三峽大學(xué)“固體廢物處理與處置課程”教學(xué)思考和探索

黃緒泉

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002)

一、前言

固體廢物對(duì)環(huán)境的污染以及造成資源浪費(fèi)，是當(dāng)今世界的環(huán)境與資源保護(hù)存在的主要問題之一。固體廢物的產(chǎn)生和排放涉及領(lǐng)域是非常廣泛，來自各行各業(yè)，數(shù)量大，品種多，成分復(fù)雜。大量生產(chǎn)、消費(fèi)和產(chǎn)生的固體廢棄物是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)的錮疾，也是資源浪費(fèi)的孿生兄弟。即使在高度發(fā)達(dá)的歐美國家，固體廢棄物的處置與資源化利用方面有了新進(jìn)展，但是從總體上看，固體廢物仍是一個(gè)令人頭痛的環(huán)境難題。國家“十二·五”環(huán)保規(guī)劃和廢物資源化科技工程“十二·五”專項(xiàng)規(guī)劃要求重點(diǎn)選擇再生資源、工業(yè)固廢、垃圾與污泥等量大面廣和污染嚴(yán)重的廢物，以廢物資源化全過程清潔控制為基本前提，加強(qiáng)廢物循環(huán)利用理論研究，大力推進(jìn)廢物資源化全過程污染控制技術(shù)研發(fā)。

教育部高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)明確規(guī)定了“固體廢物處理與處置”是環(huán)境工程專業(yè)的9門核心課程之一，是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生今后從事該領(lǐng)域所必須掌握的專業(yè)知識(shí)［1］，工程實(shí)踐性很強(qiáng)，教學(xué)質(zhì)量高低直接影響到學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐技能的掌握。但是，“固體廢物處理與處置”主要內(nèi)容以單一知識(shí)的闡述和介紹為主，內(nèi)容多但關(guān)鍵技術(shù)理論深度不夠，缺乏工程實(shí)例?，F(xiàn)行的各類教材的編寫體系，還是沿用固體廢物的收集、處理與處置的順序，分別介紹固體廢物控制過程中的各種單元操作技術(shù)，就方法而方法的課堂格局［2］。在學(xué)習(xí)過程中，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，也無法適應(yīng)國家規(guī)劃和固體廢物污染亟待治理形勢(shì)下的要求。

如何更好地培養(yǎng)具有較深的固體廢物處理與處置理論知識(shí)和工程技能的環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生，是每位從事“固體廢物處理與處置”課程教學(xué)的教師都在思考的問題。本文從教學(xué)理論理解和實(shí)踐出發(fā)，對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行深入思考和探索，力求通過豐富鮮活的案例、實(shí)時(shí)的動(dòng)畫和啟發(fā)式的教學(xué)手段等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“固體廢物處理與處置”課程內(nèi)容的理解和掌握。

二、教學(xué)內(nèi)容思考與整合

目前大部分高校環(huán)境工程專業(yè)都是采用2007年昆明理工大學(xué)寧平教授編著的《固體廢物處理與處置》短學(xué)時(shí)教材，而“固體廢物處理與處置”中的部分概念在其他如《環(huán)境影響評(píng)價(jià)》、《環(huán)境科學(xué)概論》和《環(huán)境檢測(cè)》等課程已有涉及。根據(jù)最新固體廢物處理與處置的發(fā)展方向和趨勢(shì)，將教材內(nèi)容的整合目的和情況作了詳細(xì)的說明，突出重點(diǎn)，以固體廢物的產(chǎn)生和性質(zhì)、固體廢物預(yù)處理、固體廢物資源化及無害化最終處置為主線，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重新整合、編排和充實(shí)增加大量案例型內(nèi)容和最新技術(shù)及理論。

第一，增加國家及行業(yè)規(guī)劃內(nèi)容。在實(shí)際講解中增加國家及行業(yè)有關(guān)固體廢物規(guī)劃內(nèi)容、固體廢物對(duì)環(huán)境污染狀況和固體廢物資源化發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過對(duì)水的生化處理產(chǎn)生污泥、火電廠除塵脫硫產(chǎn)生脫硫灰、城市垃圾填埋處理產(chǎn)生滲濾液和填埋氣等實(shí)例講解，讓學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)到環(huán)境問題是一個(gè)整體，水、氣、固三者密不可分。

