《环境工程实验（二）》实验指导书适用专业：环境工程2016
《环境工程实验（二）》 实验指导书 适用专业：环境工程 2016
实验一臭氧高级氧化技术降解有机污染物有机污染物在水体中的臭氧联合光化学降解强烈地影响着它们在水中的归宿，因而对水体中有机污染物臭氧联合光化学降解的研究已成为水环境化学的一个重要的研究领域。目前，臭氧联合光降解技术已成为许多难降解有机污染物的有效去除手段。水体中有机污染物臭氧联合化学氧化降解规律的研究主要包括两方面的内容。一是研究其降解速率及影响因素；二是研究有机污染物降解产物，包括中间产物的毒性大小。更值得注意的是高级氧化的联合效率和污染物的降解行为并不一定具有相加作用。一、实验目的测定藏红在臭氧化学降解作用下的降解速度，并求得速率常数。二、实验原理溶于水中的有机污染物，在紫外光的作用下分解，不断产生自由基，除自由基外，水体中还存在有单态氧，使得天然水中的有机污染物不断地被氧化，尤其当水中共存臭氧时，臭氧的强氧化性，能联合化能氧化快速降解污染物。因此，臭氧联合过氧化氢降解是天然水体有机污染物的自净途径之一。天然水体中有机污染物的光降解速率为：-dc/dt=Kc[Ox]对上式积分得：ct=co*exp(-k*t)式中：co——天然水体中有机物起始浓度；ct—时间为t时测
实验一 臭氧高级氧化技术降解有机污染物 有机污染物在水体中的臭氧联合光化学降解强烈地影响着它们 在水中的归宿，因而对水体中有机污染物臭氧联合光化学降解的研究 已成为水环境化学的一个重要的研究领域。目前，臭氧联合光降解技 术已成为许多难降解有机污染物的有效去除手段。 水体中有机污染物臭氧联合化学氧化降解规律的研究主要包括 两方面的内容。一是研究其降解速率及影响因素；二是研究有机污染 物降解产物，包括中间产物的毒性大小。更值得注意的是高级氧化的 联合效率和污染物的降解行为并不一定具有相加作用。 一、实验目的 测定藏红在臭氧化学降解作用下的降解速度，并求得速率常数。 二、实验原理 溶于水中的有机污染物，在紫外光的作用下分解，不断产生自由 基，除自由基外，水体中还存在有单态氧，使得天然水中的有机污染 物不断地被氧化，尤其当水中共存臭氧时，臭氧的强氧化性，能联合 化能氧化快速降解污染物。因此，臭氧联合过氧化氢降解是天然水体 有机污染物的自净途径之一。 天然水体中有机污染物的光降解速率为： -dc/dt＝Kc[Ox]对上式积分得：ct=c0*exp(-k*t) 式中：c0——天然水体中有机物起始浓度；ct——时间为 t 时测
得有机物的浓度；K一一得到的衰减曲线的斜率。本实验在含藏红的蒸馏水溶液中加入臭氧作为氧化剂，模拟含酚天然水进行臭氧联合光降解实验。藏红的测定是根据藏红水溶液呈红色，在510nm处有最大吸收。在一定浓度范围内，藏红的浓度与吸光度值成线性关系。三、仪器和试剂1.仪器可见光分光光度计；高压汞灯，450W。2.试剂（1）藏红的标准储备液：1000mg/L。（2）50mg/L藏红标准中间液：取藏红标准储备液5mL稀释至100mL。（3）缓冲溶液：称取20g氯化铵溶于100mL浓氨水中。（4）0.36%过氧化氢溶液：取过氧化氢溶液3.0mL稀释至250mL。（5）待降解藏红溶液：取1000mg/L的藏红标准储备液5.0mL于250mL容量瓶中，用二次水稀释至刻度，摇匀待用（用前现配）四、实验步骤1.标准曲线的绘制分别取50mg/L的藏红标准中间液0、1.00、1.50、2.00和3.00mL于25mL比色管中，加少量二次水，然后加入0.5mL缓冲溶液（在通风条件下进行），最后用二次水定容至25mL，放置15min后，在分光光度计上，于510nm波长处，用1cm比色血，以空白溶液为参
