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關鍵詞:曝氣生物濾池;生物過濾;污水處理;設計研究
中圖分類號: U664 文獻標識碼: A
前言
曝氣生物濾池是當前階段污水處理的主要方式之一,曝氣生物濾池采用水中填料的方法對微生物進行消化,通過反應器中生物膜功能與微生物數量效果等情況,采用生物反應法對水中生物狀態進行動力學反應的傳質效果。因此,曝氣生物濾池技術需要對填料進行優先選擇,根據微生物特征對填料的屬性進行分析,從而去除水中污染物。曝氣生物濾池技術的使用在工程項目建設以及動力能源消耗等領域具有非常廣泛的應用,在對曝氣生物濾池設計工藝進行研究的過程中,需要就填料的合理使用情況進行分析,并就水處理方法的推廣應用空間進行擴展,對于填料選擇具有一定的研究意義。
1、曝氣實驗裝置的使用方法
圖1 曝氣生物濾池實驗分析
曝氣生物反應實驗使用反應器通過與反應器BAF D段和U段兩個不同的曝氣生物濾池進行串聯,兩個生物濾池容積比例為1:1.5,實驗通過三組不同濃度比例的的污水處理,進行數據計量,作為三組平行對比實驗,就使用不同填料方式和填料比例的配置對微生物處理的狀況進行研究,并填寫實驗報告。
另一種實驗方式是對BAF D段和U段采取半軟填料的方式,對兩個實驗反應器內的微生物污水成分的的凈化程度進行分析,這種方法不需要采用三組以上的平行對比實驗,通過對 PYC掛膜陶粒進行變臉該控制即可。
在對污水進行水質監測的過程中,可以采用生活污水作為標準檢驗材料,使污水通過導管進入調節池,觀察調節池南北水質平衡的變化標準,可以記錄數據參數表示為:SS=80~82mg/L,COD=168~375mg/L,TN=30~70mg/L,TP=2~8.6mg/L,PH=7.5~8.5。
2、實驗結果分析
2.1 對填料COD去除效果分析
通過上述實驗,就HRT在不同的類比實驗中采用不同填料組合對污水凈化狀況進行分析,可以就COD的去除效果進行類比:
圖2 COD去除實驗中不同填料效果影響
通過以上實驗可以表明,在一定水量的基礎上,BAF D段凈化污水的過程中采用了新型厭氧填料能夠針對COD中的微生物進行專門的去除,新型厭氧填料與辦軟性填料相比,具有更強的去污作用。新型酶促厭氧填料對于污水中的可吸附顆粒物具有很強的清潔作用,由于厭氧填料能夠攔截污水中的顆粒漂浮物,并且通過攔截吸附性對大多數蘇顆粒物質能夠直接取出,半軟性填料由于結構密度較小,不容易對水中的有機物顆粒進行攔截,但是能夠通過與水中的酶促好氧填料進行匹配,從而加強對水中有機物顆粒的吸附作用,使水中的微生物酸堿含量趨于穩定。
2.2填料對污水中氨氮成分的去除效果
通過實驗對比,可以研究HRT在不同填料的融合時間段內對氨氮情況進行去除的效果影響,在兩種不同水力負荷的影響下,選用填料在BAF D階段對氨氮的去除效果并不理想,并且只能對淺層氨氮成分進行分解,在通過反應器對氨氮成分的分解作用進行驗證的過程中,TUDBAF可以充分使填料成分與水中的氨氮成分進行溶解,提高對污水氨氮成分的去除效果。另一方面,酶促好氧填料的排污性能比例比PYC掛膜陶粒的的硝化性能更好,并且酶促好氧材料對微生物系統具有很強的親和性,由于酶促好氧材料的顆粒直徑更小,能夠與微生物充分融合,從而提升污水凈化的效能。
通過對曝氣生物濾池系統對污水的處理實驗可以分析得出,不同填料對于污水的處理情況會產生一定的差異,在進行曝氣生物濾池設計的過程中,就可以充分利用到曝氣污水處理實驗中的填料配比項。
3、曝氣生物濾池的工藝設計研究
曝氣生物濾池設計的原理是依據曝氣生物污水處理實驗的結果而進行的,生物對污水處理的效果能夠根據不同污水的種類來添加不同的填料成分,增加對污水中有毒有害物質的溶解度,從而在污水處理的過程中具有更強的針對性。當前曝氣生物濾池工藝設計的研究需要從污水處理的流程和處理方法方面進行研究,通過同類實驗對比的方法來增強曝氣生物污水處理的準確性。
