固体废物处理与处置实验讲义
环境工程实验Ⅳ
《固体废弃物处理与处置》
专业：环境工程
吉林农业大学资源与环境学院
目录
实验一污泥脱水性能的测定............................................... - 1 - 实验二固体废物有机质的分析 .......................................... - 4 - 实验三固体废物pH值的测定........................................... - 7 - 实验四垃圾渗滤液的沥浸实验......................................... - 10 - 实验五固体废物有效磷的测定 ........................................ - 15 - 实验六固体废物碱解氮含量分析 .................................... - 18 - 实验七固体废物浸出毒性（重金属）的鉴别................ - 22 -
实验要求
1.要求学生课前必须认真预习。理解实验原理，了解实验步骤，探寻影响实验结果的关键环节，做好必要的预习报告，画好表格以备实验过程填充原始数据。
2.进入实验室，必须穿着实验服。严格按实验要求规范操作，小组之间不许随便合并工作量，注意水电热气的安全使用和个人的人身安全，不许在实验室内饮食就餐。
3.要求学生的所有实验数据，尤其是各种称量及滴定的原始数据，必须随时记录在专用的实验记录本上，不得涂改原始实验数据。
4.要求学生保持实验室内安静，保持实验台面清洁整齐干净，实验台上的所有仪器药品，不要随意挪动位置。爱护仪器和公共设施，如损坏，根据情节轻重处罚。
5.实验后能够正确分析和处理实验中相关数据，合理表达和解释实验结果，并能给出合格的实验报告，禁止抄袭。
实验一污泥脱水性能的测定
一、本实验的适用范围、选择依据
适用于环境工程、环境科学专业。依据教学目标和教学实际设置此实验，参照《固体废物处理与资源化实验》。
二、方法原理
污泥处理过程中，会产生大量的污泥，其数量占处理水量的0.3%-0.5%（以含水率为97%计）。污泥脱水是污泥减量化中最经济的一种方法，是污泥处理工艺中的一个重要环节，其目的是去除污泥中的空隙水和毛细水，降低了污泥的含水率，为污泥的最终处置创造条件。
污泥脱水效果由其脱水速率和最终脱水程度两方面决定，主要考察脱水后泥饼的含固率这一指标，含固体率越高，脱水效果越好。影响污泥脱水性能的因素很多，包括污泥水分存在方式和污泥的絮体结构（粒径、密度和分形尺寸等）、ξ电势能、pH值以及污泥来源等。污泥粒径是衡量污泥脱水效果最重要的因素。一般来讲，细小污泥颗粒所占比例越大，脱水性能就越差。分形尺寸越大（最大值为3），絮体集结的越紧密，也就越容易脱水。污泥的ξ电势能越高，对脱水越不利。酸性条件下，污泥的表面性质会发生变化，其脱水性能也随之发生变化。研究发现，pH值越低，则离心脱水的效率越高。不同来源的污泥，组成成分不同，脱水性能也不同，活性污泥比阻大，脱水也困难。通过添加改性剂在降低污泥含水率的同时，可提高污泥的脱水性能，便于后续处理。三、所需药品及配制方法
（1）10%H2SO4（质量分数）：取102毫升浓硫酸用去离子水缓慢
稀释到1000毫升。50ml
（2）30%NaOH（质量分数）：取12克NaOH，溶于去离子水后，定容稀释到1000毫升。100ml
（3）0.5%阳离子型PAM：称取0.5克PAM定容稀释至100毫升。100ml
四、所需仪器设备
仪器设备规格台（个）数
离心机 1
恒温干燥箱 1
玻璃棒6个
烧杯250ml 3个×4组
离心管100ml 6个×2组
称量瓶50ml 6个×4组
五、实验分组
实验分为8个小组/1自然班
六、操作、结果计算及数据处理、误差范围
采用机械脱水法测定污泥的脱水性能。将100ml浓缩污泥加到250ml 烧杯中，加10% 2ml硫酸酸化，快速搅拌30s，慢搅拌5min，再加阳离子PAM，搅拌使污泥形成矾花，酸化及絮凝反应均在烧杯中进行。
