时间：2023-06-19 16:18:24
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇工程化学公式总结，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
应用化学专业是以化学学科为基础的应用型理工科专业。国家教育部颁布的本科专业目录明确规定：应用化学专业属于理科专业，毕业生可根据所在学校教学计划及培养目标授予理学或工学学士学位。这说明应用化学是以理为主的理工结合专业，是研究化学理论在相关领域中应用的理科专业，是产品开发或技术应用型专业，而不是工科专业。但是，从应用化学学位授予现状来看，学士一般授予理科学位，硕士则可授予理科或工科学位。说明应用化学具有工科专业的特点。另外，目前全国有近400所高校开设应用化学专业，覆盖本、专科不同层次和理工、农林、师范等不同类型高校。其中大多数是新办或改办的。大量的应用化学专业毕业生除了小部分从事教育、研究和质检等行业工作外，其余的势必要进入企业从事产品开发和工程管理工作。而当前相当数量的本科生毕业后在工作中感觉实践能力和动手能力较差，进而影响到创新能力的提升，最终势必限制其职业发展。因此，在本科阶段，应用化学专业学生应该具有一定的工科或工程化素质，对其研究生深造或工作实践打下工程化基础具有重要作用。
另一方面，当前，地方本科院校是我国高等教育发展的重要新生力量，此类高校大多能够把握形势、明确定位，以地方性、应用型为办学方向，走特色化发展道路。此类高校更要防止一味追求大而全、赶研究型大学的时髦、进而陷入同质化的境地。因此，此类高校在特色发展中，工科专业的培育和发展更应从基础抓起，在使学生掌握基本工科课程知识的同时，应使学生具有基本的工程化素养。
针对目前国内应用化学专业数量多、方向杂、规范性不足等问题，参照近期教育部专业教学指导委员会制定的教学基本要求，结合许昌学院应用化学专业多年来的建设体会，发现传统教学模式存在的问题：首先，没有特色，或没有按特色化发展去设置培养方案；其次，师资力量薄弱，实践教师人员匮乏，双师型教师几乎没有；第三，教学方法仍流于说教；第四，实践环节不符合工程化素质人才培养。本文相应地从创新培养方案、灵活师资培养、案例法教学、实践教学改革等四个方面论述了以工程化素质培养为导向的教学改革。以期为规范和办好应用化学理科专业提供理论依据和实践经验。
一、创新培养方案
从当前我国地方高校中应用化学专业设置的范围来看，有趋同的倾向。对于像许昌学院这样的地方新升本院校，如果不走特色化道路，势必在激烈的竞争中惨遭出局，对应用化学专业来说更是如此。我校的定位为地方性、应用型、服务中原城市群建设、依托地方经济发展、目前通过校企合作、服务经济对改造专业建设、推进学科建设起到了显著的作用。对以往单纯旨在培养研究型人才的培养方案加以调整，注入了工程化、应用型人才培养的元素。首先，将“工程实践”能力作为一项重要的技能写进培养目标中。其次，在培养规格中增加“工程实践”能力一条，具体阐述为“具有将产品实现从实验室规模到工业规模的认识和初步能力”。最后，最根本的是课程设置目标更加明确、为专业特色服务的目的突出，凝练了专业方向，加强了专业课分量和深度。
2010年之前，应用化学专业完全按照理科专业模式设置，专业课除了四大化学、仪器分析、化工基础等必修课之外，选修课则是按照四个模块设置，具体为，纳米材料模块：纳米材料学、纳米材料的检测与表征、应用X射线衍射技术。光电材料模块：新能源材料、太阳能电池材料、光功能材料。工业分析模块：色谱与分离、光谱分析、环境分析。化工模块：化工制图、反应工程基础、化工分离技术。其它的选修课则有催化、有机合成设计、应用电化学、无机合成化学、精细化学品化学、化学工艺学、化工产品开发概论等以及一些必修课选论（主要为考研学生开设，主要是讲解典型例题，如物理化学选论等）。从上述课程设置来看，课程模块太多，每个模块课程单薄；必修课基本完全是专业基础课，而专业课则直接过渡选修课，专业课设置薄弱，显然不能满足专业特色方向设置对课程的要求。因此，2010年后，我们对应用化学专业设置了两个方向，分别是精细化工和高分子材料，相应地设置了必修课（专业基础、专业课）和选修课（专业课），加深了专业课程基础，凝练了方向，取得了良好的效果。具体为，精细化工模块：精细化工工艺学、精细有机合成单元反应、精细化工过程及设备、精细化工实验。相应的选修课有化工产品开发概论、分离工程、表面活性剂、涂料、胶黏剂、香精香料、纺织助剂等，可任选。高分子材料模块：高分子物理、高分子化学、高分子实验、高分子材料加工。相应的选修课有化工产品开发概论、分离工程、材料学、塑料、橡胶、纤维等，可任选。