3.1 曝氣生物濾池的工藝類型與基本流程研究
單個的曝氣生物濾池能夠有效地完成除磷及硝化、反硝化和除磷等具體功能,若是展開同其他方面的組合的話,能夠對工業廢水以及一般性質的城市生活污水展開二三級工藝處理。其具體的工藝流程從現實而言,依據水質的相關要求,能夠劃分做三類:依次是(DC)脫碳、(N)硝化、(DN)反硝化曝氣生物濾池。其在污水處理方面的代表性工藝組合,如下圖所示。
功能典型流程
碳化 S/C+BAF/C
碳化 UASB/C+BAF/C
碳化+硝化 S/C+BAF/C/N
碳化+硝化+反硝化 S/C+ BAF/C/N+ BAF/DN
碳化+硝化+反硝化 S/C+ BAF/N+ BAF/DN
標注:S/C代表化學沉淀、UASB代表厭氧污泥床、BAF/代表曝氣生物濾池、/C代表碳化,/N代表硝化,/DN代表反硝化,AS代表活性污泥。
3.2 DC曝氣生物池的計算與設計
針對曝氣生物濾池而展開的計算與設計,主要納含了濾料的體積以及濾池的總面積及高度、反沖洗系統、布水布氣系統及濾料和污水的接觸時間等等。
對濾池池體進行設計的過程中,需要通過計算的方式對公鋁材料以及過濾體積進行尺寸限定,通常情況下在BOD5的有機負荷條件下,其單位可以用kg/(m3.d)進行表示,并且將二級污水處理模式設為N,取值為2~4kg/(m3.d),當對污水中的俺的那成分進行生物硝化反應時,當N的近似單位為5kg/(m3.d)的情況下,需要再對污水進行三級分攤處理,當N 的取值達到0.12~0.182kg/(m3.d)單位時,按照污水處理池體積設定,對其他部分的體積標準進行改造,從而可以得到以下結論:W=QS/1000N,如果設濾池的總體積為A,則有A=W/H,其中H表示濾池的實際高度。如果單個濾池的面積達到了100m2,則需要對濾池不同方位的總高度進行計算。
3.3 濾池反沖洗系統設計
濾池反沖洗系統設計需要配備水壓阻力配水系統,水壓反沖形式會在濾池內通過格柵、平板孔等過濾裝置對污水進行過濾。在采用曝氣生物濾池對污水進行凈化的過程中,與傳統的濾池反沖洗方法大致相同,通過對水和氣進行聯合反沖洗實驗,可以按照水和氣的不同沖洗順序進行。這種聯合沖洗方法的使用需要掌握正確的沖洗順序,首先,單獨用氣進行反復沖刷,繼而采用氣、水聯合的方式對進行多次沖刷,最后再采用水進行單獨沖洗,污水沖洗過程需要采用計算機自動控制的方法進行,在進行反復沖刷的過程中需要確定沖刷周期為24~48小時,反沖洗采用的水利強度需要進行控制,一般水流強度達到15~25m/h即可,氣速達到20~70m/h。
4、結束語
曝氣生物濾池是采用填料生物溶解的方式,通過填料生物膜中的吸附性作用對水中顆粒物進行凈化,從而達到水中生物新陳代謝的作用,通過物理過濾以及生物分解的形式對水中微生物和有害成分進行多級捕食,從而使水中的污染成分被排除。曝氣生物濾池污水過濾工藝的關鍵是對填料成分的針對性選用方面,通過對多種工藝模式進行組合,能夠有效提升污水的凈化程度。
關鍵詞:環境微生物學 開放設計實驗 教學模式
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0197-01
環境微生物學作為環境工程專業、環境科學專業的必修專業基礎課,是以普通微生物學為基礎,并在研究微生物學的一般規律的同時,更注重微生物與環境之間的相互作用規律的一門課程[1]。目前教學主要是以傳統的經典微生物實驗技術,如微生物的顯微觀察、染色、純種培養分離及土壤微生物計數等內容,基本上都是驗證實驗,使得學生在做這些實驗時,因為內容陳舊加之沒有有效的考核激勵方式,學生的實驗積極不高,掌握的基本實驗技能較差,針對目前許多環境問題的應用顯示出一定的局限性[2]。那么,如何充分調配環境微生物學實驗的內容、授課方式及考核機制,讓學生真正掌握所學知識,培養出具備扎實理論基礎知識、操作執行力強且能將所學知識靈活運用創新能力的學生,一直是環境微生物實驗教學思考和努力的方向[3]。設計性實驗具有研究性和探索性,能夠激發學生的應用知識主動性與動手積極性,因此開展設計性實驗將是實驗教學改革的必然趨勢[4]。本文根據環境微生物學實驗教學過程中存在的問題,提出了以開放實驗室為平臺的自主設計實驗改革幾點心得。
