水处理仿真软件在环境监测与治理技术专业教学中的重要性

(天津冶金职业技术学院，天津 300400)

一、绪论

我国环保产业经过30多年的发展，取得了长足的进步，已经由初期的“三废治理”为主，发展成为环保产品、环保设施的建设、环境服务、资源循环利用等领域的门类比较齐全的产业体系。随着国家环保力度的不断加强和环保产业政策的日益完善，环保产业快速发展，产业领域不断拓展，产业结构、技术和产品结构不断优化升级，运行服务业发展加快，为环境的保护和污染物的减排做出了贡献。而作为环境污染大户冶金行业，环境问题尤为严重，并且急需环境监测及治理方面的优质人才，我们根据行业需求，开办了环境监测与治理技术专业。

为了培养德智体全面发展，具有扎实的基础知识、熟练的专业技能、适应性强、素质高，能适应从事不仅仅局限于冶金行业的环境监测与分析、环境工程设计、施工、运行管理、环境影响评价等生产、建设、管理、服务第一线需要的高级技术应用性人才。我们根据教学中所发现的问题以及学生在学习过程中逐渐体现的技能训练需求，对该专业的实训条件我们逐步在完善。

在该专业课程设置上，根据行业要求，我们在课程设置上除了一些必须的公共基础课和专业基础课之外，在最为重要的专业核心课上，开设了环境监测技术与评价、环保设备设计与应用、水处理与水污染控制技术、大气污染控制技术、固体废物处理技术与利用共五门课程。这里我们主要针对水处理与水污染控制技术这门课程讨论在实训课程设置上，我们如何很好的利用现有条件，采取合理的手段实现学生的实训内容。

二、水处理与水污染控制技术课程综述

水是生命之源，是自然界最普遍存在的物质之一。人类社会为了满足生活和生产需求从各种天然水体中取用大量的水，这些生活和生产用水，使用后成为了生活污水和工业废水，作为冶金行业来说，也是工业废水排放的主要源头。这些废水被排放后最终又流入天然水体。这样就构成了一个循环体系，这个循环体系叫做水的社会循环。而水体环境污染的保护和治理的任务就是保证取水排水的社会循环能够顺利进行。

水资源并不是取之不尽用之不竭的。水资源的地域分布极不均匀，有些地区水资源相当匮乏。而作为钢铁行业又是消耗水资源的大户，如何合理的利用水资源就成为我们首要解决的问题。随着资源开发的伸入和工业的快速发展，环境保护压力日趋严峻，水资源的保护和控制也已经成为了世界性的突出难题，我国的环境保护法和相关的水污染防治法对水资源的保护、水污染的控制等提出了更加严格的要求。《污水综合排放标准》中也对废水排放量及污染物总量进行限制。所以目前大力提倡冶金企业的零排放，解决水资源严重不足的问题。

作为冶金工程系环境监测与治理技术专业的学生，更是将水处理与水污染控制技术这门课程作为专业核心课程重点教授。

冶金企业水循环具备总量较大，除高炉等主要设备外单台设备的用水量较小，用水点较多，安全供水要求高等特点。我们在开展专业实训的时候，由于行业的特殊性，无法将水处理系统完全按照企业标准1:1的转移到课堂，而实训课全部到企业中实现也并不现实，为了寻求一个比较好的解决方法，我们认为利用水处理仿真软件来进行实训既能满足学生的学习需求、又能够在学校的现有条件下实现整个课程所有实训内容。

冶金废水的基本处理方法大致有如下几种：

1.物理处理法 指的是依靠重力、离心力、机械拦截等作用除去水中杂质或按水中污染物的沸点和结晶点的差异特性净化废水的方法。常用于污水处理的一级处理或者预处理阶段。

例如重力分离法又包括沉淀法、过滤法、离心分离等，其原理都较为简单，在这里就不一一赘述。

2.化学处理法 是利用化学作用处理废水中的溶解物质或胶体物质，可用来去除水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、氮、磷、乳化油、色度、臭味、酸、碱等，对于废水的深度处理也有重要作用。

其中包括中和法(主要用于酸碱废水处理)，化学混凝法、化学沉淀法、氧化还原法等。大多是利用相应的化学反应原理进行废水当中污染物的处理。

其中混凝法是废水处理中较为常用的一种方法，一般是用来处理废水中利用自然沉淀的方法难以去除的细小悬浮物及胶体微粒，可以用来减低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、重金属和放射性物质。混凝法还能改善污泥的脱水性能。这种方法设备简单，操作易于掌握，处理效果较好，间歇或连续运行均可以。但是运行费用较高，沉渣量大，脱水较困难。

3.物理化学法 常见的方法包括吸附、萃取、浮选、电渗析、反渗透、超滤等。

(1)吸附法 是利用多孔固体吸附的表面活性，吸附废水中的一种或多种污染物，以达到废水净化的目的。

(2)萃取法 利用与水不相溶解或极少溶解的特定溶剂同废水充分混合接触，使溶于沸水中的某些污染物质重新进行分配而转入溶剂，然后将溶剂与除去污染物质后的废水分离，从而达到废水净化和回收有用物质的目的。这种方法处理水量大，设备简单，便于自动控制，操作安全、快速、成本低等优点，因而该法具有广阔的应用前景。目前用于为数不多的几种有机废水和个别重金属废水的处理。其工艺包括混合、分离和回收三个重要工序。

