水處理仿真軟件在環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)專業(yè)教學(xué)中的重要性

(天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300400)

一、緒論

我國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)由初期的“三廢治理”為主，發(fā)展成為環(huán)保產(chǎn)品、環(huán)保設(shè)施的建設(shè)、環(huán)境服務(wù)、資源循環(huán)利用等領(lǐng)域的門類比較齊全的產(chǎn)業(yè)體系。隨著國(guó)家環(huán)保力度的不斷加強(qiáng)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的日益完善，環(huán)保產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域不斷拓展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)，運(yùn)行服務(wù)業(yè)發(fā)展加快，為環(huán)境的保護(hù)和污染物的減排做出了貢獻(xiàn)。而作為環(huán)境污染大戶冶金行業(yè)，環(huán)境問(wèn)題尤為嚴(yán)重，并且急需環(huán)境監(jiān)測(cè)及治理方面的優(yōu)質(zhì)人才，我們根據(jù)行業(yè)需求，開(kāi)辦了環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)專業(yè)。

為了培養(yǎng)德智體全面發(fā)展，具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、熟練的專業(yè)技能、適應(yīng)性強(qiáng)、素質(zhì)高，能適應(yīng)從事不僅僅局限于冶金行業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析、環(huán)境工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的高級(jí)技術(shù)應(yīng)用性人才。我們根據(jù)教學(xué)中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸體現(xiàn)的技能訓(xùn)練需求，對(duì)該專業(yè)的實(shí)訓(xùn)條件我們逐步在完善。

在該專業(yè)課程設(shè)置上，根據(jù)行業(yè)要求，我們?cè)谡n程設(shè)置上除了一些必須的公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課之外，在最為重要的專業(yè)核心課上，開(kāi)設(shè)了環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)與評(píng)價(jià)、環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用、水處理與水污染控制技術(shù)、大氣污染控制技術(shù)、固體廢物處理技術(shù)與利用共五門課程。這里我們主要針對(duì)水處理與水污染控制技術(shù)這門課程討論在實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置上，我們?nèi)绾魏芎玫睦矛F(xiàn)有條件，采取合理的手段實(shí)現(xiàn)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

二、水處理與水污染控制技術(shù)課程綜述

水是生命之源，是自然界最普遍存在的物質(zhì)之一。人類社會(huì)為了滿足生活和生產(chǎn)需求從各種天然水體中取用大量的水，這些生活和生產(chǎn)用水，使用后成為了生活污水和工業(yè)廢水，作為冶金行業(yè)來(lái)說(shuō)，也是工業(yè)廢水排放的主要源頭。這些廢水被排放后最終又流入天然水體。這樣就構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)體系，這個(gè)循環(huán)體系叫做水的社會(huì)循環(huán)。而水體環(huán)境污染的保護(hù)和治理的任務(wù)就是保證取水排水的社會(huì)循環(huán)能夠順利進(jìn)行。

水資源并不是取之不盡用之不竭的。水資源的地域分布極不均勻，有些地區(qū)水資源相當(dāng)匱乏。而作為鋼鐵行業(yè)又是消耗水資源的大戶，如何合理的利用水資源就成為我們首要解決的問(wèn)題。隨著資源開(kāi)發(fā)的伸入和工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)壓力日趨嚴(yán)峻，水資源的保護(hù)和控制也已經(jīng)成為了世界性的突出難題，我國(guó)的環(huán)境保護(hù)法和相關(guān)的水污染防治法對(duì)水資源的保護(hù)、水污染的控制等提出了更加嚴(yán)格的要求?！段鬯C合排放標(biāo)準(zhǔn)》中也對(duì)廢水排放量及污染物總量進(jìn)行限制。所以目前大力提倡冶金企業(yè)的零排放，解決水資源嚴(yán)重不足的問(wèn)題。

作為冶金工程系環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，更是將水處理與水污染控制技術(shù)這門課程作為專業(yè)核心課程重點(diǎn)教授。

冶金企業(yè)水循環(huán)具備總量較大，除高爐等主要設(shè)備外單臺(tái)設(shè)備的用水量較小，用水點(diǎn)較多，安全供水要求高等特點(diǎn)。我們?cè)陂_(kāi)展專業(yè)實(shí)訓(xùn)的時(shí)候，由于行業(yè)的特殊性，無(wú)法將水處理系統(tǒng)完全按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1:1的轉(zhuǎn)移到課堂，而實(shí)訓(xùn)課全部到企業(yè)中實(shí)現(xiàn)也并不現(xiàn)實(shí)，為了尋求一個(gè)比較好的解決方法，我們認(rèn)為利用水處理仿真軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)既能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、又能夠在學(xué)校的現(xiàn)有條件下實(shí)現(xiàn)整個(gè)課程所有實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