二、灵活师资培养
教师给学生上课，并不是简单地照本宣科、传递知识，而是要培养学生认识问题、分析问题、解决问题的能力。因此，教师要掌握的就不仅仅是书本知识，更多的应该是见识，即真正的工程实践经验、理论在实践中的应用实例。
当前，地方高校处在高速发展和扩张之际，每年都会招聘一批新教师。但是，限于政策，这些新教师主要是刚毕业的博士、硕士，基本没有教师的从业经历，更没有企业实践经验。因此，教师自身对实践教学、企业生产等没有基本的认识。我院同样面临此类问题。我们的解决方法主要从三个方面入手，即理科向工科转变；攻读学位和专业培训结合，以专业培训为主；企业技术人员兼职承担理论教学和实践教学，以实践教学为主。
第一，理科背景教师向工科转变。首先要明确专业建设的需要，让理科教师产生我要转变的原动力；其次，从政策和经费上支持理科教师的工科能力进修和培训。第二，在企业内进行专业培训。比如，新教师报到入校后，在第一学期被派往企业定岗实习，期间对车间工艺、设备和部分工段操作基本掌握。在学期开始后，还安排其在老教师带领和指导下赴实习单位进行指导学生实习工作。另外，在第二年该新教师即将承担实习指导任务前的暑期，学院会安排其先期赴企业进行轮岗实习学习，掌握实习的第一手资料，提高其指导和教学水平。经过这样两年的学习、培训和指导训练，到第三年该新教师独立指导学生实习时，已经具备能够圆满完成实习指导任务的能力。该教师自身的工程实践能力的提高无疑为学生工程化素质培养提供了保障。第三，充分利用好企业师资。由企业技术人员兼职承担实践教学任务。我们对实习单位的技术人员作为师资的利用包括几部分，除了在学生实习时给学生讲解之外，还在对我方新进教师进行师资培训、来我校进行课程辅导和讲授中承担重要角色。我们采取灵活的待遇方案，使企业技术人员的积极性得到提高，我院的教师和学生均得到全面的培训和辅导，对提高实习水平和效果起到很好地促进作用。
三、案例法教学
案例教学法是在教师的引导下，再现案例实景，把学生带入特定事件的现场，通过深入角色，提高学生实际运用知识能力的一种教学方法。实践结果表明，该方法对促进学生更快、更深理解和掌握基本知识有明显成效。
应用化学专业讲授的专业课不但有理论性强的课程还有实践性强的课程。前者如物理化学、反应工程；后者如精细化学品化学、工业催化、表面活性剂化学等。国外教育界有句名言：告诉给我，我会忘记；演示给我，我会理解；让我参与，我会学会。但是，让学生理解掌握知识点不可能完全通过实验来实现。所以我们通过案例教学法有效实现了此目标。
根据学生的认知水平和规律，我们采取了从“告诉”“演示”“参与”的模拟步骤，循序渐进，使学生易于理解和掌握知识点。当然，其中的“参与”步骤更多地仍是通过课堂模拟讲述或结合实验实践课程来实现。首先，在一系列活生生的案例基础上提出学生感兴趣且切中基础理论核心的问题；然后回答问题，逐步深入，反向推理，最终使学生对物理化学的基本原理很轻松、很自然地理解、掌握、接受；最后要强调掌握部分重要的参数和指标。这样的结果就使学生掌握了基本且必要的产品作用原理和重要性能参数，符合教学要求和就业入门的目的。
该步骤示例如下：首先引出案例，例如提到农民锄地的原因，有的学生认为是松土，而正确答案应是保墒。因为土壤中有很多气孔，类似于毛细管，由于附加压力的作用，导致水分和养料丧失，锄地可以破坏毛细管，起到保留水分和养料的目的。接下来分析该案例，提出涉及的原理和知识点，即毛细管的附加压力及其产生原理（书本上的理论知识）。从土地水分丧失联想到毛细管产生附加压力，再到拉普拉斯公式和开尔文公式，从生活化的案例到理论知识的轻松理解和掌握。
