時(shí)間：2023-06-19 16:18:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇工程化學(xué)公式總結(jié)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：工程化素質(zhì)；培養(yǎng)；應(yīng)用化學(xué)；教學(xué)改革
應(yīng)用化學(xué)專業(yè)是以化學(xué)學(xué)科為基礎(chǔ)的應(yīng)用型理工科專業(yè)。國家教育部頒布的本科專業(yè)目錄明確規(guī)定：應(yīng)用化學(xué)專業(yè)屬于理科專業(yè)，畢業(yè)生可根據(jù)所在學(xué)校教學(xué)計(jì)劃及培養(yǎng)目標(biāo)授予理學(xué)或工學(xué)學(xué)士學(xué)位。這說明應(yīng)用化學(xué)是以理為主的理工結(jié)合專業(yè)，是研究化學(xué)理論在相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用的理科專業(yè)，是產(chǎn)品開發(fā)或技術(shù)應(yīng)用型專業(yè)，而不是工科專業(yè)。但是，從應(yīng)用化學(xué)學(xué)位授予現(xiàn)狀來看，學(xué)士一般授予理科學(xué)位，碩士則可授予理科或工科學(xué)位。說明應(yīng)用化學(xué)具有工科專業(yè)的特點(diǎn)。另外，目前全國有近400所高校開設(shè)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，覆蓋本、?？撇煌瑢哟魏屠砉?、農(nóng)林、師范等不同類型高校。其中大多數(shù)是新辦或改辦的。大量的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生除了小部分從事教育、研究和質(zhì)檢等行業(yè)工作外，其余的勢必要進(jìn)入企業(yè)從事產(chǎn)品開發(fā)和工程管理工作。而當(dāng)前相當(dāng)數(shù)量的本科生畢業(yè)后在工作中感覺實(shí)踐能力和動(dòng)手能力較差，進(jìn)而影響到創(chuàng)新能力的提升，最終勢必限制其職業(yè)發(fā)展。因此，在本科階段，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生應(yīng)該具有一定的工科或工程化素質(zhì)，對其研究生深造或工作實(shí)踐打下工程化基礎(chǔ)具有重要作用。
另一方面，當(dāng)前，地方本科院校是我國高等教育發(fā)展的重要新生力量，此類高校大多能夠把握形勢、明確定位，以地方性、應(yīng)用型為辦學(xué)方向，走特色化發(fā)展道路。此類高校更要防止一味追求大而全、趕研究型大學(xué)的時(shí)髦、進(jìn)而陷入同質(zhì)化的境地。因此，此類高校在特色發(fā)展中，工科專業(yè)的培育和發(fā)展更應(yīng)從基礎(chǔ)抓起，在使學(xué)生掌握基本工科課程知識的同時(shí)，應(yīng)使學(xué)生具有基本的工程化素養(yǎng)。
針對目前國內(nèi)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)數(shù)量多、方向雜、規(guī)范性不足等問題，參照近期教育部專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會制定的教學(xué)基本要求，結(jié)合許昌學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)多年來的建設(shè)體會，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題：首先，沒有特色，或沒有按特色化發(fā)展去設(shè)置培養(yǎng)方案；其次，師資力量薄弱，實(shí)踐教師人員匱乏，雙師型教師幾乎沒有；第三，教學(xué)方法仍流于說教；第四，實(shí)踐環(huán)節(jié)不符合工程化素質(zhì)人才培養(yǎng)。本文相應(yīng)地從創(chuàng)新培養(yǎng)方案、靈活師資培養(yǎng)、案例法教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)改革等四個(gè)方面論述了以工程化素質(zhì)培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)改革。以期為規(guī)范和辦好應(yīng)用化學(xué)理科專業(yè)提供理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
一、創(chuàng)新培養(yǎng)方案
從當(dāng)前我國地方高校中應(yīng)用化學(xué)專業(yè)設(shè)置的范圍來看，有趨同的傾向。對于像許昌學(xué)院這樣的地方新升本院校，如果不走特色化道路，勢必在激烈的競爭中慘遭出局，對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)來說更是如此。我校的定位為地方性、應(yīng)用型、服務(wù)中原城市群建設(shè)、依托地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、目前通過校企合作、服務(wù)經(jīng)濟(jì)對改造專業(yè)建設(shè)、推進(jìn)學(xué)科建設(shè)起到了顯著的作用。對以往單純旨在培養(yǎng)研究型人才的培養(yǎng)方案加以調(diào)整，注入了工程化、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的元素。首先，將“工程實(shí)踐”能力作為一項(xiàng)重要的技能寫進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)中。其次，在培養(yǎng)規(guī)格中增加“工程實(shí)踐”能力一條，具體闡述為“具有將產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模到工業(yè)規(guī)模的認(rèn)識和初步能力”。最后，最根本的是課程設(shè)置目標(biāo)更加明確、為專業(yè)特色服務(wù)的目的突出，凝練了專業(yè)方向，加強(qiáng)了專業(yè)課分量和深度。
