

浸出液毒性鉴别值（浸出液中任何一种危害成分的浓度）大于以下所列的浓度值，则该废物是具有浸出毒性的危险废物。

标准：组份 As Pb Zn Cd Cu Hg

标准值 1.5 3.0 50 0.3 50 0.05（mg/L）

比较飞灰和固化体浸出液中重金属浓度，得出水泥固化效果，进而对其进行安全评价。

六、思考题

1、水泥固化的优点是什么？

2、水泥固化有害废物的机理是什么

3、固体废弃物常见的处理方法有哪几种？

附录： 原子吸收分光光度计(WFX-120)使用说明

一、仪器设置：

1、 认好灯的号码，打开主机和通用机电源，双击BRAIC 快捷方式

2、 编辑分析方法：

操作→编辑分析方法

火焰原子吸收、创建新方法

3、 分析条件的选择：

设置仪器条件（元素、波长、灯号*、狭缝）、测量条件（工作曲线法

、标准加入法）、工作曲线参数（标准空白、标准浓度、测量次数、浓度单位、进样体积等）、火焰条件（默认

4、分析方法和分析任务：回到主页面，文件→新建→火焰原子吸收

开始联机

)

5主光束能量为100%→其他不要乱动，二、实验操作：

1、 进入测量页面，打开气体压缩机(开机先开风机开关，再开压机开关) ，空压机设在

0.2~0.3MPa之间 → 打开乙炔气，乙炔设在0.05~0.06MPa之间 →点火（

点火前注意废液管要水封）(长时间不使用可能导致一次点火不成功，发生报警声后, 按下点火键，报警声消失，继续点火。)

2、 吸液管放入空白蒸馏水中，点击

吸液管按顺序放入标准系列中，

依次

读数超出Y 坐标，可双击图页面，修改Y 关系数）

3、 测定后将吸液管放入空白蒸馏水中5min 。

4、 关机：关火首先关掉乙炔总阀(顺时针最小) ，稍后关掉气体压缩机(先关压机开关，再关

风机开关) ，按一下手动放气。 最后关掉主机和通用机电源

三、注意事项：

1、点火前注意废液管要水封

2、空压机设在0.2~0.3MPa，乙炔设在0.05~0.06MPa

3、气体压缩机开机前，应检查压力表是否在零位置，若不在零位置, 按一下手动放气。

4、灯位置：2- Pb === 3-Mn === 4-Cd === 5-Cu