環(huán)境工程綜合實驗?摘要：本實驗涵蓋了環(huán)境工程多個領(lǐng)域的關(guān)鍵內(nèi)容，通過一系列實驗操作與數(shù)據(jù)分析，旨在讓學(xué)生深入理解環(huán)境工程原理與技術(shù)，掌握相關(guān)實驗技能，培養(yǎng)解決實際環(huán)境問題的能力。實驗內(nèi)容包括水質(zhì)指標(biāo)的測定、污水處理工藝模擬、大氣污染物監(jiān)測與分析以及固體廢棄物處理與資源化等方面，對提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和實踐能力具有重要意義。一、引言環(huán)境工程是一門致力于解決環(huán)境問題、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的學(xué)科。綜合實驗作為環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，能夠?qū)⒗碚撝R與實際操作相結(jié)合，使學(xué)生更直觀地了解環(huán)境工程領(lǐng)域的實際應(yīng)用。通過參與綜合實驗，學(xué)生可以親身體驗從樣品采集、實驗分析到結(jié)果評價的全過程，提高對環(huán)境問題的認(rèn)識和解決能力，為今后從事環(huán)境工程相關(guān)工作奠定堅實基礎(chǔ)。二、實驗?zāi)康?.熟悉常見環(huán)境工程實驗儀器的使用方法和操作流程。2.掌握水質(zhì)、大氣、固體廢棄物等環(huán)境要素相關(guān)指標(biāo)的測定方法。3.了解污水處理、大氣污染控制、固體廢棄物處理與資源化等典型環(huán)境工程工藝的原理與運(yùn)行過程。4.培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理與分析能力，能夠根據(jù)實驗結(jié)果撰寫規(guī)范的實驗報告。5.增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神和創(chuàng)新思維，提高解決實際環(huán)境工程問題的綜合素質(zhì)。三、實驗儀器與試劑1.實驗儀器水質(zhì)分析儀器：電子天平、酸度計、分光光度計、烘箱、馬弗爐、離子色譜儀等。污水處理實驗裝置：曝氣生物濾池、活性污泥反應(yīng)器、MBR膜生物反應(yīng)器等。大氣污染監(jiān)測儀器：氣相色譜儀、傅里葉變換紅外光譜儀、煙塵采樣器、大氣采樣器等。固體廢棄物處理設(shè)備：破碎機(jī)、篩分機(jī)、回轉(zhuǎn)窯等。2.實驗試劑水質(zhì)分析試劑：重鉻酸鉀、硫酸銀、硫酸汞、氫氧化鈉、鹽酸、鄰苯二甲酸氫鉀等。污水處理藥劑：聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺、葡萄糖、磷酸二氫鉀等。大氣污染監(jiān)測試劑：各種標(biāo)準(zhǔn)氣體、吸收液、顯色劑等。固體廢棄物處理試劑：濃硫酸、濃硝酸、氫氟酸等。四、實驗內(nèi)容與步驟水質(zhì)指標(biāo)的測定1.化學(xué)需氧量（COD）的測定原理：在強(qiáng)酸性溶液中，用一定量的重鉻酸鉀氧化水樣中的還原性物質(zhì)，過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨溶液回滴。根據(jù)硫酸亞鐵銨溶液的用量計算水樣中還原性物質(zhì)消耗氧的量。步驟準(zhǔn)確移取適量水樣于錐形瓶中，加入一定量的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液和硫酸硫酸銀溶液，搖勻。連接回流裝置，加熱回流2h。冷卻后，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色即為終點。同時做空白試驗。2.生化需氧量（BOD）的測定原理：水樣在有溶解氧的條件下，微生物分解水中有機(jī)物的生物化學(xué)過程中所消耗的溶解氧量。步驟用虹吸法將水樣引入兩個溶解氧瓶中，其中一瓶立即測定溶解氧，記為初始溶解氧（DO?）。另一瓶接種稀釋水或接種微生物懸液，使水樣中的溶解氧含量約為8mg/L，密封后置于20℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5天。培養(yǎng)5天后取出，測定溶解氧，記為最終溶解氧（DO?）。根據(jù)公式計算BOD?。3.