2010年之前，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)完全按照理科專業(yè)模式設(shè)置，專業(yè)課除了四大化學(xué)、儀器分析、化工基礎(chǔ)等必修課之外，選修課則是按照四個(gè)模塊設(shè)置，具體為，納米材料模塊：納米材料學(xué)、納米材料的檢測與表征、應(yīng)用X射線衍射技術(shù)。光電材料模塊：新能源材料、太陽能電池材料、光功能材料。工業(yè)分析模塊：色譜與分離、光譜分析、環(huán)境分析?；つK：化工制圖、反應(yīng)工程基礎(chǔ)、化工分離技術(shù)。其它的選修課則有催化、有機(jī)合成設(shè)計(jì)、應(yīng)用電化學(xué)、無機(jī)合成化學(xué)、精細(xì)化學(xué)品化學(xué)、化學(xué)工藝學(xué)、化工產(chǎn)品開發(fā)概論等以及一些必修課選論（主要為考研學(xué)生開設(shè)，主要是講解典型例題，如物理化學(xué)選論等）。從上述課程設(shè)置來看，課程模塊太多，每個(gè)模塊課程單??；必修課基本完全是專業(yè)基礎(chǔ)課，而專業(yè)課則直接過渡選修課，專業(yè)課設(shè)置薄弱，顯然不能滿足專業(yè)特色方向設(shè)置對課程的要求。因此，2010年后，我們對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)設(shè)置了兩個(gè)方向，分別是精細(xì)化工和高分子材料，相應(yīng)地設(shè)置了必修課（專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課）和選修課（專業(yè)課），加深了專業(yè)課程基礎(chǔ)，凝練了方向，取得了良好的效果。具體為，精細(xì)化工模塊：精細(xì)化工工藝學(xué)、精細(xì)有機(jī)合成單元反應(yīng)、精細(xì)化工過程及設(shè)備、精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)。相應(yīng)的選修課有化工產(chǎn)品開發(fā)概論、分離工程、表面活性劑、涂料、膠黏劑、香精香料、紡織助劑等，可任選。高分子材料模塊：高分子物理、高分子化學(xué)、高分子實(shí)驗(yàn)、高分子材料加工。相應(yīng)的選修課有化工產(chǎn)品開發(fā)概論、分離工程、材料學(xué)、塑料、橡膠、纖維等，可任選。
二、靈活師資培養(yǎng)
教師給學(xué)生上課，并不是簡單地照本宣科、傳遞知識，而是要培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識問題、分析問題、解決問題的能力。因此，教師要掌握的就不僅僅是書本知識，更多的應(yīng)該是見識，即真正的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、理論在實(shí)踐中的應(yīng)用實(shí)例。
當(dāng)前，地方高校處在高速發(fā)展和擴(kuò)張之際，每年都會招聘一批新教師。但是，限于政策，這些新教師主要是剛畢業(yè)的博士、碩士，基本沒有教師的從業(yè)經(jīng)歷，更沒有企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，教師自身對實(shí)踐教學(xué)、企業(yè)生產(chǎn)等沒有基本的認(rèn)識。我院同樣面臨此類問題。我們的解決方法主要從三個(gè)方面入手，即理科向工科轉(zhuǎn)變；攻讀學(xué)位和專業(yè)培訓(xùn)結(jié)合，以專業(yè)培訓(xùn)為主；企業(yè)技術(shù)人員兼職承擔(dān)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，以實(shí)踐教學(xué)為主。
第一，理科背景教師向工科轉(zhuǎn)變。首先要明確專業(yè)建設(shè)的需要，讓理科教師產(chǎn)生我要轉(zhuǎn)變的原動(dòng)力；其次，從政策和經(jīng)費(fèi)上支持理科教師的工科能力進(jìn)修和培訓(xùn)。第二，在企業(yè)內(nèi)進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。比如，新教師報(bào)到入校后，在第一學(xué)期被派往企業(yè)定崗實(shí)習(xí)，期間對車間工藝、設(shè)備和部分工段操作基本掌握。在學(xué)期開始后，還安排其在老教師帶領(lǐng)和指導(dǎo)下赴實(shí)習(xí)單位進(jìn)行指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)工作。