1 堅實基礎實驗教學環節
1.1 編寫實驗指導
環境科學專業計劃規定環境微生物課程是在二年級第一學期開設,在此之前學生相關基礎理論知識與實驗能力都比較匱乏,基于這一實際情況,編寫詳細和實用的實驗指導書,包括基礎實驗篇和設計實驗篇兩大塊內容,基礎實驗篇由顯微鏡的使用、微生物的染色、培養基的配制、微生物的分離篩選純化及微生物的計數等實驗,每一個實驗都要有翔實的目的要求、實驗原理、實驗儀器原理、功能和操作說明、實驗步驟、實驗注意事項及實驗考核點等,便于學生作為實驗教材使用;設計實驗篇則列出相對較粗的幾個實驗方向,如資源微生物的分離篩選、極端微生物的分離篩選、污水處理中微生物的應用、土壤修復中微生物的應用、環保型微生物制劑的開發、微生物與廢物資源化研究等,供學生自行選擇。
1.2 強化實驗預習過程
每次實驗課前為學生播放教學實驗錄像,將有關的實驗操作過程和實驗現象全部展現在學生面前,再由教師詳細講解實驗過程中容易出現的問題,加深學生對實驗的過程了解,遇到復雜實驗還可以把錄像反復播放,把實驗的每一個步驟讓80%的學生掌握。同時在每一組實驗學生中選一名學生與教師一起準備實驗,在帶實驗教師演示指導下,準備實驗的過程全部由學生自行完成,目的是讓同學們懂得每做一個實驗不僅要花費很多的物力財力,而且還要付出大量辛苦的勞動,讓每一位同學更加珍惜來之不易的每一個實驗動手操作機會,進而提高學習的積極性。
1.3 嚴格實驗技能的考核機制
基礎實驗篇的每一個實驗完成后,以實驗小組為單位并依據實驗指導的考核點進行考試,對于不能通過考試的實驗組,可安排一次進行開放補做實驗的機會,對于有些基礎實驗無法順利過關的實驗組不準許進入設計性實驗階段。
2 拓展設計性實驗教學環節
2.1 準備設計性實驗
以基礎篇實驗的學生分組,每個實驗小組根據自己的興趣選擇設計性實驗的題目放向,首先需在實驗開始前一個月查閱相關文獻,并通過到環境污染治理的企業的實地考察,確定設計性實驗具體實驗內容。比如在“污水處理中微生物的應用”實驗中,教師可以讓學生自己去城市污水處理廠考察,通過觀察曝氣池進出水情況,使同學們找到活性污泥處理污水中的提高凈化能力的原理,對于活性污泥的生物相研究提出自己的見解,確定興趣點。進一步明白設計性試驗的目的,設計合理的實驗方案,研究設計性試驗的可操作性,經過老師與學生的共同討論后形成可行的實驗步驟,并做好分工,準備相應的實驗材料。
2.2 靈活實施設計實驗
進行設計性實驗的時間和地點可以自行確定,可以在課外做也可以在課內做,能是微生物實驗室或相關實驗室的多處場所。實驗周期可彈性規定在兩周內完成。在實驗實施過程中各實驗組可以獨立完成也可協作完成。
2.3 展現設計性實驗結果
鼓勵學生將實驗中出現的各種結果與全班同學一起分享,共同討論實驗取得與預期結果的相符性,分析成功的關鍵和經驗。對于未取得預期結果的,分析導致實驗失敗的原因。對于每個實驗小組提交的實驗報告,由各設計實驗小組同學交換后討論批改,并提出相應的建議和方案。
3 結語
設計性實驗教學打破傳統性實驗教學的局限性,是師生共同參與完成的實驗教學過程,在加強基礎實驗技能培養的基礎上,對教師和學生的教與學的理念都提出了較高的挑戰,給學生提供了相對自由的空間發揮其創新能力和實踐能力,更好地促進學生自由、主動、全面的發展,受到了學生的廣泛歡迎。對于教師要求必須有創新性思維,要精心設計、周密策劃指導整個實驗教學過程,要不斷探索、改革、完善設計實驗教學內容和教學方式[5]。
參考文獻
[1] 李靖,周玉林,關杰.環境微生物學教學改革的探索與實踐[J].微生物學通報,2009,36(11):1766-1771.
