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1、污染问题
工厂是一个生产作业的集中区域,其涉及到多种工业化产品,因而最终产生废弃物类别也是多重多样的。从环境监测结果分析,工厂废水可导致大面积水域污染,水质恶化、污染物超标、水生植物无法生长等,这些都是工厂周边区域普遍存在的问题。水资源是人类社会活动不可缺少的元素,水资源污染将对社会环境、人居生活、产业发展等造成诸多不利影响。
2、标准问题
为了整顿工业经济发展秩序,国家对各类生产区域实施项目规划,要求工厂建立科学的环境监测体系,帮助企业解决现实生产中遇到的污染问题。实际监测发现,废水环境监测缺少明确的标准参数,对工厂监测内容达不到预定标准,影响了环境治理决策的有效性。目前部分国家重点源监测项目与行业标准污染物项目不一致,如制糖、造纸、城镇污水处理厂等。
制糖行业监测项目监测分类监测项目重点污染源pH值、色度、COD、BOD5、氨氮、石油类、流量行业标准污染物基本控制项目pH值、COD、BOD5、氨氮、SS、总氮、总磷、单位产品(糖)基准排水量
3、治理问题
监测是为了更好地治理环境,对环境监测中发现的质量问题,工厂并没有及时采取措施处理,导致废水污染面积逐渐扩大化,对新水域产生了更多的危害性。总结原因,多数工厂从运营成本角度考虑,对环境治理未投入足够的出污费用,废水问题无法从根本上得到解决。另一方面,环境监测机构职能不健全,现阶段难以达到预定的监测指标,这些都阻碍了废水监测与治理工作。
二、基于监测结果的废水处理方法
水资源是人类长期生存与发展的根本,注重水资源保护是科学发展观要求。考虑到工业经济的重要性,以及工业化发展带来的环境污染问题,必须强化工厂废水治理力度,为工厂建立更加全面的废水治理方案。当钱,废水治理技术包括:物理法、化学法、生物法等,可根据工厂内设备建立针对性的监测处理方案。
1、物理法
废水处理方法的选择取决于废水中污染物的性质、组成、状态及对水质的要求。一般废水的处理方法大致可分为物理法、化学法及生物法三大类,利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物,这是物理法应用的基本原理,对工业废水过滤起到了基本净化作用。工厂可设计相对规模的生态绿化池,按照工厂生产规模定期回收废水,通过净化池处理后完成净化作用。
2、化学法
利用化学反应或物理化学作用回收可溶性废物或胶体物质,利用化学反应原理执行有效的净化处理方案,这样可以避免废水处理中出现的异常问题。例如,中和法用于中和酸性或碱性废水;萃取法利用可溶性废物在两相中溶解度不同的“分配”,回收酚类、重金属等;氧化还原法用来除去废水中还原性或氧化性污染物,杀灭天然水体中的病原菌等。
3、生物法
利用微生物的生化作用处理废水中的有机物,要求在废水池中设置生物过滤系统,及时清除水中有害物质,避免废水排放后对周围水域产生污染作用。例如,生物过滤法和活性污泥法用来处理生活污水或有机生产废水,使有机物转化降解成无机盐而得到净化。生物法处理要注意考察工厂类型,不同工厂所用方法存在差异性,选择合适方式进行处理以保证净化效果。
三、结论
关键词:ADAT-IAT工艺 由来 运行过程
1.A/DAT-IAT工艺的由来
活性污泥法是一种应用广泛且非常具有潜力的废水处理技术[1]。自1914年该技术在英国被应用以来至今已有90多年的历史了,在该技术出现的初期,由于受到理论水平、运行和管理等技术条件的限制,使它的应用和推广工作进展缓慢。近50年来,随着对其生物反应和净化机理的广泛深入的研究以及该法在生产应用技术上的不断改进和完善,使它得到了很大的发展。相继出现了多种工艺流程和工艺方法,使得活性污泥法的应用范围逐渐扩大,处理效果不断提高,工艺设计和运行管理更加科学化。目前,该方法在废水生物处理中还处于首要地位,据最新资料显示,在全球近6万座城市污水处理厂中,有3万多采用活性污泥工艺,其中美国有9000余座,日本采用活性污泥法的污水厂占污水厂总数的86.7%。活性污泥法是我国目前采用最主要的污水处理工艺,占已建成的污水处理厂总数超过了70%。
尽管活性污泥法得到了广泛的应用,但它还存在一些缺点,给污水处理厂生产运行带来一定的困难。以传统活性污泥法为例,归纳一下活性污泥法在运行中存在的主要问题。
1.活性污泥法对废水水量、水质变化的适应性较差;
2.污泥膨胀问题是活性污泥法自产生以来一直伴随并常常发生的一个棘手的问题。它引起污泥结构松散,沉淀压缩性能差,直接影响出水水质,并危害整个生化系统的运作[2];
3.污泥产量大,通常占废水总量的0.5%~1%,成分复杂既含有大量的有机物,又含有害的重金属、病原微生物等,处理和处置费用高[3];
4.脱氮除磷效果差,一般只有20%~30%左右;
5.曝气结构膨大,占地面积大;
6.运行管理操作复杂,管理专业水平要求高。
以上概括以传统活性污泥法为中心的工艺在应用中存在的一些问题。国内外许多学者进行了大量的研究和探讨,在传统活性污泥法的基础上进行了各种改进,产生了很多种不同的活性污泥工艺,一些工艺较传统工艺处理功能增强,一些工艺运行更加稳定,而另外一些工艺的费用大大降低或者运行更加方便。这些工艺上的改进,充分满足了各种不同的处理要求。其中SBR法就是为了克服传统活性污泥法的缺点发展起来的。
20世纪70年代初,美国R.Irvine教授等开展了活性污泥SBR法的初步研究,并于1971年发表了《运用间歇式活性污泥法处理废水》的著名论文,为SBR法以后的发展奠定了理论基础。80年代后,由于现代仪表和控制技术的巨大发展,电磁阀、气动阀、液位传感器、电子定时控制器,龙其是微机等自动控制装置广泛应用于水处理技术,使得SBR法运行操作自动化控制得以实现,在欧、美、澳、日等国家得到了迅速的发展。80年代中期,我国开始对SBR法进行系统研究与应用,1985年虞寿枢等为上海市吴凇肉联厂设计并投产了我国第一座SBR法废水处理设施,刘永凇等人也展开了对SBR法特性的研究。在SBR法的控制技术方面,哈尔滨建筑大学的彭永臻等人对SBR法反应时间的计算机控制参数进行了研究。90年代尤其是近几年来,该工艺在我国工业废水处理领域应用非常广泛,在全国各大中城市已有多座SBR法处理设施投入运行,其中采用SBR法处理的废水主要是屠宰废水、苯胺废水、含酚废水、啤酒废水、化工废水、淀粉废水等,为我国的环境保护发挥积极作用。
但传统的SBR法在工程应用中仍存在一定局限性。譬如,若进水量较大,则需要调节反应系统,从而增大投资,而对出水水质有特殊要求,如脱氮、除磷等,则还需对工艺进行适当改进。因而SBR工艺在设计和运行中,根据不同的水质条件、使用场合和出水要求有了许多新的变化和发展,产生了许多变型,主要包括ICEAS、CASS、IDEA、UNITANK和DAT-IAT等工艺。DAT-IAT工艺是为了克服ICEAS的缺点将预反应池改为与SBR反应池(IAT)分立的预曝气池DAT,DAT池连续进水、连续曝气,IAT池间歇曝气、沉淀和排水,在沉淀阶段不受进水的影响,且增加了从IAT到DAT的回流装置。
根据本课题处理水质要求,在DAT-IAT工艺基础上前置一个缺氧池(A),即形成了A/DAT-IAT工艺,由缺氧池、DAT池和IAT池三部分串联而成的。
2.A/DAT-IAT工艺运行过程
A/DAT-IAT工艺的反应机理及污染物的去除机理与传统活性污泥法、SBR法基本相同,仅是构筑物的构成方式和运行操作不同[4]。它是在一组反应池中,在时间上进行各种目的不同的操作。具体操作工序如下:
1.进水阶段
废水首先连续流入缺氧池,连续进水使得A/DAT-IAT工艺比典型的SBR法更有优越性,不需要调节池和进水控制系统,节约了建设成本和占地面积。缺氧池和DAT池混合液分别通过双层导流设施流入DAT池、IAT池,这样避免了水力短路。
2.反应阶段
缺氧池内的进水与从DAT池中回流来的硝化液完全混合,在反硝化菌的作用下进行脱氮反应,将NOX--N转化成氮气,可以利用进水中的有机碳源,减少了外加碳源,甚至不需要外加碳源,同时产生的碱度可以下硝化段的碱度,中和该段产生的H+。缺氧池内不曝气,只搅拌,保持污泥处于悬浮状态。曝气分两部分,DAT池连续曝气,池中水流呈完全混合状态,绝大部分NH3-N被硝化菌转化为NO3―-N。IAT池间歇曝气,难降解有机物和NH3-N在IAT池进一步降解。为了达到更好的沉淀效果,在沉淀阶段前进行短暂的曝气,以除去附着在污泥上的氮气。
3.沉淀阶段
沉淀阶段相当于传统活性污泥法的二次沉淀池的功能。沉淀阶段只发生在IAT池,混合液中的污泥与上清夜分离。DAT池中的水从底部平缓流入IAT池,对IAT池不会产生干扰,因此其沉淀效率显著高于一般二沉池的动态沉淀。
4.排水阶段