另外，在第二年該新教師即將承擔(dān)實(shí)習(xí)指導(dǎo)任務(wù)前的暑期，學(xué)院會安排其先期赴企業(yè)進(jìn)行輪崗實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)，掌握實(shí)習(xí)的第一手資料，提高其指導(dǎo)和教學(xué)水平。經(jīng)過這樣兩年的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)和指導(dǎo)訓(xùn)練，到第三年該新教師獨(dú)立指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)，已經(jīng)具備能夠圓滿完成實(shí)習(xí)指導(dǎo)任務(wù)的能力。該教師自身的工程實(shí)踐能力的提高無疑為學(xué)生工程化素質(zhì)培養(yǎng)提供了保障。第三，充分利用好企業(yè)師資。由企業(yè)技術(shù)人員兼職承擔(dān)實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。我們對實(shí)習(xí)單位的技術(shù)人員作為師資的利用包括幾部分，除了在學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)給學(xué)生講解之外，還在對我方新進(jìn)教師進(jìn)行師資培訓(xùn)、來我校進(jìn)行課程輔導(dǎo)和講授中承擔(dān)重要角色。我們采取靈活的待遇方案，使企業(yè)技術(shù)人員的積極性得到提高，我院的教師和學(xué)生均得到全面的培訓(xùn)和輔導(dǎo)，對提高實(shí)習(xí)水平和效果起到很好地促進(jìn)作用。
三、案例法教學(xué)
案例教學(xué)法是在教師的引導(dǎo)下，再現(xiàn)案例實(shí)景，把學(xué)生帶入特定事件的現(xiàn)場，通過深入角色，提高學(xué)生實(shí)際運(yùn)用知識能力的一種教學(xué)方法。實(shí)踐結(jié)果表明，該方法對促進(jìn)學(xué)生更快、更深理解和掌握基本知識有明顯成效。
應(yīng)用化學(xué)專業(yè)講授的專業(yè)課不但有理論性強(qiáng)的課程還有實(shí)踐性強(qiáng)的課程。前者如物理化學(xué)、反應(yīng)工程；后者如精細(xì)化學(xué)品化學(xué)、工業(yè)催化、表面活性劑化學(xué)等。國外教育界有句名言：告訴給我，我會忘記；演示給我，我會理解；讓我參與，我會學(xué)會。但是，讓學(xué)生理解掌握知識點(diǎn)不可能完全通過實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。所以我們通過案例教學(xué)法有效實(shí)現(xiàn)了此目標(biāo)。
根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和規(guī)律，我們采取了從“告訴”“演示”“參與”的模擬步驟，循序漸進(jìn)，使學(xué)生易于理解和掌握知識點(diǎn)。當(dāng)然，其中的“參與”步驟更多地仍是通過課堂模擬講述或結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程來實(shí)現(xiàn)。首先，在一系列活生生的案例基礎(chǔ)上提出學(xué)生感興趣且切中基礎(chǔ)理論核心的問題；然后回答問題，逐步深入，反向推理，最終使學(xué)生對物理化學(xué)的基本原理很輕松、很自然地理解、掌握、接受；最后要強(qiáng)調(diào)掌握部分重要的參數(shù)和指標(biāo)。這樣的結(jié)果就使學(xué)生掌握了基本且必要的產(chǎn)品作用原理和重要性能參數(shù)，符合教學(xué)要求和就業(yè)入門的目的。
該步驟示例如下：首先引出案例，例如提到農(nóng)民鋤地的原因，有的學(xué)生認(rèn)為是松土，而正確答案應(yīng)是保墑。因?yàn)橥寥乐杏泻芏鄽饪祝愃朴诿?xì)管，由于附加壓力的作用，導(dǎo)致水分和養(yǎng)料喪失，鋤地可以破壞毛細(xì)管，起到保留水分和養(yǎng)料的目的。接下來分析該案例，提出涉及的原理和知識點(diǎn)，即毛細(xì)管的附加壓力及其產(chǎn)生原理（書本上的理論知識）。從土地水分喪失聯(lián)想到毛細(xì)管產(chǎn)生附加壓力，再到拉普拉斯公式和開爾文公式，從生活化的案例到理論知識的輕松理解和掌握。
其次，用生活中的多個(gè)實(shí)例來顯示表面活性劑的其它作用。例如，透明狀、水溶性注射針劑生產(chǎn)中表面活性劑的增溶作用；化妝品和農(nóng)藥乳狀液產(chǎn)品中表面活性劑的乳化作用；墨水的制備中表面活性劑的分散作用；漿料中表面活性劑的消泡作用；在新型紡織品材料中的防水、防污作用等。從這些實(shí)例繼續(xù)講述膠束、表面活性劑的兩親性結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)（CMC值、HLB值）等重要理論知識就很容易被學(xué)生接受和理解掌握了。
以“表面活性劑”部分為例。首先引入肥皂和洗衣粉的實(shí)用案例。肥皂和洗衣粉是人們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)常接觸的化學(xué)品，可謂是“看得見摸得著”的例子，雖然可能部分學(xué)生對這類洗滌劑有初步的認(rèn)識，但真正了解其洗滌作用原理的并不多。因此，此案例滿足“聽說過但不熟悉”的要求。在運(yùn)用多媒體教學(xué)時(shí)可在肥皂和洗衣粉的種類、造型、顏色以及使用對象和部位等方面充分展現(xiàn)其多樣性，使學(xué)生認(rèn)識到該類日用品還有很多“高端產(chǎn)品”，還有很大的開發(fā)空間和前景。在此過程中還可以簡要說明肥皂的來歷等科技發(fā)展歷史。