[2] 高冬梅,張民生,洪波.環境微生物綜合實驗教學的改革和實踐[J].實驗室科學,2011,14(3):53-55.
[3] 都韶婷,宋英琦.互動教學為核心的環境微生物實驗教學方法探索與實踐[J].中國科教創新導刊,2011(2):73-74.
【關鍵詞】給排水科學與工程 實踐教學 改革和探索
【基金項目】青海大學土木工程學院課程建設及教育教學改革項目,項目編號:TK1406,TJY1504。
【中圖分類號】TU991 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2016)32-0237-02
當前形勢下,水資源短缺和水體污染問題已成為制約我國經濟可持續發展的主要因素之一。給排水科學與工程技術專業人才是水環境保護和水污染控制等環節的技術骨干力量。社會和經濟的發展,對給排水科學與工程技術人才需求量增加的同時,對專業技術人員的知識結構,理論知識的掌握和運用、動手操作能力和創新精神有了更高的要求。
1.給水排水工程專業實踐教學概述
目前,給水排水工程專業在課程設置方面以培養具有扎實基礎知識及實踐應用能力的專業技術人才為目標,主要包括基礎課程的設置以及實踐環節的安排,其中基礎理論課程主要有《建筑給排水工程》、《水質工程學》、《給水排水工程儀表與控制》以及《給排水工程施工》等十余門課程,從而使學生全面掌握給水排水專業的基礎理論知識及方法,提高學生的工程素養。課外實踐教學的質量與水平直接影響著學生的綜合素質及專業實踐能力,在實踐教學環節中主要從實習與設計兩方面對學生的工程實踐能力進行加強,其中課外實習主要包括認識、生產、畢業、金工以及測量等實習內容。在專業設計中包括課程設計與畢業論文的撰寫,課程設計的內容具體包括給水處理廠、排水管網、水泵站、污水處理廠等方面的課程設計。
2.改革實踐環節的措施
2.1 建立穩定的實習基地
給排水科學與工程是一門應用性非常強的專業,結合給水排水專業實踐性教學,就工科高校本科高年級學生生產實習和畢業實習同生產實踐相結合的問題,我們認為建立穩定的校外實習基地是保證實踐性教學環節及教學質量的關鍵。結合當前建筑市場實際進行教育實習改革,提高培養人才的質量,保證更好的完成教學大綱要求的內容。根據專業教學的需要,建立從認識實習、生產實習到畢業實習多個層次的校外實習基地,無論是開展哪一類實習基本有了固定的實習單位,這樣在進行專業實習時,就不會感到有什么困難,而是對實習質量不斷完善和加強。認識實習可以采取在本地區內完成,而生產實習、畢業實習則可以到外地進行,這樣對實習地點的落實相對前一項就復雜一些,因為要解決學生的吃、住、行等一系列問題。這首先要看接收單位是否同意接受;二是即使接受,能否解決吃、住、行等;三是還要看雙方是建立什么樣的合作關系,如果對方是以經濟利益為前提,那么實習經費是否允許等。這些問題的解決必須事先考慮到,如果這些問題都能解決對于專業實習就迎刃而解了。
2.2 實驗成績考核方式改革
成績考核是實驗教學環節的重要組成部分,直接影響學生的學習態度和教學效果。針對存在的問題,我們對實驗成績考核方式進行了如下改革:將“動手操作能力”與理論知識積累放置在同等地位。改革以往考試形式,將總成績分為三部分,第一部分為平時成績(10%),分別由出勤、作業、課程大作業組成;第二部分為實訓操作成績(40%),由給排水水暖管件安裝操作技能成績和分組比賽成績綜合評定;第三部分為理論筆試成績(50%),即理論知識點的考核。
