生态工程学教学实验

工业生态学

综合性、设计性实验

北京科技大学冶金与生态工程学院生态系

2006年11月

工业生态学实验教学计划

实验学时：9学时

相关课程：普通生态学，生态工程学，环境生态学

适于专业：工业生态，生态工程

课程性质：非独立设课

课程负责人：李素芹

专业负责人：苍大强

1．实验教学目的与基本要求

本试验目的是使学生更深入地了解所学的工业生态学，工业水处理与回用等专业理论知识，掌握相关的实验研究技能，让学生能够把工业生态学的思想贯穿到未来的实际工作中去，培养学生分析、解决实际问题的能力及科学实验研究的能力，全面提高生态学等理工科学生的专业素质。

2．实验项目及教学安排

3．实验成绩考核方法

主要考察学生对所学理论知识的理解深度，学生实际操作与动手能力。实验成绩按10分计入学生考试成绩中，其评定方法依据以下四个方面：（1）实验态度：实验态度是否积极，踏实认真，是否具有团队协作精神等；

（2）实验方案的制定：实验方案是否科学、合理并且可行；

（3）实际操作能力：包括实验的准备、设备操作、数据采集及数据的处理；

（4）实验报告的撰写：实验报告书写是否规范，对试验结果的分析讨论是否有理有据，让人信服，产生的误差及对误差分析是否切合实际，所得结论的准确性。

4．参考资料

（1）李军，王淑莹编著. 水科学与工程实验技术，化学工业出版社，2002 （2）实验方法与技术，自编

超临界水氧化技术工业废水处理试验指导书

【实验性质】

综合性实验，9学时。

【实验目的】

使学生更深入地了解所学的工业生态学、生态工程学等专业理论知识，掌握超临界水氧化技术实验研究技能及分析方法，学会对试验结果进行检验、综合分析与讨论。培养学生科学实验研究的技能，提高学生的专业素质。

【实验内容】

（1）充分了解超临界水氧化设备的操作方法及规程；

（2）试样的制备；

（3）不同影响因素下超临界水氧化技术处理效果；

（4）实验前后COD、NH3-N含量测定；

（5）结果计算与分析。

【实验原理】

超临界水氧化技术( Super Critical Water Oxidation，简称SCWO)是湿式空气氧化技术的强化和改进，其原理是在超临界水的状态下将废水中所含的有机物用氧气分解成水、二氧化碳等简单无害的小分子化合物。它同样是以水为液相主体，以空气中的氧为氧化剂，在高温高压下反应，但其改进之处在于利用水在超临界状态下( t > 374℃，p > 22.05 MPa)的性质，当水的介电常数减少至近似于有机物与气体，从而使气体和有机物能完全溶于水中，相界面消失，形成均相氧化体系，消除了在湿式氧化过程中存在的相间传递阻力，提高了反应速率。另外，由于在均相体系中氧化态自由基的独立活性更高，氧化程度也随之提高，有机物在富氧超临界水中进行均相氧化，其反应速度很快，在400～600 ℃下，在极短时间内就能将有机物的结构破坏，且反应完全、彻底，使有机碳、氢完全转化为CO2 和H2O。

【仪器及试剂】

超临界水氧化设备；烧杯；滴定管等COD、NH3-N分析相关仪器。

【实验步骤】

1.打开阀门11和阀门5(见附图2)，向高压釜内打入试验介质。应注意：装拆

时要小心，不要碰伤各部件；拧紧螺栓时，要对称上紧，以保证螺栓及密封面受力均匀。

2.加热炉的安全检查；通电前必须检查是否有可靠的接地，在确认后，方可

进行下面步骤。

3.打开总电源开关，然后再打开加热开关。

4.为安全起见，在打开加热开关接通加热管后，最好用万用表测量一下釜体

及加热炉外壳上有无漏电电压。

5.加热所需温度由控制箱上的温控仪设定并控制，具体操作请看温控仪说明

书。加压应缓慢进行，操作时随时观察压力表的数值，严禁在超温超压情况下用釜。

6.压力设定：压力通过仪器面板上的电极点压力表进行设定，上下限（不可

超过设计压力），当压力达到或超过所设压力上限时时，仪器发声报警，同时切断加热电源，当仪器再次加热时，必须要等压力到达压力表下限方可加热，如报警声噪声太大，可按一下报警开关，这时报警声停止。

7.冷却水接头用于冷却磁铁，冷却最好在加热停止2小时后停止，以防高温

对磁铁造成失磁。

8.清洗：釜用完要及时清洗，减少腐蚀。

【结果计算】

η

COD =（C

COD

-C

0COD

）/C

0COD

η

NH3-N

=（C

NH3-N

-C

0NH3-N

）/C

0NH3-N

式中：

ηCOD,ηNH3-N——COD,NH3-N 去除率，%；C COD,C NH3-N——原水中COD, NH3-N 含量，mg/L；

C0COD,C0NH3-N——处理后水样中COD, NH3-N含量，mg/L。

【注意事项】

（1）本装置工作时高温高压，应防止烫伤。

（2）当温度和压力很高回压时应慢慢释放，切勿急聚降压。

（3）实验完成后应确保冷切循环水保持在4个小时以上，延长回压阀和磁铁的使用寿命。

起草人: 李素芹王丽华

北京科技大学冶金与生态工程学院生态系

2006.11.20

超临界水氧化装置

安全操作规程(1)

1.打开阀门11和阀门5(见附图)，向高压釜内打入试验介质。应注意：装拆时

要小心，不要碰伤各部件；拧紧螺栓时，要对称上紧，以保证螺栓及密封面受力均匀。

2.加热炉的安全检查；通电前必须检查是否有可靠的接地，在确认后，方可进

行下面步骤。

3.打开总电源开关，然后再打开加热开关。

4.为安全起见，在打开加热开关接通加热管后，最好用万用表测量一下釜体及

加热炉外壳上有无漏电电压。

5.加热所需温度由控制箱上的温控仪设定并控制，具体操作请看温控仪说明

书。加压应缓慢进行，操作时随时观察压力表的数值，严禁在超温超压情况下用釜。

6.压力设定：压力通过仪器面板上的电极点压力表进行设定，上下限（不可超

过设计压力），当压力达到或超过所设压力上限时时，仪器发声报警，同时切断加热电源，当仪器再次加热时，必须要等压力到达压力表下限方可加热，如报警声噪声太大，可按一下报警开关，这时报警声停止。

7.冷却水接头用于冷却磁铁，冷却最好在加热停止2小时后停止，以防高温对

磁铁造成失磁。

8.清洗：釜用完要及时清洗，减少腐蚀。