四、實(shí)踐教學(xué)改革
實(shí)踐教學(xué)改革分別從實(shí)驗(yàn)課、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）三方面開展。
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，且內(nèi)容陳舊，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。我們的做法是改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、引入教師科研課題和企業(yè)課題。
首先是內(nèi)容陳舊，部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已被證明不適合本科實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、鍛煉動(dòng)手能力，或難以體現(xiàn)知識重點(diǎn)，需要改進(jìn)。比如，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中測定電勢-pH曲線項(xiàng)目主要的考查目標(biāo)為理解一定條件下能斯特方程中濃度的負(fù)對數(shù)即pH值與電勢φ成正比，并掌握pH值測定的原理。但事實(shí)上學(xué)生對此興趣不大，感覺這是必然的，老師在講的時(shí)候已經(jīng)把結(jié)果給展示了，沒有創(chuàng)造性。因此，我們增加了電極的原理和組裝、pH計(jì)的原理和組裝實(shí)驗(yàn)，放在測定電勢-pH曲線實(shí)驗(yàn)之前，使學(xué)生親自組裝了電極、pH計(jì)，到測定電勢-pH曲線時(shí)自然理解清晰、操作得心應(yīng)手。
引入教師科研課題和企業(yè)課題。首先使學(xué)生接觸實(shí)際存在或生產(chǎn)中的問題，對培養(yǎng)其求知欲和提高探索的興趣具有顯著作用，同時(shí)還培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)自信；其次鍛煉了教師，增強(qiáng)其將理論與實(shí)驗(yàn)實(shí)際相結(jié)合的能力。
實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)按一般常規(guī)情況就是帶領(lǐng)學(xué)生去工廠實(shí)習(xí)幾周，請工廠的技術(shù)人員講課，然后參觀生產(chǎn)車間，就算完成生產(chǎn)實(shí)習(xí)任務(wù)。結(jié)果是每年學(xué)校都要投入大量的財(cái)力，學(xué)生實(shí)習(xí)則走馬觀花，成了走過場，效果自然難以體現(xiàn)。
目前，在前述加強(qiáng)師資的前提下，使得我們擁有了一定的工程化素質(zhì)的教師隊(duì)伍，結(jié)合企業(yè)技術(shù)人員，為做好實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)打下了良好的人力資源基礎(chǔ)。另外，我們采用了新的管理模式和綜合實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)考核方式，起到了較好的效果。具體做法為：管理采用封閉管理、集體上下班、隨時(shí)考勤等，保證學(xué)生的實(shí)習(xí)時(shí)間和在崗率；考核不但要參考其實(shí)習(xí)報(bào)告，還要引入筆試和面試、單獨(dú)崗位操作和答辯等，保證了學(xué)生真正掌握、理解生產(chǎn)過程，起到實(shí)習(xí)的目的。
畢業(yè)論文目前面臨的最大問題是學(xué)生由于要備考研究生，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)間難以保證。我們的改進(jìn)做法是：其一，嚴(yán)格畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）出口機(jī)制，讓達(dá)不到要求水平的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者延期畢業(yè)，重新答辯，使學(xué)生重視，教師認(rèn)真對待。其二，一部分學(xué)生在大二或大三即進(jìn)入教師實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。每年學(xué)期初由年級輔導(dǎo)員、班導(dǎo)師向有需求的教師推薦一些學(xué)有余力、感興趣的學(xué)生去進(jìn)行科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。對學(xué)生鞏固實(shí)驗(yàn)課所學(xué)的技能和知識有顯著作用，還可培養(yǎng)其實(shí)踐動(dòng)手能力，另外還可以為畢業(yè)論文寫作打下基礎(chǔ)。其三，畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)可以與畢業(yè)實(shí)習(xí)結(jié)合。通過延長企業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)間，并提煉出課題或模擬出設(shè)計(jì)任務(wù)讓部分感興趣的學(xué)生選做，這樣就可以使學(xué)生提前了解了課題的背景，為做論文或設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)節(jié)省了時(shí)間。
五、效果與探討