第二，結(jié)合環(huán)境工程實(shí)際，合理安排學(xué)時(shí)，簡(jiǎn)化部分內(nèi)容，突出重點(diǎn)章節(jié)。固體廢物堆肥化和厭氧消化處理技術(shù)已研究多年，并已大量投入實(shí)際應(yīng)用，相關(guān)教材對(duì)其原理分析得清楚透徹，因此減少這章的實(shí)際教學(xué)學(xué)時(shí)，課堂重點(diǎn)只講解原理，工藝設(shè)計(jì)教學(xué)安排在課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行。固體廢物微生物浸出和其他微生物處理技術(shù)由于目前研究不多和應(yīng)用范圍很窄，改為自學(xué)內(nèi)容。而目前城市生活垃圾越來越多，垃圾圍城問題日趨嚴(yán)重，垃圾焚燒技術(shù)必然是一個(gè)趨勢(shì)，尤其這幾年各大城市開始新建或規(guī)劃建設(shè)垃圾焚燒處理廠。因此，將焚燒處理單獨(dú)作為一章進(jìn)行講授，充實(shí)了焚燒技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、影響焚燒的主要因素、主流的焚燒設(shè)備與工藝和焚燒污染的控制原則及方法等內(nèi)容。污泥、餐廚垃圾以及其他垃圾中塑料制品日趨增多，垃圾熱解成油等新技術(shù)作為一種可替代能源，前景廣闊。因此將熱解處理也單獨(dú)拿出作為一章進(jìn)行講授，重點(diǎn)介紹固體廢物熱解的定義及特點(diǎn)、熱解過程及產(chǎn)物、有機(jī)固體廢物熱解機(jī)理感和典型固體廢物熱解的工藝過程。

第三，充實(shí)最新處理技術(shù)知識(shí)?！肮腆w廢物的收集、貯存及清運(yùn)”這一章節(jié)實(shí)際內(nèi)容闡述的是城市生活垃圾，將本章題目改為“城市生活垃圾的來源、性質(zhì)、收集、貯存及清運(yùn)”。增加“城市垃圾來源和性質(zhì)”這部分內(nèi)容，讓學(xué)生了解現(xiàn)在城市生活垃圾雖然復(fù)雜多變，但仍然有規(guī)律可循，為城市生活垃圾的預(yù)處理和資源化做鋪墊。增加“城市生活垃圾產(chǎn)生量的預(yù)測(cè)”方面內(nèi)容，讓學(xué)生了解目前城市生活垃圾研究的一些新的方向?！肮腆w廢物的預(yù)處理”改為“固體廢物的壓實(shí)、破碎及分選”，并結(jié)合水利工程施工，講授水利工程固體廢物預(yù)處理知識(shí)，增加了水利工程棄渣破碎或磨細(xì)制備機(jī)制砂或石灰石粉等內(nèi)容。

近年來危險(xiǎn)廢物污染和處置問題層出不窮，其穩(wěn)定化/固化技術(shù)越來越受到重視。將固體廢物穩(wěn)定化/固化處理及教材中關(guān)于危險(xiǎn)廢物的內(nèi)容整合在一起，增加了國外最新技術(shù)、大量關(guān)于重金屬穩(wěn)定、垃圾飛灰固化、污染土壤處理等自己的一些研究?jī)?nèi)容，擴(kuò)充后作為“危險(xiǎn)固體廢物穩(wěn)定化/固化技術(shù)”新章節(jié)講授。

隨著城市的發(fā)展，城市污泥的產(chǎn)量急劇增加，城市污泥成分復(fù)雜、含水率高、病菌多，城市污泥如何處置已成為每個(gè)城市發(fā)展的嚴(yán)重問題。教材對(duì)污泥處理與處置理論知識(shí)已嚴(yán)重滯后，根據(jù)目前污泥處置與研究情況，將教材中固體廢物脫水和城市污泥的綜合利用內(nèi)容進(jìn)行整合，增加了“污泥來源及分類、破解調(diào)質(zhì)、干化和目前污泥處置瓶頸問題”等內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)校的水電特色定位，補(bǔ)充“污染湖泊河道底泥的處置原理、工藝以及資源化研究方向”等知識(shí)。

