“水污染控制工程”教学与计算机模型的耦合探索

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作者简介：胡晨燕（1977年3月-）女，江西定南人。博士，副教授。现在上海电力学院从事教学与科研工作。主要研究方向为水处理技术。

摘要：介绍了目前“水污染控制工程”的教学现状，以及结合实际需要有待改进的情况。并且着重阐述了工程教学与计算机模型的耦合探索。

关键词：水污染控制工程 计算机模型

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01 （B）-0000-00

“水污染控制工程”是环境工程专业的一门重要的主干课程，涵盖了环境工程理论体系的主要内容，同时结合工程技术，也是一门应用性很强的课程。随着学科的发展，传统的教学模式已经无法适应“水污染控制工程”课程的教学需要。

“水污染控制工程”特点是实践性、工程应用性强，因为不同的废水水质达到处理要求所采用的处理技术、处理工艺不同；即便相同的废水水质，如果污水量不同，所采用的处理工艺也不同；一个废水处理工程，即废水水质、水量数据相同，也可以采用不同的处理技术和处理工艺。

1 教学改革

1.1 增加案例分析教学的广度和深度

“水污染控制工程”课程内容广博、繁杂，通常是按教材思路逐章学习生物法、物理法、物化法等单项的处理方法和内容，这种教学存在着理论与实际脱节、学生参与感不强和学习积极性不高等问题。因此将工程案例教学贯穿于教学中，通过对综合型工程分析案例的讲解和讨论，使学生掌握有关知识、理论和专业技能。

教学过程中以案例教学的模式让学生理解相应的理论知识，结合课程设计的工艺选择原理进行讲解，让学生从环保设计的角度重新思考各处理单元的理论知识，使教与学的过程变得更有系统而且易于掌握。

1.2 注册环保工程师考试专业内容融入课堂练习

在注册环保工程师考试中，专业工程计算类的题目大多比较灵活，涉及内容更加全面，不是对单一方法的设计要求，它包括对实际污染情况的判断、计算规范的掌握。针对这样的情况，训练学生注意以下几方面的技巧和答题的规则。

（1）仔细审题，甄别题型。

（2）理清答题思路，确立相应规范。

（3）简答题阐述要详略得当。

（4）题目的回答有层次展开。

通过计算及案例练习，了解重要的环保规范和标准，熟悉众多标准在行业中的应用，为今后的环保工程师的实际工作打下一定基础。

1.3 教学与软件的结合

“水污染控制工程”特点是实践性、工程应用性强，因为不同的废水水质达到处理要求所采用的处理技术、处理工艺不同；即便相同的废水水质，如果污水量不同，所采用的处理工艺也不同；一个废水处理工程，即废水水质、水量数据相同，也可以采用不同的处理技术和处理工艺。水处理仿真系统的发展和数学模型的发展是相辅相成的，数学模型认知的提高可以知道仿真系统的研发方向，而仿真系统的运用和技术总结又可以为数学模型的进一步发展提供经验与验证。

为了让学生了解水处理模型，在案例教学中采用自主开发的物化处理工艺模型软件系统，该系统是在混凝、电解、芬顿法等典型物化工艺基础上开发出来的。具有内部机理清晰明了，界面友好，应用方便等优点，特别适用于初级学生对于水处理模型计算的深入学习，将以往艰深的模型教学变得更为直观有效，并且结合渗滤液处理案例，将大量枯燥的数据以图标形式转化为可预估的处理结果。

2 计算机模型软件介绍

对渗滤液的物化处理工艺进行模型研究及仿真系统开发的目的，是为了了解污染物质在各物化处理工段（混凝、电解、电解芬顿）的降解机理，提高处理效率，降低处理费用。系统设计了初始数据输入文件、工艺动态仿真界面、有机物处理预测分析界面、氨氮处理预测分析界面和图表打印程序等；然后用主界面将各部分子界面用按钮形式相连接，使系统各部分既相互独立又相互统一。基于此思想，本系统采用了Matlab作为软件支持环境，系统还采用了Matlab所具有的粘贴、打印等功能，使运算结果既可直接输出，又可在Office软件中编辑。

2.1 模型软件结构与功能

2.2 软件界面与主要运算结果

在Matlab软件环境下运行主程序，即可弹出模型软件主界。选择左上角的工艺动态仿真按钮，弹出工艺动态仿真界面。选择工艺条件，分别输入工艺参数范围和工艺参数后，点击“确定”键，可以得到动态的有机物进、出水值和处理效果以及其它工艺参数的图形和数据显示，如图2所示。

软件运行后，在运行窗口左边弹出该输入点与其前19个点组成的曲线变化趋势，并表明了该点的进水COD浓度、出水COD浓度、去除效率以及进水pH值。这四张图随输入数据的变化不断在改变。右边弹出的是实时变化的变化点的工艺运行条件和处理效果详细资料。用户可通过该表的观察，较容易地了解到输入工艺条件下的物化处理的运行效果。按“返回”键可以退回到物化处理主界面。

该软件根据试验研究得出的混凝、电解、电解芬顿的反应动力学方程和数学模型，利用MATLAB的GUI功能，建立了生活垃圾焚烧厂渗滤液的物化处理（混凝-电解/电解芬顿）动态模拟仿真系统，可进行组合工艺对有机物处理效果的动态模拟和运行费用估算、工艺单体的有机物和氨氮处理预测分析。该系统界面友好，功能较为齐全，方便用于物化处理效果的预测和仿真控制。

这套模型仿真系统界面比较友好，功能较为全面，可以在进行水污染控制工程教学时，作为示例使用，甚至可以选择其中较为简单的模型引导同学进行编程试验，让学生对于计算机建模工作有更加直观和全面的认识。

3 总结和建议

在高等教育规模快速扩大、就业形势日益困难的外部大环境下，如何培养具有扎实专业基础的应用型人才、提升学生的社会竞争力是需要高校专业教师思考并不断付诸实践的问题。从培养环保工程师的角度，将计算机模型软件与水污染控制工程应用相结合也十分必要。

参考文献

[1] 栾兆坤.混凝基础理论研究进展与发展趋势.环境科学学报.2001，21（6）：1～9

[2] 王鹏， 刘伟藻， 方汉平. 垃圾渗滤液中氨氮的电化学氧化. 中国环境科学， 2000， 20（4）：289～291

[3] 陈胜兵，何少华，娄金生等. Fenton试剂的氧化作用机理及其应用. 环境科学与技术，2004，27（3）：105～108