校園污水處理自主實驗探究

饒怡璇 楊瑾 劉慧龍

【摘要】實地調查校園污水，了解校園水質污染的分布情況，提出具體解決和治理方案。通過自主設計實驗方案的方式，激發(fā)學生自主學習思考能力和實驗積極性，提高學生綜合素質。

【關鍵詞】方案設計 ?污水處理 ?自主實驗

【基金項目】1.武漢大學實驗技術項目：電氣浮-絮凝及電氧化還原一體化實驗系統(tǒng)研制（項目號：600400009）;2.武漢大學2017年開放實驗項目。

【中圖分類號】G64 ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）43-0209-02

概述

目前，大多數(shù)高等院校的實驗教學都是首先由任課教師編寫好實驗指導書，提前分組做好各項實驗準備工作，開始時講述實驗原理和注意事項，學生根據(jù)既定的實驗方案和步驟完成實驗操作，整個實驗過程類似一種驗證性試驗。此方法在一定程度上提高了學生的動手能力和對儀器的了解，但極大的限制了學生自主創(chuàng)新和自由發(fā)散的思維，這對培養(yǎng)高素質人才的幫助極其有限。

以學生為主體的校園污水處理工藝方案設計及動態(tài)模擬實驗是由學生自主開展的一項開放實驗項目。實地調查、前期準備、方案設計、運行操作等過程由學生自主獨立完成，教師起輔導協(xié)助作用，成員以環(huán)境科學與工程專業(yè)的高年級本科生為主。由于武漢高校的區(qū)域化、集聚化特點，使得武漢大學校園污水處理工藝方案設計及動態(tài)模擬實驗更具有學習和借鑒的意義。

1.校園內污水狀況調查及工作程序

經調查，武漢大學排放污水主要包括日常生活污水、相關實驗污水、某些專業(yè)實習生產設備排放的污水。通過實地走訪調查確定具體的污水采樣點，以及針對污水特性設計處理方案。具體工作程序如下：

1.1.團隊人員招募

2017年2月底在全校范圍內跨專業(yè)召集對環(huán)境方向實驗感興趣的成員。實召18人，人員分布為：2014級本科生7人、2015級5人、2016級6人，由專業(yè)知識更扎實的14級本科生牽頭，負責整個實驗的設計安排工作，15級、16級學生進行觀摩、學習及簡單的實驗操作。指導老師2人，主要負責實驗指導及監(jiān)督。

1.2.污水排放調查

確定調查對象。重點調查學校信息學部、文理學部和工學部的各大食堂的污水的排放情況調查，記錄污水的顏色、氣味、溫度、及周邊其它影響水質的因素。經過實地調查后，根據(jù)排污口是否方便取樣、排出污水污染物質的含量、是否方便布置采樣點等因素最后確定兩個食堂排水為采樣水源。

1.3.自主設計方案

根據(jù)食堂廢水含有的污染物，確定實驗方案。包括采樣點選定的范圍、水樣處理系統(tǒng)確定。實驗從5月6日開始，每周六開展一天實驗，持續(xù)5周。

根據(jù)往年實地調查記錄及省環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測資料，并結合校園內食堂污水排放情況，采取活性污泥法中經典生物處理方法進行污水的處理。

實驗人員分為三個小組，一組負責具體實驗方案設計，實驗設計后由老師指導完善實驗方案;一組負責污水采樣收集，本組成員又分為兩組，前往兩個采樣點進行采樣;另一組主要負責污水指標的檢測及污水處理實驗的運行。

1.4.污水采樣與實驗

采樣頻率為每周一次，根據(jù)之前調查的結果確定采樣時間為10：00-10：30，此時正處于食堂制作飯菜的時間，時間過早廢水主要為洗菜水，有機質含量少，時間過晚廢水主要為洗碗水，洗滌劑含量較高。采樣時做好地點、時間的相關記錄并在水樣容器上貼好標簽。

水樣采回實驗室，組裝調試實驗系統(tǒng)，實驗系統(tǒng)處理流程為：酸化-曝氣氧化-絮凝沉淀-豎流沉淀。

首先測量原樣的濁度和pH值，測完密封以備生物處理。對于污水狀況調查主要指標有溫度、色度、嗅味、固體殘渣、COD、BOD、pH、植物營養(yǎng)元素等等。具體實驗步驟在4.1中進行介紹。

2.處理工藝及實驗方案

本開放實驗選取活性污泥法中經典生物處理方法，對校園食堂污水進行處理。

活性污泥是由具有活性和良好的凈化污水功能的微生物及其自身代謝的殘留物組成的絮狀污泥，包括吸附在絮狀污泥上的不可生物降解的有機物和無機物。

實驗系統(tǒng)處理流程如圖所示。

3.組裝并運行實驗系統(tǒng)

