校園污水處理工藝方案設計及動態模擬開放實驗

曾娟艷 黃錦 荊峰洋 盛紫瓊 劉慧龍

摘 要：對當前高校的實驗教學方式進行調整，極大地提高學生實驗設計及操作的自主性，培養學生的創新創造意識，提高學生的綜合素質。提高非環境學科專業學生的環保意識和對環境治理工作。強調教學為用，學生自主設計的污水處理工藝方案設計經完善后能投入使用。

關鍵詞：污水處理；方案設計；動態模擬實驗

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：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、方案設計背景

1. 我國是一個水資源短缺、水災害頻繁，但水資源質量卻在下降、水環境惡化的國家。隨著社會經濟的發展，人們對于水環境的關注度逐步提高，對于污水處理后的排放標準也在逐步提高。但是對于校園污水的關注卻很少，校園人口集中，且各類實驗室研究室排放的廢水也是成分復雜，污水處理廠難以逐一針對處理，如此，校園污水如果能夠自行進行一定程度處理后再排放至自然水體將提高出水水質、減少對環境的污染，或者送往污水處理廠進一步處理也能降低處理廠的處理負荷減少運營成本。

2. 當今高等教育的實驗教學大多采取既定的實驗方案，由任課教師講解實驗原理及操作步驟后學生按照既定的步驟要求進行操作，該模式能一定程度上提高學生的動手能力，但是對于學生創新思維、發散思維的培養有極大地限制。

3. 當代大學生作為未來我國可持續發展的決策者，一定的環境保護意識與環保行為能力是必不可少的。但相關調查結果表明，非環境專業大學生的環境基本知識，環境態度方面的認識比較好，但環境行為方面還存在一些問題，與生態環保的總體目標要求還有較大差距[1]。

4. “校園污水處理工藝方案設計及動態模擬實驗”將采取全開放式操作，以學生為主體，學生自主實地調查、前期準備、方案設計、運行操作等，教師只起輔導協助作用。成員由環境科學與工程專業的高年級學生為主導，非環境學科的學生也積極參加，帶動在校學生對身邊環境的更多關注。

二、方案設計及動態模擬實驗內容

（一）武漢大學校園內污水狀況調查

校園污水狀況調查主要包括污水產生源頭勘察、現運行的污水處理方案及設備調查、污水處理后的排放水質情況。其重點在于校園內各大食堂的污水狀況調查，據初步統計，武漢大學四個學部共有21家食堂，部分污水直接排放進了校園的自然水體，給校園環境帶來不可逆轉的危害。選擇食堂污水排放的另一個原因是數據的易得性，帶來的環境影響給學生更直觀的印象。

對于污水狀況調查主要指標有溫度、色度、嗅和味、固體殘渣、COD、BOD、pH、植物營養元素等等。對于上述指標的測量，實驗室均可提供相應的儀器和設備，具體的調查項目可根據學生的預期目標來設定。同時，也可調閱省環境監測站監測資料，分析所得數據的合理性與差異性。

（二）選擇處理系統并設計實驗方案

環境科學與工程專業的高年級學生基本擁有水污染控制工程的理論儲備，可以通過對污水水質狀況的分析提出一套可投入實踐操作的方案。這一過程可極大地促進和提高學生對理論知識的進一步理解及掌握程度，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。學生自主設計工程方案必須對各種處理工藝的優劣勢及適用范圍都有很好的了解才能從中挑選出最適合的方案。非環境學科的學生在這一過程中能夠進一步認識到環境問題的嚴峻以及環境修復處理的過程，也可以促進學科之間的融合，不同的思想在這里碰撞，可能產生意想不到的效果。

現行的一般工藝有活性污泥法、生物膜法、厭氧生物處理、化學與物理化學處理、SBR法等等。學生也可以提出自己的構思針對水質特點提出新的方案。相關的實驗儀器及設備實驗室可以提供也可以自己設計制作。

（三）組裝并運行實驗系統，同時檢測實驗效果

為考察工藝的適用性，系統的運行必須先進行動態模型實驗。選取一定的實驗進水水質及分析方法。通過對進水水質及出水水質的對比分析以及方案成本的考察等來評價處理系統的可行性，對于不妥當之處進行改善。

（四）實驗總結及編寫實驗報告

以前的實驗報告的編寫有一個固定的模式，有既定的實驗結果及結論。但對于開放探究的大型試驗，學生需要及時整理實驗數據并進行總結，對實驗結果進行自己的分析，這更加體現學生的自主思考和探究發揮的作用。

三、實驗的特色及創新點

（一）完全“自主”式的開放實驗

本實驗不同于之前的課程實驗主要是以“教與學”的方式，而是完全以“自主”的方式設計出完整的全面而詳細的實驗方案。開放實驗教學的本質是將實驗教學從以學校、教師為主體轉移到以學生為主體，將學習的主動權選擇權交給學生自身，實現個性化教育，培養學生創新意識和實際動手能力[1]。“自主”式的開放實驗能讓學生自主安排時間，結合需要取材和運行設備，這無疑極大地提高了實驗的針對性和人力物力的利用效率。

（二）該動態模擬實驗很好地了結合工程實際

隨著經濟的發展，教育水平的提高，社會對工程類人才的要求也逐步提高，要求學生不僅要掌握必要的專業理論知識， 更重要的是要具備較強的實踐能力和現場探索解決工程實際問題的能力[2]。我校環境工程專業的培養目標是能為環境工程技術相關科學研究與教學、技術開發、工程設計施工、規劃和管理等方面工作培養應用型、復合型、技能型、適應環境工程產業發展需要的高級工程技術人才?！靶@污水處理工藝方案設計及動態模擬實驗”很好地契合了這一目標。通過這種綜合性的開放實驗，學會自主設計實驗方案，積累經驗，為往后的學習和研究奠定堅實的基礎。

（三）實驗項目與人們生活密緊相關，加強非環境類專業學生對環境保護工作的了解

實驗的規模要求參與學生人數在30人左右，對環境保護感興趣的任何專業的學生均可以參加，這擴寬了實驗的影響力。處理項目主要為校園污水，很多自然水體的水質變化是可以很明顯地觀察到，這無疑提高了實驗的可操作性、結果的可觀察性，學生的實驗成果可以很好地驗收。

四、結束語

“校園污水處理工藝方案設計及動態模擬實驗”是一項綜合性、開放性、設計型的大實驗，實驗持續時間長、學生自主程度高。原本的實驗教學模式無法滿足今社會對人才的要求，而該實驗能提高學生的自主設計能力、創新能力、動手操作能力，促進不同學科之間的交叉融合，并能夠將學生的實驗成果切實投入運行，提高非環境專業學生對環境保護的重視以及加強對環境保護工作的了解，這無疑是實驗教學的一大突破。

參考文獻

[1]艾尼瓦爾·吐米爾.烏魯木齊市非環境專業大學生環境保護意識調查與分析[J].生物學雜志，2011，03：106-109.

[2]王濤，鐘穗東，張漢平，等.大學生開放實驗教學的探索與研究[J].中國教育裝備，2010，13：125-127.

[3]劉艷，魏洽.環境工程專業綜合性設計性實驗教學的改革與實踐[J].實驗技術與管理，2007，13：131-133.