其次，用生活中的多个实例来显示表面活性剂的其它作用。例如，透明状、水溶性注射针剂生产中表面活性剂的增溶作用；化妆品和农药乳状液产品中表面活性剂的乳化作用；墨水的制备中表面活性剂的分散作用；浆料中表面活性剂的消泡作用；在新型纺织品材料中的防水、防污作用等。从这些实例继续讲述胶束、表面活性剂的两亲性结构、性能参数（CMC值、HLB值）等重要理论知识就很容易被学生接受和理解掌握了。
以“表面活性剂”部分为例。首先引入肥皂和洗衣粉的实用案例。肥皂和洗衣粉是人们日常生活经常接触的化学品，可谓是“看得见摸得着”的例子，虽然可能部分学生对这类洗涤剂有初步的认识，但真正了解其洗涤作用原理的并不多。因此，此案例满足“听说过但不熟悉”的要求。在运用多媒体教学时可在肥皂和洗衣粉的种类、造型、颜色以及使用对象和部位等方面充分展现其多样性，使学生认识到该类日用品还有很多“高端产品”，还有很大的开发空间和前景。在此过程中还可以简要说明肥皂的来历等科技发展历史。
四、实践教学改革
实践教学改革分别从实验课、实习实训和毕业论文（设计）三方面开展。
传统的实验课以验证性实验为主，且内容陈旧，达不到培养学生创新能力的目的。我们的做法是改进传统实验项目、引入教师科研课题和企业课题。
首先是内容陈旧，部分实验项目已被证明不适合本科实验训练、锻炼动手能力，或难以体现知识重点，需要改进。比如，物理化学实验中测定电势-pH曲线项目主要的考查目标为理解一定条件下能斯特方程中浓度的负对数即pH值与电势φ成正比，并掌握pH值测定的原理。但事实上学生对此兴趣不大，感觉这是必然的，老师在讲的时候已经把结果给展示了，没有创造性。因此，我们增加了电极的原理和组装、pH计的原理和组装实验，放在测定电势-pH曲线实验之前，使学生亲自组装了电极、pH计，到测定电势-pH曲线时自然理解清晰、操作得心应手。
引入教师科研课题和企业课题。首先使学生接触实际存在或生产中的问题，对培养其求知欲和提高探索的兴趣具有显著作用，同时还培养了学生的专业自信；其次锻炼了教师，增强其将理论与实验实际相结合的能力。
实习实训按一般常规情况就是带领学生去工厂实习几周，请工厂的技术人员讲课，然后参观生产车间，就算完成生产实习任务。结果是每年学校都要投入大量的财力，学生实习则走马观花，成了走过场，效果自然难以体现。
目前，在前述加强师资的前提下，使得我们拥有了一定的工程化素质的教师队伍，结合企业技术人员，为做好实习实训打下了良好的人力资源基础。另外，我们采用了新的管理模式和综合实习实训考核方式，起到了较好的效果。具体做法为：管理采用封闭管理、集体上下班、随时考勤等，保证学生的实习时间和在岗率；考核不但要参考其实习报告，还要引入笔试和面试、单独岗位操作和答辩等，保证了学生真正掌握、理解生产过程，起到实习的目的。
毕业论文目前面临的最大问题是学生由于要备考研究生，导致实验时间难以保证。我们的改进做法是：其一，严格毕业论文（设计）出口机制，让达不到要求水平的毕业论文（设计）作者延期毕业，重新答辩，使学生重视，教师认真对待。其二，一部分学生在大二或大三即进入教师实验室，进行科研创新实验。每年学期初由年级辅导员、班导师向有需求的教师推荐一些学有余力、感兴趣的学生去进行科研创新实验。对学生巩固实验课所学的技能和知识有显著作用，还可培养其实践动手能力，另外还可以为毕业论文写作打下基础。其三，毕业论文或设计可以与毕业实习结合。通过延长企业实习时间，并提炼出课题或模拟出设计任务让部分感兴趣的学生选做，这样就可以使学生提前了解了课题的背景，为做论文或设计打下了坚实的基础，同时节省了时间。
五、效果与探讨
2010年以来，我院应用化学专业通过上述教学改革，取得了明显成效：
第一，青年教师投身于教学改革的热情更加高涨，并从工程化素质提升和教学过程中得到成长。3年来，青年教师积极总结教学经验并申报教学研究项目，共获立项校级教研项目4项，发表教研论文5篇。同时，有2位教师获聘副教授，2位教师获聘讲师，其中有2位教师获聘双师称号。
第二，学生动手能力和解决问题的能力得到提高。首先在后期实验中，学生的动手能力显著提高，比如物理化学实验，90%的学生能够在3个学时的规定时间里保质保量完成实验任务，而在过去则一般需要延长1个学时才能完成；其次，学生参与教师科研创新实验的积极性空前高涨，毕业论文质量也相应大幅度提高；最后，3年来，学生参与“挑战杯”创新大赛、企业奖学金项目、校级创新课题等立项、获奖共计35项。
