学生自主式校园污水调查及处理实验探究

杨瑾 刘慧龙

【摘要】学生自主设计实验方案是一种新型开放式的教学方式。通过自行设计实验、完成实验，学生可以锻炼自主学习思考能力并且提高对实验的积极性，进而提高自身综合素质。同时，通过对校园污水的分布及成分进行调查，研究出具体的污水治理方案，为污水治理决策提供建设性处理方案。

【关键词】学生自主实验 方案设计 污水处理

【基金项目】1.武汉大学实验技术项目：电气浮-絮凝及电氧化还原实验系统研制（项目编号：600400009）；2.武漢大学2017年开放试验项目。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）02-0176-02

引言

许多高校现在的本科生实验都是由老师提供实验指导书，依照既定的实验方案按部就班地完成实验，就能得到不错实验结果和成绩。很少有学生在经过这样的实验之后会反思实验中的问题及这样处理实验的原因，大多数人都是没有激情地完成实验、得到数据、交上报告，然后将之抛之脑后。这种方式难以激发学生学习的兴趣，更谈不上培养学生的创造能力。

以学生为主体的校园污水处理工艺方案设计及动态模拟实验是由学生自主开展的一项实验。实地调查、前期准备、方案设计、运行操作等都由学生自主独立完成，教师只起辅导协助作用。成员由环境科学与工程专业的高年级学生为主，同时也有各年级各专业的环保爱好者积极参与，带动了在校学生对身边环境的更多关注。由于武汉高校的区域性集中的特点，使得武汉大学校园污水处理工艺方案设计及动态模拟实验更具有学习和借鉴的意义。每个大学人数众多，生活污水排放量很大，本次模拟实验对各个大学的校园污水处理以及学生实验设计都有一定的帮助。

1.学生自主实验

1.1自主实验形式

学生自主实验可以分为三个环节：第一环节是在开始实验之前，在这个阶段，首先成立实验探究小组，组织各年级对实验感兴趣的同学，分成实验小组收集资料，了解实验条件，运用所学的理论知识初步设计实验方案，经探究小组讨论修改，请老师审核认可后，确定最终的实验方案；第二环节是实验室实验，我们按照设计的实验方案开始实验，在具体的实验过程中逐步完善某些细节性的实验步骤；第三环节是实验环节结束后，是实验总结部分，即撰写实验报告。由学生自己总结实验中出现的问题，分析实验结果，并针对自己设计的实验提出一些建议和想法。

1.2学生自主实验与传统实验对比

大多数高等院校的实验教学都是由老师主导，学生在其中起的作用和收获都极为有限，在任课教师讲述实验原理和注意事项后，让学生根据既定的实验方案和步骤完成实验。虽然，这种方法在一定程度上提高了学生的动手能力和对仪器的了解，但是它极大的限制了学生自主创新和自由发散的思维，对高素质人才的培养的帮助很少。

学生自主实验与传统教学实验不同，在实验中起主导因素的是我们学生，影响实验流程与结果的是学生的思维，有更多收获的也是学生自身。在第一环节设计实验中，收集资料可以锻炼同学们的信息收集和提炼能力，提高自主学习的能力，设计实验方案的过程中，同学们可以加深对理论知识的理解并将其运用到实际的实验中，加深对实验的理解，强化独立思考进而科学地解决问题的能力。在第二环节做实验的过程中，通过对试验方案的反复修改完善，增强了同学们沟通交流和团队协作的能力，也让同学们对实验仪器及操作方式更加熟悉，锻炼了动手能力，对突发状况的解决和思考同样会让同学们收获良多。在第三环节撰写实验报告的过程中，同学们处理数据，反思总结的能力得到了很大提升，这个过程让学生再一次巩固所学的知识，总结实验过程中经验教训，无论是设计的不完善还是操作的疏忽，都可以帮助同学们学习分析问题解决问题的方法进而形成自己的思维方式。

2.校园污水调查与处理工艺研究

2.1目的

（1）通过实验的实地考察，得到校园水质污染的分布及处理情况，根据污水的来源及成分，提出具体解决和治理方案，为污水处理决策提供建设性建议；（2）通过设计实验，使学生能够了解和掌握一定的污水处理工艺的知识，让更多的人关心环境保护；（3）通过本次开放实验，让学生学会自主设计设计实验方案，积累经验，为之后的毕业设计和往后的实践工作奠定坚实的基础。

2.2实验设计及分工

2.3污水处理

本开放实验选取活性污泥法中经典生物处理方法，对校园食堂污水进行处理。活性污泥是由具有活性和良好的净化污水功能的微生物及其自身代谢的残留物组成的絮状污泥，包括吸附在絮状污泥上的不可生物降解的有机物和无机物。

2.3.1实验装置：

原水槽（盛放原水）、钢化玻璃材质的酸化池、曝气池、机械絮凝池、竖流式沉淀池、小水槽（出水）、橡皮软管若干、小型水泵两个、流量计一个。

按处理流程中给出的流程图组装系统，原水槽通过软管连接至酸化池。酸化池中流出的污水经过橡皮软管进入连有真空泵的曝气池，再通过软管进入连有水泵的机械絮凝池，随后进入竖流式沉淀池沉淀杂质，最终通过小水槽流出检验水质。