得有机物的浓度；K——得到的衰减曲线的斜率。 本实验在含藏红的蒸馏水溶液中加入臭氧作为氧化剂，模拟含酚 天然水进行臭氧联合光降解实验。藏红的测定是根据藏红水溶液呈红 色，在 510 nm 处有最大吸收。在一定浓度范围内，藏红的浓度与吸 光度值成线性关系。 三、仪器和试剂 1.仪器 可见光分光光度计；高压汞灯，450W。 2.试剂 （1）藏红的标准储备液：1000mg/L。 （2）50 mg/L 藏红标准中间液：取藏红标准储备液 5 mL 稀释至 100 mL。 （3）缓冲溶液：称取 20 g 氯化铵溶于 100 mL 浓氨水中。 （4）0.36％过氧化氢溶液：取过氧化氢溶液 3.0mL 稀释至 250mL。 （5）待降解藏红溶液：取 1000 mg/L 的藏红标准储备液 5.0mL 于 250 mL 容量瓶中，用二次水稀释至刻度，摇匀待用（用前现配）。 四、实验步骤 1.标准曲线的绘制 分别取 50 mg/L 的藏红标准中间液 0、1.00、1.50、2.00 和 3.00mL 于 25 mL 比色管中，加少量二次水，然后加入 0.5mL 缓冲溶液（在 通风条件下进行），最后用二次水定容至 25 mL，放置 15min 后，在 分光光度计上，于 510nm 波长处，用 1 cm 比色皿，以空白溶液为参
比，测量吸光度。以吸光度对浓度作图绘制标准曲线2.03降解实验①将待降解的藏红溶液置于1000mL三角烧瓶中，接通O3发生器，并密封三角烧瓶，密封口处接出一根连通管，通往屋外，将装置置于光降解仪器中。通入O3后，每隔5min取一次样，每次取3.0mL，共取10次样，分别在t=0、1、5、10、20、40、60、80、100、160min时取样。分别置于有编号的25mL比色管中，按照与步骤1相同的方法测定吸光度。五、数据处理由标准曲线上查得不同时间光降解溶液中苯酚所对应的浓度值，绘制Inco/c~t关系曲线，求得K值。六、思考题1.讨论实验过程中出现的现象。2.本实验所用紫外灯的光谱有何特征？
比，测量吸光度。以吸光度对浓度作图绘制标准曲线。 2.O3 降解实验 ①将待降解的藏红溶液置于 1000mL 三角烧瓶中，接通 O3发生 器，并密封三角烧瓶，密封口处接出一根连通管，通往屋外，将装置 置于光降解仪器中。通入 O3后，每隔5 min 取一次样，每次取3.0 mL， 共取 10 次样，分别在 t＝0、1、5、10、20、40、60、80、100、160min 时取样。分别置于有编号的 25mL 比色管中，按照与步骤 1 相同的方 法测定吸光度。 五、数据处理 由标准曲线上查得不同时间光降解溶液中苯酚所对应的浓度值， 绘制 lnc0/c～t 关系曲线，求得 K 值。 六、思考题 1.讨论实验过程中出现的现象。 2.本实验所用紫外灯的光谱有何特征？
