《固體廢物處理與處置》課程實驗教學內容體系設計

楊秀政

摘要：本文闡述了依托我校固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室的創新實驗平臺，圍繞校污水處理廠剩余污泥的處理、處置與綜合利用和最終處置，高校環境工程專業主干課程《固體廢物處理與處置》的實驗教學內容體系的設計思路，分析了實驗項目開設與科研平臺相結合的可行性。該課程實驗教學體系既能突出專業課程特色，體現了分層教學，又培養了環境工程專業學生綜合應用能力與科學素養。

關鍵詞：《固體廢物處理與處置》；實驗教學體系；分層教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）52-0248-02

高等教育中實驗教學是培養學生動手能力、創新思維能力及解決工程實際問題能力的根本途徑，是理論與實際、知識與能力的融合點。實驗教學改革的首要任務是實驗教學內容的建設，而內容建設的核心是創新。《固體廢物處理與處置》課程實驗是該課程教學過程中的重要組成部分，其涉及資源開發、環境保護與化學化工等相關知識，其目的是使學生學到的書本理論知識與實驗技術有機結合起來，提高學生分析和解決固體廢物處理、處置及資源化問題的基本技能，拓展學生科研思維，為從事相關科學研究和工程技術工作打下堅實的基礎。

一、現行《固體廢物處理與處置》課程實驗存在的問題

近年來，隨著固體廢物處理、處置和資源化的基礎理論與工程技術知識的不斷完善，該門課程實驗教學嚴重滯后與培養專業高素質、高級應用型及創新型人才需要的矛盾日趨加劇，同時《固體廢物處理與處置》是一門實踐性和工程性很強的課程，很多高校對《固體廢物處理與處置》課程實驗的建設及教學研究相對薄弱，主要表現在以下兩點。

1.實驗缺乏系統性、連貫性與創新性，難以滿足培養學生分析問題、解決問題的實踐能力。當前《固體廢物處理與處置》實驗教學內容的安排主要集中在廢物的采樣和制樣、廢物熱值測定、毒性鑒別實驗、易燃性鑒別實驗、反應性鑒別實驗、溶解性固體和懸浮固體的測定分析實驗、垃圾滲濾液成分分析或固化材料的密度、孔隙率及吸水率的測定等，因每個課程實驗項目的實驗對象不同，導致在做有些后續實驗時，更多的課堂時間花在實驗樣品的采集與制備上，同時又由于每個實驗內容是零散的、不連續的，彼此之間既有重復性又缺少關聯性，從而讓學生對于教學內容難以形成系統的認識，難以熟練掌握所學技能。

2.實驗內容未顧及專業課程的銜接性，與其他課程實驗手段、方法重復。比如很多高校開設了原子吸收光譜法測定固體廢物中的部分金屬、固體廢物滲濾液成分分析、垃圾焚燒與熱解及尾氣處理等，諸多實驗都在分析化學、環境監測、環境微生物學、大氣污染控制工程、水污染控制工程等課程中學習過，實驗手段、實驗方法重復度較大，所以學生在實習過程中缺乏興趣。同時對于固體廢物堆肥、廢物固化等，整個實驗用時較長，從而使學生對于實驗內容逐漸淡化，由此導致學生的積極性下降，對實驗結果失去興趣，既而難以體現、發揮該門實驗課程的效果與作用。

二、課程實驗內容改革措施的構想

1.實驗內容與企業實踐相結合。充分利用我校自建的污水處理廠這一優勢資源，緊密圍繞我校污水處理廠的實際需要——污水處理后大量的剩余污泥處理、處置與綜合利用開展課程實驗內容設計，突出實驗項目的系統性、連貫性與創新性，可著重培養學生理論聯系實驗、解決實際工程問題及創新性的能力。同時，實驗樣品就地取材，凸顯專業特色。

（1）污泥性質分析模塊。污泥性質分析包括物理性質、化學性質和衛生學指標等。物理性質實驗內容中可以測其含水率、比阻等指標。污泥化學性質測試中可以測定其揮發成分、植物營養成分、熱值、重金屬含量等。而衛生學指標可以測定其細菌總數、糞大腸菌群數、寄生蟲卵含量。污泥性質分析手段與實驗方法等都在先修課程（分析化學、環境監測及環境工程微生物學）學習過，對學生來說也比較熟悉，同時也復習了原有課程內容。污泥性質影響著污泥處理處置技術方案的選擇，所以該項目實驗數據都為以后的實驗項目打下了基礎。

（2）污泥處理模塊。污泥處理技術實驗內容可以圍繞污泥的調理、穩定與改性、干化與焚燒、厭氧或好氧發酵等開設實驗項目。比如可以利用煙道灰、硅藻土，焚燒后的污泥灰、粉煤灰等作改良劑，探索其影響因素或改良效果分析，可以在實驗中研究溫度、水分、壓力、pH值、O2、C/N等因素對污泥發酵過程的影響，也可以在污泥的焚燒實驗中分析其熱值、尾氣成分等。對于污泥的改性處理可采用添加粉煤灰或陳化垃圾對污泥進行改良，這樣做的目的是污泥的最終處置——填埋奠定好實驗基礎。需要注意的是設計這部分實驗項目時，需要注意時間的分配，因為污泥的厭氧消化、好氧發酵實驗過程較長，建議設計成開放實驗，同學們可以利用課余時間做此部分實驗。

