面向供水新标准的水质工程学课程改革与创新

马玉新 贾学斌 张 军

黑龙江大学建筑工程学院 黑龙江哈尔滨 150080



面向供水新标准的水质工程学课程改革与创新

马玉新 贾学斌 张 军

黑龙江大学建筑工程学院 黑龙江哈尔滨 150080

摘 要：随着《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的实施，水质工程学部分教学内容已不能满足水厂需要和教学要求。根据黑龙江大学给排水科学与工程专业教学的实践，针对供水新标准的要求、供水处理过程的关键问题和现有的教学体系缺陷，结合最新的水处理技术科研成果和工程技术经验，对该门课程的知识体系和内容进行更新，以满足社会发展需求。关键词：水质工程学；新标准；课程改革

水质工程学是给排水科学与工程及环境相关专业的一门主干课程，作为应用性强的一门学科，理论和技术应不断完善和发展。随水源水质污染加剧和供水水质标准的提高［1］，水厂原生产工艺和技术已不能满足社会的实际需求，亟需对现有水厂进行升级改造。而现行的部分教学体系和内容陈旧落后，难以满足水厂升级对水处理新理论和新技术的需求［2］。因此迫切需要对教学体系和内容进行改革和创新，纳入最新的水处理科研成果和工程技术成果，关注本学科的最新进展，促进该课程内容和体系的更新和学科的发展。

1　水质工程学课程特点

水质工程学课程将给水和排水统一到水的社会循环及水的循环利用整体之中，提供了完整的水利用与处理技术体系［3］。全书分为4篇：水处理概论、物化处理、生物处理、水处理工艺系统。该课程注重给水处理和污水处理的理论统一， 避免了基础理论重复教学，精简了学时，同时淡化了给水与污水处理的界限，以适应水质工程学技术发展的需要。通过该课程的学习，学生可掌握水处理的相关理论知识和技术，为以后从事与水处理相关工作奠定理论基础［3］。

2　水质问题和新标准的实施

水源水污染的加剧为水源的选择和水处理工艺的确定增加了难度。当前给水水质的问题主要有：微量有机污染物、藻类及其代谢产物、嗅味、氯化消毒副产物、致病微生物、稳定性铁锰、色度、保护性胶体、三氮、管网微生物再繁殖、重金属等。新水质标准也相应地增加了水质指标，检测限值更为严苛。我国1959年、1976年、1985年以及2006年的供水标准分别为17，23，35和106项。目前大部分水厂普遍采用的常规水处理工艺对于被污染的水源水虽能保证产水的生物安全性，但难以有效处理有机微污染物和避免消毒副产物的产生，产水水质难以达到新标准要求，需对这些水厂的工艺和设备进行升级改造。

3　新形势下水质工程学课程体系的不足

随着科技进步和经济发展水平的不断提高，水处理技术日新月异，原水质工程学部分内容已不能满足供水新标准的要求和社会发展需求，主要体现在以下几方面。

3.1教材内容缺乏新颖性

当前使用的水质工程学课程教材编写于“十五”之前［3］，国家在“十五”之后针对供水处理的关键问题开展了一系列科技攻关并取得可喜成果，形成了一整套适于城镇供水设施建设和升级改造的技术、工程示范经验、管理技术和规范、供水保障体系。但这些新的理论和技术成果以及相关工艺参数未能及时补充到教材中。各院校在教学过程中将一些新技术成果纳入到教学过程中［4］，但缺少系统、完整、新颖的匹配教材，难以满足新形势下教学及工程技术人员的需求。因此，及时吸纳“十五”之后取得的科技成果和工程经验，更新和充实现行的教学内容，革新和完善教学体系显得尤为迫切。

3.2缺少应对供水技术难题的对策和工艺技术解决方案

水质工程学课程偏重水质工程理论基础，仅在水处理工艺系统单元列出了几种常规给水处理工艺系统。在水质问题越来越复杂的形势下，这些水处理工艺系统难以适应新标准的要求。水是人类最重要的物质资源之一，供水安全是关键，其中最为重要的是生物安全性问题和化学安全性问题。常规处理工艺能保障生物安全性，但对处理化学安全性特别是有机微污染物和消毒副产物方面显得无能为力；对于复杂的水源水质污染问题缺少针对性的工艺技术方案。同时，饮用水具有商品的属性，水厂需对现有饮用水处理技术进行优化选择和组合，保证供水经济适用性和安全性，以满足社会发展需求［5］。但该教材内容对此未曾涉及和体现。