排水水阶段只发生在IAT池,当水位达到最高时,沉淀阶段结束,开始进入排水阶段。排水有专门滗水设备,对沉淀下去的污泥不会产生扰动,当水位达到最低时,停止滗水,剩下的一部分处理水可作循环和稀释用。IAT池不直接排放处理水,因此不像连续进水连续出水的活性污泥法那样容易受负荷变化的影响。IAT池底部沉降的活性污泥大部分作为该池下个处理周期使用,一部分污泥用污泥泵连续打回DAT池作为DAT池的回流污泥,多余的剩余污泥引至污泥处理系统进行污泥处理。
5.闲置阶段
IAT池中沉淀阶段结束到下个周期开始期间会出现一个闲置期,根据废水的性质和处理要求决定其长短或者取消。在该时段内可进行搅拌或曝气,以保持污泥的活性。
参 考 文 献
[1] 包建龙,王翌娥,活性污泥法污水处理厂的运转管理[M],北京:中国环境科学出版社,1992;
[2] 黄正,范玮,李谷,刘红艳,固定化硝化菌去除养殖废水中氨氮的研究[J],华中科技大学学报,2002.2,31(1):18-20;
【关键词】工程教育 理论教学 实践教学 独立学院
【中图分类号】TU991 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)06-0246-02
传统的给水排水工程专业教育培养体系均以给水工程、排水工程为核心。围绕此核心,分别设置《给水管网》、《取水工程》、《城市给水处理》、《工业给水处理》、《排水管网》、《城市污水处理》、《工业废水处理》等主干课程。
为强调水处理理论的整体性和实用性,给水排水工程专业指导委员会建议各高校对原给水工程和排水工程课程体系进行改革,建议开设《水质工程学》课程。[1]《水质工程学》将传统教学中的《城市给水处理》、《工业给水处理》、《城市污水处理》、《工业废水处理》课程内容进行整合优化,突出水质工程学技术发展并精简了学时。目前,许多一、二类高等院校已采用《水质工程学》教材。
华中科技大学武昌分校作为年轻的独立学院,明确“培养应用型人才”的办学定位,确定“夯实理论基础、强化实践环节、突出专业特色”的办学方针。我校给水排水工程专业紧扣教学定位,结合生源的综合能力和素质,因材施教,决定以培养学生掌握基础理论知识、掌握基本专业技能为教学目的,向设计院、给(污)水处理厂、安装设备公司及施工单位输送应用型人才。因此,仍然延用传统的教学培养体系,按照子工程的分类、工艺流程中各处理单元的先后顺序安排教学内容,而《城市给水处理》就是给水排水工程专业教学培养体系中一门不可或缺的重要课程。
1.课程发展主要历史沿革
自2003年我校给水排水工程专业建立以来,《城市给水处理》是该专业必修的主要专业课程之一。《城市给水处理》课程的主要任务是通过课堂、实践教学环节,运用各种教学手段和方法,使学生掌握城市给水处理各组成单元的基本概念、基本原理、基本设计计算方法。
我校给水排水专业从03级开始开设《城市给水处理》课程,总学时为56学时,其中理论课48学时、实验课8学时。为符合我校培养应用型人才的办学宗旨,09级开始该门课程总学时调整48学时(其中理论课40学时、实验课8学时),另外增加1.5周课程设计、1周认识实习及4周生产实习予以补充实践教学。
2.教学内容组织的方式及目的
2.1课堂教学内容
根据我校重点培养应用型人才的要求,在教学指导思想上,充分认识到《城市给水处理》工程应用性强的特点,因此,非常重视工程能力的培养,工程教育贯彻于课程始终。课堂教学中,除了讲授基本理论、基本概念之外,介绍给水处理的方法,给水处理系统中各处理单元的计算方法及工程设计是本课程的重点教学内容。
表1 《城市给水处理》课程内容、课时安排
2.2 实践教学内容
(1)课程设计
课程设计的内容是城市给水处理厂的设计,目的使学生运用所学的知识对源水进行处理时应该掌握的基本原理,处理工艺,处理设备的选择与计算,绘图的基本技能。布置“××给水处理厂设计”任务,要求学生在1.5周的时间内,根据处理水量将各处理单元设计出来,并对给水厂进行整体设计,以此来强化学生对所学内容作进一步的深入理解。
(2)实验
本课程共开设4个实验,1个实验为综合性实验,3个实验为验证性实验,涉及到混凝、沉淀、滤料筛分、地表水处理等。学生在给定的实验条件下,通过实际的操作,将所学的理论得到实际的检验,并培养学生的创新能力。
(3)实习与毕业设计(论文)
实习和毕业设计不是本课程的课内任务,但属于与本课程密切相关的实践教学环节。认识实习主要参观城市给水处理厂,使学生对给水处理有一定的感性认识和了解;生产实习主要让学生在给水处理厂具体操作,对工艺过程以及管理方面有更加具体的学习和掌握。给水工程是毕业设计(论文)重要选题方向。通过毕业设计的训练,能够使学生在面对真实性设计题目时了解给水处理厂设计的全过程,巩固本课程的专业知识,进而培养学生分析和解决实际问题的能力。
3.理论教学和实践教学方式结合
怎样做到工程教育贯彻于课程始终,是一个值得思考的问题。多年来,本课程在理论教学和实践教学的内容安排、有机整合方面,主要做了以下工作:
3.1 理论讲授结合设计案例
(1)讲授完第一章“给水处理概论”后,播放本班同学参加认识实习时录制的DVD,让同学们回忆起参观过的各个处理构筑物,使工艺处理流程在脑海中逐渐清晰,并且能活跃课堂气氛,提起学习的兴趣。
(2)第二、三、四、五、六章教学内容设计:先讲授基本概念、基本理论(机理);其次讲授工程应用池型(设备)、工作过程及设计要点;再次各个处理单元挑出经典池型(设备),结合CAD工艺构造图,穿插例题分析;最后教会学生看懂各处理单元CAD工艺构造图并完成设计计算作业。
这样的教学安排从理论到应用、从抽象到具体、深入浅出。在此过程中,学生不但掌握了基本原理及理论,还能学会设计计算并且学会看懂工艺图纸,了解课程设计和毕业设计的内容及要求。
(3)第七章“水厂设计”结合课程设计内容和要求,讲解经典案例。要求学生把各处理单元联系成一个整体,从宏观方面全方位考虑给水厂的设计。
3.2 实践教学巩固基础理论
(1)认识实习
设置认识实习课程,在学习《城市给水处理》理论课之前,通过有针对性的参观实习,使学生及时理论联系实际,加深对理论知识、关键技术的认识和理解,激发了学生的积极性和主动性,培养了其针对实际问题,去粗取精、有的放矢、勇于迎接挑战和解决问题的能力。
在参观过程中,注意录制DVD供课堂教学使用。
(2)实验教学
混凝、沉淀(澄清)、过滤三个主要处理工艺均设置对应的验证性试验,通过试验现象的观察和试验数据的记录,掌握处理理论(机理)。
综合性实验是利用学校周边(校内)的水源,由学生自主设计工艺流程,逐渐由以教师“教”为中心的教学模式向以学生“学”为中心的教学模式转化。通过教学模式的转化,在设计型实验的教学中,学生参与实验准备、实验设计、完成实验,提出问题,讨论分析问题,深化理论知识,发挥学生在实验过程中的自主性,激发了学生学习的积极性。
(3)课程设计
作为给水排水工程专业的学生必须具备系统全面的“工程设计能力”,这是开设“课程设计”的设计思想。使学生掌握给水处理厂的工艺设计计算、绘图。课程以基本原理为指导,以工程应用为背景,强调理论与实践相结合,着重培养学生独立分析问题和解决问题的能力。
(4)生产实习、毕业设计(论文)
生产实习、毕业设计(论文)是巩固理论知识,有机联系专业基础和专业核心课程的两个关键教学环节。在这两个环节里,同学们可以仔细观察构筑物的构造,了解构筑物的工作过程,重点研究课堂上不能理解的知识点。通过实习和毕业设计训练,学生初步掌握了设计、施工、运行、管理等各个步骤以及设计计算方法。为今后的工作奠定基础。
3.3教学资料辅助
(1)教材补充。因仍然延用传统的教学培养体系,我校给水排水工程专业选用《给水工程(第四版)》(国家“九五”重点教材,1999年出版)作为教材,教材中的设计参数已经不符合《室外给水设计规范》(GB50013-2006)的要求。因此,在总结多年教学经验的基础上,结合教材、设计手册和设计规范编写《城市给水处理厂设计》讲义,供学生参考。
(2)CAD图纸收集。工程实践教学不能脱离工程图纸。为了让学生充分了解处理构筑物的构造和工作原理,平时注意收集市政设计院的工程实例图纸或完成质量好的毕业设计图纸,供课堂上讲解。现已将部分图纸一并编写到《城市给水处理厂设计》讲义中。
4.总结
水工程事业在不断发展,教材也在不断更新,虽然我校给水排水工程专业仍在延用传统教学体系,但是在《城市给水处理》课程建设过程中,应时刻把“理论知识和实践知识有机结合”作为指导思想,同时在教学模式、教学方法与手段上进行改革,使得其符合独立学院的特点。
以上内容是我在《城市给水处理》教学中的一点思考和实践。今后的教学工作中还要不断探索、研究与实践,使该课程的教学体系更加完善。
参考文献:
[1]给水排水工程专业指导委员会.全国高等学校土建类专业本科教育培养目标和培养方案及主干课程教学基本要求.给水排水工程专业(2004)专业建设[M].北京:中国建筑工业出版,2004:24-27.