(3)浮选法 利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面，实现固液或液液分离的过程。根据表面张力的作用原理。当液体和空气相接触时，在接触面上的液体分子与液体内部液体分子的引力，使之趋向于被拉向液体的内部，引起液体表面收缩至最小，使得液珠总是呈圆球形存在。

(4)电渗析 是在直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。电渗析技术逐步推广，在环保方面进行废水处理已经取得良好的效果。但是电耗高，还仅限于以回收为目的的情况使用。

(5)反渗透 利用半渗透膜进行分子过滤来处理废水的一种新的方法。在较高的压力作用下，这种膜可以使水分子通过，而不能使水中溶质通过，利用它可以除去水中比水分子大的溶解固体、溶解性有机物和胶状物质。近年来应用范围在不断扩大，多用于海水淡化、高纯水制造及苦咸水淡化等方面。

(6)超滤 利用半透膜对溶质分子大小的选择透过性而进行的膜分离过程。所需压力较反渗透低，一般为0.1～0.5MPa，而反渗透一般为2～10 MPa。一般只采用单一的超滤方法不可能去除不同分子量的各类溶质，一般多是与反渗透法联合使用，或者与其他处理方法联合使用，多用于物料浓缩。

4.生物处理法 是指利用微生物的新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质，使废水得以净化。分为好氧生物处理和厌氧生物处理。

其中好氧生物处理常见的方法包括活性污泥和生物膜法。而厌氧生物处理一般是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物(或兼性厌氧微生物)的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程。

生物处理法是常见的水处理方法，例如在冶金行业中我们常用到的氧化沟工艺、SBR工艺、UASB工艺、AB工艺、A-A-O工艺等，都是主要依赖微生物原理进行水处理的方法。

三、水处理课程实训的实施

针对这些主流水处理工艺，我们可以通过仿真软件的应用来达成学生的实训的要求。例如我们通过模拟实际工艺流程制作一套氧化沟工艺的仿真操作系统，学生可以在不必亲临现场的前提下，利用计算机软件，很好的掌握相应的处理工艺原理以及操作要点。学生可通过对相关参数(混合液悬浮固体浓度、混合液挥发性悬浮固体浓度、污泥沉降比、污泥容积指数、污泥龄、污泥有机负荷)的控制，要求该系统能够达到相应目标。

作为高职院校学生需要考取职业资格证，学校也会举办相应的技能大赛项目，而仿真软件不仅仅可作为课程实训练习用，也可以作为职业资格证书考取时实操部分的重要考核手段，以及技能大赛的主要比赛内容。而本身仿真软件带有自动评分的功能，就免去了教师评分的繁琐，也避免了教师评分时由于一些主观因素而造成的不公平现象。

职业资格证书考核时，我们可以根据不同的内容进行如下的考核标准制定：

氧化沟工艺系统职业技能证书考核时，中级工考核进行初沉池进水ss升高、调节氧化沟外沟和内沟DO等操作；高级工考核处理负荷增大时、出水COD增高时、以及氧化沟泡沫问题的操作。

气浮工艺系统，中级工可操作的内容有：补水泵操作、气浮池启动操作、溶气罐压力过高应急处置；高级工可操作的内容有：系统开车、系统停车。

A-A-O工艺系统，中级工可操作的内容有：二沉池运行管理、来水SS增高、反应池曝气量的调节；高级工可操作的内容有：出水氨氮超标、出水磷超标、污泥丝状菌膨胀等。

UASB工艺系统，中级工可操作的内容有：正常工况巡视，调节来水ph值，配水不均造成2个UASB反应器跑泥，控制UASB反应器温度等；高级工操作可进行的内容有：初次启动问题，初次启动第二阶段异常问题处理等。

根据指定的标准，利用水处理仿真软件，我们就可以很好的掌控学生的实训、考证以及技能大赛的评定工作。

四、结论

综上，我们可以看到采用水处理仿真软件的方式实现学生的水处理与水污染控制技术课程实训计划，是对于高职院校学生来说较为合理的手段。该法既不需要如采用实际生产流程那样占用大面积的空间因此难于在校园中实现，并且可以通过模拟仿真的方式，实现整个处理流程。并且在每一处细节均可设置相应的考核内容以便考察学生对于操作流程的掌握情况。当然为了更加贴合实际生产过程，我们在采用仿真软件的同时也可利用一些实验室操作设备来让学生了解实际处理设备的构造和运行原理，为工作中可能涉及到的设备维护维修问题打下基础。

参考文献：

[1]王金梅，薛叙明.水污染控制技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]马红周.冶金企业环境保护[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[3]李光强，朱诚意.钢铁冶金的环保与节能[M].北京：冶金工业出版社，2006.