2010年以來，我院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)通過上述教學(xué)改革，取得了明顯成效：
第一，青年教師投身于教學(xué)改革的熱情更加高漲，并從工程化素質(zhì)提升和教學(xué)過程中得到成長。3年來，青年教師積極總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)并申報(bào)教學(xué)研究項(xiàng)目，共獲立項(xiàng)校級教研項(xiàng)目4項(xiàng)，發(fā)表教研論文5篇。同時(shí)，有2位教師獲聘副教授，2位教師獲聘講師，其中有2位教師獲聘雙師稱號。
第二，學(xué)生動(dòng)手能力和解決問題的能力得到提高。首先在后期實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的動(dòng)手能力顯著提高，比如物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，90%的學(xué)生能夠在3個(gè)學(xué)時(shí)的規(guī)定時(shí)間里保質(zhì)保量完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，而在過去則一般需要延長1個(gè)學(xué)時(shí)才能完成；其次，學(xué)生參與教師科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的積極性空前高漲，畢業(yè)論文質(zhì)量也相應(yīng)大幅度提高；最后，3年來，學(xué)生參與“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)新大賽、企業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金項(xiàng)目、校級創(chuàng)新課題等立項(xiàng)、獲獎(jiǎng)共計(jì)35項(xiàng)。
第三，學(xué)生學(xué)習(xí)成績提高，考研錄取率顯著升高。從2002級到2009級，考研錄取率從最早的10%上升到60%。這固然與學(xué)生的刻苦學(xué)習(xí)有關(guān)，但顯然與上述教學(xué)改革有一定關(guān)系，尤其是實(shí)踐教學(xué)改革結(jié)出了碩果，比如提高了學(xué)生動(dòng)手能力、增強(qiáng)了其考研面試競爭力這一結(jié)果，勢必會提高學(xué)生被錄取的機(jī)會。
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人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐[J].江西化工，2011，（1）：
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關(guān)鍵詞：熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法 考核方式 材料物理專業(yè)
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（c）-0170-02
材料物理專業(yè)是材料科學(xué)與物理學(xué)的一個(gè)交叉學(xué)科，專業(yè)特點(diǎn)要求在課程設(shè)置上既有材料科學(xué)方面的課程又要有物理類課程。安徽工業(yè)大學(xué)材料物理專業(yè)于2003年開始進(jìn)行籌劃建設(shè)，2005年實(shí)現(xiàn)了首次招生。經(jīng)過幾年的探索、規(guī)劃和實(shí)踐，基本完成了專業(yè)定位和課程體系設(shè)置[1]，正逐步完善專業(yè)建設(shè)。現(xiàn)階段，保留了量子力學(xué)，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理（以下簡稱熱統(tǒng)）和固體物理學(xué)作為本專業(yè)的物理類必修課程。其中，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，無論對后續(xù)的物理類還是材料類課程的學(xué)習(xí)都起到承上啟下的知識連接作用。本課程的設(shè)置目的使學(xué)生能夠熟練掌握熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本原理和研究方法，逐步建立分析微觀世界的思路和方法，訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)格的邏輯思維能力，培養(yǎng)演繹推理能力，提高解決具體問題的能力。
1 熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理課程教學(xué)中存在的主要問題