氨氮的測定原理：以游離態(tài)的氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，于波長420nm處測量吸光度。步驟取適量水樣于比色管中，加入酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑，搖勻。放置10min后，于分光光度計上比色測定。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)吸光度計算水樣中氨氮的含量。污水處理工藝模擬實驗1.曝氣生物濾池實驗實驗裝置：由濾池主體、曝氣系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)等組成。原理：在濾池中裝填一定粒徑的濾料，通過曝氣使濾料表面生長生物膜，污水流經(jīng)濾層時，生物膜中的微生物對污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解。步驟啟動曝氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)曝氣量，使濾池內(nèi)形成均勻的氣液流態(tài)。向濾池中注入模擬污水，控制進(jìn)水流量和水質(zhì)。運(yùn)行一段時間后，定期測定進(jìn)出水的COD、氨氮等指標(biāo)，觀察生物膜的生長情況。當(dāng)濾池水頭損失達(dá)到一定值時，進(jìn)行反沖洗操作，恢復(fù)濾池的過濾性能。2.活性污泥反應(yīng)器實驗實驗裝置：由曝氣池、二沉池、污泥回流系統(tǒng)等組成。原理：通過人工培養(yǎng)活性污泥，利用活性污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物。污水在曝氣池中與活性污泥充分混合接觸，有機(jī)物被微生物分解，混合液進(jìn)入二沉池進(jìn)行固液分離，污泥回流至曝氣池前端繼續(xù)參與反應(yīng)。步驟配制活性污泥接種液，接種至曝氣池中，啟動曝氣系統(tǒng)和污泥回流系統(tǒng)。向曝氣池中注入模擬污水，控制進(jìn)水流量、溶解氧、污泥回流比等參數(shù)。定期監(jiān)測進(jìn)出水水質(zhì)、污泥濃度、污泥沉降性能等指標(biāo)。根據(jù)實驗結(jié)果調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化活性污泥處理工藝。大氣污染物監(jiān)測與分析1.二氧化硫的測定原理：二氧化硫被甲醛緩沖溶液吸收后，生成穩(wěn)定的羥基甲磺酸加成化合物。在樣品溶液中加入氫氧化鈉使加成化合物分解，釋放出的二氧化硫與鹽酸副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫紅色絡(luò)合物，于波長577nm處測量吸光度。步驟用大氣采樣器采集大氣樣品，采樣流量根據(jù)要求設(shè)定。將采樣后的吸收液轉(zhuǎn)移至比色管中，加入氫氧化鈉溶液、鹽酸副玫瑰苯胺溶液和甲醛溶液，搖勻。顯色15min后，于分光光度計上比色測定。同時做空白試驗，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算大氣中二氧化硫的含量。2.氮氧化物的測定原理：用三氧化鉻石英砂氧化管將一氧化氮氧化成二氧化氮，二氧化氮被吸收液吸收后，生成亞硝酸和硝酸，其中亞硝酸與對氨基苯磺酸起重氮化反應(yīng)，再與鹽酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰紅色偶氮染料，于波長540nm處測量吸光度。步驟用大氣采樣器采集大氣樣品，串聯(lián)兩支吸收瓶。將采樣后的吸收液分別轉(zhuǎn)移至比色管中，按順序加入對氨基苯磺酸溶液、鹽酸萘乙二胺溶液，搖勻。放置15min后，于分光光度計上比色測定。同時做空白試驗，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算大氣中氮氧化物的含量。固體廢棄物處理與資源化實驗1.固體廢棄物的破碎與篩分實驗?zāi)康模簩⒐腆w廢棄物破碎至一定粒徑范圍，并通過篩分分離出不同粒徑的顆粒。步驟選用合適的破碎機(jī)，將固體廢棄物樣品放入破碎機(jī)中進(jìn)行破碎。調(diào)節(jié)破碎機(jī)的參數(shù)，控制破碎后的粒徑大小。將破碎后的樣品通過不同孔徑的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，分別收集不同粒徑范圍的顆粒，測定各粒徑顆粒的質(zhì)量和比例。