饒怡璇 楊瑾 劉慧龍

【摘要】實(shí)地調(diào)查校園污水，了解校園水質(zhì)污染的分布情況，提出具體解決和治理方案。通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的方式，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)思考能力和實(shí)驗(yàn)積極性，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】方案設(shè)計(jì) ?污水處理 ?自主實(shí)驗(yàn)

【基金項(xiàng)目】1.武漢大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)項(xiàng)目：電氣浮-絮凝及電氧化還原一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制（項(xiàng)目號：600400009）;2.武漢大學(xué)2017年開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

【中圖分類號】G64 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）43-0209-02

概述

目前，大多數(shù)高等院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是首先由任課教師編寫好實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，提前分組做好各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，開始時講述實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)，學(xué)生根據(jù)既定的實(shí)驗(yàn)方案和步驟完成實(shí)驗(yàn)操作，整個實(shí)驗(yàn)過程類似一種驗(yàn)證性試驗(yàn)。此方法在一定程度上提高了學(xué)生的動手能力和對儀器的了解，但極大的限制了學(xué)生自主創(chuàng)新和自由發(fā)散的思維，這對培養(yǎng)高素質(zhì)人才的幫助極其有限。

以學(xué)生為主體的校園污水處理工藝方案設(shè)計(jì)及動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生自主開展的一項(xiàng)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)地調(diào)查、前期準(zhǔn)備、方案設(shè)計(jì)、運(yùn)行操作等過程由學(xué)生自主獨(dú)立完成，教師起輔導(dǎo)協(xié)助作用，成員以環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的高年級本科生為主。由于武漢高校的區(qū)域化、集聚化特點(diǎn)，使得武漢大學(xué)校園污水處理工藝方案設(shè)計(jì)及動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)更具有學(xué)習(xí)和借鑒的意義。

1.校園內(nèi)污水狀況調(diào)查及工作程序

經(jīng)調(diào)查，武漢大學(xué)排放污水主要包括日常生活污水、相關(guān)實(shí)驗(yàn)污水、某些專業(yè)實(shí)習(xí)生產(chǎn)設(shè)備排放的污水。通過實(shí)地走訪調(diào)查確定具體的污水采樣點(diǎn)，以及針對污水特性設(shè)計(jì)處理方案。具體工作程序如下：

1.1.團(tuán)隊(duì)人員招募

2017年2月底在全校范圍內(nèi)跨專業(yè)召集對環(huán)境方向?qū)嶒?yàn)感興趣的成員。實(shí)召18人，人員分布為：2014級本科生7人、2015級5人、2016級6人，由專業(yè)知識更扎實(shí)的14級本科生牽頭，負(fù)責(zé)整個實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)安排工作，15級、16級學(xué)生進(jìn)行觀摩、學(xué)習(xí)及簡單的實(shí)驗(yàn)操作。指導(dǎo)老師2人，主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)及監(jiān)督。

1.2.污水排放調(diào)查

確定調(diào)查對象。重點(diǎn)調(diào)查學(xué)校信息學(xué)部、文理學(xué)部和工學(xué)部的各大食堂的污水的排放情況調(diào)查，記錄污水的顏色、氣味、溫度、及周邊其它影響水質(zhì)的因素。經(jīng)過實(shí)地調(diào)查后，根據(jù)排污口是否方便取樣、排出污水污染物質(zhì)的含量、是否方便布置采樣點(diǎn)等因素最后確定兩個食堂排水為采樣水源。

1.3.自主設(shè)計(jì)方案

根據(jù)食堂廢水含有的污染物，確定實(shí)驗(yàn)方案。包括采樣點(diǎn)選定的范圍、水樣處理系統(tǒng)確定。實(shí)驗(yàn)從5月6日開始，每周六開展一天實(shí)驗(yàn)，持續(xù)5周。

根據(jù)往年實(shí)地調(diào)查記錄及省環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測資料，并結(jié)合校園內(nèi)食堂污水排放情況，采取活性污泥法中經(jīng)典生物處理方法進(jìn)行污水的處理。

實(shí)驗(yàn)人員分為三個小組，一組負(fù)責(zé)具體實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后由老師指導(dǎo)完善實(shí)驗(yàn)方案;一組負(fù)責(zé)污水采樣收集，本組成員又分為兩組，前往兩個采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣;另一組主要負(fù)責(zé)污水指標(biāo)的檢測及污水處理實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行。

1.4.污水采樣與實(shí)驗(yàn)

采樣頻率為每周一次，根據(jù)之前調(diào)查的結(jié)果確定采樣時間為10：00-10：30，此時正處于食堂制作飯菜的時間，時間過早廢水主要為洗菜水，有機(jī)質(zhì)含量少，時間過晚廢水主要為洗碗水，洗滌劑含量較高。采樣時做好地點(diǎn)、時間的相關(guān)記錄并在水樣容器上貼好標(biāo)簽。

水樣采回實(shí)驗(yàn)室，組裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處理流程為：酸化-曝氣氧化-絮凝沉淀-豎流沉淀。

首先測量原樣的濁度和pH值，測完密封以備生物處理。對于污水狀況調(diào)查主要指標(biāo)有溫度、色度、嗅味、固體殘?jiān)?、COD、BOD、pH、植物營養(yǎng)元素等等。具體實(shí)驗(yàn)步驟在4.1中進(jìn)行介紹。

2.處理工藝及實(shí)驗(yàn)方案

本開放實(shí)驗(yàn)選取活性污泥法中經(jīng)典生物處理方法，對校園食堂污水進(jìn)行處理。

活性污泥是由具有活性和良好的凈化污水功能的微生物及其自身代謝的殘留物組成的絮狀污泥，包括吸附在絮狀污泥上的不可生物降解的有機(jī)物和無機(jī)物。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處理流程如圖所示。

