淺談實驗室儀器在水污染控制工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用情況*

陳曉晴 高良敏

（安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽淮南232000）

淺談實驗室儀器在水污染控制工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用情況*

陳曉晴 高良敏*

（安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽淮南232000）

實驗室儀器在水污染控制工程輔助實驗教學(xué)中起到至關(guān)重要作用，不僅能夠提高學(xué)生對實驗的興趣，加深知識的應(yīng)用，而且培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實踐能力，鞏固了學(xué)生對設(shè)備儀器的熟練掌握程度，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。

實驗室儀器；水污染控制工程；實驗教學(xué)

環(huán)境工程集綜合性與實踐性為一體的專業(yè)，水污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)的重要主干課程，是以化學(xué)、物理及生物等學(xué)科交叉為基礎(chǔ)的工程學(xué)科，實驗課開設(shè)對這門課的教學(xué)質(zhì)量有至關(guān)重要的作用，水污染控制工程實驗是這門課的重要組成部分。通過實驗的學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對水污染控制工程的基本原理、基本概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生初步設(shè)計和組織實驗方案的能力，培養(yǎng)學(xué)生實驗的一般技能以及使用實驗儀器的基本能力，提高學(xué)生在環(huán)境化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測實驗課中所學(xué)知識的應(yīng)用，同時培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析的能力，為將來從事水污染處理工作打好基礎(chǔ)。

水污染控制工程實驗包括驗證、綜合、設(shè)計、研究等四個方面［1，2］，在這四個方面的實驗學(xué)習(xí)過程中，不僅會學(xué)習(xí)到實驗的基本操作，而且培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和實踐能力。

一、實驗室儀器使用現(xiàn)狀

實驗室儀器是指用于實驗、計量、觀測、檢測、繪圖等的器具或裝備。在儀器的使用過程中，常把儀器分為大型儀器和小型儀器，大型儀器一般指一萬元以上的教學(xué)實驗儀器，小型儀器是指那些價值在幾百至幾千的教學(xué)實驗儀器［3］。在地球與環(huán)境學(xué)院內(nèi)大型儀器有原子吸收分光光度計、激光粒度分析儀、X-微波快速溶劑萃取儀、碳?xì)涞治鰞x、高效液相、總有機(jī)碳分析儀、氣相色譜，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等，小型儀器例如分光廣度計、各種酸度計、濁度儀、電導(dǎo)率儀、烘箱等。

在環(huán)境化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測實驗中，根據(jù)不同的實驗采用不同儀器，例如在測定總磷、亞硝酸根的過程中使用可見分光光度計，在測定總氮的指標(biāo)時使用紫外分光光度計。通過對這幾份指標(biāo)的測定，加深學(xué)生對可見和紫外分光光度計區(qū)別的認(rèn)識。在大學(xué)期間，學(xué)生通過水污染控制工程實驗，對實驗儀器和操作的基本了解和掌握，為今后工作和更進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造打下堅實的實踐基礎(chǔ)。

二、實驗室常用實驗儀器簡介

（一）小型實驗儀器的使用說明

根據(jù)《環(huán)境工程實驗技術(shù)》和《水處理實驗設(shè)計與技術(shù)》［4，5］。文章歸納了23個水污染控制工程實驗，對這23個實驗中所使用的實驗儀器進(jìn)行了說明，詳見表1。

電子天平和烘箱使用在實驗儀器中的頻率最高，使用的電子天平為萬分?jǐn)?shù)量級，在使用的過程中要經(jīng)過調(diào)水平、開機(jī)、預(yù)熱、校正、清零、稱量和關(guān)機(jī)7個過程，在每個過程中都要嚴(yán)格要求學(xué)生，對一些注意事項進(jìn)行講解；實驗室采用的烘箱是恒溫烘箱，在使用過程中多注意所烘物品的性質(zhì)和烘箱隔板的使用率。這兩大儀器從大學(xué)開始，在公共課過程中無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)中使用過，在不同實驗使用的過程中加深學(xué)生對實驗儀器的熟知程度。

酸度計分為便攜式和臺式酸度計，兩者的區(qū)別在于按鍵表示的意思不同。在實驗中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣問題：學(xué)生不會安裝電極插頭，造成酸度計電極的損壞或接觸不良；不注意玻璃探頭，造成玻璃探頭損壞，實驗中斷等情況。通過大量的實驗操作和講解，讓學(xué)生們熟練掌握酸度計的正確使用方法。其他便攜式和臺式儀器還有電導(dǎo)率儀、濁度儀、溶解氧儀，在使用的過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的動手能力，發(fā)現(xiàn)儀器之間的相似性和相通性，讓學(xué)生學(xué)在其中，悟在其中。