第三，学生学习成绩提高，考研录取率显著升高。从2002级到2009级，考研录取率从最早的10%上升到60%。这固然与学生的刻苦学习有关，但显然与上述教学改革有一定关系，尤其是实践教学改革结出了硕果，比如提高了学生动手能力、增强了其考研面试竞争力这一结果，势必会提高学生被录取的机会。
参考文献：
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关键词：热力学与统计物理 教学内容 教学方法 考核方式 材料物理专业
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0170-02
材料物理专业是材料科学与物理学的一个交叉学科，专业特点要求在课程设置上既有材料科学方面的课程又要有物理类课程。安徽工业大学材料物理专业于2003年开始进行筹划建设，2005年实现了首次招生。经过几年的探索、规划和实践，基本完成了专业定位和课程体系设置[1]，正逐步完善专业建设。现阶段，保留了量子力学，热力学与统计物理（以下简称热统）和固体物理学作为本专业的物理类必修课程。其中，热力学与统计物理是一门重要的专业基础课，无论对后续的物理类还是材料类课程的学习都起到承上启下的知识连接作用。本课程的设置目的使学生能够熟练掌握热力学和统计力学的基本原理和研究方法，逐步建立分析微观世界的思路和方法，训练学生严格的逻辑思维能力，培养演绎推理能力，提高解决具体问题的能力。
1 热力学与统计物理课程教学中存在的主要问题
热统课程内容由热力学和统计物理两部分组成。其中，热力学是研究热现象的宏观理论，它从若干经验定律出发，通过严密的逻辑演绎方法，最终给出系统的宏观热性质；而统计物理则是研究热现象的微观理论，它从微观粒子的力学规律出发，加上统计假设，获得系统的宏观性质。从内容上来看，热统课程的理论性强，教学内容繁杂。尤其，在当前高校推行素质教育和培养应用型人才的指导下，基础理论课课程教学学时均有不同程度的压缩。我校热统课程安排为40个学时，由此带来了教学学识少和教学内容多的严重矛盾。我们根据我校材料物理专业特色方向和后续课程，在热统教学内容上做出了适当的调整。
现行的热统教材理论性强，较适合理科生使用，缺乏较合适的工科材料类学生使用的热统教材。在组织教学中，我们以汪志诚编写的《热力学・统计物理（第四版）》作为主要参考教材[2]，同时综合了多本经典教材，如：胡承正编著的《热力学与统计物理学》，包景东编著的《热力学与统计物理简明教程》等[3～4]。根据我校材料物理专业培养目标和专业特色方向，本着“先进、有效、有用”的原则，对热统课程的教学内容应该进行认真清理与重构，形成适合本校实际的课程讲义。
在教学方法和考核方式上也应根据我校实际进行相应的改革。热统课程是一个理论性强的课程，其中的物理概念抽象，物理公式繁杂。安徽工业大学材料物理专业是在工科背景下成立并发展起来的，学生的数理基础相对薄弱，在学习的过程中会有些吃力。长期的教学实践告诉我们，如果采取传统的灌输式教学方法，只能使热统课堂教学枯燥无味，学生被动的接受知识，失去了学习兴趣，甚至对后续的专业课学习产生抵触情绪。另外，传统的闭卷考试常造成学生不重视平时的学习过程，期末复习只看教学课件，期待老师划重点，搞突击记忆。
针对上述现状，我们尝试着进行了教学内容，教学方法和考核方式的改革和实践。
2 教学内容的改革
2.1 优化教学内容
热统课程的热力学部分与先修课程，如大学物理、物理化学和工程化学基础的部分内容重复率较高。我们在充分了解本专业学生的先修课程和后续课程的教学内容后，对与其他课程有交叉重叠的部分进行了压缩和删减。比如：热力学部分的热力学基本定律，热力学函数，化学平衡条件，理想气体的化学平衡等都在先修课程里面作为重点内容进行讲授的。在实际教学时，只作复习性的简述或以学生自学的方式完成。但为保证热力学基本概念与规律的严格性与系统性，对重要的基本概念和定律还是进行重点讲解。通过这样的调整，节省了热力学部分的教学学时，加大了统计物理部分的学时讲授。统计物理是从宏观系统的微观结构入手，从内容上与量子力学和固体物理课程联系紧密，也为后续的计算材料学课程，甚至可为本科毕业论文工作提供前期的知识准备。在统计物理教学部分，将在先修课程中学习过的麦克斯韦速度分布率和能均分定理略讲；固体的热容量的德拜理论是固体物理课程的重点教学内容，在热统教学中，这部分只简单提及。经过这样的教学内容优化后，节省了课时，加强了课程之间的联系，提高了教学效率。