将于预处理好的污泥分成2分，分别转入100ml离心管中，在4000r/min和2000 r\min下离心10min，小心倾倒去除上清液（避免使固体再悬浮），取泥饼2±0.1克(准确记录重量)，放入预先已经干燥恒重的称量瓶中，放在105℃的干燥箱中恒重（2次称量误差小于0.0005克），
计算含固率。
不同加药方案设计和脱水效果
离心泥饼含固率
加药方案（每个方案2平行样）
4000r\min,10min 2000 r\min,10min 空白（浓缩污泥）
只加阳离子0.5%PAM
硫酸10%，加0.5%PAM
七、注意事项
PAM要缓慢加入，且边加边充分搅拌，方能形成矾花。
实验二固体废物有机质的分析
一、本实验的适用范围、选择依据
适用于环境工程、环境科学专业。依据教学目标和教学实际设置此实验，参照《固体废物处理与处置实践教程》。
二、方法原理
在加热条件下，用标准重铬酸钾-硫酸溶液，氧化固体废物中的有机质，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁溶液滴定，由消耗的重铬酸钾量计算出有机质含量，再乘以常数1.724，即为固体废物中有机质的含量。
三、所需药品及配制方法
（1）0.8000N重铬酸钾标准溶液：称取经过130℃烘3-4小时的分析纯重铬酸钾（K2Cr2O7）39.225克，溶解于400毫升去离子水中，必要时可加热溶解，冷却后稀释定容到1升，摇匀备用。500ml （2）0.2N硫酸亚铁溶液：称取化学纯硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）55.6克（或硫酸亚铁铵78.4克），加6N硫酸（浓硫酸35.6-36.8N）30毫升溶解，加水稀释定容到1升，摇匀备用。4000ml
（3）浓硫酸（分析纯）400ml
（4）浓磷酸（分析纯）500ml
四、所需仪器设备
仪器设备规格台（个）数
硬质试管4个×2组
三角瓶250ml 4个×2组
酸式滴定管25ml 1个×2组
电炉子 1个×2组
五、实验分组
实验分为8个小组/1自然班
六、操作、结果计算及数据处理、误差范围
准确称取通过60目筛风干固体废物样品0.1-0.5克（建议初次称0.2000克，根据加热后颜色的变化适当再调整重量，精确到0.0001克），放入干燥的硬质试管中，避免固体废物粘到管壁上，加入0.8000N 重铬酸钾标准溶液5 ml ，再沿管壁缓慢加入5 ml 浓硫酸，小心摇匀，盖上弯管漏斗。每个样品称取2份，平行操作。
预先将浓磷酸加热至微沸腾（也可用石蜡油浴锅，温度为170-180℃）。趁热将硬质试管放入沸腾的磷酸中，使硬质试管中的溶液保持微沸腾（注意调整电炉功率，防止爆沸，液体溅出）5分钟后，溶液为黄色（如果煮沸的溶液偏绿色，应减量重新称取样品氧化处理），待试管冷却后擦净外面的磷酸。
冷却后将试管内溶物洗入250 ml 三角瓶中，使瓶内总体积在60-80 ml ，然后加试亚铁灵指示剂2-3滴，用0.2N 硫酸亚铁溶液滴定，溶液由黄色经过绿色突变到棕红色即为终点。。
在测定样品的同时必须做2个空白试验，取其平均值。空白样品可以取二氧化硅或纯砂代替固体样品，以免溶液溅出，其他操作同上。
结果计算：
有机质% =
1001.1724.1003.0)(5
8000.000
????-??样品重
V V V 式中：V 0─5毫升0.8000N 标准重铬酸钾空白滴定用去的硫酸亚铁的体积
（ml）;
V─滴定待测液中过剩的0.8000N标准重铬酸钾用去的硫酸亚铁毫升数；
0.003─1毫克当量碳的克数；
1.724─由固体废物有机碳换算成有机质的经验常数；
1.1─校正常熟；
100─换算成百分数。
七、注意事项
（1）由于该法所测得的有机质一般只能为实际含量的90%，因此必须乘以1.1的校正常数。
（2）消煮的时间必须尽量准确，否则对分析结果有较大的影响，必须从试管内溶液表面开始翻动才能计算时间。
（3）消煮温度要严格控制在170-180℃。当加入浓硫酸时会发生大量热量，应趁热放入磷酸浴中消煮。