熱統(tǒng)課程內(nèi)容由熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理兩部分組成。其中，熱力學(xué)是研究熱現(xiàn)象的宏觀理論，它從若干經(jīng)驗(yàn)定律出發(fā)，通過嚴(yán)密的邏輯演繹方法，最終給出系統(tǒng)的宏觀熱性質(zhì)；而統(tǒng)計(jì)物理則是研究熱現(xiàn)象的微觀理論，它從微觀粒子的力學(xué)規(guī)律出發(fā)，加上統(tǒng)計(jì)假設(shè)，獲得系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)。從內(nèi)容上來看，熱統(tǒng)課程的理論性強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容繁雜。尤其，在當(dāng)前高校推行素質(zhì)教育和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的指導(dǎo)下，基礎(chǔ)理論課課程教學(xué)學(xué)時(shí)均有不同程度的壓縮。我校熱統(tǒng)課程安排為40個(gè)學(xué)時(shí)，由此帶來了教學(xué)學(xué)識少和教學(xué)內(nèi)容多的嚴(yán)重矛盾。我們根據(jù)我校材料物理專業(yè)特色方向和后續(xù)課程，在熱統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容上做出了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
現(xiàn)行的熱統(tǒng)教材理論性強(qiáng)，較適合理科生使用，缺乏較合適的工科材料類學(xué)生使用的熱統(tǒng)教材。在組織教學(xué)中，我們以汪志誠編寫的《熱力學(xué)?統(tǒng)計(jì)物理（第四版）》作為主要參考教材[2]，同時(shí)綜合了多本經(jīng)典教材，如：胡承正編著的《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》，包景東編著的《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理簡明教程》等[3～4]。根據(jù)我校材料物理專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特色方向，本著“先進(jìn)、有效、有用”的原則，對熱統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該進(jìn)行認(rèn)真清理與重構(gòu)，形成適合本校實(shí)際的課程講義。
在教學(xué)方法和考核方式上也應(yīng)根據(jù)我校實(shí)際進(jìn)行相應(yīng)的改革。熱統(tǒng)課程是一個(gè)理論性強(qiáng)的課程，其中的物理概念抽象，物理公式繁雜。安徽工業(yè)大學(xué)材料物理專業(yè)是在工科背景下成立并發(fā)展起來的，學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)相對薄弱，在學(xué)習(xí)的過程中會有些吃力。長期的教學(xué)實(shí)踐告訴我們，如果采取傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，只能使熱統(tǒng)課堂教學(xué)枯燥無味，學(xué)生被動(dòng)的接受知識，失去了學(xué)習(xí)興趣，甚至對后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒。另外，傳統(tǒng)的閉卷考試常造成學(xué)生不重視平時(shí)的學(xué)習(xí)過程，期末復(fù)習(xí)只看教學(xué)課件，期待老師劃重點(diǎn)，搞突擊記憶。
針對上述現(xiàn)狀，我們嘗試著進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法和考核方式的改革和實(shí)踐。
2 教學(xué)內(nèi)容的改革
2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
熱統(tǒng)課程的熱力學(xué)部分與先修課程，如大學(xué)物理、物理化學(xué)和工程化學(xué)基礎(chǔ)的部分內(nèi)容重復(fù)率較高。我們在充分了解本專業(yè)學(xué)生的先修課程和后續(xù)課程的教學(xué)內(nèi)容后，對與其他課程有交叉重疊的部分進(jìn)行了壓縮和刪減。比如：熱力學(xué)部分的熱力學(xué)基本定律，熱力學(xué)函數(shù)，化學(xué)平衡條件，理想氣體的化學(xué)平衡等都在先修課程里面作為重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講授的。在實(shí)際教學(xué)時(shí)，只作復(fù)習(xí)性的簡述或以學(xué)生自學(xué)的方式完成。但為保證熱力學(xué)基本概念與規(guī)律的嚴(yán)格性與系統(tǒng)性，對重要的基本概念和定律還是進(jìn)行重點(diǎn)講解。通過這樣的調(diào)整，節(jié)省了熱力學(xué)部分的教學(xué)學(xué)時(shí)，加大了統(tǒng)計(jì)物理部分的學(xué)時(shí)講授。統(tǒng)計(jì)物理是從宏觀系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)入手，從內(nèi)容上與量子力學(xué)和固體物理課程聯(lián)系緊密，也為后續(xù)的計(jì)算材料學(xué)課程，甚至可為本科畢業(yè)論文工作提供前期的知識準(zhǔn)備。在統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)部分，將在先修課程中學(xué)習(xí)過的麥克斯韋速度分布率和能均分定理略講；固體的熱容量的德拜理論是固體物理課程的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，在熱統(tǒng)教學(xué)中，這部分只簡單提及。經(jīng)過這樣的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化后，節(jié)省了課時(shí)，加強(qiáng)了課程之間的聯(lián)系，提高了教學(xué)效率。