2.2 适当引入材料学科前沿内容
创新型人才的培养要求课程内容要体现先进性和现代化。通过合理的补充与热统课程相关的材料学和物理学最新的学术成就与进展，有意识的突出课程的广度，丰富和具体化基本理论内容。增加学科前沿内容，我们从两个方面进行。一方面是在讲授基础理论知识的同时，引入与该知识密切相关的科学技术发展的介绍。例如：在对温度和温标作复习简述的时候，介绍测温仪表和测温技术。电阻温度计，热电偶测温技术，红外测温技术等在后续的材料类课程学习，课程设计和实验及毕业论文工作是非常重要的一部分。在讲授气体的节流和膨胀过程一节时，介绍了获得低温的技术，以及与低温有关的材料性能的变化，超导电现象的发展历史及科研现状等；在讲授单元系的相变时，加强了对二级相变和临界现象的讲授，介绍了磁性材料，超导材料，超流体等方面的最新研究进展；在统计物理部分，介绍玻色-爱因斯坦凝聚的新进展，讲授统计物理部分的金属中的自由电子时，适当介绍计算材料学和计算物理方面的研究现状等。另一方面是通过鼓励学生现场听取相关的学术报告，或者观看相关报告的视频。通过前沿知识的适当引进，开阔了学生的视野，激发了学生的学习和科研兴趣，获得了较好的教学效果。
2.3 注重理论联系实际
材料类专业是应用性很强的专业，要求热统课程教学内容要体现实用性，加强理论与实际的联系。我们鼓励学生通过本科生科研训练计划（SRTP）和大学生创新创业计划的方式参与相关教师的课题研究，或者开设课程设计和实验。如在讲授相变的章节时，为了让学生加深对二级相变的理解，开设了高温超导转变的实验，巨磁电阻材料的相变实验等。组织学生参观学校相关的实验室，如参观计算材料实验室，使学生了解相图的理论计算方法，第一性原理计算及材料设计方法。经过这样的训练，学生对物理概念有了深入的理解，提高学生的应用能力，研究能力和创新能力。
3 教学方法和考核方式的改革
3.1 学生为主体，教师为主导
在组织课堂教学时，认真贯彻以学生为主体，教师为主导的教学思想，加强师生互动，争取使学生由被动接受知识变为主动探索知识。在课前，给学生预留思考题进行课前预习，让学生带着问题去听课，做到有的放矢。在组织教学时，对重点章节进行精讲，适时开展物理基本概念和基本问题的讨论，启发学生思考和推理。对相对容易理解的章节组织学生自学，或者制作成ppt课件，在课堂上讲解，教师在做总结式讲授。课后，要求学生独立完成作业和习题，以期加深对基本概念的理解和应用。
3.2 重物理思想 简化数学推导
在组织教学的过程中，重点讲解基本概念，突出物理思想。借助于多媒体教学，对于较抽象、难理解的概念和原理，可通过制作图文并茂的课件，或者观看相关视频的方式，使抽象的概念形象化，增强学生的感性认识。适当补充基本概念辨析题和思考题以促进学生对基本概念的深入理解和掌握。对于必要的数学推导，使用板书的方式进行详解和推导，留给学生足够的时间思考并跟上教师的思路。
3.3 考核方式的改革
考核是教学过程的主要环节之一，应具有实用性和针对性，并能体现学生的综合素质。我们在考核方面，加大了平时成绩的比例，增加了课堂回答问题，课堂讨论，撰写科研小论文等环节的考核。在期末的闭卷考试中，减少死记硬背的概念题和公式，把考核重点放在学生对基本物理概念的理解和基本理论知识的实际应用上。
4 实践效果
在教学实践中逐步形成了适合我校材料物理专业实际的热统课程讲义。实践证明，改革措施在缓解授课学时与教学内容的矛盾，拓宽学生知识面等方面效果显著。尤其，热统课程作为材料物理专业的前期先修基础课，对后续的课程学习起着承上启下的重要作用。通过上述的教学改革后，学生的学习积极性大大提高，热爱本专业的学习，踊跃参加SRTP和大学生创新创业的计划，甚至部分同学提前加入教师团队的课题组，对未来的工作或者继续深造充满信心。
参考文献
[1] 方道来，童六牛，夏爱林，等.材料物理专业定位及课程体系设置的探索[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2011（23）：104-105.
