面向供水新標準的水質工程學課程改革與創新

馬玉新 賈學斌 張 軍

黑龍江大學建筑工程學院 黑龍江哈爾濱 150080

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面向供水新標準的水質工程學課程改革與創新

馬玉新 賈學斌 張 軍

黑龍江大學建筑工程學院 黑龍江哈爾濱 150080

摘 要：隨著《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）的實施，水質工程學部分教學內容已不能滿足水廠需要和教學要求。根據黑龍江大學給排水科學與工程專業教學的實踐，針對供水新標準的要求、供水處理過程的關鍵問題和現有的教學體系缺陷，結合最新的水處理技術科研成果和工程技術經驗，對該門課程的知識體系和內容進行更新，以滿足社會發展需求。關鍵詞：水質工程學；新標準；課程改革

水質工程學是給排水科學與工程及環境相關專業的一門主干課程，作為應用性強的一門學科，理論和技術應不斷完善和發展。隨水源水質污染加劇和供水水質標準的提高［1］，水廠原生產工藝和技術已不能滿足社會的實際需求，亟需對現有水廠進行升級改造。而現行的部分教學體系和內容陳舊落后，難以滿足水廠升級對水處理新理論和新技術的需求［2］。因此迫切需要對教學體系和內容進行改革和創新，納入最新的水處理科研成果和工程技術成果，關注本學科的最新進展，促進該課程內容和體系的更新和學科的發展。

1　水質工程學課程特點

水質工程學課程將給水和排水統一到水的社會循環及水的循環利用整體之中，提供了完整的水利用與處理技術體系［3］。全書分為4篇：水處理概論、物化處理、生物處理、水處理工藝系統。該課程注重給水處理和污水處理的理論統一， 避免了基礎理論重復教學，精簡了學時，同時淡化了給水與污水處理的界限，以適應水質工程學技術發展的需要。通過該課程的學習，學生可掌握水處理的相關理論知識和技術，為以后從事與水處理相關工作奠定理論基礎［3］。

2　水質問題和新標準的實施

水源水污染的加劇為水源的選擇和水處理工藝的確定增加了難度。當前給水水質的問題主要有：微量有機污染物、藻類及其代謝產物、嗅味、氯化消毒副產物、致病微生物、穩定性鐵錳、色度、保護性膠體、三氮、管網微生物再繁殖、重金屬等。新水質標準也相應地增加了水質指標，檢測限值更為嚴苛。我國1959年、1976年、1985年以及2006年的供水標準分別為17，23，35和106項。目前大部分水廠普遍采用的常規水處理工藝對于被污染的水源水雖能保證產水的生物安全性，但難以有效處理有機微污染物和避免消毒副產物的產生，產水水質難以達到新標準要求，需對這些水廠的工藝和設備進行升級改造。

3　新形勢下水質工程學課程體系的不足

隨著科技進步和經濟發展水平的不斷提高，水處理技術日新月異，原水質工程學部分內容已不能滿足供水新標準的要求和社會發展需求，主要體現在以下幾方面。

3.1教材內容缺乏新穎性

當前使用的水質工程學課程教材編寫于“十五”之前［3］，國家在“十五”之后針對供水處理的關鍵問題開展了一系列科技攻關并取得可喜成果，形成了一整套適于城鎮供水設施建設和升級改造的技術、工程示范經驗、管理技術和規范、供水保障體系。但這些新的理論和技術成果以及相關工藝參數未能及時補充到教材中。各院校在教學過程中將一些新技術成果納入到教學過程中［4］，但缺少系統、完整、新穎的匹配教材，難以滿足新形勢下教學及工程技術人員的需求。因此，及時吸納“十五”之后取得的科技成果和工程經驗，更新和充實現行的教學內容，革新和完善教學體系顯得尤為迫切。

3.2缺少應對供水技術難題的對策和工藝技術解決方案

水質工程學課程偏重水質工程理論基礎，僅在水處理工藝系統單元列出了幾種常規給水處理工藝系統。在水質問題越來越復雜的形勢下，這些水處理工藝系統難以適應新標準的要求。水是人類最重要的物質資源之一，供水安全是關鍵，其中最為重要的是生物安全性問題和化學安全性問題。常規處理工藝能保障生物安全性，但對處理化學安全性特別是有機微污染物和消毒副產物方面顯得無能為力；對于復雜的水源水質污染問題缺少針對性的工藝技術方案。同時，飲用水具有商品的屬性，水廠需對現有飲用水處理技術進行優化選擇和組合，保證供水經濟適用性和安全性，以滿足社會發展需求［5］。但該教材內容對此未曾涉及和體現。