实验二铁盐处理高浓度有机废水Fenton法即亚铁盐和H2O的组合，芬顿(Fenton)试剂对有机污染物的化学降解是前景广阔的高级氧化技术，具有反应快、降解完全等优点：1、了解芬顿试剂氧化降解水中有机污染物（如亚甲基蓝、农药）的原理；2、熟悉芬顿试剂的制备、操作过程和影响因素。一、实验原理：过氧化氢与亚铁离子结合形成的芬顿(Fenton)试剂，具有极强的氧化能力，其氧化机理主要是在酸性条件下，利用亚铁离子作为过氧化氢分解的催化剂，反应过程可以生成反应活性极高的羟基自由基，其具有很强的氧化能力。羟基自由基可进一步引发自由基链反应，从而降解大部分有机物，甚至使部分有机质达到矿化。Fenton试剂能通过催化分解产生基自由基（HO·）进攻自由分子，并使其氧化成CO2H2O等无机物质。过氧自由基反应的一般过程为(1)Fe2++H2O2-→Fe3++HO.+OH(2)Fe3++H202 -→ Fe2++H0O·+H+(3)Fe2++HO.→ Fe3++OH-(4)Fe3++HOO.→Fe2++02+H+(5)Fe2++HOO.→Fe3++HO2(6)HO.+H202 -→H00O·+H20(7)HO0:+H202 → HO·+H20 + 02
实验二 铁盐处理高浓度有机废水 Fenton 法即亚铁盐和 H2O2的组合，芬顿(Fenton)试剂对有机污染 物的化学降解是前景广阔的高级氧化技术，具有反应快、降解完全等 优点： 1、了解芬顿试剂氧化降解水中有机污染物（如亚甲基蓝、农药）的 原理； 2、熟悉芬顿试剂的制备、操作过程和影响因素。 一、实验原理： 过氧化氢与亚铁离子结合形成的芬顿(Fenton)试剂，具有极强的 氧化能力，其氧化机理主要是在酸性条件下，利用亚铁离子作为过氧 化氢分解的催化剂，反应过程可以生成反应活性极高的羟基自由基， 其具有很强的氧化能力。羟基自由基可进一步引发自由基链反应，从 而降解大部分有机物，甚至使部分有机质达到矿化。Fenton 试剂能通 过催化分解产生羟基自由基（HO·）进攻自由分子，并使其氧化成CO2， H2O 等无机物质。 过氧自由基反应的一般过程为:
反应体系十分复杂，其关键是通过Fe2+在反应中起激发和传递电子的作用，使链反应可以持续进行直至H2O2耗尽。芬顿试剂降解有机物一般在酸性条件下进行，pH对降解影响大。pH过高时，一是随着pH的升高，H2O2的稳定性降低，高pH会造成H2O2的分解；二是较高的pH对反应（1）的抑制作用，不利于HO的产生，式（1）是产生HO·的主要反应；三是Fe2+易形成Fe(OH)胶体或Fe2O3nH2O无定形沉淀，导致体系的催化活性下降或消失pH过低时，H+是HO·的清除剂：H++HO·+Fe2+=H2O+Fe3+，这也不利于HO·的产生。因Fenton试剂处理的最优PH为3-5，所以取定pH=4来测定。另外，FeSO4和HO2的量和配比也会影响芬顿试剂的氧化降解性能。二、实验目的通过此实验使学生熟悉过氧化氢-铁盐处理高浓度有机废水的机理、掌握该实验的操作技能，使学生能明确影响过氧化氢-铁盐处理有机废水的因素，并探寻最佳处理方法。并使学生学会有机污染物的降解评价方法等。三、试剂与仪器1、亚甲基蓝固体2、亚甲基蓝操作液（50mg/L）1500mL3、30%(w/w)H202溶液，密度1.11g/mL4、七水硫酸亚铁固体FeSO4.7H2C5、NaOH溶液（1mol/L）
