李芳芳 張芳 江娟 陳穎

摘 要 本文主要闡述水處理實驗中優(yōu)化、更新的實驗方法及項目，介紹了實驗教學過程更新的教學模式。豐富優(yōu)化了常規(guī)實驗項目，開設新的實驗教學項目，實驗室自行設計改造實驗裝置，將活性污泥實驗對學生開放；依據學生專業(yè)及個體差異，制定不同實驗教學計劃，使不同專業(yè)和層次的學生了解和掌握水處理技術與工藝。

關鍵詞 水處理 實驗教學 優(yōu)化 創(chuàng)新

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.05.053

Abstract This paper mainly expounds the optimization of water treatment experiment， the experimental method and the project.In this paper， the teaching mode of the experiment teaching process is introduced. Enrich the conventional experimental project， Set up a new experiment teaching project， Designed in our laboratory transformation experiment device， activated sludge test open to students； According to the students' professional and individual differences， to develop different experiment teaching plan， make different professions and different levels of students to understand and master the technology and process of water treatment.

Key words water treatment； experimental teaching； optimize； innovation

水處理實驗是高校環(huán)境工程專業(yè)和給排水工程專業(yè)重要的專業(yè)實驗，該課程的開設目的在于讓學生通過對基本原理的理解及對實驗設計和操作的練習，將理論與實踐充分結合，提高動手能力以及解決實際工程問題的能力。人們對于環(huán)境問題日益重視，特別是水污染問題，對環(huán)境工程和給排水工程專業(yè)的學生提出了更高的要求，①這就要求我們改變傳統的實驗教學模式，不斷優(yōu)化實驗方法、實驗項目。鑒于此，根據我校實驗室實際情況，結合人才培養(yǎng)需求對水處理實驗課進行了探索與改進。

1 根據不斷改進的培養(yǎng)方案，更新構建實驗教學模式

為使水處理實驗教學真正成為理論與實踐相結合的紐帶，就要求實驗教學與理論教學同步。以我校為例，水處理實驗主要涉及“水污染控制工程”和“水質工程學”等理論教學。根據新版培養(yǎng)方案，環(huán)境工程專業(yè)水污染控制工程實驗和工業(yè)廢水處理技術實驗統編為專業(yè)實驗并增加了學時，為滿足是教學計劃要求，水處理實驗教學重新修改實驗指導書 ，更新優(yōu)化部分實驗項目，并開設新的綜合設計性實驗，更注重學生綜合能力的培養(yǎng)。②

傳統的水處理實驗項目側重于單元知識點基本原理的演示與驗證，缺乏對相關知識體系的聯系，學生缺乏對專業(yè)知識的融會貫通。鑒于這一點，我們充分利用實驗室原有的資源，豐富并優(yōu)化了常規(guī)實驗項目。

（1）將原先的自由沉降和混凝沉淀的單元驗證性實驗項目分別整合為自由沉降與混凝沉淀對比實驗?；炷恋砗妥杂沙两底鳛樗幚碇凶罨镜姆椒ǎ瑫r也是給水處理實驗教學大綱要求的必開內容。實驗教學中啟發(fā)學生自行設計實驗方案，將濁度相同的原水分別通過自由沉降和混凝燒杯實驗兩種方法對比，學生通過自由沉降過程中錐底累計的沉泥量以及混凝過程中礬花的形成過程，更為直觀地觀察實驗現象從而更為深刻地理解實驗機理。結合當天水質情況，實驗中還啟發(fā)學生利用進一步降低濁度的手段——投加助凝劑，并做了混凝劑與助凝劑最佳投加比例實驗。

（2）清水充氧拓展為清水充氧與污水充氧的測定實驗。利用清水充氧設備和水處理整套工藝流程中部分結構——曝氣池，讓學生比較機械攪拌充氧和鼓風曝氣充氧兩種曝氣方法，掌握設備充氧性能的測定方法。清水實驗完畢換校園排污口生活污水進行充氧并監(jiān)測溶解氧變化，同時采用碘量法測定并比較數據，分析誤差，從而加深學生對曝氣在活性污泥法中作用的理解。