3.3未能體現供水工藝系統的集成和創新

供水水源污染和水質的復雜性給供水處理帶來了極大的挑戰，常規處理工藝已不能滿足新標準的要求。第二代給水處理工藝（O3氧化和生物活性炭工藝）和第三代給水處理工藝技術（膜濾、活性炭吸附和生物降解組合）脫穎而出，可解決目前面臨的給水處理關鍵技術難題，已被成功用于許多水廠的升級改造。而這些關鍵技術還未歸納到教材中，導致教學內容和工程應用過程出現脫節的現象。

另外，水源水質的復雜性必然導致水處理工藝過程的多樣化，即需將各種水處理組合工藝及技術集成、綜合應用后才能達到水質標準。因此，教學內容應對此充分體現，以便工程設計和管理人員進行選擇和參考。

4　水質工程學課程改革措施

4.1教學內容改革

吸納“十五”以來在供水處理方面的科研成果和新技術如強化常規處理工藝、預處理技術和深度處理技術及集成工藝，滿足水廠實現新標準的需求。

4.1.1強化常規處理工藝

該處理工藝主要是為除去水中一些特定的污染物而采取一些措施，對某一處理工藝進行加強，如對混凝、過濾、沉淀與氣浮、消毒等過程進行強化。

強化混凝：水中大部分懸浮顆粒和膠體可通過混凝除去，但該法對有機物的作用不大，而在此基礎上發展起來的強化混凝技術則可除去水中的有機物，而且成本低、便于實施［6］。內容包括混凝劑、助凝劑、混凝過程工藝強化與高效混凝反應設備。

強化過濾：采用雙層或多層濾料、采用助濾劑、采用改性濾料、控制濾速、改善初濾水水質及采用新型濾池。

強化沉淀：優化斜板間距、優化沉淀區流態、優化排泥、采用斜管沉淀及攔截式沉淀。

強化氣浮：低溫低濁度水和含藻類水等采用常規沉淀難以去除，可采用氣浮進行處理。

強化措施：優化接觸區和分離區、優化進出水及優化流態。

強化消毒：去除消毒副產物前質、安全氯化消毒、優化氯化消毒工藝及新消毒技術。

4.1.2預處理技術

預處理技術主要是降低水中的特有污染物，減輕后續處理負荷，保障供水安全，內容包括預氧化、預吸附和生物預處理技術。

預氧化技術可通過強氧化劑的氧化作用除去源水中的色度、濁度、臭味、藻類、農藥等有機物；氧化鐵錳離子；提高混凝處理的效果和生物穩定性、減少消毒副產物前驅物等作用。包括各種氧化劑如臭氧、高錳酸鹽、二氧化氯等的預氧化、氯氣的預氯化及復合預氧化處理等技術。活性炭可有效地除去水中的色度、濁度、臭味、藻類、有機物等。預氧化及活性炭預吸附等技術都可避免和降低消毒副產物生成、提高混凝處理效果和有機物除去效率［7］。

生物活性過濾是生物預處理的典型技術，可通過微生物形成的生物膜吸附降解去除地面水源中的有機微污染物［8］。內容包括生物活性濾池原理、組合處理工藝研究、工藝過程控制與優化設計、工程應用及存在問題。

4.1.3深度處理技術

深度處理的主要技術有高級氧化、生物活性炭和膜技術。

高級氧化技術可有效地對水中高穩定的有機污染物進行強化分解，如臭氧催化氧化對農藥、嗅味、內分泌干擾物等的去除效果顯著［9］。內容包括高級氧化工藝原理、羥基自由基形成、作用機制與氧化高穩定性有機物原理、工藝條件與過程控制及工程應用。

生物活性炭技術是活性炭吸附和以活性炭為載體的生物膜技術的組合，通過活性炭吸附和微生物降解可凈化水中的有機污染物。內容包括工藝原理、微生物生長特性、工藝過程控制及工程應用。

膜技術是一種物理分離過程，因無需投藥或所需藥劑少而對產水水質的負面影響小，可保障供水的生物安全性；通過膜技術組合可滿足不同的水源水處理和供水水質需求。內容包括膜技術原理、膜處理工藝、膜污染與控制及工程應用。