冶金廢水的基本處理方法大致有如下幾種：

1.物理處理法 指的是依靠重力、離心力、機(jī)械攔截等作用除去水中雜質(zhì)或按水中污染物的沸點(diǎn)和結(jié)晶點(diǎn)的差異特性凈化廢水的方法。常用于污水處理的一級(jí)處理或者預(yù)處理階段。

例如重力分離法又包括沉淀法、過(guò)濾法、離心分離等，其原理都較為簡(jiǎn)單，在這里就不一一贅述。

2.化學(xué)處理法 是利用化學(xué)作用處理廢水中的溶解物質(zhì)或膠體物質(zhì)，可用來(lái)去除水中的金屬離子、細(xì)小的膠體有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、氮、磷、乳化油、色度、臭味、酸、堿等，對(duì)于廢水的深度處理也有重要作用。

其中包括中和法(主要用于酸堿廢水處理)，化學(xué)混凝法、化學(xué)沉淀法、氧化還原法等。大多是利用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行廢水當(dāng)中污染物的處理。

其中混凝法是廢水處理中較為常用的一種方法，一般是用來(lái)處理廢水中利用自然沉淀的方法難以去除的細(xì)小懸浮物及膠體微粒，可以用來(lái)減低廢水的濁度和色度，去除多種高分子有機(jī)物、重金屬和放射性物質(zhì)?；炷ㄟ€能改善污泥的脫水性能。這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作易于掌握，處理效果較好，間歇或連續(xù)運(yùn)行均可以。但是運(yùn)行費(fèi)用較高，沉渣量大，脫水較困難。

3.物理化學(xué)法 常見(jiàn)的方法包括吸附、萃取、浮選、電滲析、反滲透、超濾等。

(1)吸附法 是利用多孔固體吸附的表面活性，吸附廢水中的一種或多種污染物，以達(dá)到廢水凈化的目的。

(2)萃取法 利用與水不相溶解或極少溶解的特定溶劑同廢水充分混合接觸，使溶于沸水中的某些污染物質(zhì)重新進(jìn)行分配而轉(zhuǎn)入溶劑，然后將溶劑與除去污染物質(zhì)后的廢水分離，從而達(dá)到廢水凈化和回收有用物質(zhì)的目的。這種方法處理水量大，設(shè)備簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)控制，操作安全、快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而該法具有廣闊的應(yīng)用前景。目前用于為數(shù)不多的幾種有機(jī)廢水和個(gè)別重金屬?gòu)U水的處理。其工藝包括混合、分離和回收三個(gè)重要工序。

(3)浮選法 利用高度分散的微小氣泡作為載體去粘附廢水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面，實(shí)現(xiàn)固液或液液分離的過(guò)程。根據(jù)表面張力的作用原理。當(dāng)液體和空氣相接觸時(shí)，在接觸面上的液體分子與液體內(nèi)部液體分子的引力，使之趨向于被拉向液體的內(nèi)部，引起液體表面收縮至最小，使得液珠總是呈圓球形存在。

(4)電滲析 是在直流電場(chǎng)的作用下，利用陰陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽(yáng)離子選擇透過(guò)性(即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰膜只允許陰離子通過(guò))，而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。電滲析技術(shù)逐步推廣，在環(huán)保方面進(jìn)行廢水處理已經(jīng)取得良好的效果。但是電耗高，還僅限于以回收為目的的情況使用。

(5)反滲透 利用半滲透膜進(jìn)行分子過(guò)濾來(lái)處理廢水的一種新的方法。在較高的壓力作用下，這種膜可以使水分子通過(guò)，而不能使水中溶質(zhì)通過(guò)，利用它可以除去水中比水分子大的溶解固體、溶解性有機(jī)物和膠狀物質(zhì)。近年來(lái)應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，多用于海水淡化、高純水制造及苦咸水淡化等方面。

(6)超濾 利用半透膜對(duì)溶質(zhì)分子大小的選擇透過(guò)性而進(jìn)行的膜分離過(guò)程。所需壓力較反滲透低，一般為0.1～0.5MPa，而反滲透一般為2～10 MPa。一般只采用單一的超濾方法不可能去除不同分子量的各類溶質(zhì)，一般多是與反滲透法聯(lián)合使用，或者與其他處理方法聯(lián)合使用，多用于物料濃縮。

4.生物處理法 是指利用微生物的新陳代謝功能，使廢水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物被降解并轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，使廢水得以凈化。分為好氧生物處理和厭氧生物處理。

其中好氧生物處理常見(jiàn)的方法包括活性污泥和生物膜法。而厭氧生物處理一般是指在無(wú)分子氧的條件下通過(guò)厭氧微生物(或兼性厭氧微生物)的作用，將廢水中的有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過(guò)程。