【关键词】超轻陶粒;制备方法;原材料;发明
1.背景技术
污泥是指用物理法、化学法、物理化学法和生物法等处理废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物。污泥一般指介于液体和固体之间的浓稠物,可以用泵输送,但它很难通过沉降进行固液分离。悬浮物浓度一般在1%~10%,低于此浓度常常称为泥浆。由于污泥的来源及水处理方法不同,产生的污泥性质不一,污泥的种类很多,分类比较复杂,目前,一般可以按以下方法分类[1,2]:
(1)按污泥的来源分,主要分为给水污泥、生活污水污泥和工业废水污泥三类。给水污泥是指城市生活用水的过滤、消毒过程中产生的污泥,其主要成分来源于城市给水原水所含颗粒、胶体和部分可溶性物质,以无机物为主。生活污水污泥是指城市污水处理厂处理生活污水过程中产生的污泥,其主要成分为有机物。而工业废水污泥是工业生产过程中产生的废水处理时产生的污泥,以无机物为主,重金属含量较高,且成分复杂,处理十分困难。
(2)按污泥的成分性质分,可以分为有机污泥和无机污泥。以有机物为主要成分的称为有机污泥,其主要特征是有机物含量高,易腐化发臭,比重较小,颗粒较细,含水率高,且不易脱水。它是呈胶状结构的亲水性物质,易用管渠输送。其中往往还含有很多植物营养元素、寄生虫卵、致病微生物及重金属离子等。初次沉淀池、二次沉淀池的沉淀物均属有机污泥。以无机物为主要成分的称为无机污泥,又称沉渣,其主要特性是颗粒较粗,比重较大,易于脱水,但流动性差,不易用管渠输送,也不易腐化。主要来自沉砂池、某些工业废水的物理以及化学处理过程中的沉淀物。
(3)按污泥在不同的处理阶段分,又可分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥、干燥污泥以及污泥焚烧灰等。
(4)按水处理的阶段分,还可分为初沉污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥与化学污泥 (深度处理污泥)等。
随着各地城市污水处理设施的兴建及污水处理率的提高,国内污水厂污泥产量越来越大,且其成分相对于工业废水污泥更为简单,是国内外在污泥无害化、资源化综合利用领域的主要研究对象。污泥陶粒最早由NakouziS.等提出,是以污泥为主要原料,掺加适量辅料,经过成球、焙烧而成的。由于陶粒密度小,内部多孔,形态成分较均一,且具有一定强度和坚固性,因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性等多功能特点,利用陶粒这些优异的性能,可以将它广泛应用于建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门。
国内研究者对城市给水厂和生活污水处理厂污泥在陶粒制品方面的资源化利用技术已有较多报道,均不同程度涉及到配料种类、最佳配比、最佳烧成工艺、陶粒制品主要性能(堆积密度、筒压强度、吸水率)等。
2.制备内容及方法
本发明的目的在于提供一种超轻陶粒及其制备方法。
所述超轻陶粒为堆积密度不大于500kg/m3的陶粒,粒径为6~15mm。
所述超轻陶粒的制备方法包括以下步骤:
(1)将工业污泥、混合淤泥、废石粉和添加剂混合,得混合物,按质量百分比,由精对苯二甲酸沉淀污泥、海泥或混合淤泥、废石粉和添加剂,按一定的配比制作。
在步骤(1)中,所述工业污泥可为生产精对苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid,PTA)的沉淀污泥;所述混合淤泥为城市附近的江、河、湖、塘、池、沟、渠、水库、码头及水产养殖区内的淤泥的混合物;所述的海泥为某城市的海泥;所述废石粉为石材加工产生的废石粉;所述添加剂可选自铁粉、粉煤灰等,所述铁粉、粉煤灰。
(2)将混合物预热。
在步骤(2)中,所述预热的温度为150℃,预热的时间为2h。
(3)将预热后的混合物焙烧,得超轻陶粒。
在步骤(3)中,所述焙烧的温度可为1150~1200℃,焙烧的时间为4min。
精对苯二甲酸是化纤的上游产品,是生产涤纶短纤的主要原料,化纤则是纺织业的重要原料。精对苯二甲酸还是生产聚酯(PET)切片的原料,以聚酯切片为原料的涤纶纤维在目前化学纤维中使用量最大。精对苯二甲酸还应用于容器、包装材料、薄膜产品等领域。精对苯二甲酸的应用比较集中,世界上90%的精对苯二甲酸用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),其余用作聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等其它聚酯树脂或化学衍生物的原料。
由于生产精对苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid,PTA)的沉淀污泥是生产PTA产生的废液残渣,属于危险废物。但是现有的PTA残渣的处理率极低,因此造成大量的废液残渣只能进行焚烧或直接运出填埋,企业急需能够将PTA污泥减量化、无害化、资源化综合利用的技术。
经分析,PTA污泥的化学成分如表1所示,主要成分仍为无机物,但烧失量较高,说明PTA污泥中有机质含量较高。
表1(%)
采用本发明提供的技术,可以实现以PTA污泥为主要原料,辅以适当的其他配料(均为固体废渣)和少量添加剂,不需添加任何化学试剂,采用烧成工艺,即可得到堆积密度≤500kg/m3的不同密度等级的超轻陶粒,该超轻陶粒是建筑节能墙体材料急需的轻质骨料,市场前景广阔。在1150~1200℃烧成温度时,污泥中的有害重金属得到固化,表2给出某省建筑工程检测中心有关超轻陶粒主要环保指标的检测结果。
表2
综上所述,本发明完全可以满足PTA污泥减量化、无害化、资源化综合利用要求。
3.具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步的说明。
实施例1
按质量百分比,分别称取工业污泥、海泥、粉煤灰,按工业污泥、海泥、粉煤灰按一定的配比混合并搅拌均匀,得生料球,生料球的含水量控制在20%~30%,生料球的直径小于15mm。生料球在150℃的烘箱中烘干2h,将高温炉的温度升至1150~1200℃,将烘干后的生料球放入高温炉进行焙烧,4min后取出冷却,制得堆积密度≤500kg/m3的不同密度等级的超轻陶粒,该超轻陶粒强度高、吸水率低。混合淤泥根据陶粒高温熔胀理论对原材料化学成分的要求进行科学调整,补充污泥中某种氧化物成分的不足。选用大理石类石材加工产生的废石粉。生产过程充分节能,可采用稻谷加工企业产生的固体废弃物谷壳代替优质煤气化产生的清洁能源为陶粒煅烧燃料。
实施例2
与实施例1类似,其区别在于,添加剂采用铁粉,铁粉的粒径≤80目,混合淤泥采用城市附近的江、河、湖、塘、池、沟、渠、水库、码头及水产养殖区内的淤泥的混合物,工业污泥、混合淤泥、铁粉按质量百分比进行混合。
实施例3
与实施例1类似,其区别在于,添加剂采用铁粉,铁粉的粒径为≤80目,按质量百分比,工业污泥、海泥、废石粉、铁粉的配比进行混合将所得的超轻陶粒进行检测,检测结果如表3所示。
表3
本发明的主要原辅材料均采用固体废渣,表4给出所用主辅原材料的化学成分。混合淤泥根据陶粒高温熔胀理论对原材料化学成分的要求进行科学调整,补充污泥中某种氧化物成分的不足。选用大理石类石材加工产生的废石粉,因废石粉密度大,无塑性,会增加原料塑性造粒的难度,并增加陶粒的密度,一般超轻陶粒生产技术中不会选用石粉作为原料,本发明技术制得陶粒堆积密度可低至(300~350)kg/m3,为提高陶粒强度和密度,有意识地加入大理石类废石粉,因大理石主要成分是碳酸钙,碳酸钙在900~1000℃会分解产生CO2气体,在减轻石粉重量得同时,还能帮助陶粒膨胀。因此,本发明不宜使用花岗岩类废石粉。
表4(%)[科]
【参考文献】
[1]林云琴,周少奇.我国污泥处理、处置与利用现状,能源环境保护,2004,18(6):15-18.