（3）酸性廢水過濾中和實驗改為酸水過濾中和吹脫軟化實驗。原酸性廢水過濾中和實驗存在中和效率低且出水、原水難以混勻、酸度降低的同時增大了出水硬度的問題。針對此情況實驗室自行設計、改造教學裝置，將原先單一的酸性廢水過濾中和實驗結合離子交換實驗并引入吹脫技術，同時在裝置中增加回流設備提高中和效率、在配水箱合理位置設攪拌裝置，使出水pH由原先的接近于6.0增大到7.0左右，出水由硬水降低為軟水，大大降低了對設備的腐蝕性。

（4）含酚廢水的光化學氧化改為含酚廢水的光化學氧化與電化學氧化處理實驗。實驗室模擬配制含有高濃度有機污染物苯酚的工業(yè)廢水，指導學生充分利用實驗室資源選取合理的實驗技術，③降解酚類有機物。讓學生自行設計實驗方案，給予適當指導，充分調動學生的積極性，不要輕易對學生的實驗方案說“不”，鼓勵他們大膽嘗試。實驗中一部分學生選用紫外光輻射降解廢水，另一部分選用電化學氧化處理，實驗結果證明紫外輻射降解效果優(yōu)于電化學氧化處理。通過兩種技術的實驗數據對比學生更直觀深刻地認識了有機物降解的機理，豐富了實驗內容。

2 開設新的實驗教學項目

根據我校新版培養(yǎng)方案中加大了實踐類課程的學時，水處理實驗教學中新開設了氣浮實驗、污泥比阻測定實驗、污水可生化性實驗以及城市飲用水處理工藝、城市污水處理工藝及工業(yè)廢水處理工藝流程演示實驗。指導學生根據實驗設備結合理論知識，認清設備各部分構造及作用。在新開設的項目中對學生分小組，分批次進行教學，改變了以往很多學生共享一臺儀器的情況。為了使學生能更好地掌握所學專業(yè)的基礎實驗技能，實驗過程中水質指標的測試選用便攜式儀器測試與傳統國標化學法測試同時進行，并將結果比較，分析誤差原因。例如在城市污水處理工藝實驗中溶解氧、化學需氧量、生化需氧量的測定均才用了儀器和國標方法測定，小組成員協調合作分析處理實驗數據，從而達到了專業(yè)實驗與專業(yè)基礎實驗相呼應的目的。

（1）開設活性污泥培養(yǎng)及馴化實驗，實驗室對學生開放?；钚晕勰嗯囵B(yǎng)及馴化是一項耗時且復雜繁瑣的工作，因為活性污泥的培養(yǎng)對溫度、酸堿度、溶解氧以及碳氮磷的濃度有較高的要求。充分利用我校學生到污水處理廠參觀實習的優(yōu)勢，從污水處理廠生物池中取回活性污泥，實行開放式實驗教學。④學生可以根據自己的情況自主安排做實驗的時間，這就給學生提供了一個相對寬松的實驗環(huán)境，有利于學生思考能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。活性污泥實驗分為兩個階段：

第一階段活性污泥的接種、培養(yǎng)和馴化。污泥取回當天測量溫度、酸堿度、溶解氧、以及碳氮磷的含量，將活性污泥一部分用校園生活污水馴化，一部分給予合理豐富的碳氮磷源進行培養(yǎng)。馴化過程中每天給予活性污泥當天的生活污水，并保持適當曝氣，經過一定周期后樣測試并與之前測試結果對比；培養(yǎng)過程中通過向活性污泥中投加一定量的化學試劑，摸索活性污泥菌群適合的生長環(huán)境，并通過監(jiān)測污泥濃度使活性污泥菌群迅速繁殖，從而得到高濃度的活性污泥。

第二階段利用活性污泥開展厭氧-缺氧-好氧法（A2O）、生物膜法 、生物接觸氧化等實驗。將培養(yǎng)好的活性污泥引入污水工藝中。把污泥分別裝入A2O裝置的厭氧池、缺氧池和好氧池中并適時監(jiān)測各池中的污泥指標及顏色變化，設備運行一定周期后，讓學生取當天的校園生活污水通過A2O工藝進行除磷脫氮處理，實驗數據良好，達到了對工藝更為深刻理解的目的。