由于調研方案不同,實踐報告內容也各不相同,這就在很大程度上控制了實驗報告抄襲現象。這種考核方式對學習的全過程進行跟蹤,更具有公平性、合理性,使學生有學習動力,更加注重學習過程,也使得教師能夠更全面地了解學生的學習情況。
2.3 課程實驗教學探索
減少示范性、驗證性實驗,增加學生自己設計、自己動手的綜合性實驗。一直是實驗教學改革追求的目標。為了在給排水科學與工程專業的專業課實驗教學中落實這一目標,使專業課實驗更著重于訓練學生解決實際工程問題的能力和科研的能力,可以從以下幾個方面著手進行了改革探索。一是利用多媒體教學手段,在課堂上通過視頻和動畫的模擬生動、形象地介紹以往采用演示和驗證實驗讓學生了解和感受的基本原理和實驗現象。這樣可以減少演示和驗證實驗的數量和內容;二是建立校內實踐基地,依托青海大學后勤服務中心水電公司,建立“后勤服務教學,教學依托后勤”的全新模式,實現現場教學。讓學生在校園生活中就直接接觸“水暖安裝”、“水暖巡線”等實踐性專業知識,并將此項技能貫穿到教學中,體現在期末成績里;三是組織教師對給排水科學與工程專業必須完成的教學實驗內容進行重新設計。增加設計和綜合性實驗我們將實驗設備改進的重點放在《水質工程學》和《測量學》課程教學實驗設備上,對過濾實驗、絮凝實驗等設備進行了重新設計,為學生自行設計實驗方案和進行實驗提供了較好的硬件條件。
課程實踐不僅是實踐性教學中環環相扣的重要部分,亦是評價學生專業素養的重要標準,是構成完整專業知識結構、達到高校教育目標的重要手段,整個實踐活動是一條以能力培養為主線,將課堂教育與生產實際乃至畢業后的工作緊密結合起來的紐帶。在新的社會環境下,專業實踐遇到的問題很難在短期內徹底解決,以往單一的集中實習方式難以適應時代的發展。因此,采取多種實習方式相結合的辦法,加強課本與實際的聯系,可有效地提高學生的實際動手能力和專業素質。
參考文獻:
一、成功做法
與學科整合,開展有學科特點的綜合實踐活動。教務處、教科室以研究性學習為主導學習方式,引導教師將綜合實踐活動與豐富的學科知識、整合,挖掘學科內容中的素材,再進行拓展、提升、重組,形成有學科特色的綜合實踐活動。
政治學科組每個年級都有綜合實踐活動,初一年級的《少年壯志不言愁》、初二年級的《我為環保作貢獻》、初三年級的《告別陋習走向文明》,都是學生喜愛的活動。如初二年級開展的《我為環保作貢獻》,教師先指導學生學習環境知識,了解國家立法保護環境的重要意義,然后組織學生聽“保護環境”的專家講座,讓學生查找危害環境的事例或保護環境的措施,組織學生參觀無錫市蘆村污水處理廠。這次活動物化的成果是令人欣慰的,有學生自制的環保宣傳小報,學生的調查報告,學生綠化校園的金點子……
語文學科組先后開展了《黃河·母親河》、《走近中華文化名人》、《成功的秘決》、《指導學生自編作文選》等活動,如《成功的秘訣》將語文與歷史學科、社區活動聯系起來,組織學生調查身邊成功者的經驗,歷史人物的成功經驗,我們看到了學生查找的豐富的關于歷史上許多名人成功的資料,學生的研究報告,開展活動的老師告訴我們“學生在活動中,收集到了寫作的第一手資料,學生寫的活動類作文或實驗報告優秀的文章競達90%,作文中學生都提到本次活動對自己的啟發很大,覺得自己要走出一條成功之路,只有堅持不懈的努力,勇于面對困難,挫折,培養了學生的自我發展意識,這次活動可以說是一舉多得?!?/p>