[2]许韶波.城市生活污泥制取陶粒的研究,福州大学硕士学位论文,福州,2004,7.
目前,环境工程专业教学所用的教材和实验讲义很少或者根本没有涉及煤炭行业环境工程的内容,很难应对日后煤炭行业环境保护的问题。因此,现阶段可以考虑在传统环境工程教学内容中引入煤炭行业环境保护的内容。通过课程改革,修订实验内容,在满足实验教学大纲的基础上,突出矿业环境保护的行业特色;特别是加强有关矿山环境保护的实验内容。根据基础实验、专业基础实验、综合实验和研究创新实验不同教学目的,精心设计每一个实验教学方案。最可行的方法是煤炭特色高校环境工程专业在教学实验中将煤炭行业环境保护科研课题或某一课题的若干阶段设计为实验教学内容,可以高效培养学生的创新能力、并实现科研资源的教学共享。把学校本科教学投入、“211”工程投入、“985”工程投入和环境工程系教师科研项目投入形成的实验室资源,实行分层次管理和开放,逐步实现实验室资源的优化配置,向本科教学全面开放,为大学生实践教学和科技创新活动提供实验平台。为此,我校环境工程专业充分利用教师承担的煤炭行业环境保护的课题,积极探索将科研课题内容转化为实验教学内容。具体表现在以下几个方面:
(1)在给水工程实验教学中,我们依托承担的国家自然科学基金课题《高浊高铁锰矿井水处理研究》,将环境工程专业传统的混凝沉淀、地表水过滤及反冲洗实验教学内容改为高浊度矿井水混凝沉淀、高铁锰矿井水过滤及反冲洗实验。在实验教学过程中,不仅讲授传统的混凝沉淀、过滤教学原理和内容,还补充煤矿矿井水的产生、排放和水质污染特征等知识。通过教学,使学生在掌握实验基础知识和基本技能的同时,对工业过程、工业污染特征以及工业污染防治有了初步的认识,不仅为学生将来的工作打下了基础,也增加了学生学习专业知识的兴趣。
(2)在排水工程实验教学中,我们结合国家高技术研究发展计划(863计划)《电化学氧化-生物强化A/O工艺处理焦化废水研究》,将原来SBR工艺处理生活污水实验教学内容改成SBR工艺处理焦化废水实验。这个实验内容的改变,让学生深刻地认识到工业废水和生活污水在处理技术方面有较大的区别,防止了课堂教学和实际工程出现较大的偏差,特别是水力停留时间、活性污泥比增长速率、挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)等参数选择,为学生以后从事工业污水处理工作奠定了良好的基础。
(3)在环境监测实验教学中,我们结合国家自然科学基金课题《纳米RuO2/ZrO2-CeO2催化臭氧氧化深度处理焦化废水及废水中的POPs》,将原来的COD分析教学内容中的生活污水换成煤化工废水。这一实验内容的改变,使得研究对象由生活污水变成了受氯离子干扰严重的煤化工废水,让学生系统深刻地体会到了消解过程中沉淀产生的原因及其对分光光度法的干扰,以及滴定法和分光光度法各自的优缺点,并引导学生从一个简单的COD测试实验思考到各种环境工程原理。此类教学内容的改变还有很多,比如,将矿井除尘装置、煤化工厂VOCs催化氧化分解装置和燃煤电厂脱硫脱硝装置引入到大气污染控制工程实验教学的演示实验中;将煤矸石简单制砖的内容引入到固废处理与处置实验教学中;将头发中汞含量的测定引入到环境化学实验教学中;将煤化工厂受污染土壤的气提修复装置引入到环境土壤学实验教学的演示实验中。通过这些来自于科研课题的实验,提高了学生的动手能力,培养了学生的创新思维,为他们将来开展实际的科研打下了良好的基础。
2开展与煤矿区污染控制相关创新性实验
我校环境工程中心积极开展与煤矿区污染控制研究项目相关的创新性实验室,并以此为基础,确立本科生创新项目和毕业论文设计课题,全面培养学生的创新能力,成为学生完成综合设计性和研究型实验的重要基地。学生从大一开始进行查文献、写调研报告等基础训练,大二和大三开展具体实验,大四开展成果总结训练,学习撰写结题报告并。我们的创新实验基本来源于科研项目,但是为了不给学生造成难度,又对科研项目进行了大量的改变,基本都是教师自己精心设计的面向本科生的创新性实验。图1是典型的创新实验设计过程。先根据传统的混凝和沉淀实验,添加矿井水污染治理的内容,设计创新实验的第一个研究内容,即混凝沉淀处理矿井水。然后根据课堂讲授的混凝沉淀水力梯度(G值)的理论知识,将混凝部分扩充为多级搅拌混凝实验;根据浅池理论,将沉淀内容扩充为斜板沉淀池设计。最后将所有的内容合并起来,形成实验名称为多级搅拌+混凝+斜板沉淀处理矿井水的创新性实验。在实验教学过程中,学生根据下达的科研任务要求,充分发挥个人智慧,设计系统的实验方案,并在充足的科研经费支持下,开发了用于实验过程的多套连续装置;独立分析整个实验过程所涉及的实验参数,完成了一个复杂的工艺实验研究,并提交系统的研究报告。这些改革既为教师和研究生完成科研任务提供了一定的参考依据和技术基础,并充分调动了本科生学习和参加科研的积极性,培养了他们的创新素质,既促进了科研任务的顺利完成,又提高了本科实验教学的含金量。
3大力建设企业实践基地
【关键词】排水管道系统;规划调整;再生水资源
1.绪论
1.1论文的研究目的、意义及方法
我国经济飞速发展城市精神面貌焕然一新,但是问题也就随之而来,由于地下没有建立完善的排水管道系统,城市水体污染现象日益加重。通过对我国目前存在的排水管道系统不完善的问题的探究,结合实例对比分析,从而告诫专业领域的工作者今后工作的方向及需要注意修改的问题,消除城市水体污染隐患。
在建立完善的地下排水管道系统过程中,需要对城市的发展前景、自然条件和相关联产业的治理水平进行详细的调查,对城市排水管道系统的作用进一步规划,结合城市自身特点规划设计出有效的排水管道系统,并且把污水和雨水做为第二水源重点开发利用,并通过本文为具有相同地理特点地区城市提供参考方案。
1.2水资源状况及其水环境状况
水资源作为自然基础资源,是控制生态环境的重要因素之一。然而我国随着城市化现象的日益加重,造成水资源严重短缺,我国虽然目前人均用水量为2000m?,但是预计在2030年由于人口的不断增长,人均用水量将下降至1760m?,我国水资源的未来态势严峻。目前用水紧张与浪费问题同等存在,生态环境遭到严重破坏;我国水环境污染日趋严重。
1.3水污染控制及城市排水系统的现状
随着社会的进步和人们对环境保护意识的加强,我国对于水污染的控制也从点源阶段迈进了面源阶段。国家环保局在对我国工业废水处理设施的调查报告显示,污水治理设施运作率、设备使用率、污染物的清除率较高的不超过总体的40%,设备发挥作用的也不到总体的1/3。污水危害大要迅速排放到下游,这种传统排水系统只是维护了局部城市水质解决了局部内涝和污水的处理,却危害了其它流域地区。
2.城市排水管道系统的规划设计
2.1城市排水系统的作用
城市排水系统作为骨干工程排水管理系统必须做到对污雨水和工业产生的废水的及时收集和运送,以此达到城市对水污染的防治、排涝、防洪的目的。其作用就是给人们打造一个优质的生存生产环境,将污水、暴雨的侵害与城市隔离开来,快捷有效的将生活污水、生产废水及雨水处理掉,维持城市整体系统的平衡。
2.2城市排水系统的体制
分流制与合流制是组成城市排水管道系统的两个体制。分流制分为污水管和雨水管,生活污水和工业废水用特定污水管道系统处理,雨水则专用雨水管道系统处理。直排式、截流式、全处理式是合流制的三大处理形式。直排式合流制采用就近处理原则,截流式合流制采用上流下截处理原则,全处理合流制则是将污水雨水全部处理后才进行排放,这种处理减少对水体的污染。
2.3城市排水管道系统的规划设计
从城市自身发展情况全方位规划出既节省资源又节省能源的排水管道系统、污水处理厂和排水体制。切实可行的将工程操作技术、城市的经济发展、保护环境等因素添加到城市排水工程计划中。
城市设计排水管道系统原则如下:
①排水系统分布:
1)管道的铺设因地制宜,顺坡排水;
2)设置与区域匹配的管径
3)管道网路疏密有度,排水路线合理,使投资最小化;
4)分管道净化污雨水处理;
5)尽量在水域附近设置管道,截住污水避免污染河流;
②明确排水出路:
1)污水、雨水主要借助天然排水系统排放和已建设完的排水管道;
2)污水雨水在流量和高程方面都能畅通无阻的排除。
③细化汇水区域
1)结合当地地势地形进行污水雨水的汇水面积的绘制;
2)尽量缩小污、雨水汇水区域;
3)尽量符合地形设置规则的污、雨水汇水面积的形状;
4)设计出的污、雨水汇水面积要和比邻系统相得益彰。
④确定排水线路:
1)严格按照排水规划的统一要求设置排水管道线路;
2)合理选择管道路线,避免横穿不易通过的地带。
⑤明确系统控制高程:
1)由洪水位线、常水位线及排水干管的内部最低点确定排水管道出口的控制高程;
2)有特殊要求的居室、管道可能以后要向上游拓展的、起点低洼的要确定排水管道起点控制高程。
3)在排水管道系统中,明确支管的接入口、已建管涵、地下管线交叉点的控制高程。
3.城市排水管道系统的现状及存在的问题
3.1污水管道系统的现状及存在的问题
城市建设的高速发展,污水管道的配套设施也相应建立。污、雨水分流体制也相继完成规划目标,而由于种种自然或人为因素近几年分流体系没得到发展,合流现象却日益严重。污水干管受到道路改建的影响,正在向污雨水分流迈进,且部分地区已经建立较为有效的污水干管。
污水管道系统目前存在的问题主要体现在:分流体制改造进度迟缓;社区污水管道设施有缺陷;污水处理厂设备落后,污水处理能力低下;监察力度不够等方面。
3.2雨水管道系统的现状及存在的问题
目前大多数城市为防止出现内涝现象,已建立雨水排水管道系统,基本完成防洪、截污与交通等多方面综合整治工程,某些地区的雨水排水管道系统也得到完善。而也有部分城市的防洪目标衔接不上雨水排水的设计规划,不能有效实行排灌分家,从而导致雨水排放不畅,发生严重内涝。
雨水管道系统目前的问题主要体现在:排涝设备简易;排涝标准不合适;缌魈跫不利;不做系统养护,缺乏管理等问题。
4.城市排水管道系统的改造
4.1及时规划高效完善系统设备
1)把握有利时机,急速实施污雨水分流规划。
2)利用规划管理在社区建设市就完善污水排水设备并定期维护。
4.2取长补短、制定适宜标准
1)引进国外成功的污水处理设备,逐步提高污水处理能力。
2)完善排洪减涝设备,达到适合当地的排涝标准。
3)将河道做戒弯取直,扩大容量方便出流。
4.3强制监管
严禁无资质设计单位负责设计污雨水排放系统,严禁没有污雨水排放系统的小区进行销售,加强监管力度。
5.城市污水资源化及雨水利用
作为第二水源之一的污水在城市中水量稳定,所以建立有效的污水收集和处理设施尤为重要,污水再利用既能解决水体污染又减轻用水紧张的现状,污水资源化经试验证明技术可行,也符合我国可持续发展战略。
雨水的利用在发达国家里已经步入正轨,而我国处于起步阶段,所以雨水利用的发展空间很大。合理有效的利用雨水的措施有:建立雨水蓄水池,将雨水科学处理;缩减固化土地,让雨水变为地下水;在局部合适地区铺设多孔沥青路,以此延缓径流。污雨水的再利用有效解决了城市用水量不够的状况。
6.结束语
现如今全球都处于用水危机中,在水污染与用水短缺并存的情况下,如何解决这两大问题是我们目前需要思考的问题。在设计城市排水管理系统中,我们要做到统筹兼顾,不仅要完成排水管道系统的建设、改造旧城区的排水系统、还要与国际接轨将污雨水资源化,坚定贯彻可持续发展观,在保证城市排水管理系统的完整的同时,确保社会、环境、经济效益的统一。
7.参考文献
[1]张小义. 新余市城市排水工程专项规划若干问题研究[D].南昌大学,2014.
[2]刘双. 城市污水管网优化设计研究[D].西安理工大学,2010
关键词:地下水,污染,防治措施
Abstract: Groundwater is the essential one of the most important material resources to the survival and development of human.As the impact of human activities, now more and more serious pollution of groundwater. This paper describes the effect of human activities in groundwater and groundwater pollution prevention and control measures.
Key words: Groundwater, pollution, pollution prevention and control measures
中图分类号:X523文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
前言
地下水是水资源的重要组成部分,在保障居民生活、社会经济发展和维持生态平衡等方面具有十分重要的作用。随着社会的发展,人类活动对地下水的影响范围和强度都在不断加强,不断恶化的地下水环境严重影响着人民的饮用水质量,近年来,不断有地下水水源地受到污染的报道[1-2],有些地区的地下水污染已到了相当严重的程度,对人类平衡已构成了很大威胁。“八五”期间由水利部组织的《中国水资源质量评价》结果表明,我国北方五省区和海河流域地下水资源均遭到了不同程度的污染,局部地区和部分城市的地下水污染严重,且呈上升趋势[3]。
人类活动对地下水的影响
人类活动对地下水的影响大体可分为对地下水水质的影响和引起地下水环境水文地质的变化两大类型。
人类活动对地下水水质的影响
按引起地下水水质污染的自然属性可划分为天然污染源和人为污染源,人为污染源又根据产生各种污染的部门和活动划分为: 工业污染源、农业污染源、生活污染源等[2,4];按污染源的几何形状特征可划分为: 点污染源、面污染源等[5];按污染物的运动特性划分为: 固定源、移动源[6]。地下水水质污染绝大多数是由于人类的工农业生产和其他社会活动所造成的。
工业污染源
工业污染源主要是指工业生产过程中产生的“三废”(废水、废气、废渣)和各种地下埋藏管线、储罐渗漏液等。工业废水如化工废水、冶炼废水、电镀废水等有毒有害废水处理不达标或直接排放水体,渗入地下水中,造成地下水水质污染;工业废气如二氧化硫、氮氧化物等随降雨落到地面,通过地表径流下渗对地下水造成污染;如高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、硫铁渣、电石渣、赤泥、洗煤泥、硅铁渣、选矿场尾矿、污水处理厂的污泥等,由于露天堆放或者地下填埋防渗防漏措施不合理,雨水淋滤,其中的有毒有害物质随雨水渗入地下水,或随地表径流迁移过程中下渗入地下水,引起地下水污染;各种地下管线及储罐渗漏产生的污染也是不容忽视的[7],据美国国家环保局地下储罐办公室1990 年统计数字表明,全美国有近一百万个地下储罐有明显渗漏现象。在我国,石油泄漏事故在各地均有发生。
农业污染源
农业污染源主要是由于过量施用农药、化肥等,残留的农药、化肥随雨水及灌溉水淋滤渗入地下,引起地下水污染,另一方面,使用不符合农灌水质要求的污水灌溉,造成地下水污染,污灌区75%左右的地下水遭受污染[8]。
生活污染源
生活污染源主要是生活垃圾和生活污水。目前生活垃圾主要采取填埋的方式进行处理,大部分生活垃圾没有进行有效分类,大量有毒物质及危险废弃物与生活垃圾一起混合填埋,以及垃圾填埋处理技术落后、垃圾填埋场选址不当等原因,垃圾填埋场的淋滤液对地下水造成污染。2001年中国环境监测总站对47个环境保护重点城市生活垃圾填埋场调查表明,几乎所有垃圾填埋场排放的污染物,均未达到国家有关污染控制标准[9]。另一方面,未经处理或处理不符合相关标准的生活污水排入水体,对地下水产生污染。汽车尾气等生活中产生的废气对大气环境造成影响,污染物随降雨落入地面间接对地下水造成影响。
自然污染源
在有些地区,由于特殊的自然环境与地质环境,地下水天然背景不良,有毒有害成分超标。根据中国地质环境监测院调查统计,中国部分地区分布有高砷水、高氟水、低碘水等。
人类活动对地下水水文地质的影响
人类对地下水的长期过量开采导致采补失衡,地下水位下降,引起地面沉降、地面塌陷及地裂缝;沿海地区海水入侵地下含水层;地表植被衰退和土地荒漠化、盐渍化、沙化等问题。另外,人类为了调节径流,大兴水利,改变了地下水的补给、径流和排泄条件,破坏了天然状态下的地下水平衡,如措施不当,则会产生土壤次生盐渍化等问题[10-11]。
地下水污染防治措施
地下水污染具有隐蔽性和不可逆转性。由于地下水流动极其缓慢且埋藏于地下,受到污染时不易察觉,难以及时切断污染源,往往等到人们意识到地下水污染的时候,就很难治理和恢复了。因为即使切断污染源后,累积在含水层中的污染物由于介质的吸附作用及地下水流缓慢等因素,自然衰减速度非常缓慢,即使采取昂贵的工程处理措施,也难以在可预见的时期内恢复到污染前的水平[ 2,12] 。因此,对地下水污染防治应坚持预防为主,防治结合的原则。
健全法律法规体系,明确管理责任。