反应体系十分复杂，其关键是通过 Fe2+在反应中起激发和传递电子的 作用，使链反应可以持续进行直至 H2O2耗尽。 芬顿试剂降解有机物一般在酸性条件下进行，pH 对降解影响大。 pH 过高时，一是随着 pH 的升高，H2O2的稳定性降低，高 pH 会造成 H2O2的分解；二是较高的 pH 对反应（1）的抑制作用，不利于 HO• 的产生，式（1）是产生 HO•的主要反应；三是 Fe2+易形成 Fe(OH)3胶 体或 Fe2O3•nH2O 无定形沉淀，导致体系的催化活性下降或消失。 pH 过低时，H+是 HO•的清除剂：H+ + HO• + Fe2+ = H2O + Fe3+， 这也不利于 HO•的产生。因 Fenton 试剂处理的最优 PH 为 3-5，所以 取定 pH=4 来测定。另外，FeSO4 和 H2O2 的量和配比也会影响芬顿 试剂的氧化降解性能。 二、实验目的 通过此实验使学生熟悉过氧化氢-铁盐处理高浓度有机废水的机 理、掌握该实验的操作技能，使学生能明确影响过氧化氢-铁盐处理 有机废水的因素，并探寻最佳处理方法。并使学生学会有机污染物的 降解评价方法等。 三、试剂与仪器 1、亚甲基蓝固体 2、亚甲基蓝操作液（50mg/L）1500mL 3、30% (w/w)H2O2 溶液，密度 1.11g/mL 4、七水硫酸亚铁固体FeSO4 ．7H2O 5、NaOH 溶液（1 mol/L）
6、H2SO4溶液（1mol/L）分光光度计每组一台；pH计一台；比色管9根每组；烧杯250ml，5个每组；100ml，1个每组；容量瓶1000ml一个每组；500ml二个每组；玻棒每组3根；计时器1个每组；电子天平每组一台；量筒100ml一个每组；各类移液管等1ml，5ml，10ml各一根每组；搅拌机2台每组。四、实验步骤1、溶液配制稀释：把100mg/L的亚甲基蓝储备液稀释2倍至1000mL和500mlL（选做部分）容量瓶中，获得50mg/L的亚甲基蓝操作液（自行计算）2、标准曲线制作分别吸取亚甲基蓝操作液（50mg/L）0，0.5，1，2，4，6，8，10，20mL于50mL的比色管中，定容，获得亚甲基蓝标准溶液；将标准溶液置于光径为1cm的比色皿中，用分光光度计在波长665nm下测定吸光度；绘制标准曲线。3、亚基甲基蓝降解Fe2+浓度影响取4份100mL的亚甲基蓝操作液（50mg/L）到4个烧杯中，调节pH至2~3之间；4个烧杯中分别加入0g，0.01g，0.05g，0.1g的七水硫酸亚铁固体，搅拌，再分别加入1g的H202，并同时开始计时，搅拌；10分钟、20分钟、30分钟....后，各取样2ml，于665nm波长处比色测定，记录数据。加入2-5ml的H2SO4（1M）溶液去除
6、H2SO4溶液（1 mol/L） 分光光度计每组一台；pH 计一台；比色管9 根每组；烧杯250ml， 5 个每组；100ml，1 个每组；容量瓶1000ml 一个每组；500ml 二个 每组 ；玻棒 每组 3 根；计时器1 个每组；电子天平每组一台；量 筒 100ml一个每组；各类移液管等1ml，5ml，10ml 各一根每组；搅 拌机 2 台每组。 四、实验步骤 1、溶液配制 稀释：把 100mg/L 的亚甲基蓝储备液稀释 2 倍至 1000mL 和 500mL （选做部分）容量瓶中，获得 50mg/L 的亚甲基蓝操作液（自行计算） 2、标准曲线制作 分别吸取亚甲基蓝操作液（50mg/L）0，0.5，1，2，4，6，8，10， 20 mL 于 50mL 的比色管中，定容，获得亚甲基蓝标准溶液；将标准 溶液置于光径为 1cm 的比色皿中，用分光光度计在波长 665 nm 下测 定吸光度；绘制标准曲线。 3、亚基甲基蓝降解 Fe2+浓度影响 取 4 份 100mL 的亚甲基蓝操作液（50mg/L）到 4 个烧杯中，调 节 pH 至 2~3 之间；4 个烧杯中分别加入 0g，0.01g，0.05g，0.1g 的 七水硫酸亚铁固体，搅拌，再分别加入 1g 的 H2O2，并同时开始计 时，搅拌； 10 分钟、20 分钟、30 分钟.后，各取样 2ml，于 665nm 波长处比色测定，记录数据。加入 2-5ml 的 H2SO4（1M）溶液去除