衛(wèi)生填埋是固體廢物最終處置的主要方法。由于我國垃圾沒有預(yù)分類且成分復(fù)雜、無機(jī)物含量高，填埋仍是最適合我國國情的主要垃圾處置方法。這一章主要從工程施工角度去講授，增加“垃圾填埋場(chǎng)相關(guān)設(shè)計(jì)、施工以及質(zhì)量控制”的內(nèi)容，補(bǔ)充了“填埋場(chǎng)的修復(fù)和再利用”的內(nèi)容。

第四，強(qiáng)化工業(yè)固體廢物資源化技術(shù)原理講授。工業(yè)固體廢物種類繁多，部分工業(yè)廢物已被利用，但利用率仍然比較低，附加值低。而工業(yè)固體廢物大部分的化學(xué)組分是 SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、SO3等，礦相組成和水泥熟料或石膏一致或類似，很多工業(yè)固體廢物都具有高溫?zé)釟v史，潛在活性很高，因此本章主要增加“工業(yè)固體廢物資源化利用原理、具體資源化個(gè)工藝流程和發(fā)展趨勢(shì)”等內(nèi)容，并重點(diǎn)講授“粉煤灰、工業(yè)副產(chǎn)石膏、赤泥、鋼渣、鉻渣、礦山尾礦”等內(nèi)容，補(bǔ)充了自己在工業(yè)石膏、粉煤灰、鋼渣和礦山尾礦、導(dǎo)流明渠棄渣等方面的實(shí)際研究?jī)?nèi)容。

三、教學(xué)進(jìn)度的安排

按照目前教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中32學(xué)時(shí)要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，增加“資源化、垃圾填埋、污泥處置和焚燒”等相關(guān)章節(jié)學(xué)時(shí)，具體課堂教學(xué)安排見表1。另外開設(shè)課程設(shè)計(jì)課，2周。

表1 《固體廢物處理與處置》課程教學(xué)學(xué)時(shí)分配表

四、課堂教學(xué)方法和考核手段探索

“固體廢物的處理與處置”課程主要以介紹和闡述性內(nèi)容為主，單純按照教材中大量工藝圖、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和概念式操作技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和主動(dòng)性，學(xué)生也很難達(dá)到目前用人單位普遍希望的具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力、開闊的專業(yè)視野和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)的要求。

面對(duì)課時(shí)要求短和教學(xué)內(nèi)容單一的局面，根據(jù)當(dāng)前固體廢物已從單純處理與處置向資源化方向發(fā)展的大趨勢(shì)，按照固體廢物產(chǎn)生和性質(zhì)、預(yù)處理方法、資源化利用和無害化最終處置為主線，積極開展如下課堂教學(xué)方法和考核手段的探索。

第一，激發(fā)學(xué)生積極性，提高聽課質(zhì)量。如何讓在有限的教學(xué)課時(shí)抓住學(xué)生的心，使他們掌握固體廢物處置與資源化理論知識(shí)，課堂教學(xué)設(shè)計(jì)很重要。根據(jù)不同章節(jié)，精心自作PPT，設(shè)計(jì)一些提高學(xué)生興趣的專業(yè)圖片和視頻，激情講授，效果比較好。比如在講授焚燒章節(jié)時(shí)，首先給學(xué)生播放“央視新聞:處理能力不足，多城市垃圾圍城”視頻，吸引學(xué)生注意力并引發(fā)學(xué)生幾分鐘思考，然后在“垃圾焚燒:沖破垃圾圍城困局”視頻，提出“既然垃圾焚燒可以解決垃圾圍城問題，那么我們?nèi)绾蝸韺?duì)垃圾焚燒工藝及設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)”和“垃圾焚燒會(huì)不會(huì)產(chǎn)生污染和如何控制”這2個(gè)問題，自然地進(jìn)入“焚燒”這一章內(nèi)容的講解。