国家应进一步加强地下水污染防治的有关法律法规体系的建设,为地下水环境的保护提供法律依据和政策支持。明确政府各相关部门在地下水污染防治工作中的相应职责,落实各项地下水水质保护措施。
加强对污染源的监测与监察。
地下水污染与地表水污染、空气污染、固体废弃物污染等各种环境污染都有密切的联系,因此,环保部门应加大对各种污染源的监测与监察力度,督促企业和各有关部门对所排放的污染物进行处理,达到相关标准后排放。
对地下水合理定价。
对生活用水及工业用水分别进行合理的定价,提高工业用地下水的价格,以此来激励人们提高用水效率,节约用水。目前很多用水量大的工业项目用地下水进行工业生产,提高工业用地下水的价格可以激励企业采用提高污水的回用率,或使用中水等措施减少地下水的使用量。
科学合理的开采地下水
合理的开采方式是含水层水质保护的保证。以均衡开采为原则,对地下水超采区,严禁增加开采量,对补采平衡区,不增加开采,合理优化和调整开采布局;对有开采潜力的地区,认真规划,合理开采。遏制过度开采地下水资源。
建立地下水监测系统
建立完善的地下水环境监测系统,系统地掌握地下水水质、水量和环境变化的动态特征,为地下水的开发利用和保护提供科学依据。
提高公众的环境意识,鼓励公众参与。
地下水是人类赖以生存的宝贵资源,地下水污染越来越严重,但是地下水污染的预防与治理尚未引起人们足够的重视,防治地下水污染必须通过报纸、电视、网络、课堂等各种形式加大环境保护的宣传力度,提高公众的环境意识,增强环境保护的自觉性,鼓励和引导公众参与地下水保护。
参考文献
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[10].陈余道, 蒋亚萍. 城市地下水开发利用的生态环境问题[ J] . 中国地质灾害与防治学报, 1997,8(1): 63-68
1原有实验教学体系存在的问题
佛山科学技术学院环境工程专业起步相对较晚,是在2005年从资源环境与城乡规划管理专业(环保方向)发展而新成立的本科专业。依托于原资环专业良好的基础,加上学校对新增专业的重点扶持,环境工程专业建设得到了快速发展,但是客观分析当前本专业实验教学体系状况,仍然存在一些问题。
1.1实验学时不足,实验内容设置不合理
由于受传统教学思想的束缚,造成教学中普遍存在重理论、轻实践的现象,实验教学学时不足。目前,我校环境工程专业开出实验的课程共计14门,总实验为200学时,只占总课程学时的8%(课内总教学为2500学时),而且没有一门课程能够独立开设实验课,全部是跟着理论课教学走。另外,实验课程内容的设置各自为政,缺乏整体性、系统性,导致部分实验内容重复,制约了学生的知识面,如《普通化学》实验中的“分析天平使用”与《分析化学》实验相应内容重复;《仪器分析》实验中的“用氯离子选择性电极测定微量”与《环境监测》实验相应内容重复。实验内容多为验证性实验,综合性和设计性实验较少,而且与社会服务、科研、生产第一线脱节。这样既不利于提高学生动手能力和创新能力,又不利于培养学生综合分析能力和解决实际问题能力。
1.2实验教学方法单一
传统的实验教学方法基本上是先由指导老师介绍实验目的、实验原理以及所用的仪器设备,然后学生按照实验指导书规定的测试方法、实验步骤动手操作实验,读取数据和得出结果,最后完成实验报告。这种照方抓药的“填鸭式”教学模式单一,难以发挥学生主观能动性,导致学生分析能力差、依赖性强,显然已不适应21世纪知识经济时代对应用型、创新型人才培养的要求。
1.3实验考核制度不完善
实验课考核的办法一般是根据学生的出勤率和实验报告评定实验成绩,没有安排专门的考试,导致学生对实验课不够重视,容易出现做实验不积极,抄袭实验报告等不良现象。实验课成绩不能全面地反映学生对实验掌握的程度,学生实验动手能力的高低也很难从课程考核中客观地反映出来。
1.4实验仪器设备台(套)数少
学校由于办学经费有限和投入不足,造成实验仪器设备台(套)数不够。近年来,虽然学校对新增专业在经费上有一定的支持,但是力度不够。学校仅在2006年投入27万元、在2007年投入44万元购置了如自由沉降、工业污水可生化、活性炭吸附、烟气脱硫脱氮、旋风除尘器性能、垃圾焚烧发电等环境工程实验装置。由于经费有限,每种设备只能购置2~3台(套),有的甚至是1台(套)],而2008~2010年几乎没有经费投入,造成许多实验项目都要借用原来资环专业(环保方向)的仪器设备才能开出。由于设备台(套)数较少,学生实验分组只能安排多人一组,这样无法保证每名同学都能动手操作,有些实验往往会出现一人做多人看的现象。因此,高校实验教学硬件配套不足,是导致学生动手能力差、创新能力弱的一个重要原因。
2实验教学体系的优化
所谓实验教学体系的优化,就是通过选择、改进和整合,使实验教学体系的诸要素包括实验课程、实验教学内容、实验教学方法、实验考核制度、实验仪器设备、实验队伍等相互有机匹配,使整体功能达到最佳状态0。为适应社会经济建设发展的需要,我们结合2010版本科人才培养计划的修订,对我校环境工程专业原有的实验教学体系进行优化,以培养“厚基础、宽口径、重实践、强能力、高素质”的环境科学与工程应用型人才。
2.1优化实验课程体系
我们在修订人才培养计划中,把4年的实验教学作为一个整体统一考虑。根据环境工程专业的特点,重新调整和有机组合所有实验课程,构建由公共基础实验课+学科基础实验课+专业实验课3个层次组成的新型实验课程体系。
原来的课程体系中没有开设公共基础实验,从而影响了后续实验的开展。因此,我们选择工科各专业通用的《计算机基础》《C语言程序设计》开设实验,而且独立开设一门实验课程一《大学物理实验B》。通过学习,使学生掌握计算机基本操作技能和基本物理量及物理参数的测量技术。
这是整个实验课程体系中重要的组成部分,它不仅直接影响日后专业实验课程学习,而且也是学生进一步深造硕士、博士层次的基础。我们主要开设《环境工程微生物学》《测量学》《电子与电工技术》《水力学与水泵》《化工原理》等课程实验,并把原来分散的《普通化学》《分析化学》《有机化学》《物理化学》和《仪器分析》5门课程的实验进行优化整合,单独开设一门实验课程一《化学实验》,安排80学时,把原来《环境监测》课程中的实验列出,单独开设24学时的《环境监测实验》。通过学习,使学生掌握本专业的基本实验理论知识和实验方法,基本技能得到训练。
原来的课程体系中只在《水污染控制工程》《大气污染控制工程》和《固体废物处理与处置》开设实验,专业实验具有难度大、耗时长的特点,但却只安排了20学时、8学时和4学时,明显不足。因此,我们把《水污染控制工程》《大气污染控制工程》实验整合成独立开设的实验课程一《污染控制工程实验》,安排48学时,并增开8学时《物理性污染控制工程》实验和8学时《环境水文学》实验《固体废物处理与处置》实验增加到8学时。通过学习,进一步强化学生专业技能,培养学生运用专业知识去分析问题、解决问题的能力。
以上实验课程体系总实验为330学时,占总课程学时的14%(课内总教学为2372学时),比原来增加了130学时,提高了6%,而且3个层次共有4门独立开设的实验课程,形成一个合理的实验课程体系。
2.2更新、整合实验教学内容
对重复的实验内容进行整合优化,淘汰陈旧落后的实验项目,减少验证性实验,增加综合性、设计性实验,并增设工程应用性实验、专业研究性实验,使实验内容多样化。
综合性、设计性实验《化学实验》增加了与环境相关的综合性实验内容,如“自来水总硬度的测定”“邻二氮菲分光光度法测定废水中微量铁”,促进了学生对专业的了解,提高实验兴趣。如《环境监测实验》中,“化学需氧量(CODcr)和生化需氧量(BOD5)的测定”“空气中SO。的测定”,它们原来属于验证性实验,经过整合后成为2个综合性实验。此外,还增加1个选做的综合性、设计性实验一“校园大气、水、噪声环境质量监测与评价”,要求学生自己制订监测方案、设计实验线路和选择实验仪器,详细实验方案经指导老师审定后,方可进行实验。学生做完实验,还要认真写出有结论、有分析评价、有心得体会的实验报告。这种综合性、设计性实验,极大地提高了学生参与实验的积极性,综合分析能力、独立设计能力也得到了充分的锻炼。
工程应用性实验环境工程是工程应用型专业,涉及应用领域广泛,学生毕业后多数人进入污水厂、净水厂、市政公司、环保公司、设计院等单位从事工程实际工作。因此,我们积极开设一些与社会服务、科研、实际工程相结合的实用性实验内容。如在《污染控制工程实验》中,将水处理流程的各个环节联系起来,形成一个专业应用性实验,该实验项目安排到校外实践基地(某某污水处理厂)去做,要求学生应用所学的专业知识在污水处理现场亲自动手采集整个工艺过程中的水样和污泥样,分析测定进水、出水的SS、COD&、BOD5等,观察污泥样的微生物,让学生充分了解污水处理厂构筑物,掌握污水处理过程中工艺参数的变化规律以及出现污泥膨胀、水质变差等异常现象所采取的措施。学生通过对这些实际处理工艺的运行操作,一方面让学生掌握一套完整的污水处理流程,培养学生综合应用能力和解决实际问题能力;另一方面拉近理论与实际、学校与社会的距离,为企业培养适用性强的应用型人才打下了坚实的基础。