（4）消煮好的溶液颜色，一般应是黄色或是黄中带绿，如果以绿色为主，则说明重铬酸钾的用量不足，有氧化不完全的可能，应弃取重做。
实验三 固体废物pH 值的测定
一、本实验的适用范围、选择依据
适用于环境工程、环境科学专业。依据教学目标和教学实际设置此实验，参照《固体废物处理与处置实践教程》。
二、方法原理
用pH 计测定固体物质悬浊液的pH 时，由于玻璃电极外溶液H +
离子活度的不同产生电位差，E=0.0591 log
2
1
a a ，1a =玻璃电极内溶液的H +离子活度（固定不变）；2a =玻璃电极外溶液（即待测液H +活度）电位计上读数换算成pH 后，在刻度盘上直接读出pH 值。
三、所需药品及配制方法
标准pH 缓冲溶液：
pH=6.86：称取在50℃下烘过的3.39克磷酸二氢钾和3.53克无水磷酸氢二钾，定容到1L 。
pH=9.18：用 3.80克硼砂溶于无二氧化碳的冷水中定容到1L 。（pH=4.01：称取10.21克在105℃下烘干的邻苯二甲酸氢钾，用水稀释定容到1L 。）
四、所需仪器设备
仪器设备 规格 台（个）数 酸度计 1台 烧杯 100ml 2个×2组 搅拌子
2个×2组
搅拌器2个×2组
五、实验分组
实验分为8个小组/1自然班
六、操作、结果计算及数据处理、误差范围
称取10克固体样品至于100ml烧杯中，加50ml蒸馏水后置于搅拌器上，搅拌20分钟后，静止10分钟，用校正过的pH计测定悬浊液的pH值。测定时将玻璃电极球部浸没于悬浊液中，记下pH值即可。
pH计校正：预热30分钟后，首先把温度补偿调到和溶液温度接近。校正时要把仪器的斜率调到最大，并拨开电极上部的橡胶塞，使小孔露出，否则在进行校正时，会产生负压，导致溶液不能正常进行离子交换，会使测量数据不准确。将电极从饱和KCl溶液中拿出来，用蒸馏水冲洗干净，并用滤纸轻轻吸干周边的水分。将电极放进装有pH = 6.86缓冲溶液的烧杯内，待显示器上的数值基本稳定时，观察仪器显示是否为6.86，如果不是，需要调整仪器上的定位旋钮，使仪器显示6.86pH，这是先给仪器定基准点。
定好基准点后，把电极从烧杯内拿出，用蒸馏水洗净电极，并用滤纸把电极上残留的水份吸干。然后将电极放进装有邻苯二甲酸氢钾（pH = 4.01）或硼砂（pH = 9.18）的溶液中，待显示器上的数值基本稳定时，观察仪器显示是否为4.01或9.18 pH。如果不是就要调节仪器上的斜率旋钮，使仪器显示为4.01或9.18
反复进行上面定位和斜率的校正。直到不用调节旋钮，仪器显示的pH值即为缓冲溶液的pH值（允许 0.02），校正完毕。
七、注意事项
（1）玻璃pH计电极头的敏感膜壁薄易碎，不要碰碎。
（2）操作时电极要保持竖直，切忌平放或倒置。每次测试前及测试完毕，电极都须用蒸馏水冲洗干净，并用滤纸轻轻吸干周边的水分。（3）电极使用完毕后，尽快浸泡在饱和KCl溶液中，不要在水中长期放置。
实验四垃圾渗滤液的沥浸实验
一、本实验的适用范围、选择依据
适用于环境工程、环境科学专业。依据教学目标和教学实际设置此实验，参照《固体废物处理与资源化实验》。
二、方法原理
垃圾填埋产生的渗滤液在向下迁移的过程中，其中的许多成分，包括有机质，金属等物质受到土壤的净化作用，浓度会逐渐降低，同时使土壤受到污染。
三、所需药品及配制方法
（1）0.25mol/L重铬酸钾标准溶液：称取预先在120℃烘干2h的优级纯重铬酸钾12.258克溶于水中，移入1000毫升容量瓶中，稀释至标线，摇匀。2000ml
（2）硫酸—硫酸银溶液：于2500毫升浓硫酸中加入25克硫酸银。放置1-2天，不时摇动使其溶解。4000ml
（3）硫酸亚铁铵标准溶液（0.1mol/L）：称取39.5克硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边缓慢加入20毫升浓硫酸，冷却后移入1000毫升容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀。临用前，用重铬酸钾标准溶液标定。5000ml 标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于500mL锥形瓶中，加水稀释至110mL左右，缓慢加入30mL 浓硫酸，混匀。冷却后，加入3 滴试亚铁灵指示液（约0.15ml），用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色。