黄色氢氧化铁的干扰；找出亚铁离子的最佳投加量。H202浓度影响取4份100mL的亚甲基蓝操作液（50mg/L）到4个烧杯中，调节pH至2~3之间；4个烧杯中分别加入前面实验得出的最佳投加量的七水硫酸亚铁固体，搅拌，再分别加入0.1g，0.5g，1g，1.5g的H202，搅拌，同时开始计时；10分钟、20分钟、30分钟.....后，各取样2ml，于665nm波长处比色测定，记录数据。加入2-5ml的H2SO4（1M）溶液去除黄色氢氧化铁的干扰；找出H202的最佳投加量。选做部分：(3) PH各取废水50mL于4个烧杯中。加入H202，FeSO溶液最佳，分别用HCI和NaOH调节pH为2、4、6、8，在室温下置于恒温振荡器上振荡2h。过滤，取上清液测定其COD氨氮，硫酸根，PH，电导率计算去除率，根据数据测定浓缩水的最佳PH（4）反应时间各取废水50mL于五个烧杯中。分别投加H2022mL，FeSO3mL，调节pH到最佳，在室温下置于恒温振荡器上搅拌0.5、1、1.5、2、2.5h，过滤，取上清液测定COD氨氮，硫酸根，PH，电导率，计算去除率，计算最佳反应时间。（5）H202的投加方式上述最佳反应条件下尝试H202分两次投放，总量不变，取上清液测定COD氨氮，硫酸根，PH，电导率，计算去除率
黄色氢氧化铁的干扰；找出亚铁离子的最佳投加量。 H2O2浓度影响 取 4 份 100mL 的亚甲基蓝操作液（50mg/L）到 4 个烧杯中，调 节 pH 至 2~3 之间；4 个烧杯中分别加入前面实验得出的最佳投加量 的七水硫酸亚铁固体，搅拌，再分别加入 0.1g，0.5g，1g，1.5g的 H2O2， 搅拌，同时开始计时；10 分钟、20 分钟、30 分钟.后，各取样 2ml， 于 665nm 波长处比色测定，记录数据。加入 2-5ml 的 H2SO4（1M） 溶液去除黄色氢氧化铁的干扰；找出 H2O2 的最佳投加量。 选做部分： （3）PH 各取废水 50 mL 于 4 个烧杯中．加入 H202，FeSO溶液最佳，分别用 HCl 和 NaOH 调节 pH 为 2、4、6、8，在室温下置于恒温振荡器上振 荡 2 h。过滤，取上清液测定其 COD 氨氮，硫酸根，PH，电导率， 计算去除率，根据数据测定浓缩水的最佳 PH （4）反应时间 各取废水 50 mL 于五个烧杯中。分别投加 H202 2 mL，FeSO 3 mL， 调节 pH 到最佳，在室温下置于恒温振荡器上搅拌 0．5、1、1．5、 2、2．5 h，过滤，取上清液测定 COD 氨氮，硫酸根，PH，电导率， 计算去除率，计算最佳反应时间。 （5）H202 的投加方式 上述最佳反应条件下尝试 H202 分两次投放，总量不变，取上清液测 定 COD 氨氮，硫酸根，PH，电导率，计算去除率
(6）温度最佳条件下，设置温度为20、40、60、80度，测最优温度（7）加入催化剂最佳条件下，加入FeSO4·7H2O，Fe（铁粉，铁屑），TiO2，活性炭等均有催化剂，寻找最好催化剂，尝试最优催化剂用量。（8）UV/Fenton法可以考虑在最优条件下，采用紫外或可见光照射五、计算及数据处理降解率（%）=（1-C1/C0)×100%其中C0为初始溶液的亚甲基蓝浓度C1为氧化降解后溶液的亚甲基蓝浓度绘制降解率vs.Fe2+浓度曲线绘制降解率vs.H202浓度曲线绘制降解率vs.起始pH曲线（选做）六、思考题1、试简述芬顿试剂在污染控制中的适用范围和应用特点。2、试简述芬顿试剂降解亚甲基蓝的基本原理。3、影响芬顿试剂降解亚甲基蓝的因素有哪些？
