浅谈水处理实验教学

李芳芳 张芳 江娟 陈颖

摘 要 本文主要阐述水处理实验中优化、更新的实验方法及项目，介绍了实验教学过程更新的教学模式。丰富优化了常规实验项目，开设新的实验教学项目，实验室自行设计改造实验装置，将活性污泥实验对学生开放；依据学生专业及个体差异，制定不同实验教学计划，使不同专业和层次的学生了解和掌握水处理技术与工艺。

关键词 水处理 实验教学 优化 创新

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.05.053

Abstract This paper mainly expounds the optimization of water treatment experiment， the experimental method and the project.In this paper， the teaching mode of the experiment teaching process is introduced. Enrich the conventional experimental project， Set up a new experiment teaching project， Designed in our laboratory transformation experiment device， activated sludge test open to students； According to the students' professional and individual differences， to develop different experiment teaching plan， make different professions and different levels of students to understand and master the technology and process of water treatment.

Key words water treatment； experimental teaching； optimize； innovation

水处理实验是高校環境工程专业和给排水工程专业重要的专业实验，该课程的开设目的在于让学生通过对基本原理的理解及对实验设计和操作的练习，将理论与实践充分结合，提高动手能力以及解决实际工程问题的能力。人们对于环境问题日益重视，特别是水污染问题，对环境工程和给排水工程专业的学生提出了更高的要求，①这就要求我们改变传统的实验教学模式，不断优化实验方法、实验项目。鉴于此，根据我校实验室实际情况，结合人才培养需求对水处理实验课进行了探索与改进。

1 根据不断改进的培养方案，更新构建实验教学模式

为使水处理实验教学真正成为理论与实践相结合的纽带，就要求实验教学与理论教学同步。以我校为例，水处理实验主要涉及“水污染控制工程”和“水质工程学”等理论教学。根据新版培养方案，环境工程专业水污染控制工程实验和工业废水处理技术实验统编为专业实验并增加了学时，为满足是教学计划要求，水处理实验教学重新修改实验指导书 ，更新优化部分实验项目，并开设新的综合设计性实验，更注重学生综合能力的培养。②

传统的水处理实验项目侧重于单元知识点基本原理的演示与验证，缺乏对相关知识体系的联系，学生缺乏对专业知识的融会贯通。鉴于这一点，我们充分利用实验室原有的资源，丰富并优化了常规实验项目。

（1）将原先的自由沉降和混凝沉淀的单元验证性实验项目分别整合为自由沉降与混凝沉淀对比实验。混凝沉淀和自由沉降作为水处理中最基本的方法，同时也是给水处理实验教学大纲要求的必开内容。实验教学中启发学生自行设计实验方案，将浊度相同的原水分别通过自由沉降和混凝烧杯实验两种方法对比，学生通过自由沉降过程中锥底累计的沉泥量以及混凝过程中矾花的形成过程，更为直观地观察实验现象从而更为深刻地理解实验机理。结合当天水质情况，实验中还启发学生利用进一步降低浊度的手段——投加助凝剂，并做了混凝剂与助凝剂最佳投加比例实验。

（2）清水充氧拓展为清水充氧与污水充氧的测定实验。利用清水充氧设备和水处理整套工艺流程中部分结构——曝气池，让学生比较机械搅拌充氧和鼓风曝气充氧两种曝气方法，掌握设备充氧性能的测定方法。清水实验完毕换校园排污口生活污水进行充氧并监测溶解氧变化，同时采用碘量法测定并比较数据，分析误差，从而加深学生对曝气在活性污泥法中作用的理解。

（3）酸性废水过滤中和实验改为酸水过滤中和吹脱软化实验。原酸性废水过滤中和实验存在中和效率低且出水、原水难以混匀、酸度降低的同时增大了出水硬度的问题。针对此情况实验室自行设计、改造教学装置，将原先单一的酸性废水过滤中和实验结合离子交换实验并引入吹脱技术，同时在装置中增加回流设备提高中和效率、在配水箱合理位置设搅拌装置，使出水pH由原先的接近于6.0增大到7.0左右，出水由硬水降低为软水，大大降低了对设备的腐蚀性。

（4）含酚废水的光化学氧化改为含酚废水的光化学氧化与电化学氧化处理实验。实验室模拟配制含有高浓度有机污染物苯酚的工业废水，指导学生充分利用实验室资源选取合理的实验技术，③降解酚类有机物。让学生自行设计实验方案，给予适当指导，充分调动学生的积极性，不要轻易对学生的实验方案说“不”，鼓励他们大胆尝试。实验中一部分学生选用紫外光辐射降解废水，另一部分选用电化学氧化处理，实验结果证明紫外辐射降解效果优于电化学氧化处理。通过两种技术的实验数据对比学生更直观深刻地认识了有机物降解的机理，丰富了实验内容。

2 开设新的实验教学项目

根据我校新版培养方案中加大了实践类课程的学时，水处理实验教学中新开设了气浮实验、污泥比阻测定实验、污水可生化性实验以及城市饮用水处理工艺、城市污水处理工艺及工业废水处理工艺流程演示实验。指导学生根据实验设备结合理论知识，认清设备各部分构造及作用。在新开设的项目中对学生分小组，分批次进行教学，改变了以往很多学生共享一台仪器的情况。为了使学生能更好地掌握所学专业的基础实验技能，实验过程中水质指标的测试选用便携式仪器测试与传统国标化学法测试同时进行，并将结果比较，分析误差原因。例如在城市污水处理工艺实验中溶解氧、化学需氧量、生化需氧量的测定均才用了仪器和国标方法测定，小组成员协调合作分析处理实验数据，从而达到了专业实验与专业基础实验相呼应的目的。