c=（0.2500·10.00）/V
式中c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；
V——硫酸亚铁铵标准溶液的用量，ml。
（4）试亚铁灵指示剂：称取1.485克邻菲啰啉（C12H8N2·H2O），0.695克硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）溶于水中，稀释至100毫升，贮于棕色瓶内。
四、所需仪器设备
仪器设备规格台（个）数
模拟淋滤装置4套
pH计1台
回流锥形瓶250ml 6个×1组
回流冷凝管6个×1组
酸式滴定管25ml 1个×1组
电炉子6个×1组
五、实验分组
实验分为8个小组/1自然班
六、操作、结果计算及数据处理、误差范围
取适量土壤若干，取出石头、瓦块等粒度较大的颗粒后，摊铺晾干，在玻璃模拟淋溶柱中装入土样，注意控制装土样固体废物的压实密度，过密将延长实验时间，过松将影响净化效果，装柱完毕后测量土样厚度。
7.供水瓶
6.止水夹
5.土壤样品
4.玻璃棉
3.橡胶塞
2.玻璃管
1.三角瓶
图2 垃圾渗滤液沥透模拟试验装置
取适量垃圾渗滤液，稀释到COD浓度约2000mg/L备用。将稀释后的渗滤液注入模拟淋滤柱装置上部，保持渗滤液水头约10cm左右，同时记录时间。渗滤液从柱底部渗出后，立即记录时间，并进行pH、COD的监测。以后每隔一定时间对渗滤液渗出量的渗出液浓度进行同步监测，前期监测时间可稍短（10-20min左右），以后时间间隔可适当延长（30-60min左右）。用稀释倍数法测量COD浓度。
取样时间0 10min 30min 1h 2h 3h 渗透水量/mL
pH
COD/（mg/L）
化效率的曲线。
COD的测定：
（1）取20.00mL混合均匀的淋滤后的渗滤液（或适量渗滤液稀释至20.00mL）置250mL磨口的回流锥形瓶，准确加入10.00ml 0.25mol/L 重铬酸钾标准溶液及数粒洗净的玻璃珠或沸石，连接磨口回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢地加入30 ml硫酸—硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀，加热回流2小时（自开始沸腾时计时）。
（2）冷却后，用90mL水从上部慢慢冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。溶液总体积不得少于140mL，否则因酸度太大,滴定终点不明显。
（3）溶液再度冷却或，加三滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
（4）测定水样的同时，以20.00mL蒸馏水，按同样操作步骤作空白试验。记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
结果计算：
COD Cr（O2，mg/L）=（V0-V1）×C×8×1000/V 式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；
V0——滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量，ml；
V1——滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，ml；
V——水样的体积，ml；
8——氧（1/2O）摩尔质量，g/mol。
七、思考题
（1）若实验土料变为施工防渗的粘土，实验结果会有哪些差异