[2] 汪志诚.热力学・统计物理[M].北京：高等教育出版社，2010.
关键词:太湖;吴塘村;化粪池;接触氧化;人工湿地
2007年江苏省持续高温少雨,太湖水体富营养化严重,5月28日,太湖无锡段梅梁湾爆
发了大规模的蓝藻侵害,无锡市城区牵龙口水厂和 南泉水厂的水源先后遭受污染而停用,严重威胁生 活饮用水的安全。这次大规模的蓝藻爆发再次向人 类敲响警钟,解决太湖流域的富营养化问题,寻找 有效的对策,已成为迫在眉睫的重大任务。
太湖水体污染主要来源于内源和外源,内源主 要是湖底淤泥和水体中营养物质;外源主要为城市 生活污水、工业废水、降水等,来源众多且复杂, 对太湖水体污染贡献大,因此本文主要研究外源的 控制。我国有60多万个行政村、250多万个自然村, 居住生活着2亿多农户[1]。全国农村每年产生生活污 水约80多亿吨,而96的村庄没有排水渠道和污水处 理系统, 生活污水随意排放[1]。太湖周边分布着大量 的农村,农村生活污水对太湖富营养化贡献较大,
图 1 无锡市吴塘村
并且有分布广而且分散,水质、水量波动性大,水
中氮、磷含量较高等特征。
根据目前我国广大农村地区社会经济发展状况、污水处理与水环境保护要求,农村污水
处理主要采用化粪池、人工湿地、稳定塘、土壤渗滤、生物膜法等几种适合农村实际的污水 处理工艺技术[2],其中化粪池因造价低和管理方便为大多数农村所采用。笔者尝试将人工湿 地和生物膜法与化粪池结合起来,设计一套适合太湖周边农村地区的生活污水处理方式。
1. 研究区域的选择
无锡市南濒太湖,据了解,滨湖区对近期污水管网难以到达的行政村实施生活污水“点 源处理”工程,污水处理方式具有代表性;吴塘村毗邻太湖梅梁湖,于2004年由杨巷、白旄、 吴塘三村合并组建而成,村内有一条主干河流吴塘港直接注入太湖,地理位置具有代表性(如 图1);全村占地9.8平方公里,总人口2500人,农业为主要产业,主要经济作物为杨梅、桔 子和水蜜桃,农作物几乎不使用农药,村民用水来源为自来水和井水相结合,生活方式代表 性。因此最终选择吴塘村作为具体研究区域。
2. 处理工艺的选择
我国农村居住相对分散,经济力量也相对薄弱,部分经济条件比较好的农村修建的住宅 大都安装了配套的卫生器具、给水管、排水管,设计了卫生间,可是缺乏完善的下水道系统
[3],大部分农村生活污水主要通过现有的截污沟渠直接排到附近水体里或者下渗至土壤里, 成为水体主要的面源污染。对于农村的分散生活污水的处理方式,造价低廉、工艺简单、处 理效果有保证、运行维护简便是首要的原则。目前农村实际中使用较多的污水处理技术主要有 化粪池、人工湿地、稳定塘、土壤渗滤、生物膜法等。
2.1 化粪池
化粪池又名殷夫池,是 20 世纪初德国人创造的,作为我国城镇生活污水主要局部处理 构筑物被普遍采用,在消除病原体、减少污染等方面曾经发挥了巨大的作用。化粪池的功能 是接收、贮存家庭生活污水。池内分为漂浮层、淤泥层和中间清水层三个区域。它除了能截 留生活污水中的粪便、纸屑和病原虫等杂质的 50和去除 BOD 的 20以外、还可以减轻污 水处理厂的负荷或减轻对水体的污染。沉淀下来的污泥经 3~12 个月的厌氧分解、酸性发酵 脱水熟化后能转化为稳定状态可清掏出做肥料[4]。目前化粪池的池型主要有旧式化粪池、改 良式化粪池、立体多槽式化粪池、好氧曝气式化粪池、灭菌化粪池[5]、集成式生物化粪池[6]、 无害化化粪池[7]、新型生物处理化粪池[8]等,化粪池的改造具有潜力。
2.2 人工湿地
人工湿地(Constructed Wetland)是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统,这是 发达国家近十年来才兴起的生态处理法[9]。第一个完整的人工湿地试验始于 1974 年德国的 Othfrensen 湿地[10]。其基本原理是:在一定的填料上种美人蕉、富贵竹、芦苇等特定的植物, 将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地上,当富营养化水(如生活污水等)流过人下湿 地时,经沙石、土壤过滤和植物根际的多种微生物活动,使水质得到净化[9]。