4.1.4集成工藝和過程

結合現有工程案例及水廠的實際生產經驗，展示水處理新技術集成的效果和優勢。主要包括：預處理技術與常規處理工藝聯用、高級氧化與生物處理聯用、常規處理與膜技術聯用、生物處理與膜技術聯用及高級氧化與膜技術聯用等。

4.2教學改革形式

上述教學內容改革是最新科研技術成果的總結和應用，目標是為了滿足供水新標準的實施需求，使學生系統地掌握應對新標準實施的系統理論和技術。教學改革形式主要體現在教材改革和課堂教學改革兩方面。

4.2.1教材改革

給水與污水處理理論教學的統一是水質工程學課程的特色之一，如將上述給水處理內容補充到相關章節如《物化處理》和《生物處理》部分，會打破教學體系的格局，破壞教材的原有特色，顯得不倫不類。在原教材的《水處理工藝系統》部分，分別對給水處理工藝和污水處理工藝及選擇進行了詳細的論述。因此，可把該部分教改內容作為一個獨立章節《應對新標準的供水處理新技術》放到《水處理工藝系統》部分，便于開展教學及區別對待。

4.2.2課堂教學改革

水質工程學課程教材側重水質工程的基礎理論，缺乏實踐內容。在課堂教學方面應利用多媒體等現代教學手段將水廠實際升級改造過程與水質工程學原理進行結合后講授。通過案例分析和比較式教學，突出水廠升級改造前后的水質變化和達標情況來加深學生對該技術方法、原理的理解和掌握。當講授到具體水處理工藝單元時，應向學生介紹其水廠的應用現狀。在課堂教學活動中，鼓勵學生利用已學的知識討論各種技術在水廠應用中可能存在的問題及對策，然后給出參考意見或建議。通過課堂教學改革，可培養和提高學生的學習興趣。

5 　結束語

參照新供水標準的要求，對現有教學內容、體系和最新水處理理論、技術成果歸納總結，形成新的供水處理系統的理論知識體系，滿足教學要求并編寫進教材內容中，是促進水質工程學學科體系的完善和發展的重大舉措，可滿足社會的發展需求和提高學生學習興趣。水質工程學內容的完善和課程教學的改革與創新會推動給排水學科的發展，有利于水處理新技術的應用和推廣。

參考文獻

［1］ GB 5749- 2006，生活飲用水衛生標準［S］.2012-07-01.

［2］ 匡科，應光國.執行新標準給水處理工藝的應對措施［J］.城鎮供水，2008（6）：53-56.

［4］ 李紅艷.高等院校給水工程課程的教改探討［J］.太原理工大學學報，2007，12（25）：54-56.

［5］ 許保久，龍騰銳.當代給水與廢水處理原理［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［6］ 張家松.強化混凝在給水處理工程中的應用［J］.金田，2013，30（2）：332.

［7］ 汪亮.飲用水水質處理技術研究［J］.水利水電建設，2008（4）：36-37.

［8］ 夏四清，高廷耀.受污染飲用水源的生物預處理技術［J］.上海環境科學，2000，19（6）：285-287.

［9］ 關春雨，馬軍，鮑曉麗，隋銘皓.臭氧催化氧化-活性炭處理微污染源水［J］.水處理技術，2007，33（11）.75-78.

收稿日期：2015-10-23

作者簡介：馬玉新，博士，副教授。賈學斌，博士，副教授，系主任。

基金項目：黑龍江大學新世紀教育教學改革工程重點項目（編號：2013B37）。

On the Reformation and Renovation of Water Quality Engineering Textbook to Meet the New Standard

Ma Yuxin， Jia Xuebin， Zhang Jun
School of Architecture and Civil Engineering， Heilongjiang University， Harbin， 150080， China

Abstract：With the implementation of the Standards for Drinking Water Quality （GB5749-2006）， the knowledge system and content of the original textbook on Water Quality Engineering can not satisfy the demand for teaching and studying and meet the need of water treatment factory. Based on the analysis of its characteristics and shortcomings in the textbook， the urgent problems to be solved in the water treatment process and the teaching practice of Water Supply and Drainage Science&Engineering， we intend to reform the knowledge system and content of the textbook by introducing the recent scientifc and technical outcomes and technical experiences to meet the need of the social development.

Key words：water quality engineering； new standards； reformation of textbook