數學組開展的《梨莊中學初三學生身體健康狀況的調查》將統計學的平均數、中位數、眾數、頻率分布等初三的有關數學知識與本次活動整合,學生走出課堂與醫務室聯系,走出校門,采訪初三學生家長,讓單一的學科教學變得生動活潑起來,學生也學會了分析問題的方法,等的了學以致用的道理。數學組聯系數學中的統計知識,還開展了《數字的力量——有地震的省分》,這次活動除了與地理學科整合,活動中學生制作三防知識的展報,“地震專家答記者問”的小型記者招待會又是與美術、語文學科整合。《了解足球運動》、《身份證號與學籍號》也是數學學科組的精彩的綜合實踐活動活動。
物理學科開展的《城市噪聲污染的調查與研究》,將物理學科的聲學知識與人防、環境、政治學科整合,麥當勞、商業大廈、火車站、游戲廳都留下了梨莊學生探究調查的足跡。關心社會、關心生態環境的情感,也在不知不覺中得到培養。
化學學科組先后開展了《酒與生活》、《茶文化的研究》取得了很好的效果。如《酒與生活》的活動,與乙醇的教學內容相聯系,讓學生了解酒的歷史,酒的危害,關于酒的詩文,還讓學生走進社區宣傳酒的危害,很好地培養了學生的綜合素養。
歷史學科開展的《對聯、詩詞幫助你學歷史》的綜合實踐活動,將歷史學科與語文學科整合,歷史人物、歷史事件分析變得生動有趣,提高了學生歷史學習的興趣。
美術學科開展的《展示我們的風采——校服設計展示》與語文學科、歷史學科密切聯系,了解中國的民族服飾特點,中國服裝與中國傳統文化的關系,美術老師擔綱的綜合實踐活動卻洋溢著濃濃的文化氛圍,英語學科先后開展了《尋找未來》、《中西禮儀調查》、《中西飲食文化比照》活動,信息技術開展的《電腦——新科技》、《我的小報》活動,都深受學生歡迎。
綜合實踐活動課程沒有固定的體系化的知識內容,活動的設計與實施需要各校利用自身的課程資源和社會教育資源來開發,將綜合實踐活動與學科整合,充分發揮教師群體的智慧和力量,走的是一條科學高效的路子。
以德育滲透為主線,開展形式多樣的社會實踐活動。德育室領導班主任,組織學生進行了一系列的活動,這些活動從校內、德育實習基地到社區,它們是德育教育的網絡,也是綜合實踐活動的網絡。先后開展的綜合實踐活動有“紅領巾義賣會”、“成長的腳步”、“我跟爸爸媽媽上半天班”、“走進人才交流市場”、“我愛無錫”、“我做安全小衛士”等活動。
不少活動歷時長,收效好。如“成長的腳步”就是從201x年5月至201x年9月,有大部分活動都是在假期中進行的。活動內容涉及無錫歷史知識探究,有關生物學知識,活動中學生騎自行車到吳文化公園并進行為期兩天的夏令營,夏令營活動中穿插了燒飯洗衣比賽、聯歡晚會、參觀奶牛場等活動,整個活動過程既鍛煉了學生的體能、膽識,提高了團隊合作能力、生活的自理能力,同時也豐富了學生的知識。
“我愛無錫”是一個系列活動,讓學生上網查找有關無錫的資料,圖書室也開出有關無錫歷史、風景名勝、風俗人情的書目,供學生查閱,了解無錫歷史和現狀后,德育室安排外出考察活動,在這次活動,學生考察了龍頭渚公園、靈山大佛、薛福成故居?!拔易霭踩⌒l士”的活動中,德育室請交警以不同形式3次為學生講交通安全的知識,學生以“梨中小衛士”的身份先后三次走上街頭參加交通協勤,在活動的結束階段,舉行珍惜生命,遵守交通規則的知識競賽。一次次的活動,德育滲透是主旋律,在活動中又總伴隨著學科知識。就在這樣的活動中,培養了學生愛家鄉、愛社會、愛自然、愛祖國的情感。
二、不足與思考:
1、學科間的不平衡。語文、政治、歷史、化學學科的綜合實踐活動開展的扎實而有特色,為學生喜愛,有些學科的綜合實踐活動從內容到形式都需改進。