实验五固体废物有效磷的测定
一、本实验的适用范围、选择依据
适用于环境工程、环境科学专业。依据教学目标和教学实际设置此实验，参照《固体废物处理与处置实践教程》。
二、方法原理
固体废物中的速效磷多以磷酸一钙和磷酸二钙状态存在，可用0.5M 碳酸氢钠提取到溶液中；然后将待测溶液用钼锑抗混合显色剂在常温下进行还原，使黄色的锑磷钼杂多酸还原成磷钼蓝，进行比色测定。
三、所需药品及配制方法
（1）0.5M碳酸氢钠：称取化学纯碳酸氢钠42克溶于800ml水中，以0.5N氢氧化钠调pH至8.5，洗入1000ml容量瓶中，定容至刻度，贮存于试剂瓶中。1000ml
（2）无磷活性炭：为了去除活性炭中的磷，先用0.5M碳酸氢钠浸泡过夜，然后在平板瓷漏斗上抽气过滤，再用0.5M碳酸氢钠溶液洗2-3次，最后用水洗去碳酸氢钠并检查到无磷为止，烘干备用。
（3）磷（P）标准溶液：准确称取45℃烘干过4-8小时的分析纯磷酸二氢钾0.2197克于小烧杯中，以少量水溶解，将溶液全部洗入1000ml 容量瓶中，用水定容至刻度充分摇匀，此溶液即为含50ppm的磷基准溶液。吸50ml此溶液稀释至500ml，即为5ppm的磷标准溶液（现用现配，此溶液不能长期保存）。比色时按标准曲线系列配置。
（4）7.5N硫酸钼锑储存液：取蒸馏水约400ml，放入1000ml烧杯中，将烧杯浸在冷水内，然后缓缓注入分析纯浓硫酸208.3ml，并不断
搅拌，冷却至室温。另取分析纯钼酸铵20克溶于约60℃的200ml蒸馏水中，冷却。然后将硫酸溶液徐徐倒入钼酸铵溶液中，不断搅拌，再加入100ml 0.5%酒石酸锑钾溶液，用蒸馏水稀释至1000ml，摇匀，贮存试剂瓶中。3000ml
（5）钼锑抗混合显色剂：于100ml钼锑贮存液中，加入1.5克左旋（旋光度+21-22 ）抗坏血酸，此试剂有效期24小时，用前配置。
四、所需仪器设备
仪器设备规格台（个）数
三角瓶250ml 8个×2组
漏斗4个×2组
容量瓶50ml 10个×2组
容量瓶500ml 1个×2组
烧杯200ml 1个×2组
定量滤纸2盒
分光光度计1台
往复震荡器1台
五、实验分组
实验分为8个小组/1自然班
六、操作、结果计算及数据处理、误差范围
（1）称取通过20目筛的风干固体样品5克（精确到0.01克）于200ml 三角瓶中（须做平行样，和平行空白（不加固体样品，其它操作相同），共4个样品），加100ml0.5M碳酸氢钠溶液，再加一角勺无磷活性炭，塞紧瓶塞，在振荡器上震荡30分钟后，立即用无磷滤纸过滤，滤液承
接于三角瓶中。
（2）吸取滤液10ml （含磷量高时吸取2.5-5ml ，同时应补加0.5M 碳酸氢钠溶液至10ml ）于50ml 容量瓶中，加7.5N 硫酸钼锑抗混合显色剂5ml ，利用其中多余的硫酸来中和碳酸氢钠，充分摇匀，排除二氧化碳（至瓶中无气泡）后加水定容至刻度，再充分摇匀（最后的硫酸浓度为0.65N ）.
（3）30分钟后在721型分光光度计上比色（波长660nm ），比色同时须做空白测定。
（4）磷标准曲线绘制：分别吸取5ppm 磷标准溶液0、1、2、3、4、5ml 于50ml 容量瓶中。每一量瓶磷的浓度即为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5ppm ，再逐个加入0.5M 碳酸氢钠10ml 和7.5N 硫酸钼锑抗混合显色剂5ml ，充分摇匀，排除二氧化碳，显色30分钟后，进行比色测定。 结果计算：
P 毫克/100克土=
100103
????样品重分取倍数
比色体积ppm
式中 ppm-从标准曲线上查得磷的ppm 数；
103-将微克换算成毫克；
100-换算成每百克样品中磷的毫克数。
七、注意事项
（1）活性炭一定要洗至无磷无氯反应，否则不能应用
（2）显色时7.5N 硫酸-钼锑抗混合显色剂5ml ，除中和10ml 0.5M 碳酸氢钠溶液外，最后酸度为0.65N 。
（3）室温低于20℃时，显色后的钼蓝则有沉淀产生，此时可将容量瓶放入40-50℃的烘箱或热水中保温20分钟，稍冷30分钟后比色。