離心機(jī)、振蕩器在污水可生化性能測定實驗和活性污泥活性測定實驗中均有相應(yīng)的應(yīng)用。BOD5、COD測定儀測定水中的需氧量，在水污染控制綜合性實驗應(yīng)用的很廣，這兩臺儀器耗時長，因此在實驗過程中，需要跟蹤學(xué)生后期的數(shù)據(jù)處理。

在使用儀器過程中，可見光分光光度計、紫外分光光度計、游離二氧化碳測定儀、水分快速測定儀及激光粒度分析儀，這些大型儀器在實驗中使用率較低，但至關(guān)重要，因此盡可能安排學(xué)生多接觸這類儀器，學(xué)生只有在不斷使用過程中熟練的掌握，為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

表1　不同實驗儀器在各實驗中的使用說明

（二）大型儀器的使用說明

激光粒度分析儀是水污染控制工程實驗教學(xué)常用的一種的大型儀器。激光粒度分析儀（型號：Rise-2006型）采用非均勻交叉三維扇形矩陣排列的探測器陳列和全量程米氏散射理論，結(jié)合光學(xué)性質(zhì)如被測顆粒和分散介質(zhì)的折射率等，根據(jù)顆粒大小在不同角度上散射光強(qiáng)的變化反演出顆粒群的粒徑分布數(shù)據(jù)。激光粒度分析儀分為超聲系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)，并通過分析軟件，得出粒度分布圖、粒度數(shù)據(jù)圖表及D10、D50、D90、平均粒徑和比表面積等特征參數(shù)。

自由沉淀的顆粒沉速通常采用Stokes公式進(jìn)行描述，鑒于水中顆粒的復(fù)雜性，無法準(zhǔn)確測定顆粒的粒徑和密度，因此利用靜沉實驗來描述沉淀效果等，在實驗的過程中，充分發(fā)揮大型儀器在水污染控制中的應(yīng)用，在自由沉淀實驗中我們采用激光粒度分析儀來測定在不同時間段水樣的粒徑分布。

圖1為自有沉淀粒徑分布曲線，其中A曲線代表不同粒徑的分布特征，B曲線代表粒徑的累積，水中的顆粒多集中在1-100nm之間，通過儀器運(yùn)算可以得出粒徑分布相關(guān)參數(shù)。學(xué)生通過激光粒度的使用，讓學(xué)生直觀的掌握粒徑的變化情況，進(jìn)一步認(rèn)識和了解自由沉淀過程。

圖1　自有沉淀粒徑分布圖

三、結(jié)論及建議

自2012年以來，大約300多名環(huán)境專業(yè)學(xué)生，在水污染控制課程實驗中得到了實驗儀器輔助教學(xué)，通過大量的反復(fù)操作，在實驗室儀器使用方面取得不錯的成績，學(xué)習(xí)良好。通過儀器的使用，不僅有助于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步深刻了解和掌握，而且對學(xué)生的自我動手能力和實踐能力起到了引導(dǎo)和推動作用。

［1］張伯乾.驗證性、綜合設(shè)計性、創(chuàng)新研究性實驗與開放實驗［J］.高校實驗室工作研究，2003（4）：13-15.

［2］郭昌梓，孫根行.《水污染控制工程實驗》教學(xué)改革的探討［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2008（4）：98-100.

［3］周忠平，賈克亮，等，必須實行小型儀器的統(tǒng)管共用［J］.實驗室研究與探索，1994（39）：53-54.

［4］韓照祥.環(huán)境工程實驗技術(shù)［M］.南京大學(xué)出版社.

［5］吳俊奇，李燕城，馬龍友，等.水處理實驗設(shè)計與技術(shù)［M］.中國建筑工業(yè)出版社.

Laboratory apparatus plays an important role in water pollution control engineering experimental teaching.It can improve the students'interest in the experiment，deepen the application of knowledge，cultivate students' ability，strengthen the students'mastery of the equipment and instruments and lay a solid foundation for future study and work.

laboratory instrument；water pollution control engineering；experimental teaching

G642

A

2096-000X（2016）21-0128-02

安徽省卓越人才教育培養(yǎng)計劃項目“環(huán)境工程卓越人才教育培養(yǎng)計劃（編號：2014zjjh014）”，省級；安徽理工大學(xué)青年科學(xué)研究基金（編號：QN201520）

陳曉晴，女，碩士，助理實驗師，主要研究方向：水污染控制。

高良敏。