生物處理法是常見(jiàn)的水處理方法，例如在冶金行業(yè)中我們常用到的氧化溝工藝、SBR工藝、UASB工藝、AB工藝、A-A-O工藝等，都是主要依賴微生物原理進(jìn)行水處理的方法。

三、水處理課程實(shí)訓(xùn)的實(shí)施

針對(duì)這些主流水處理工藝，我們可以通過(guò)仿真軟件的應(yīng)用來(lái)達(dá)成學(xué)生的實(shí)訓(xùn)的要求。例如我們通過(guò)模擬實(shí)際工藝流程制作一套氧化溝工藝的仿真操作系統(tǒng)，學(xué)生可以在不必親臨現(xiàn)場(chǎng)的前提下，利用計(jì)算機(jī)軟件，很好的掌握相應(yīng)的處理工藝原理以及操作要點(diǎn)。學(xué)生可通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)(混合液懸浮固體濃度、混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度、污泥沉降比、污泥容積指數(shù)、污泥齡、污泥有機(jī)負(fù)荷)的控制，要求該系統(tǒng)能夠達(dá)到相應(yīng)目標(biāo)。

作為高職院校學(xué)生需要考取職業(yè)資格證，學(xué)校也會(huì)舉辦相應(yīng)的技能大賽項(xiàng)目，而仿真軟件不僅僅可作為課程實(shí)訓(xùn)練習(xí)用，也可以作為職業(yè)資格證書(shū)考取時(shí)實(shí)操部分的重要考核手段，以及技能大賽的主要比賽內(nèi)容。而本身仿真軟件帶有自動(dòng)評(píng)分的功能，就免去了教師評(píng)分的繁瑣，也避免了教師評(píng)分時(shí)由于一些主觀因素而造成的不公平現(xiàn)象。

職業(yè)資格證書(shū)考核時(shí)，我們可以根據(jù)不同的內(nèi)容進(jìn)行如下的考核標(biāo)準(zhǔn)制定：

氧化溝工藝系統(tǒng)職業(yè)技能證書(shū)考核時(shí)，中級(jí)工考核進(jìn)行初沉池進(jìn)水ss升高、調(diào)節(jié)氧化溝外溝和內(nèi)溝DO等操作；高級(jí)工考核處理負(fù)荷增大時(shí)、出水COD增高時(shí)、以及氧化溝泡沫問(wèn)題的操作。

氣浮工藝系統(tǒng)，中級(jí)工可操作的內(nèi)容有：補(bǔ)水泵操作、氣浮池啟動(dòng)操作、溶氣罐壓力過(guò)高應(yīng)急處置；高級(jí)工可操作的內(nèi)容有：系統(tǒng)開(kāi)車、系統(tǒng)停車。

A-A-O工藝系統(tǒng)，中級(jí)工可操作的內(nèi)容有：二沉池運(yùn)行管理、來(lái)水SS增高、反應(yīng)池曝氣量的調(diào)節(jié)；高級(jí)工可操作的內(nèi)容有：出水氨氮超標(biāo)、出水磷超標(biāo)、污泥絲狀菌膨脹等。

UASB工藝系統(tǒng)，中級(jí)工可操作的內(nèi)容有：正常工況巡視，調(diào)節(jié)來(lái)水ph值，配水不均造成2個(gè)UASB反應(yīng)器跑泥，控制UASB反應(yīng)器溫度等；高級(jí)工操作可進(jìn)行的內(nèi)容有：初次啟動(dòng)問(wèn)題，初次啟動(dòng)第二階段異常問(wèn)題處理等。

根據(jù)指定的標(biāo)準(zhǔn)，利用水處理仿真軟件，我們就可以很好的掌控學(xué)生的實(shí)訓(xùn)、考證以及技能大賽的評(píng)定工作。

四、結(jié)論

綜上，我們可以看到采用水處理仿真軟件的方式實(shí)現(xiàn)學(xué)生的水處理與水污染控制技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)計(jì)劃，是對(duì)于高職院校學(xué)生來(lái)說(shuō)較為合理的手段。該法既不需要如采用實(shí)際生產(chǎn)流程那樣占用大面積的空間因此難于在校園中實(shí)現(xiàn)，并且可以通過(guò)模擬仿真的方式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)處理流程。并且在每一處細(xì)節(jié)均可設(shè)置相應(yīng)的考核內(nèi)容以便考察學(xué)生對(duì)于操作流程的掌握情況。當(dāng)然為了更加貼合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，我們?cè)诓捎梅抡孳浖耐瑫r(shí)也可利用一些實(shí)驗(yàn)室操作設(shè)備來(lái)讓學(xué)生了解實(shí)際處理設(shè)備的構(gòu)造和運(yùn)行原理，為工作中可能涉及到的設(shè)備維護(hù)維修問(wèn)題打下基礎(chǔ)。

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