（1）开设活性污泥培养及驯化实验，实验室对学生开放。活性污泥培养及驯化是一项耗时且复杂繁琐的工作，因为活性污泥的培养对温度、酸碱度、溶解氧以及碳氮磷的浓度有较高的要求。充分利用我校学生到污水处理厂参观实习的优势，从污水处理厂生物池中取回活性污泥，实行开放式实验教学。④学生可以根据自己的情况自主安排做实验的时间，这就给学生提供了一个相对宽松的实验环境，有利于学生思考能力及创新能力的培养。活性污泥实验分为两个阶段：

第一阶段活性污泥的接种、培养和驯化。污泥取回当天测量温度、酸碱度、溶解氧、以及碳氮磷的含量，将活性污泥一部分用校园生活污水驯化，一部分给予合理丰富的碳氮磷源进行培养。驯化过程中每天给予活性污泥当天的生活污水，并保持适当曝气，经过一定周期后样测试并与之前测试结果对比；培养过程中通过向活性污泥中投加一定量的化学试剂，摸索活性污泥菌群适合的生长环境，并通过监测污泥浓度使活性污泥菌群迅速繁殖，从而得到高浓度的活性污泥。

第二阶段利用活性污泥开展厌氧-缺氧-好氧法（A2O）、生物膜法 、生物接触氧化等实验。将培养好的活性污泥引入污水工艺中。把污泥分别装入A2O装置的厌氧池、缺氧池和好氧池中并适时监测各池中的污泥指标及颜色变化，设备运行一定周期后，让学生取当天的校园生活污水通过A2O工艺进行除磷脱氮处理，实验数据良好，达到了对工艺更为深刻理解的目的。

（2）为了让学生充分了解学科前沿知识，⑤我们将膜技术也引入到实验当中。膜生物反应器（MBR）是膜分离技术与生物处理方法的高效结合，污水处理系统中，活性污泥降解有机污染物，膜实现了真正意义上的泥水分离。取培养好的活性污泥装入有机膜生物反应器装置中，体积为有效容积的1/2～2/3，其余体积为自来水，混合液悬浮固体浓度（MLSS）控制在2～3g/L，以当天的校园生活污水为试验用水。控制出水量在2～3L/h，启动风机曝气。利用设备的自动控制系统让实验装置24h连续运行，根据污水、出水水质和污泥性质，确定进水、出水量，从而改变水力停留时间、污泥龄。根据反馈信息，这一实验项目的设置充分调动了学生的积极性和主动性，得到广大师生认可。另外我们还开展了生物接触氧化、电动生物转盘等许多活性污泥相关的项目演示给学生看，均受到学生好评。

3 依据学生专业及个体差异，制定不同实验教学计划

环境工程专业水处理实验课程分为专业实验（一）和专业实验（二），分别设于大学三年级下学期和大学四年级上学期，总学时为40学时。实验教学安排本着由易到难、由简单到复杂的原则，在专业实验（一）项目的开设中主要为傳统理论、工艺的学习。专业实验（二）中主要为综合设计性项目，让学生查阅相关资料，了解前沿新技术、新工艺，自主设计实验方案，⑥实验测试过程中分别采用专业分析仪器和国家标准检测方法。

给排水专业相关水处理实验课为水质工程学，设在大学三年级下学期，根据给排水专业特色水处理实验课分为代表传统给水、污水处理工艺的实验， 学期终开设地面水源给水工艺流程和城市污水处理工艺流程演示，目的在于加深学生对基本原理的理解，掌握水处理流程。

水处理实验教学针对全校理工科学生开放，将当前人们日益关注的水质污染问题对在校学生进行科普教育，让他们既了解水处理实验技术方法和工艺流程又掌握了简单的水质分析方法。

4 初步将仿真技术应用到水处理实验教学中

仿真实验通过软件把书本里面呆板的信息变成文字、声音、图片、动画、视频等多媒体信息，使教学内容变得更加易于学习、理解和掌握，也使教学方式多样化。⑦充分利用实验中心虚拟实验室城市给水和污水处理软件，结合水处理实验室实际设备。对于有实物的实验项目，实验过程中采取实物与仿真两种教学方式进行，并让学生将实验数据进行对比；对于不存在实物的实验设备主要让学生对虚拟的实验仪器及设备进行操作，这也弥补了由于实验设备的缺乏，各单元实验项目之间相对独立，教学效果难以达到理想目标的要求。通过对仿真软件的操作在一定程度上提高了学生分析、处理数据的能力。

注释

① 胡锋平.《水处理工程》实验教学改革与教学实践[J].华东交通大学学报，2006：23.

② 孙兴滨，胡阳.水处理技术新型实验教学模式探讨[J].当代教育实践与教学研究，2015（8）.

③ 盛力，刘涛，沈洪等.以能力培养为核心的水处理实验教学体系建设[J].实验室研究与探索，2012.31（10）.

④ 胡磊，李轶，倪利晓.水处理实验技术开放式实验教学尝试[J].高等理科教育，2009（1）.

⑤ 王伟，王科，苏馈足等.《水处理工程实验技术》课程教学改革初探[J].实验科学与技术，2014.12（3）.

⑥ 曹勇锋，张可方.水处理实验技术设计性实验教学的探讨[J].实验科学与技术，2008.6（2）.

⑦ 刘芳，王永强，卢磊等.仿真实验在水处理工程实验教学中的应用探讨[J].广州化工，2013.41（13）.