3.3未能体现供水工艺系统的集成和创新

供水水源污染和水质的复杂性给供水处理带来了极大的挑战，常规处理工艺已不能满足新标准的要求。第二代给水处理工艺（O3氧化和生物活性炭工艺）和第三代给水处理工艺技术（膜滤、活性炭吸附和生物降解组合）脱颖而出，可解决目前面临的给水处理关键技术难题，已被成功用于许多水厂的升级改造。而这些关键技术还未归纳到教材中，导致教学内容和工程应用过程出现脱节的现象。

另外，水源水质的复杂性必然导致水处理工艺过程的多样化，即需将各种水处理组合工艺及技术集成、综合应用后才能达到水质标准。因此，教学内容应对此充分体现，以便工程设计和管理人员进行选择和参考。

4　水质工程学课程改革措施

4.1教学内容改革

吸纳“十五”以来在供水处理方面的科研成果和新技术如强化常规处理工艺、预处理技术和深度处理技术及集成工艺，满足水厂实现新标准的需求。

4.1.1强化常规处理工艺

该处理工艺主要是为除去水中一些特定的污染物而采取一些措施，对某一处理工艺进行加强，如对混凝、过滤、沉淀与气浮、消毒等过程进行强化。

强化混凝：水中大部分悬浮颗粒和胶体可通过混凝除去，但该法对有机物的作用不大，而在此基础上发展起来的强化混凝技术则可除去水中的有机物，而且成本低、便于实施［6］。内容包括混凝剂、助凝剂、混凝过程工艺强化与高效混凝反应设备。

强化过滤：采用双层或多层滤料、采用助滤剂、采用改性滤料、控制滤速、改善初滤水水质及采用新型滤池。

强化沉淀：优化斜板间距、优化沉淀区流态、优化排泥、采用斜管沉淀及拦截式沉淀。

强化气浮：低温低浊度水和含藻类水等采用常规沉淀难以去除，可采用气浮进行处理。

强化措施：优化接触区和分离区、优化进出水及优化流态。

强化消毒：去除消毒副产物前质、安全氯化消毒、优化氯化消毒工艺及新消毒技术。

4.1.2预处理技术

预处理技术主要是降低水中的特有污染物，减轻后续处理负荷，保障供水安全，内容包括预氧化、预吸附和生物预处理技术。

预氧化技术可通过强氧化剂的氧化作用除去源水中的色度、浊度、臭味、藻类、农药等有机物；氧化铁锰离子；提高混凝处理的效果和生物稳定性、减少消毒副产物前驱物等作用。包括各种氧化剂如臭氧、高锰酸盐、二氧化氯等的预氧化、氯气的预氯化及复合预氧化处理等技术。活性炭可有效地除去水中的色度、浊度、臭味、藻类、有机物等。预氧化及活性炭预吸附等技术都可避免和降低消毒副产物生成、提高混凝处理效果和有机物除去效率［7］。

生物活性过滤是生物预处理的典型技术，可通过微生物形成的生物膜吸附降解去除地面水源中的有机微污染物［8］。内容包括生物活性滤池原理、组合处理工艺研究、工艺过程控制与优化设计、工程应用及存在问题。

4.1.3深度处理技术

深度处理的主要技术有高级氧化、生物活性炭和膜技术。

高级氧化技术可有效地对水中高稳定的有机污染物进行强化分解，如臭氧催化氧化对农药、嗅味、内分泌干扰物等的去除效果显著［9］。内容包括高级氧化工艺原理、羟基自由基形成、作用机制与氧化高稳定性有机物原理、工艺条件与过程控制及工程应用。

生物活性炭技术是活性炭吸附和以活性炭为载体的生物膜技术的组合，通过活性炭吸附和微生物降解可净化水中的有机污染物。内容包括工艺原理、微生物生长特性、工艺过程控制及工程应用。

膜技术是一种物理分离过程，因无需投药或所需药剂少而对产水水质的负面影响小，可保障供水的生物安全性；通过膜技术组合可满足不同的水源水处理和供水水质需求。内容包括膜技术原理、膜处理工艺、膜污染与控制及工程应用。