专业研究性实验我校环境工程专业目前有教师12名,其中正高职称2名、glj高职称6名、中级职称4名。他们各自形成了自己稳定的研究方向,主要有水污染控制、大气污染控制、清洁生产、环境监测与评价等多个研究领域,每年承担多项各类课题。为了提高学生对专业知识的运用能力,逐渐培养学生科研能力,我们结合专业教师的科研课题,对学生增开一些研究性的实验内容,如“酸雨时空分布特征及其影响机制研究”“机动车污染排放特征及环境影响的量化研究”“化学氧化法在有机工业废水处理中的应用研究“土壤重金属污染及其修复技术研究”等,使学生掌握当前科学研究动态,为大四毕业论文(设计)和日后从事科学研究做铺垫。
2.3改进实验教学方法
在对实验教学内容更新、整合的同时,也改进了实验教学方法。首先,创立“学生为主体、教师为主导”的新教学模式,采用“启发式”的教学方法,老师提出问题,引导学生去思考和讨论,鼓励学生大胆发言。同时,让学生带着问题去实验,经过思考得到正确的认识和满意的实验结果。其次,充分利用现代信息技术如CAI、多媒体和网站等进行多种方法的教学,这些方法直观、图文并茂、形象生动,不仅可增大教学信息量,缩短课堂教学时间[4,而且能激发学生学习兴趣,增强实验效果。如我们完成的学校“151工程”项目一《环境监测实验》CAI课件制作,已投入《环境监测实验》教学中,学生普遍反映较好。另外,创造计算机仿真实验,对一些目前尚不具备条件开展的实验进行模拟,以开拓学生的视野。如将目前国内外最先进、最完整的垃圾处理与处置工艺流程以动态运行表现出来,让学生形成深刻的感性认识。
2.4完善实验考核制度
建立科学的实验考评体系和激励机制,采取综合考核方式,即实验成绩由平时成绩(包括考勤、实验预习、课堂提问)、实验报告、实验考试(包括实验操作考试、笔试)3部分组成,各部分所占比例分别为20%、30%、50%。对于课程中的实验,如《测量学》实验,在期末考试题中增加了实验题,提高了实验成绩在课程总评成绩中的比重,使实验的总成绩在课程总评成绩中占30%~40%,与学时比基本上一致。对于独立开设的实验课程,如《化学实验》《环境监测实验》和《污染控制工程实验》,期末单独笔试,占实验考试成绩的60%,主要考查学生对实验理论、基本原理的掌握情况以及对实验现象的分析、解释等。独立开设的实验课程,要求单独给出实验总成绩和学分。这种改革后的实验考评体系,不仅能够全面、客观、公正地反映学生的实验情况,而且大大调动学生实验的自觉性、积极性,提高实验教学质量。
2.5改善实验教学条件
为了保证学生学到先进的实验技术和方法,学校在有限的财力基础上加大投入的倾斜度,增添一些新的实验设备。如2011年在“国土资源环境与旅游研究中心”校级学科平台建设中投入了55万元购置设备,其中有45万元主要用于购置环境类进口大型精密仪器,如ICS-900型离子色谱仪(美国戴安生产)、Kjeltec8200型凯氏定氮仪(丹麦福斯生产)等,加上原有的紫外光谱仪、原子吸收分光光度计等大型仪器,除保证科研任务能顺利完成外,可让学生接触到这些先进的大型精密仪器设备,拓宽眼界,增长知识。同时,我们在“十二五”实验室发展规划中,计划未来2~3年逐步增加常规仪器设备台(套)数,保证每名学生都能动手实验。另外,对现有的实验室进行必要的整合和调整,优化实验室结构,将功能相同或相近的化学分析室、仪器分析室、环境监测室、环境化学室合并为环境分析测试室,将电教室改造为环境污染控制室,使课程与课程之间建立横向联系,发挥实验室多功能的作用,并改实验室“封闭式”管理为“开放式”管理,为学生开展科研活动和综合性、设计性实验提供更多的时间和空间。
3结束语
环境问题是指人为引起的生态平衡被破坏或环境因素被改变,直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题。环境问题的出现,其实质在于人类社会的发展与自然环境之间的关系出现了严重的失衡,而围绕解决环境问题所做的一切努力以及因此而产生的技术方法和手段,则是环境工程学科所涉及的主要内容。
环境工程专业是一门交叉学科,与许多学科有着千丝万缕的联系。目前,由于国内外对工程教育和实贱教育越来越重视。因此,如何使学生在本科四年的学习过程中既有扎实的理论基础,又有一技之长,同时适应社会发展的需求,成为了环境工程教育面临的一大难题。而要培养既有专业素质又掌握一技之长的环境工程本科技术人员,其首要问题就是完善课程体系的建设,这也是人才培养是否符合规范要求和是否具有特色的关键所在。
二、国内外环境工程专业创新课程体系研究进展
环境工程是在20世纪60、70年代的全球社会、政治动荡年代兴起的。1970年,在新成立的美国环境保护局的不懈努力下,环境工程学科的地位得以确立。1970年之前,只有环卫工程师通过建造城市和工业废水处理厂来实现对环境的保护。到了80年代,经过工程技术培训的环卫工程师们改名为环境工程师,以便更好地与新环境保护局更广泛领域的环境职责保持协调。现代环境工程学科在经过20多年的发展历程后,正处在强劲发展阶段,涉及了大量的民用、化工及农业工程等领域。
在过去的20多年中,美国环境科学与环境工程领域的发展极不平衡。环境工程领域的科学研究经费不仅很不稳定,环境工程从业人员也面对着很多不稳定因素的挑战。有些大学院系内部的相关专业设置数量都在增加,也有些大学,涉及多学科的环境工程专业却在减少;正在服务于环境工程学科的从业人员都是一些有学术背景的环境科学专家而不是环境工程专家。最近,美国在环境工程领域出现了三种旨在改变目前现状以求得进一步发展的环境工程学科模式:第一种是以环境科学为基础的环境工程发展模式;第二种是可持续发展模式;第三种是依靠技术进步的模式。
欧洲环境工程专业的教学计划尚无统一模式,不同学校大多根据自身传统学科的特点和优势及政府机构和市场的需求,将环境工程专业教学纳入到传统专业中或作为主要的专业方向,独立设置的环境工程专业本科教学计划在欧洲并不普遍。目前,欧洲的许多高校或研究机构设有环境工程或环境科学硕士学位教学计划和有关课程,这些教学计划学制大多为1-2年,面向已获得学士学位的人员开设或实行5年一贯制的硕士培养方式,学生毕业后可授予环境工程学位或以环境工程为专业方向的传统工程学科学位,前种情形对高层次的学生更具吸引力。此外,有不少高校设有面向职业工程师的环境工程硕士培训课程,这与我国目前的工程硕士的培养模式较为相似。
我国环境工程专业的课程设置在教育部颁布的有关环境工程专业规范的指导下,在设置基础课和专业基础课以及选修课时主要是围绕“三废”处理。统一的专业规范对规定基本的教学内容有一定的帮助,但也会导致不同学校之间在培养计划、课程设置上出现雷同,进而失去自身的特色。纵观各个高校的环境工程专业,大致由以下三种形式发展而来:第一,以清华大学、同济大学为代表的传统的市政工程专业发展而来的环境工程专业;第二,以南京大学、浙江大学为代表的由传统的化学、化工类专业发展而来的环境工程专业;第三,由其他矿业、石油、冶金、地质、海洋、农业等院校的相关专业发展而来的环境工程专业。
三、环境工程专业创新课程体系建设背景
2008年临沂师范学院下发了《关于制定2008版本科培养方案的意见》(讨论稿)。根据学校的要求,组织教师搜索资料,使其掌握国际上着名学校对环境工程课程体系的设置。研究发现,各大学的课程都是根据该国或者当地实际设置的,因此各有特色、各有所长,并且都达到了很高的水平。
临沂师范学院主要参阅了新加坡大学环境工程专业的课程体系。之所以选择新加坡大学,主要是基于两个方面的考虑:中国和新加坡在文化、经济发展等方面存在相似之处。另外,新加坡国立大学环境科学与工程的课程设置是国际一流的课程设置,而且得到了国际上的广泛认可。他们有的课程,特别是专业基础课,临沂师范学院可以直接植入,如:“Airpol-iutionassessmentandcontrol”空气污染评价与控制)、“Haz-ardousandsolidwaste”(危险固体废物)等,但是有些课程临沂师范学院进行了适当调整,如“Environmentalmicrobiology&biotechnology”(环境微生物学与生物工艺学)调整为“环境微生物学”(Environmentalmicrobiology);另外根据临沂师范学院的专业特点删除了部分课程,如“Climatechange”(气候变化),“Energyresources”“conservationandalternatives”(能源保护)等课程。