3.組裝并運(yùn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

3.1實(shí)驗(yàn)裝置

大水槽（盛放原水）、鋼化玻璃材質(zhì)的酸化池、曝氣池、機(jī)械絮凝池、豎流式沉淀池、小水槽（出水）、橡皮軟管若干、小型水泵兩只、小型真空泵一只、止水夾若干。

3.2實(shí)驗(yàn)流程

（1）按照流程圖組裝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，先用清水進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有無漏水現(xiàn)象，若有紕漏及時做出調(diào)整。

（2）待實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)確認(rèn)無誤，往酸化池、曝氣池中分別加入適量的活性污泥，并逐漸提高大水槽中原水比例，最終達(dá)到100%。此舉是對活性污泥進(jìn)行馴化，使微生物逐漸適應(yīng)新的生活條件，逐步達(dá)到對食堂廢水所要求的滿負(fù)荷及很高的處理效率。馴化過程中，能適應(yīng)新條件的微生物得到發(fā)展，不能適應(yīng)的微生物被逐漸淘汰

（3）馴化過程中應(yīng)根據(jù)微生物需要加入養(yǎng)料。為了縮短培養(yǎng)馴化時間，可將培養(yǎng)、馴化兩階段合并起來進(jìn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，剛開始運(yùn)行速度0.2L/h，逐漸減小到0.1L/h。

（4）待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，分別取運(yùn)行3、5、10天后的出水作為測試樣品，檢測各項(xiàng)指標(biāo)。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)檢測原水pH、濁度、COD以及BOD5、曝氣池生物相鏡檢、及處理后出水pH、濁度、COD以及BOD。

4.1實(shí)驗(yàn)步驟

4.1.1水樣的預(yù)處理

（1）水樣的pH 值調(diào)節(jié)，用鹽酸或氫氧化鈉稀溶液調(diào)節(jié)至近于7。

（2）放置1-2h，消除水樣中游離氯。

4.1.2水質(zhì)指標(biāo)測定

pH采用pH計(jì)測定， 濁度采用濁度儀測定，COD測定采用HACH微回流COD測定方法BOD5采用標(biāo)準(zhǔn)分析法結(jié)合溶解氧溶氧儀（YSI55型）測定，方法如下：

配制稀釋水到10升下口瓶，并曝氣至氧飽和，并測定溶解氧濃度，以1/5CODcr值為稀釋比將水樣稀釋，以虹吸法分裝入3個碘量瓶，分別為1瓶稀釋水和2瓶水樣。其中1瓶稀釋水和1瓶水樣置于培養(yǎng)箱20℃培養(yǎng)5天，另1瓶水樣用溶解氧儀（YSI55型）測定初始溶解氧。取出培養(yǎng)5天后的稀釋水和水樣用溶解氧儀（YSI55型）測定剩余溶解氧。

計(jì)算： ?BOD5 （mg/L）=[（D1-D2）-（B1-B2）f1]/ f2

式中：

D1——水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度（mg/L）;

D2——水樣經(jīng)培養(yǎng)后，剩余溶解氧濃度（mg/L）;

B1——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)前的溶解氧濃度（mg/L）;

B2——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)后的溶解氧濃度（mg/L）;

f1——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)液中所占比例;

f2——水樣在培養(yǎng)液中所占比例。

4.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

曝氣池中生物相觀察：

活性污泥絮凝體0.5mm左右;草履蟲、鐘蟲等纖毛蟲類原生動物約150個/ml; 輪蟲、昆蟲的幼蟲等微型后生動物約10個/ml。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，原水中COD、BOD5均超過排放標(biāo)準(zhǔn)，不能直接排放，系統(tǒng)運(yùn)行3天或5天后的污水COD、濁度、BOD5與原水相比顯著降低，pH略有上升接近中性，水質(zhì)有很大改善，所有數(shù)據(jù)均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放。通過曝氣池中生物相檢測也可以看出，經(jīng)過酸化-曝氣處理后，曝氣池中微生物種類和數(shù)量表明，這一步中的處理后已經(jīng)是輕度污染水質(zhì)，再經(jīng)后期的沉淀處理后，達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。這進(jìn)一步證明了本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對于校園污水處理非常有效。

6.總結(jié)

（1）由于實(shí)驗(yàn)時間等條件的局限，本實(shí)驗(yàn)所選取的采樣點(diǎn)少，僅選取兩個典型的代表點(diǎn)，對實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果分析以及處理對策產(chǎn)生影響，如條件允許，應(yīng)多選取采樣點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查;

（2）由于開放性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生自主設(shè)計(jì)的方案，完全由學(xué)生自主動手完成，整個過程專業(yè)程度較高，同時因非環(huán)境專業(yè)的學(xué)生參與，因此，實(shí)驗(yàn)過程需要指導(dǎo)老師加以監(jiān)督輔導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳凌華.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的本科實(shí)驗(yàn)化學(xué)教學(xué)改革初探[J].生物化工，2017（5）：74-76.

[2]郭艷，張進(jìn)良，楊廣禮，席麗.本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究[J].才智，2017（18）：60.

作者簡介：

饒怡璇（1997-），女，漢族，四川閬中人，武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，本科，學(xué)生，研究方向：環(huán)境工程。

楊瑾（1997-），女，漢族，湖北孝感人，武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，本科，學(xué)生，研究方向：環(huán)境工程。

劉慧龍（1966-），男，漢族，湖南湘鄉(xiāng)人，本科，高級實(shí)驗(yàn)師，研究方向：環(huán)境科學(xué)與工程。