（3）污泥資源化模塊。污泥資源化利用實驗內容可涵蓋污泥的土地利用、材料利用等，在設計這部分實驗時，實驗類型應為創新性實驗。當污泥以農用、園林綠化為土地利用方式時，需對污泥中的養分與有機質、重金屬、物理性質、腐熟度、衛生指標進行測試，實驗手段與方法與第一部分（污泥性質分析）相同，實驗樣品可以采用第二部分（即污泥處理實驗）中厭氧或好氧發酵所做過的實驗樣品；當利用污泥制作水泥添加料、制陶粒、制路基材料或吸附劑等材料時，也需要用到污泥處理實驗中的污泥焚燒，所以在設計這部分實驗時，要盡可能兼顧到第一和第二部分的實驗內容，這樣可以節約大部分的時間，同時也保證了實驗的系統性和連貫性。

（4）污泥最終處置模塊。污泥填埋為最終處置方式時，其前期處理方式與第二部分（即污泥處理實驗）中的污泥調理、穩定與改性、焚燒相同，需要注意的是該實驗項目周期較長，實驗指導教師應提前準備好實驗樣品，減少實驗等待的時間。

2.實驗項目開設與科研平臺相結合。隨著我國高校的快速建設與發展，各高校購置了很多實驗儀器與配套設備，實驗平臺越來越齊備，然而這些儀器與設備只僅僅局限于科學研究，用在本科實驗教學上很少，也未能充分發揮各大型實驗設備的潛在價值。西南科技大學環境工程專業可以充分利用校固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室的優勢平臺，圍繞校污水處理廠的剩余污泥，積極開展綜合性或開放性實驗項目的設計。

（1）重點實驗室可為本課程實驗項目的開設提供智力支撐。重點實驗室長期開展尾礦處理與綜合利用、工業廢渣處理與資源化的研究，研究隊伍齊備，高層次人才突出。現擁有專職研究人員46人，教授21人，具有博士學位人員20人。研究隊伍中擁有“百千萬人才工程”一二層次1人，四川省學術與技術帶頭人4人，四川省有突出貢獻專家1人，四川省學術和技術帶頭人后備人選2人。所以我們可以根據課程實驗改革需要，整合實驗室師資力量，建立起課改實驗的專業支持隊伍。

（2）重點實驗室可為本課程實驗項目開設提供有力的硬件支撐。重點實驗室具備良好的科研條件，建有廢物破粉碎加工處理實驗室、廢物分選及過濾干燥實驗室、固廢生物處理實驗室、廢渣資源化過程設備、高溫處理實驗室、環境工程微生物實驗室、化學分析室等研究平臺。同時擁有先進的無機、有機成分分析平臺、固體廢物破粉碎加工處理平臺、固廢生物處理平臺、掃描電子顯微鏡、原子吸收、電感耦合等離子體質譜儀、元素分析儀、XRD、原子力顯微鏡等大型分析儀器與設備。利用這些儀器設備完全可以開設出例如“微波催化破解剩余污泥和改善污泥脫水性能研究”、“剩余污泥合成PHAs”、“焚燒處置過程的污染物（含硫、氮、氯污染物、重金屬、有機污染物等）排放特性”、“熱解動力學研究”、“厭氧消化處理影響因子分析”、“淋濾對污泥中重金屬離子去除”及“污泥中重金屬和有機污染物的凈化與污泥土地利用”等創新性、研究性的實驗項目。良好的實驗研究平臺可以為學生提供自主、完整的實驗機會，設計性、綜合性或研究性實驗項目的開設可以使本專業的學生能更貼近科研與應用實踐，也培養了部分學生的科學素養。總之，這種充分利用優秀教學資源的實踐教學方式不僅達到了傳統實驗教學的目的，而且還在差異教學過程中實現了傳統實驗教學無法達到的目的。同時，通過實驗教學與科研平臺相結合的教學模式，有效利用了高端大型儀器設備資源，避免了儀器的閑置，減少了設備由于重復建設而造成的浪費。

三、結語

為培養適應社會快速發展的高級應用與創新人才，加快當前課程實驗改革，更新實驗教學手段與教學內容，是當前我國高校實驗教學面臨的重要課題。本文針對環境工程專業課程——《固體廢物處理與處置》實驗教學所面臨的實際問題，結合企業的生產實際，依托校教育部重點實驗室，提出該課程實驗教學內容體系的改革思路，為實現分層教學、激發學生學習興趣、培養學生科研素養，具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]李明弟，鹿曉陽.創新實驗教學體系的構建研究[J].山東建筑大學學報，2011，26（5）：512-515.

[2]周杰，王海英.細胞工程.實驗教學改革的建議與構想[J].實驗科學與技術，2012，10（2）：131-134.