另外,临沂师范学院还参考了美国爱荷华州立大学、耶鲁大学环境工程专业以及佛罗里达大学环境工程专业本科生与研究生的课程设置。由于国外大学环境工程专业各有其地域特色,因此简单照搬照抄是绝对行不通的。
近年来,临沂师范学院根据教育部高等学校环境工程专业教学指导委员会制定的《环境工程专业认证标准(试行)与《环境工程本科专业认证补充标准》,并充分结合已经召开的四届“大学环境类课程报告论坛”的主要精神,同时参考“注册环评师”、“注册环保师”以及《环境影响评价岗位培训教材》的主要内容,临沂师范学院进行了课程设置和调整。新课程的改革主要依托以下几方面的实施意见:
(一)指导思想
以应用型人才国际化培养模式改革为契机,积极推进课程体系建设和教学方式方法改革,进一步推进课堂教学模式改革,同时强化课外学习体系建设,重点突出学生能力培养和技能养成,以此提高人才培养质量和社会适应性。
(二)完善课程结构体系
在课程体系设计中,进一步加大实贱训练课程的比重,同时突出学生能力培养,并科学处理讲、练关系,按照三个“三分之一”的比例设计课程并组织教学,即把全部课程和课程教学内容按照各“三分之一”的比例设计:三分之一的课程(教学内容)采取讲授方式组织教学,三分之一的内容以边讲边练的方式组织教学,三分之一的内容以训练方式组织教学。
(三)改革课堂教学模式
进一步解放思想、更新观念、改革课堂教学模式,变灌输式教学为问题式、启发式、互动式教学模式,同时改变课堂以讲授为主、课内以巩固提高为主的传统教学模式,实现理论课与实贱环节的合理分离与有机结合,使课内课外形成一个有机整体,重点围绕以下几个方面进行改革:1.课堂教学改革。
(1)教学内容精心设计课堂教学内容,改变传统的系统讲授模式,使课堂教学内容的设计充分体现出学生的学习主体地位,并与作业布置有机融为一体。一般来说,课堂讲授内容一般包括以下几种类型:一是重点、难点和新知识点的讲授;二是学习方法的指导;三是教学内容的基本线索与基本思路;四是学生预习自学无法完成的部分或需要提高的部分。其余内容均通过学生预习、复习完成,并以作业、测验、训练等形式进行检查。
(2)组织形式改变以教师为主导、以讲授为基本形式的传统课堂教学模式,强调突出学生的主体地位,建立以学生为主体、教师组织、全校服务的教学模式。课堂教学以问题式、启发式、探宄式为主要教学方式,并根据教学内容及学生学习需要灵活选用,一般可采取讲授、讨论、训练、讲练结合等形式。
2.课外学习体系建设
以自学指导、课外训练、实习实训为主要内容,以课外作业为基本形式,进一步完善课外学习体系建设,强化学生课外的学习训练。
(1)强化预习性作业进一步强化预习环节,充分发挥预习环节在教学中的作用。主讲教师要精心设计预习作业,并在教学组织前布置给学生。预习性作业一般包括以下三种形式:一是以知识为主要内容的基础性预习,即通过学生自学,使学生掌握通过自学即能够学会的内容,以便教师减少课堂讲授时间。同时,针对教学内容找出问题和难点,以便教师确定课堂讲授和辅导答疑的重点;二是以研宄为主要内容的提高性预习,教师针对课程教学内容,以强化学生的思维训练和提高创新能力为主要目的,布置预习性作业,使学生在某些方面或某个问题上具有一定的研宄基础,以此为课堂讨论准备条件;三是以基本操作为主要内容的实贱性预习作业,使学生通过预习,掌握实验实训所需的基本技能或仪器设备的基本操作规范,以此为课堂实验实训奠定基础,提高课堂教学效果。
(2)提高实贱性作业比重为了提高学生的实贱能力以及强化技能培养,提高实贱性作业在作业中的比重显得尤为重要。实贱性作业一般包括实验、实习、实训、观摩、顶岗、调查等形式,主讲教师可根据课堂的性质、特点及学生的实际需要科学确定实贱性作业,并通过实验报告、实习报告、调研报告等形式进行检查督促。
(3)增加巩固提高性作业的数量进一步健全课外学习体系,增加巩固提高性作业的数量,使学生进一步巩固基础知识、基本理论和基本技能。同时增加以研宄、拓展为主要内容的提高性作业数量,并通过习题、读书笔记、论文、实验报告、设计说明书等形式进行检查督促。
通过课程体系的改革,特别是理论教学环节与实验教学环节的合理分离与有机结合,理论教学课程的门数减少了,但课程的内容却得到了凝练,教学的重点也更加突出,同时实验教学课程的门数随之得到了增加。实验教学与相关理论教学在内容上紧密结合,成为理论课程教学内容的自然延伸和必要补充,使学生能够更好地认识、理解和把握理论课程中学到的基础理论和基本知识。
四、环境工程专业创新课程体系的特点
第一,强化理论基础和工程专业基础,提升学生的基础研宄能力。为了提升学生的基础研宄能力,提高学生的综合竞争力,将环境工程专业的数学课程调整为”高等数学“、”概率统计“、”线性代数“,使学生能够更为系统地学习数学知识。保留原来的“普通物理学”,并加大课时量。化学课程进行调整,强化学科化学基础。为强化学生的专业基础,现对环境工程专业培养计划中的化学课程进行了课程合并以及对环境工程的化学课程进行了系统优化,现调整后开设的化学课程为:“无机化学”、“有机化学”、“分析化学”、“物理化学”。同时,加强工程专业基础,加开“电工学”、“工程力学”、“流体力学”等课程,但保留原来的“计算机辅助工程制图“和”信息基础“等课程的主要内容。
第二,对专业基础和专业课程进行调整,突出环境工程的实用性教育。为了使学生在社会上的竞争力得到提高,在课程设置上,除了传统的治理技术课程以外,一方面强调现有社会的需求,做到与时倶进,同时强调教学的实用性,扩大知识面,并充分考虑环境工程学习的系统性,环境工程开设的专业课程主要为:”环境监测“、“环境工程微生物”、“环境工程原理”、“水污染控制工程”、“大气污染控制工程”、“环境评价”、“固体废物的处理与处置”“物理性污染控制”“环境规划与管理”等。为提高学生的动手能力,充分利用各种资源培养学生的实贱能力,在专业课程的开设同时开设实验课程。
第三,结合学校特点,以重点课程建设带动环境工程专业发展,同时加强拓展学生的知识面,并且以“注册环评师”“注册环保师”考试科目作为参考。临沂师范学院的环境工程专业是在原来的地理专业的基础上建立起来的,因此在开设了“环境土壤学”“室内空气质量研宄”“清洁生产”“环境信息系统”“仪器分析”“城市环境学”等课程时,还开设了“环境工程名着导读”“环境专业英语”等课程。
第四,为强化人文社科知识的要求,注重学生能力的全面培养,将“其它选修课”设置为全校公选课,其中包括美术与艺术、经济管理、中国传统文化、音乐修养、美术、科学简史与英语口语等知识。
第五,加强实验和实习课程。环境工程专业及市场要求学生具有扎实的理论基础知识、宽广的知识面,同时也要求学生具有较强的分析和解决问题的能力,然而,分析和解决问题能力的训练则有赖于较多的实验和实习训练。对于高校来说,这方面主要的问题还体现在资金方面,如何在现有的实验室水平上,尽可能多地提高学生的动手能力,增加学生实验和实习的机会,是各高校面临的又一问题。实验课程方面,在现有的实验室水平基础上,主要的基础课、专业课应尽可能多地开设实验项目。实习方面则分为认识实习和生产实习。认识实习主要是使学生获得污染物治理工程、工艺、设备方面的感性认识,学生可以参观考察各个不同工艺的污水、大气、固废治理实例;生产实习可以将学生安排在环境监测站、污水处理厂或工厂的污染控制工程,让学生了解环境污染处理和控制的现状以及掌握污染控制工程的设计和施工程序等。这样一方面解决了学校实习场所、器材不够和落后的现状,另一方面也让学生了解到了环境部门的状况,使学生的专业学习与生产实际紧密相联。
第六,有组织的环保活动为学生实贱能力的培养开辟了广阔的空间。环保照片征集、环保课件制作大赛、环保知识竞赛、环保进社区、环保演讲赛、环保科技论坛等大型活动有效地促进了学生的积极性和环保意识,增强了其在学校及社会的影响力。根据专业培养目标、学科发展趋势和可持续发展的需求,不断地进行培养方案的优化和修订。所有课程基本上实现多媒体教学手段,大部分专业课程设置有实贱课程并设有配套经费。部分课程设置小论文教学、英文文献阅读、案例分析讨论等互动式教学模式。通过学生参与的交互式教学方式,以期达到拓宽学生思维和提高教学效果的目的。