（6）温度 最佳条件下，设置温度为 20、40、60、80 度，测最优温度 （7）加入催化剂 最佳条件下，加入 FeSO4·7H2O，Fe (铁粉，铁屑)，TiO2，活性炭等 均有催化剂，寻找最好催化剂，尝试最优催化剂用量。 （8）UV/Fenton 法 可以考虑在最优条件下，采用紫外或可见光照射 五、计算及数据处理 降解率（%）= (1-C1/C0)×100%其中 C0 为初始溶液的亚甲基蓝浓 度 C1 为氧化降解后溶液的亚甲基蓝浓度 绘制降解率 vs.Fe2+浓度曲线 绘制降解率 vs.H2O2 浓度曲线 绘制降解率 vs.起始 pH 曲线（选做） 六、思考题 1、试简述芬顿试剂在污染控制中的适用范围和应用特点。 2、试简述芬顿试剂降解亚甲基蓝的基本原理。 3、影响芬顿试剂降解亚甲基蓝的因素有哪些？
实验三零价铁制备与硝酸盐的处理一、实验原理零价铁电负性较大，具有较强的还原性。零价铁可以有效地去除水体中硝酸盐、氯代脂肪烃类，尤其对氯代烷烃具有较强的降解能力。但是普通铁粉的反应活性比较低，只能部分降解氯代有机化合物，且反应速率较慢，同时由于在铁颗粒表面会形成表面钝化层，导致铁的还原活性随时间下降。纳米铁颗粒因其粒子的直径小，颗粒的比表面积和表面能大，从而具有优越的吸附性能和很高的还原活性。利用纳米颗粒特有的表面效应和小尺寸效应，可以提高零价铁颗粒的反应活性和处理效率。二、实验目的通过此实验使学生了解零价铁的制备方法，掌握零价铁的化学还原制备方法，了解制备材料的表征技术，使学生学会零价铁的制备。在实验过程中让学生明白零价铁处理硝酸盐的机理，学生实验中探寻零价铁处理硝酸盐的影响因素，并确定最佳条件。三、试剂与仪器722型分光光度计1台；125W高压汞灯1支；反应器1个；充气泵1个；恒温水浴1套；磁力搅拌器1台；离心机1台；台秤1台；秒表1块；移液管（10mL）2支；500mL量筒1支；吸耳球；离心管6支
实验三 零价铁制备与硝酸盐的处理 一、实验原理 零价铁电负性较大，具有较强的还原性。零价铁可以有效地去除 水体中硝酸盐、氯代脂肪烃类, 尤其对氯代烷烃具有较强的降解能力。 但是普通铁粉的反应活性比较低，只能部分降解氯代有机化合物，且 反应速率较慢，同时由于在铁颗粒表面会形成表面钝化层，导致铁的 还原活性随时间下降。纳米铁颗粒因其粒子的直径小，颗粒的比表面 积和表面能大，从而具有优越的吸附性能和很高的还原活性。利用纳 米颗粒特有的表面效应和小尺寸效应，可以提高零价铁颗粒的反应活 性和处理效率。 二、实验目的 通过此实验使学生了解零价铁的制备方法，掌握零价铁的化学还 原制备方法，了解制备材料的表征技术，使学生学会零价铁的制备。 在实验过程中让学生明白零价铁处理硝酸盐的机理，学生实验中探寻 零价铁处理硝酸盐的影响因素，并确定最佳条件。 三、试剂与仪器 722 型分光光度计 1 台；125W 高压汞灯 1 支；反应器 1 个； 充气泵 1 个；恒温水浴 1 套；磁力搅拌器 1 台；离心机 1 台；台秤 1 台；秒表 1 块；移液管（10mL）2 支；500mL 量筒 1 支；吸耳球； 离心管 6 支