2.固體廢棄物的焚燒實驗實驗裝置：回轉(zhuǎn)窯焚燒爐。原理：在高溫下，固體廢棄物中的有機(jī)物發(fā)生燃燒反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等無害物質(zhì)。步驟將適量的固體廢棄物樣品放入回轉(zhuǎn)窯焚燒爐中。設(shè)定焚燒溫度、停留時間等參數(shù)，啟動焚燒爐。觀察焚燒過程中固體廢棄物的變化情況，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。焚燒結(jié)束后，收集焚燒殘渣，分析其成分和性質(zhì)。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理水質(zhì)指標(biāo)測定數(shù)據(jù)記錄1.COD測定數(shù)據(jù)記錄|水樣編號|重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL）|硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液初讀數(shù)（mL）|硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液終讀數(shù)（mL）|空白試驗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL）|COD（mg/L）|||||||||1|||||||2|||||||...||||||2.BOD測定數(shù)據(jù)記錄|水樣編號|初始溶解氧（mg/L）|最終溶解氧（mg/L）|BOD?（mg/L）|||||||1|||||2|||||...||||3.氨氮測定數(shù)據(jù)記錄|水樣編號|氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（mg/L）|吸光度|水樣吸光度|水樣氨氮含量（mg/L）||||||||0|0|||||1|0.5|||||2|1.0|||||...||||||水樣|||||污水處理工藝模擬實驗數(shù)據(jù)記錄1.曝氣生物濾池實驗數(shù)據(jù)記錄|運(yùn)行時間（d）|進(jìn)水COD（mg/L）|進(jìn)水氨氮（mg/L）|出水COD（mg/L）|出水氨氮（mg/L）|水頭損失（m）|生物膜外觀||||||||||1||||||||2||||||||...|||||||2.活性污泥反應(yīng)器實驗數(shù)據(jù)記錄|運(yùn)行時間（d）|進(jìn)水流量（m3/d）|進(jìn)水COD（mg/L）|進(jìn)水氨氮（mg/L）|出水COD（mg/L）|出水氨氮（mg/L）|污泥濃度（mg/L）|污泥沉降比（%）|||||||||||1|||||||||2|||||||||...||||||||大氣污染物監(jiān)測與分析數(shù)據(jù)記錄1.二氧化硫測定數(shù)據(jù)記錄|大氣采樣點位|采樣體積（L）|樣品吸光度|空白吸光度|標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率|截距|二氧化硫含量（mg/m3）||||||||||1||||||||2||||||||...|||||||2.氮氧化物測定數(shù)據(jù)記錄|大氣采樣點位|采樣體積（L）|樣品吸光度|空白吸光度|標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率|截距|氮氧化物含量（mg/m3）||||||||||1||||||||2||||||||...|||||||固體廢棄物處理與資源化實驗數(shù)據(jù)記錄1.固體廢棄物破碎與篩分?jǐn)?shù)據(jù)記錄|固體廢棄物樣品編號|破碎前粒徑范圍（mm）|破碎后粒徑范圍（mm）|各粒徑顆粒質(zhì)量（g）|各粒徑顆粒比例（%）||||||||1||||||2||||||...|||||2.固體廢棄物焚燒實驗數(shù)據(jù)記錄|固體廢棄物樣品編號|焚燒溫度（℃）|停留時間（h）|焚燒殘渣質(zhì)量（g）|殘渣成分分析結(jié)果||||||||1||||||2||||||...|||||數(shù)據(jù)處理1.