本装置各构件容量为：原水槽50L，酸化池8L，曝气池、絮凝池、沉淀池、小水池等均是3L。

2.3.2处理流程：

按照流程图组装实验系统，先用清水进行试验，检查装置拼接是否正确，检验实验系统有无漏水现象，若有纰漏及时做出调整。待实验系统确认无误，往酸化池、曝气池中分别加入适量的活性污泥，并逐渐提高大水槽中原水比例，最终达到100%。此举是对活性污泥进行驯化，使微生物逐渐适应新的生活条件，逐步达到对食堂废水所要求的满负荷及很高的处理效率。驯化过程中，能适应新条件的微生物得到发展，不能适应的微生物被逐渐淘汰。驯化过程中应根据微生物需要加入养料。为了缩短培养驯化时间，可将培养、驯化两阶段合并起来进行。根据实验条件，刚开始运行速度0.2L/h，逐渐减小到0.1L/h。待系统稳定运行后，分别取运行3、5、10天后的出水作为测试样品，检测各项指标。

（1）酸化池水解酸化处理：主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。（2）曝气池好氧处理：曝气池利用活性污泥法进行污水处理，池内提供一定污水停留時间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。采用鼓风曝气。（3）机械絮凝池：通过机械搅拌创造适宜的水力条件，使具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体，适当投加絮凝剂。（4）竖流式沉淀池：水由设在池中心的进水管自上而下进入池内，管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升，悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。（5）出水，进行相关检测实验。（6）系统采用持续不间断运行，处理污水流量15ml/h，连续运行5周，每周对进、出水水质检测一次，每周对曝气池中的活性污泥进行生物相镜检。

2.4测试方法及仪器

本实验检测原水和出水pH、浊度、COD、BOD及曝曝所池中生物相。

2.5测试结果

2.6结果讨论

从以上的实验数据来看，系统运行3天后的污水COD、浊度、BOD5与原水相比显著降低，pH无显著变化甚至略有上升，水质有很大改善，通过与《国家污水综合排放标准（GB8978

-2002）》对比可看出，原水中COD、BOD5均超过排放标准，不能直接排放，而处理三天或五天后的废水所有数据均达到排放标准，可直接排放。通过曝气池中生物相检测也可以看出，处理系统运行正常有效，通过前一步酸化池处理后，曝气池中微生物种类和数量表明，这一步中的水质为轻度污染水质，水质有了相当程度的改善。这证明了系统对于校园污水净化处理有相当的效果，处理后的污水可以直接排放。

3.存在的问题及注意事项

（1）本实验所选取的采样点过少。由于时间等因素的影响，本次实验仅选取了两个典型的代表点进行实验，样本数较少会对实验最终的结果分析以及处理结果产生影响。（2）存在操作及仪器误差。由于开放性实验参加的本科生有部分非环境专业且低年级学生，很可能会有操作误差，影响准确性。如COD检测中，曾出现数据异常，经大家多次重复实验与分析，原因是水样稀释不均匀。测定BOD5中，处理10天后的数据出现了误差，稀释水使用前应充分曝气达到溶解氧饱和，确保水样在5天的培养中有足够富余的溶解氧。（3）样品数据测量不及时。实验采样时条件所限未能及时的测量原样品中的相关指标，而且忽略了取样过程中的环境影响，会对样品数据产生影响。

结语

作为一次开放性实验，本次实验是有一定成效的。虽然不能说达到了所有的目的，但最关键是我们调动了参与开放实验的同学们的热情，通过参与此次开放实验证明了我们对环境事业的关心不只停留在口号上。我们基本达成了“让学生了解和掌握一定的污水处理工艺的知识，让更多的人关心环境保护”和“通过本次开放实验，学会自主设计设计实验方案，积累经验，为之后的毕业设计和往后的实践工作奠定坚实的基础”这两点目的。此次开放实验，收获良多，但暴露出的问题也有很多。环境工程实验对专业素质要求较强，即使我们做了一定准备，但到最后落到全体的实际操作，发现还是有很多纰漏。希望这次自主实验对以后的实验有所帮助，避免重蹈覆辙。

经过本次学生自主实验，同学们不仅巩固了自己的专业知识、提升了自己的专业能力，也为校园污水处理做出了自己的贡献。学生自主实验有助于增强学生的自主思考及实验能力，让同学们在实践中拓展思路，加深对理论知识的理解与运用。本次实验也分享了许多自主设计过程中的困难与疏忽，希望对以后学生自主实验教学有所帮助。

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作者简介：

杨瑾（1997-），女，汉族，湖北孝感人，武汉大学资源与环境科学学院本科在读，专业：环境工程。

刘慧龙（1966-），男，汉族，湖南湘乡人，本科，高级实验师，研究方向：环境科学与工程。