人工湿地污水处理技术可处理氮、磷含量较高的污水,还可作为二级污水处理后接的深 度处理工艺。人工湿地主要分为潜流人工湿地和表面流人工湿地。按水流方向又可分为垂直 流人工湿地和水平流人工湿地。处理等量的污水,潜流系统用地要比表面流人工湿地少,运 行维护简单。表面流人工湿地多发的臭味和蚊蝇滋生在潜流系统中很少出现[11][12]。人工湿 地的缺点是需要大量土地, 并要解决土壤和水中的充分供氧问题及受气温和植物生长季节 的影响等问题。
垂直流人工湿地由下行流和上行流方式的两池组成。吴振斌、成水平等人对垂直流人工 湿地小试系统进行测试,对受污染地面水体中的CODcr、BOD5和TSS的去除率分别为53.6、
78.7和80.2。对细菌、总大肠菌、粪大肠菌和藻类的平均去除率分别达99.4 、85.9、
89.7和97.7。对KN、NH4+-N和TP的平均去除率分别为39.2、16.5和25.8[13]。参考该 系统进行设计,可有效降低出水氮、磷含量,不难想象最终出水能达到水功能区划的要求。
2.3 稳定塘
利用稳定塘处理污水可充分利用地形,基建和维护费用低,并能实现污水的资源化,但 占地面积大,处理效果易受气候影响,在我国难以普及[14]。太湖周边地区土地资源宝贵, 且冬季气候较低,不利于使用。
2.4 土壤渗滤
该系统将污水投配到土壤表面具有一定构造的渗滤沟中, 污染物通过物理、化学、微生 物的降解和植物的吸收利用得到处理和净化。该技术对悬浮物、有机物、氨氮、总磷和大肠 杆菌的去除率均较高,一般可达70~90,而且基建投资少、运行费用低、维护简便, 整 个系统埋在地下,不会散发臭味,能保证冬季较稳定的运行,便于污水的就地处理和回用该 技术具
有很强的技术和经济优势[1]。但是,该技术须保证处理效果,否则容易对地下水造成 污染。 2.5 生物膜法
生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化和生物流化床四种,是分散生活污水处 理主要应用的一种人工处理技术,包括厌氧和好氧生物膜两种。厌氧或好氧微生物附着在载 体表面,形成生物膜来吸附、降解污水中的污染物,达到净化目的。该方法设备简单、运行 成本较低,处理效率高[1]。
吴塘村人口较少,分布分散,无市政排水管网,几乎每座房屋旁边都有一小块耕地,可 以加以利用,所选污水处理工艺应抗冲击负荷能力强,且宜就近单独处理;经济力量薄弱, 故污水处理应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗或无能耗的工艺;村镇缺乏污水处理专 业人员,所选工艺应运行管理简单,维护方便[3]。人工湿地和生物膜法处理效果好,且是接 近自然的处理技术,此外化粪池的普遍使用和低费用使得改造化粪池推广更加容易,鉴于上 述处理方式和国内水处理相关资料,结合吴塘村本身的实际情况,决定将人工湿地和生物膜 法与化粪池结合起来,设计接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池对生活污水进行就地处理。
3. 接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池设计
3.1 化粪池体积设计
根据《给水排水设计手册第 2 册-城镇排水》和《02S701 砖砌化粪池》上相关计算公式 和设计要求,化粪池最小一般不小于 2m3,水面到池底距离不小于 1.3m,尺长不小于 1m, 池宽不小于 0.75m。
本设计中化粪池有效容积只考虑前两格计算,容积比为 3:2,取有效池长为 2.0m;尺
高 1.7m,其中保护层高度 400mm;池宽取 0.8m。故总容积为 V=2.0×1.7×0.8=2.72m3。
3.2 下行流-上行流人工湿地设计
人工湿地的深度一般是按水生植物根系自然扩展的深度来设计的,多数为 0.6~0.7m[15]。 本设计人工湿地由串联的 0.5m×0.8m×0.8m 两个池组成。