水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)處理根據(jù)COD、BOD、氨氮的測定公式，結(jié)合記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到各水樣的相應(yīng)指標(biāo)濃度。計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計量，分析數(shù)據(jù)的離散程度。2.污水處理工藝模擬實驗數(shù)據(jù)處理計算曝氣生物濾池和活性污泥反應(yīng)器的去除率，公式為：去除率=（進(jìn)水濃度出水濃度）/進(jìn)水濃度×100%。繪制進(jìn)出水水質(zhì)隨時間變化的曲線，分析工藝的運(yùn)行效果和穩(wěn)定性。3.大氣污染物監(jiān)測與分析數(shù)據(jù)處理根據(jù)二氧化硫、氮氧化物的測定公式，結(jié)合記錄數(shù)據(jù)計算大氣中污染物的含量。對比不同采樣點位的污染物含量，分析大氣污染狀況的空間分布。4.固體廢棄物處理與資源化實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)破碎與篩分實驗數(shù)據(jù)，分析固體廢棄物破碎后的粒徑分布情況。根據(jù)焚燒實驗數(shù)據(jù)，分析焚燒殘渣的產(chǎn)生量和成分變化，評估固體廢棄物焚燒處理的效果。六、實驗結(jié)果與討論水質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果與討論1.COD測定結(jié)果不同水樣的COD測定結(jié)果表明，生活污水的COD含量較高，工業(yè)廢水的COD含量因行業(yè)不同差異較大。例如，印染廢水的COD含量明顯高于電鍍廢水。分析COD含量高的原因，可能是生活污水中含有大量的有機(jī)物，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂等；印染廢水中含有染料、助劑等難降解有機(jī)物，電鍍廢水中主要含有重金屬離子和少量有機(jī)物。2.BOD測定結(jié)果生活污水的BOD?值一般較高，說明其中的有機(jī)物易于被微生物分解。而一些工業(yè)廢水，如含有高濃度難降解有機(jī)物的化工廢水，BOD?值較低。比較BOD?與COD的比值，可以初步判斷水樣中有機(jī)物的可生化性。比值越高，可生化性越好，反之則越差。3.氨氮測定結(jié)果生活污水和部分工業(yè)廢水（如養(yǎng)殖廢水）中氨氮含量較高，這是由于含氮有機(jī)物的分解或氮肥的使用等原因?qū)е碌摹０钡窟^高會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，引發(fā)藻類大量繁殖等環(huán)境問題。污水處理工藝模擬實驗結(jié)果與討論1.曝氣生物濾池實驗結(jié)果隨著運(yùn)行時間的增加，曝氣生物濾池對COD和氨氮的去除率逐漸提高。在實驗后期，COD去除率可達(dá)80%以上，氨氮去除率可達(dá)90%以上。生物膜的生長情況對處理效果有重要影響。初期生物膜較薄，處理效果相對較差，隨著生物膜的成熟，微生物數(shù)量增多，對污染物的降解能力增強(qiáng)。水頭損失的變化反映了濾池的運(yùn)行狀況。當(dāng)水頭損失達(dá)到一定值時，及時進(jìn)行反沖洗可以恢復(fù)濾池的過濾性能，保證處理效果的穩(wěn)定。2.活性污泥反應(yīng)器實驗結(jié)果活性污泥反應(yīng)器對COD和氨氮的去除效果良好，進(jìn)水水質(zhì)波動時，通過調(diào)整污泥回流比等參數(shù)可以維持處理效果的穩(wěn)定。污泥濃度和污泥沉降比是反映活性污泥性能的重要指標(biāo)。合適的污泥濃度和良好的沉降性能有利于提高處理效果。實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)污泥濃度過高時，污泥沉降性能變差，可能會導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化。大氣污染物監(jiān)測與分析結(jié)果與討論1.二氧化硫測定結(jié)果不同采樣點位的二氧化硫含量存在差異。工業(yè)區(qū)域附近的點位二氧化硫含量較高，主要是由于工業(yè)生產(chǎn)中燃燒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，其含量過高會對環(huán)境和人體健康造成危害。通過監(jiān)測二氧化硫含量，可以評估大氣污染狀況，為大