3.1實驗裝置

大水槽（盛放原水）、鋼化玻璃材質的酸化池、曝氣池、機械絮凝池、豎流式沉淀池、小水槽（出水）、橡皮軟管若干、小型水泵兩只、小型真空泵一只、止水夾若干。

3.2實驗流程

（1）按照流程圖組裝實驗系統(tǒng)，先用清水進行試驗，檢驗實驗系統(tǒng)有無漏水現(xiàn)象，若有紕漏及時做出調整。

（2）待實驗系統(tǒng)確認無誤，往酸化池、曝氣池中分別加入適量的活性污泥，并逐漸提高大水槽中原水比例，最終達到100%。此舉是對活性污泥進行馴化，使微生物逐漸適應新的生活條件，逐步達到對食堂廢水所要求的滿負荷及很高的處理效率。馴化過程中，能適應新條件的微生物得到發(fā)展，不能適應的微生物被逐漸淘汰

（3）馴化過程中應根據(jù)微生物需要加入養(yǎng)料。為了縮短培養(yǎng)馴化時間，可將培養(yǎng)、馴化兩階段合并起來進行。根據(jù)實驗條件，剛開始運行速度0.2L/h，逐漸減小到0.1L/h。

（4）待系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，分別取運行3、5、10天后的出水作為測試樣品，檢測各項指標。

4.實驗結果

本實驗檢測原水pH、濁度、COD以及BOD5、曝氣池生物相鏡檢、及處理后出水pH、濁度、COD以及BOD。

4.1實驗步驟

4.1.1水樣的預處理

（1）水樣的pH 值調節(jié)，用鹽酸或氫氧化鈉稀溶液調節(jié)至近于7。

（2）放置1-2h，消除水樣中游離氯。

4.1.2水質指標測定

pH采用pH計測定， 濁度采用濁度儀測定，COD測定采用HACH微回流COD測定方法BOD5采用標準分析法結合溶解氧溶氧儀（YSI55型）測定，方法如下：

配制稀釋水到10升下口瓶，并曝氣至氧飽和，并測定溶解氧濃度，以1/5CODcr值為稀釋比將水樣稀釋，以虹吸法分裝入3個碘量瓶，分別為1瓶稀釋水和2瓶水樣。其中1瓶稀釋水和1瓶水樣置于培養(yǎng)箱20℃培養(yǎng)5天，另1瓶水樣用溶解氧儀（YSI55型）測定初始溶解氧。取出培養(yǎng)5天后的稀釋水和水樣用溶解氧儀（YSI55型）測定剩余溶解氧。

計算： ?BOD5 （mg/L）=[（D1-D2）-（B1-B2）f1]/ f2

式中：

D1——水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度（mg/L）;

D2——水樣經培養(yǎng)后，剩余溶解氧濃度（mg/L）;

B1——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)前的溶解氧濃度（mg/L）;

B2——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)后的溶解氧濃度（mg/L）;

f1——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)液中所占比例;

f2——水樣在培養(yǎng)液中所占比例。

4.2實驗數(shù)據(jù)

曝氣池中生物相觀察：

活性污泥絮凝體0.5mm左右;草履蟲、鐘蟲等纖毛蟲類原生動物約150個/ml; 輪蟲、昆蟲的幼蟲等微型后生動物約10個/ml。

5.實驗結論

從實驗數(shù)據(jù)來看，原水中COD、BOD5均超過排放標準，不能直接排放，系統(tǒng)運行3天或5天后的污水COD、濁度、BOD5與原水相比顯著降低，pH略有上升接近中性，水質有很大改善，所有數(shù)據(jù)均達到排放標準，可直接排放。通過曝氣池中生物相檢測也可以看出，經過酸化-曝氣處理后，曝氣池中微生物種類和數(shù)量表明，這一步中的處理后已經是輕度污染水質，再經后期的沉淀處理后，達到了排放標準。這進一步證明了本實驗系統(tǒng)對于校園污水處理非常有效。

6.總結

（1）由于實驗時間等條件的局限，本實驗所選取的采樣點少，僅選取兩個典型的代表點，對實驗最終的結果分析以及處理對策產生影響，如條件允許，應多選取采樣點進行調查;

（2）由于開放性實驗是學生自主設計的方案，完全由學生自主動手完成，整個過程專業(yè)程度較高，同時因非環(huán)境專業(yè)的學生參與，因此，實驗過程需要指導老師加以監(jiān)督輔導。

參考文獻：

[1]陳凌華.應用型人才培養(yǎng)模式下的本科實驗化學教學改革初探[J].生物化工，2017（5）：74-76.

[2]郭艷，張進良，楊廣禮，席麗.本科實驗教學改革和創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)研究[J].才智，2017（18）：60.

作者簡介：

饒怡璇（1997-），女，漢族，四川閬中人，武漢大學資源與環(huán)境科學學院，本科，學生，研究方向：環(huán)境工程。

楊瑾（1997-），女，漢族，湖北孝感人，武漢大學資源與環(huán)境科學學院，本科，學生，研究方向：環(huán)境工程。

劉慧龍（1966-），男，漢族，湖南湘鄉(xiāng)人，本科，高級實驗師，研究方向：環(huán)境科學與工程。