填料:底层铺 10cm 厚的碎石(直径 5mm 左右),上层为砂(直径 0~4mm)和土壤的 混合,其中下行池砂土深 0.6m,上行池砂土深 0.5m,下行池填料高于上行池 10cm。
水生植物:选择美人蕉和香蒲混合栽种。
进出水管线布置:进水干管为直径 110mmPVC 管,另设四根直径 75mmPVC 管,出水 管布置方式相同[14]。
3.3 结构设计和原理
笔者阅读了大量化粪池和人工湿地相关的文章,从中受到了一些启发,并尝试进行化粪
池改良设计及与人工湿地联用处理无锡市吴塘村生活污水。笔者构思的接触氧化-湿地-无动
力充氧化粪池处理流程和构造分别如图 2 和图 3。
图 2 接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池处理流程
4
1-腐化沉淀槽;2-厌氧接触氧化槽;3-最终沉淀槽;
4-下行流-上行流人工湿地;5-无动力跌水充氧槽
图3 接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池
(1)腐化沉淀槽:粪便污水及其他生活污水混合后首先进入腐化沉淀槽。该槽占总有效容
积的 75,为厌氧环境,污水中的有机物在此腐化,主要去除部分 BOD5、SS 和进行反硝 化,污泥和比重较大的悬浮固体会沉淀到有一定的坡度底部,比重较轻的悬浮固体上浮至水 面,中间层液体较原污水澄清。上层浮渣和底层污泥需定期清掏。
(2)厌氧生物接触氧化槽:该槽设在腐化沉淀槽右上侧出口前,槽中铺有厚度为 20cm 的 填料层,填料上下为格栅,连同填料层做成盒子状,填料皆为永久性的刚性填料,无需更换, 但可定期取出检查生物膜附着情况。底层和上层为直径 50mm 左右的鹅卵石,中间为塑料制 成的多折片球型填料,材料密度要比水大,主要作用是过滤,附着生物膜,降低流速。
(3)最终沉淀槽:该槽与厌氧生物接触氧化槽用两个直径 10cm 的正方形孔相连,主要作 用是进一步沉淀分离污水和污泥,以及去除 BOD5、SS 和进行反硝化,中间层清水通过莲 蓬弯流至人工湿地。该槽也需定期清掏。此外上述三槽会产生甲烷、氨气、氮气等气体,需 设通风管连通,由于甲烷纯度低,气体量少且难以分离,故通过通风管直接放空。
(4)下行流-上行流人工湿地:通过前面腐化沉淀槽,厌氧生物接触氧化槽和最终沉淀槽的 处理,进入人工湿地的污染物负荷将有效降低,此人工湿地由串联的两个池组成,分别为下
行流和上行流。底层铺直径 5mm 左右的碎石连通两池,上层为土壤和直径 0~4mm 的砂混
合,下行池填料高于上行池 10cm,以克服人工湿地的水头损失。一般的单一垂直流人工湿 地水从上往下流,出水水位大大较低,在埋深较深且出水水位较低的无动力化粪池中使用, 最终出水口很可能因过低而容易被淹没,而下行流-上行流人工湿地可以克服这个不足,能 够提升水位,而且众多试验表明出水效果要比单一垂直流人工湿地好。水生植物可选择美人 蕉和香蒲等普遍的植物,定期收割。下行流-上行流人工湿地相当于一般污水处理的深度处 理,尤其在去氮除磷有很高的处理效率。
(5)无动力跌水充氧槽:该槽相当于出水前的集水槽有集配水功能,并且与大气相通,可 通过里面三层铺有鹅卵石的表面粗糙的阶梯式跌水板进行复氧,可有效抑制水的发臭和提高 透明度。出水最终通过截污沟渠排至附近水体或者下渗补给地下水,大大降低了对受纳水体 的污染。
3.4 经济可行性分析
无锡市吴塘村几乎每户都修建有化粪池,粪便污水与其他生活污水分流排放,接触氧化
-湿地-无动力充氧化粪池无需采用好氧曝气和提升装置,仅通过污水的自流完成,无动力消 耗,运行费用极低;管理方便,如普及太湖周边农村地区,当地政府环保相关部门可定期检 查及安排吸粪车集中吸走底层污泥和撇去上层浮渣。接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池的建 造费用与传统旧式化粪池相比略高一些,但两者有着几乎相同的运行管理费用,对于吴塘村 乃至太湖周边农村仍然是可承受的。