4.1.4集成工艺和过程

结合现有工程案例及水厂的实际生产经验，展示水处理新技术集成的效果和优势。主要包括：预处理技术与常规处理工艺联用、高级氧化与生物处理联用、常规处理与膜技术联用、生物处理与膜技术联用及高级氧化与膜技术联用等。

4.2教学改革形式

上述教学内容改革是最新科研技术成果的总结和应用，目标是为了满足供水新标准的实施需求，使学生系统地掌握应对新标准实施的系统理论和技术。教学改革形式主要体现在教材改革和课堂教学改革两方面。

4.2.1教材改革

给水与污水处理理论教学的统一是水质工程学课程的特色之一，如将上述给水处理内容补充到相关章节如《物化处理》和《生物处理》部分，会打破教学体系的格局，破坏教材的原有特色，显得不伦不类。在原教材的《水处理工艺系统》部分，分别对给水处理工艺和污水处理工艺及选择进行了详细的论述。因此，可把该部分教改内容作为一个独立章节《应对新标准的供水处理新技术》放到《水处理工艺系统》部分，便于开展教学及区别对待。

4.2.2课堂教学改革

水质工程学课程教材侧重水质工程的基础理论，缺乏实践内容。在课堂教学方面应利用多媒体等现代教学手段将水厂实际升级改造过程与水质工程学原理进行结合后讲授。通过案例分析和比较式教学，突出水厂升级改造前后的水质变化和达标情况来加深学生对该技术方法、原理的理解和掌握。当讲授到具体水处理工艺单元时，应向学生介绍其水厂的应用现状。在课堂教学活动中，鼓励学生利用已学的知识讨论各种技术在水厂应用中可能存在的问题及对策，然后给出参考意见或建议。通过课堂教学改革，可培养和提高学生的学习兴趣。

5 　结束语

参照新供水标准的要求，对现有教学内容、体系和最新水处理理论、技术成果归纳总结，形成新的供水处理系统的理论知识体系，满足教学要求并编写进教材内容中，是促进水质工程学学科体系的完善和发展的重大举措，可满足社会的发展需求和提高学生学习兴趣。水质工程学内容的完善和课程教学的改革与创新会推动给排水学科的发展，有利于水处理新技术的应用和推广。

参考文献

［1］ GB 5749- 2006，生活饮用水卫生标准［S］.2012-07-01.

［2］ 匡科，应光国.执行新标准给水处理工艺的应对措施［J］.城镇供水，2008（6）：53-56.

［4］ 李红艳.高等院校给水工程课程的教改探讨［J］.太原理工大学学报，2007，12（25）：54-56.

［5］ 许保久，龙腾锐.当代给水与废水处理原理［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［6］ 张家松.强化混凝在给水处理工程中的应用［J］.金田，2013，30（2）：332.

［7］ 汪亮.饮用水水质处理技术研究［J］.水利水电建设，2008（4）：36-37.

［8］ 夏四清，高廷耀.受污染饮用水源的生物预处理技术［J］.上海环境科学，2000，19（6）：285-287.

［9］ 关春雨，马军，鲍晓丽，隋铭皓.臭氧催化氧化-活性炭处理微污染源水［J］.水处理技术，2007，33（11）.75-78.

收稿日期：2015-10-23

作者简介：马玉新，博士，副教授。贾学斌，博士，副教授，系主任。

基金项目：黑龙江大学新世纪教育教学改革工程重点项目（编号：2013B37）。

On the Reformation and Renovation of Water Quality Engineering Textbook to Meet the New Standard

Ma Yuxin， Jia Xuebin， Zhang Jun
School of Architecture and Civil Engineering， Heilongjiang University， Harbin， 150080， China

Abstract：With the implementation of the Standards for Drinking Water Quality （GB5749-2006）， the knowledge system and content of the original textbook on Water Quality Engineering can not satisfy the demand for teaching and studying and meet the need of water treatment factory. Based on the analysis of its characteristics and shortcomings in the textbook， the urgent problems to be solved in the water treatment process and the teaching practice of Water Supply and Drainage Science&Engineering， we intend to reform the knowledge system and content of the textbook by introducing the recent scientifc and technical outcomes and technical experiences to meet the need of the social development.

Key words：water quality engineering； new standards； reformation of textbook