在講授粉煤灰資源化利用時(shí)，上課前，先播放綠色和平組織的一段“粉煤灰籠罩中國”視頻，并配有一首歌詞與圖片內(nèi)容相吻合的流行歌曲，引發(fā)學(xué)生如果能將粉煤灰資源化利用，可以起到既改善環(huán)境又能取得良好經(jīng)濟(jì)效益的思考，將學(xué)生思路引到如何才能將粉煤灰更好地資源化，過渡到其原理的講授。

第二，利用多媒體技術(shù)，啟發(fā)教學(xué)，增強(qiáng)效果?！肮腆w廢物處理與處置”教學(xué)內(nèi)容繁雜、表述困難、涉及面寬和工藝流程較多，尤其是在預(yù)處理、堆肥化、厭氧消化、焚燒和熱解氣化等章節(jié)，涉及到大量工藝設(shè)備及其結(jié)構(gòu)圖，枯燥單調(diào)，學(xué)生預(yù)習(xí)也是一頭霧水。采用啟發(fā)式、對(duì)比式的講解，并播放水平式壓實(shí)器、三向聯(lián)合式壓實(shí)器、回轉(zhuǎn)式壓實(shí)器、城市垃圾壓實(shí)器、錘式破碎機(jī)、球磨機(jī)、厭氧消化池等設(shè)備圖像，讓學(xué)生對(duì)設(shè)備的運(yùn)行有較深認(rèn)識(shí)。在講解“固體廢物分類”時(shí)，播放新聞聯(lián)播短片《錳三角啟示錄》，讓同學(xué)們思考，分析片中提到了哪些固體廢物，按分類原則和方法，它們分別屬于何種固體廢物。在講授“堆肥化和厭氧消化”章節(jié)時(shí)，關(guān)于理論需氧量和單位垃圾產(chǎn)氣量計(jì)算中，從化學(xué)方程式平衡的角度上，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從原料分子式形式和生成產(chǎn)物類型對(duì)公式進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)清晰推導(dǎo)，增加學(xué)生對(duì)公式的掌握，而不需要去死記。

第三，采用案例教學(xué)?！拔ｋU(xiǎn)廢物穩(wěn)定化/固化”一章教學(xué)中，通過對(duì)美國新澤西州紐華克港木材處理廠治理工程案例，講授整個(gè)污染土壤的攪拌、固化、壓實(shí)和無害化檢測(cè)的過程，讓學(xué)生系統(tǒng)掌握危險(xiǎn)廢物穩(wěn)定化/固化的浸出率、抗壓強(qiáng)度和增容比這三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際概念和意義。在講授污泥的濃縮和脫水這部分知識(shí)時(shí)，引入教材沒有的某湖泊生態(tài)清淤案例，將污泥重力濃縮和板框壓濾結(jié)合起來講授，實(shí)際工程濃縮池的設(shè)計(jì)和大型工業(yè)化板框壓濾機(jī)工作流程，讓學(xué)生耳目一新，興趣盎然，也使學(xué)生學(xué)習(xí)如何理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際解決問題的能力。

五、結(jié)束語

綜上所述，“固體廢物處理與處置”課程的教學(xué)改革，必須結(jié)合學(xué)校水電特色和環(huán)境工程專業(yè)定位，把握教學(xué)特點(diǎn)，引入水利工程和宜昌地區(qū)大宗固體廢物資源化利用的工程實(shí)例和工藝介紹，凸現(xiàn)本課程特色。同時(shí)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)講解式的教學(xué)方法和理念，更新固體廢物處理與處置最新知識(shí)和技術(shù)，方能取得比較好的教學(xué)效果，培養(yǎng)符合當(dāng)前社會(huì)需求的實(shí)踐能力強(qiáng)、理論基礎(chǔ)扎實(shí)和視野開闊的復(fù)合型高素質(zhì)人才。

［1］李啟彬，劉 丹，曾建萍.固體廢物處理與處置課程創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系研究［J］.2012(2):85－87.

［2］趙如金.“固體廢物的處理與處置”教學(xué)改革探索與實(shí)踐［J］.科教文匯(下旬刊)，2008(6):48，53.