2.2 適當(dāng)引入材料學(xué)科前沿內(nèi)容
創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求課程內(nèi)容要體現(xiàn)先進(jìn)性和現(xiàn)代化。通過合理的補(bǔ)充與熱統(tǒng)課程相關(guān)的材料學(xué)和物理學(xué)最新的學(xué)術(shù)成就與進(jìn)展，有意識的突出課程的廣度，豐富和具體化基本理論內(nèi)容。增加學(xué)科前沿內(nèi)容，我們從兩個(gè)方面進(jìn)行。一方面是在講授基礎(chǔ)理論知識的同時(shí)，引入與該知識密切相關(guān)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的介紹。例如：在對溫度和溫標(biāo)作復(fù)習(xí)簡述的時(shí)候，介紹測溫儀表和測溫技術(shù)。電阻溫度計(jì)，熱電偶測溫技術(shù)，紅外測溫技術(shù)等在后續(xù)的材料類課程學(xué)習(xí)，課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)及畢業(yè)論文工作是非常重要的一部分。在講授氣體的節(jié)流和膨脹過程一節(jié)時(shí)，介紹了獲得低溫的技術(shù)，以及與低溫有關(guān)的材料性能的變化，超導(dǎo)電現(xiàn)象的發(fā)展歷史及科研現(xiàn)狀等；在講授單元系的相變時(shí)，加強(qiáng)了對二級相變和臨界現(xiàn)象的講授，介紹了磁性材料，超導(dǎo)材料，超流體等方面的最新研究進(jìn)展；在統(tǒng)計(jì)物理部分，介紹玻色-愛因斯坦凝聚的新進(jìn)展，講授統(tǒng)計(jì)物理部分的金屬中的自由電子時(shí)，適當(dāng)介紹計(jì)算材料學(xué)和計(jì)算物理方面的研究現(xiàn)狀等。另一方面是通過鼓勵(lì)學(xué)生現(xiàn)場聽取相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告，或者觀看相關(guān)報(bào)告的視頻。通過前沿知識的適當(dāng)引進(jìn)，開闊了學(xué)生的視野，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研興趣，獲得了較好的教學(xué)效果。
2.3 注重理論聯(lián)系實(shí)際
材料類專業(yè)是應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，要求熱統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)實(shí)用性，加強(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系。我們鼓勵(lì)學(xué)生通過本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃的方式參與相關(guān)教師的課題研究，或者開設(shè)課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。如在講授相變的章節(jié)時(shí)，為了讓學(xué)生加深對二級相變的理解，開設(shè)了高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)，巨磁電阻材料的相變實(shí)驗(yàn)等。組織學(xué)生參觀學(xué)校相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室，如參觀計(jì)算材料實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生了解相圖的理論計(jì)算方法，第一性原理計(jì)算及材料設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練，學(xué)生對物理概念有了深入的理解，提高學(xué)生的應(yīng)用能力，研究能力和創(chuàng)新能力。
3 教學(xué)方法和考核方式的改革
3.1 學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)
在組織課堂教學(xué)時(shí)，認(rèn)真貫徹以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)思想，加強(qiáng)師生互動(dòng)，爭取使學(xué)生由被動(dòng)接受知識變?yōu)橹鲃?dòng)探索知識。在課前，給學(xué)生預(yù)留思考題進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，讓學(xué)生帶著問題去聽課，做到有的放矢。在組織教學(xué)時(shí)，對重點(diǎn)章節(jié)進(jìn)行精講，適時(shí)開展物理基本概念和基本問題的討論，啟發(fā)學(xué)生思考和推理。對相對容易理解的章節(jié)組織學(xué)生自學(xué)，或者制作成ppt課件，在課堂上講解，教師在做總結(jié)式講授。課后，要求學(xué)生獨(dú)立完成作業(yè)和習(xí)題，以期加深對基本概念的理解和應(yīng)用。
3.2 重物理思想 簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)