（2）為了讓學生充分了解學科前沿知識，⑤我們將膜技術也引入到實驗當中。膜生物反應器（MBR）是膜分離技術與生物處理方法的高效結合，污水處理系統中，活性污泥降解有機污染物，膜實現了真正意義上的泥水分離。取培養(yǎng)好的活性污泥裝入有機膜生物反應器裝置中，體積為有效容積的1/2～2/3，其余體積為自來水，混合液懸浮固體濃度（MLSS）控制在2～3g/L，以當天的校園生活污水為試驗用水。控制出水量在2～3L/h，啟動風機曝氣。利用設備的自動控制系統讓實驗裝置24h連續(xù)運行，根據污水、出水水質和污泥性質，確定進水、出水量，從而改變水力停留時間、污泥齡。根據反饋信息，這一實驗項目的設置充分調動了學生的積極性和主動性，得到廣大師生認可。另外我們還開展了生物接觸氧化、電動生物轉盤等許多活性污泥相關的項目演示給學生看，均受到學生好評。

3 依據學生專業(yè)及個體差異，制定不同實驗教學計劃

環(huán)境工程專業(yè)水處理實驗課程分為專業(yè)實驗（一）和專業(yè)實驗（二），分別設于大學三年級下學期和大學四年級上學期，總學時為40學時。實驗教學安排本著由易到難、由簡單到復雜的原則，在專業(yè)實驗（一）項目的開設中主要為傳統理論、工藝的學習。專業(yè)實驗（二）中主要為綜合設計性項目，讓學生查閱相關資料，了解前沿新技術、新工藝，自主設計實驗方案，⑥實驗測試過程中分別采用專業(yè)分析儀器和國家標準檢測方法。

給排水專業(yè)相關水處理實驗課為水質工程學，設在大學三年級下學期，根據給排水專業(yè)特色水處理實驗課分為代表傳統給水、污水處理工藝的實驗， 學期終開設地面水源給水工藝流程和城市污水處理工藝流程演示，目的在于加深學生對基本原理的理解，掌握水處理流程。

水處理實驗教學針對全校理工科學生開放，將當前人們日益關注的水質污染問題對在校學生進行科普教育，讓他們既了解水處理實驗技術方法和工藝流程又掌握了簡單的水質分析方法。

4 初步將仿真技術應用到水處理實驗教學中

仿真實驗通過軟件把書本里面呆板的信息變成文字、聲音、圖片、動畫、視頻等多媒體信息，使教學內容變得更加易于學習、理解和掌握，也使教學方式多樣化。⑦充分利用實驗中心虛擬實驗室城市給水和污水處理軟件，結合水處理實驗室實際設備。對于有實物的實驗項目，實驗過程中采取實物與仿真兩種教學方式進行，并讓學生將實驗數據進行對比；對于不存在實物的實驗設備主要讓學生對虛擬的實驗儀器及設備進行操作，這也彌補了由于實驗設備的缺乏，各單元實驗項目之間相對獨立，教學效果難以達到理想目標的要求。通過對仿真軟件的操作在一定程度上提高了學生分析、處理數據的能力。

注釋

① 胡鋒平.《水處理工程》實驗教學改革與教學實踐[J].華東交通大學學報，2006：23.

② 孫興濱，胡陽.水處理技術新型實驗教學模式探討[J].當代教育實踐與教學研究，2015（8）.

③ 盛力，劉濤，沈洪等.以能力培養(yǎng)為核心的水處理實驗教學體系建設[J].實驗室研究與探索，2012.31（10）.

④ 胡磊，李軼，倪利曉.水處理實驗技術開放式實驗教學嘗試[J].高等理科教育，2009（1）.

⑤ 王偉，王科，蘇饋足等.《水處理工程實驗技術》課程教學改革初探[J].實驗科學與技術，2014.12（3）.

⑥ 曹勇鋒，張可方.水處理實驗技術設計性實驗教學的探討[J].實驗科學與技術，2008.6（2）.

⑦ 劉芳，王永強，盧磊等.仿真實驗在水處理工程實驗教學中的應用探討[J].廣州化工，2013.41（13）.