校园污水处理工艺方案设计及动态模拟开放实验

曾娟艳 黄锦 荆峰洋 盛紫琼 刘慧龙

摘 要：对当前高校的实验教学方式进行调整，极大地提高学生实验设计及操作的自主性，培养学生的创新创造意识，提高学生的综合素质。提高非环境学科专业学生的环保意识和对环境治理工作。强调教学为用，学生自主设计的污水处理工艺方案设计经完善后能投入使用。

关键词：污水处理；方案设计；动态模拟实验

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）07-0043-02

Abstract： The way of experimental teaching in colleges and universities has been adjusted， which greatly improves students' autonomy of experimental design and operation， cultivates the students' innovation consciousness， improves the students' comprehensive quality. The environmental consciousness and environmental governance has been improved in the students who are not majored in environmental discipline. It is emphasized that teaching is for use， and the scheme design of sewage treatment process produced by the students can come into use after perfection.

Keywords： Sewage treatment； the project design； dynamic simulation

一、方案设计背景

1. 我国是一个水资源短缺、水灾害频繁，但水资源质量却在下降、水环境恶化的国家。随着社会经济的发展，人们对于水环境的关注度逐步提高，对于污水处理后的排放标准也在逐步提高。但是对于校园污水的关注却很少，校园人口集中，且各类实验室研究室排放的废水也是成分复杂，污水处理厂难以逐一针对处理，如此，校园污水如果能够自行进行一定程度处理后再排放至自然水体将提高出水水质、减少对环境的污染，或者送往污水处理厂进一步处理也能降低处理厂的处理负荷减少运营成本。

2. 当今高等教育的实验教学大多采取既定的实验方案，由任课教师讲解实验原理及操作步骤后学生按照既定的步骤要求进行操作，该模式能一定程度上提高学生的动手能力，但是对于学生创新思维、发散思维的培养有极大地限制。

3. 当代大学生作为未来我国可持续发展的决策者，一定的环境保护意识与环保行为能力是必不可少的。但相关调查结果表明，非环境专业大学生的环境基本知识，环境态度方面的认识比较好，但环境行为方面还存在一些问题，与生态环保的总体目标要求还有较大差距[1]。

4. “校园污水处理工艺方案设计及动态模拟实验”将采取全开放式操作，以学生为主体，学生自主实地调查、前期准备、方案设计、运行操作等，教师只起辅导协助作用。成員由环境科学与工程专业的高年级学生为主导，非环境学科的学生也积极参加，带动在校学生对身边环境的更多关注。

二、方案设计及动态模拟实验内容

（一）武汉大学校园内污水状况调查

校园污水状况调查主要包括污水产生源头勘察、现运行的污水处理方案及设备调查、污水处理后的排放水质情况。其重点在于校园内各大食堂的污水状况调查，据初步统计，武汉大学四个学部共有21家食堂，部分污水直接排放进了校园的自然水体，给校园环境带来不可逆转的危害。选择食堂污水排放的另一个原因是数据的易得性，带来的环境影响给学生更直观的印象。

对于污水状况调查主要指标有温度、色度、嗅和味、固体残渣、COD、BOD、pH、植物营养元素等等。对于上述指标的测量，实验室均可提供相应的仪器和设备，具体的调查项目可根据学生的预期目标来设定。同时，也可调阅省环境监测站监测资料，分析所得数据的合理性与差异性。

（二）选择处理系统并设计实验方案

环境科学与工程专业的高年级学生基本拥有水污染控制工程的理论储备，可以通过对污水水质状况的分析提出一套可投入实践操作的方案。这一过程可极大地促进和提高学生对理论知识的进一步理解及掌握程度，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。学生自主设计工程方案必须对各种处理工艺的优劣势及适用范围都有很好的了解才能从中挑选出最适合的方案。非环境学科的学生在这一过程中能够进一步认识到环境问题的严峻以及环境修复处理的过程，也可以促进学科之间的融合，不同的思想在这里碰撞，可能产生意想不到的效果。

现行的一般工艺有活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理、化学与物理化学处理、SBR法等等。学生也可以提出自己的构思针对水质特点提出新的方案。相关的实验仪器及设备实验室可以提供也可以自己设计制作。

（三）组装并运行实验系统，同时检测实验效果

为考察工艺的适用性，系统的运行必须先进行动态模型实验。选取一定的实验进水水质及分析方法。通过对进水水质及出水水质的对比分析以及方案成本的考察等来评价处理系统的可行性，对于不妥当之处进行改善。

（四）实验总结及编写实验报告

以前的实验报告的编写有一个固定的模式，有既定的实验结果及结论。但对于开放探究的大型试验，学生需要及时整理实验数据并进行总结，对实验结果进行自己的分析，这更加体现学生的自主思考和探究发挥的作用。

三、实验的特色及创新点

（一）完全“自主”式的开放实验

本实验不同于之前的课程实验主要是以“教与学”的方式，而是完全以“自主”的方式设计出完整的全面而详细的实验方案。开放实验教学的本质是将实验教学从以学校、教师为主体转移到以学生为主体，将学习的主动权选择权交给学生自身，实现个性化教育，培养学生创新意识和实际动手能力[1]。“自主”式的开放实验能让学生自主安排时间，结合需要取材和运行设备，这无疑极大地提高了实验的针对性和人力物力的利用效率。

（二）该动态模拟实验很好地了结合工程实际

随着经济的发展，教育水平的提高，社会对工程类人才的要求也逐步提高，要求学生不仅要掌握必要的专业理论知识， 更重要的是要具备较强的实践能力和现场探索解决工程实际问题的能力[2]。我校环境工程专业的培养目标是能为环境工程技术相关科学研究与教学、技术开发、工程设计施工、规划和管理等方面工作培养应用型、复合型、技能型、适应环境工程产业发展需要的高级工程技术人才。“校园污水处理工艺方案设计及动态模拟实验”很好地契合了这一目标。通过这种综合性的开放实验，学会自主设计实验方案，积累经验，为往后的学习和研究奠定坚实的基础。

（三）实验项目与人们生活密紧相关，加强非环境类专业学生对环境保护工作的了解

实验的规模要求参与学生人数在30人左右，对环境保护感兴趣的任何专业的学生均可以参加，这扩宽了实验的影响力。处理项目主要为校园污水，很多自然水体的水质变化是可以很明顯地观察到，这无疑提高了实验的可操作性、结果的可观察性，学生的实验成果可以很好地验收。

四、结束语

“校园污水处理工艺方案设计及动态模拟实验”是一项综合性、开放性、设计型的大实验，实验持续时间长、学生自主程度高。原本的实验教学模式无法满足今社会对人才的要求，而该实验能提高学生的自主设计能力、创新能力、动手操作能力，促进不同学科之间的交叉融合，并能够将学生的实验成果切实投入运行，提高非环境专业学生对环境保护的重视以及加强对环境保护工作的了解，这无疑是实验教学的一大突破。

参考文献

[1]艾尼瓦尔·吐米尔.乌鲁木齐市非环境专业大学生环境保护意识调查与分析[J].生物学杂志，2011，03：106-109.

[2]王涛，钟穗东，张汉平，等.大学生开放实验教学的探索与研究[J].中国教育装备，2010，13：125-127.

[3]刘艳，魏洽.环境工程专业综合性设计性实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理，2007，13：131-133.