在組織教學(xué)的過程中，重點(diǎn)講解基本概念，突出物理思想。借助于多媒體教學(xué)，對于較抽象、難理解的概念和原理，可通過制作圖文并茂的課件，或者觀看相關(guān)視頻的方式，使抽象的概念形象化，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。適當(dāng)補(bǔ)充基本概念辨析題和思考題以促進(jìn)學(xué)生對基本概念的深入理解和掌握。對于必要的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使用板書的方式進(jìn)行詳解和推導(dǎo)，留給學(xué)生足夠的時(shí)間思考并跟上教師的思路。
3.3 考核方式的改革
考核是教學(xué)過程的主要環(huán)節(jié)之一，應(yīng)具有實(shí)用性和針對性，并能體現(xiàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)。我們在考核方面，加大了平時(shí)成績的比例，增加了課堂回答問題，課堂討論，撰寫科研小論文等環(huán)節(jié)的考核。在期末的閉卷考試中，減少死記硬背的概念題和公式，把考核重點(diǎn)放在學(xué)生對基本物理概念的理解和基本理論知識的實(shí)際應(yīng)用上。
4 實(shí)踐效果
在教學(xué)實(shí)踐中逐步形成了適合我校材料物理專業(yè)實(shí)際的熱統(tǒng)課程講義。實(shí)踐證明，改革措施在緩解授課學(xué)時(shí)與教學(xué)內(nèi)容的矛盾，拓寬學(xué)生知識面等方面效果顯著。尤其，熱統(tǒng)課程作為材料物理專業(yè)的前期先修基礎(chǔ)課，對后續(xù)的課程學(xué)習(xí)起著承上啟下的重要作用。通過上述的教學(xué)改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大提高，熱愛本專業(yè)的學(xué)習(xí)，踴躍參加SRTP和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的計(jì)劃，甚至部分同學(xué)提前加入教師團(tuán)隊(duì)的課題組，對未來的工作或者繼續(xù)深造充滿信心。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:太湖;吳塘村;化糞池;接觸氧化;人工濕地
2007年江蘇省持續(xù)高溫少雨,太湖水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重,5月28日,太湖無錫段梅梁灣爆
發(fā)了大規(guī)模的藍(lán)藻侵害,無錫市城區(qū)牽龍口水廠和 南泉水廠的水源先后遭受污染而停用,嚴(yán)重威脅生 活飲用水的安全。這次大規(guī)模的藍(lán)藻爆發(fā)再次向人 類敲響警鐘,解決太湖流域的富營養(yǎng)化問題,尋找 有效的對策,已成為迫在眉睫的重大任務(wù)。
太湖水體污染主要來源于內(nèi)源和外源,內(nèi)源主 要是湖底淤泥和水體中營養(yǎng)物質(zhì);外源主要為城市 生活污水、工業(yè)廢水、降水等,來源眾多且復(fù)雜, 對太湖水體污染貢獻(xiàn)大,因此本文主要研究外源的 控制。我國有60多萬個(gè)行政村、250多萬個(gè)自然村, 居住生活著2億多農(nóng)戶[1]。全國農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污 水約80多億噸,而96的村莊沒有排水渠道和污水處 理系統(tǒng), 生活污水隨意排放[1]。太湖周邊分布著大量 的農(nóng)村,農(nóng)村生活污水對太湖富營養(yǎng)化貢獻(xiàn)較大,
圖 1 無錫市吳塘村
并且有分布廣而且分散,水質(zhì)、水量波動(dòng)性大,水
中氮、磷含量較高等特征。
根據(jù)目前我國廣大農(nóng)村地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、污水處理與水環(huán)境保護(hù)要求,農(nóng)村污水
處理主要采用化糞池、人工濕地、穩(wěn)定塘、土壤滲濾、生物膜法等幾種適合農(nóng)村實(shí)際的污水 處理工藝技術(shù)[2],其中化糞池因造價(jià)低和管理方便為大多數(shù)農(nóng)村所采用。筆者嘗試將人工濕 地和生物膜法與化糞池結(jié)合起來,設(shè)計(jì)一套適合太湖周邊農(nóng)村地區(qū)的生活污水處理方式。
1. 研究區(qū)域的選擇
無錫市南瀕太湖,據(jù)了解,濱湖區(qū)對近期污水管網(wǎng)難以到達(dá)的行政村實(shí)施生活污水“點(diǎn) 源處理”工程,污水處理方式具有代表性;吳塘村毗鄰太湖梅梁湖,于2004年由楊巷、白旄、 吳塘三村合并組建而成,村內(nèi)有一條主干河流吳塘港直接注入太湖,地理位置具有代表性(如 圖1);全村占地9.8平方公里,總?cè)丝?500人,農(nóng)業(yè)為主要產(chǎn)業(yè),主要經(jīng)濟(jì)作物為楊梅、桔 子和水蜜桃,農(nóng)作物幾乎不使用農(nóng)藥,村民用水來源為自來水和井水相結(jié)合,生活方式代表 性。因此最終選擇吳塘村作為具體研究區(qū)域。
2. 處理工藝的選擇
我國農(nóng)村居住相對分散,經(jīng)濟(jì)力量也相對薄弱,部分經(jīng)濟(jì)條件比較好的農(nóng)村修建的住宅 大都安裝了配套的衛(wèi)生器具、給水管、排水管,設(shè)計(jì)了衛(wèi)生間,可是缺乏完善的下水道系統(tǒng)
[3],大部分農(nóng)村生活污水主要通過現(xiàn)有的截污溝渠直接排到附近水體里或者下滲至土壤里, 成為水體主要的面源污染。對于農(nóng)村的分散生活污水的處理方式,造價(jià)低廉、工藝簡單、處 理效果有保證、運(yùn)行維護(hù)簡便是首要的原則。目前農(nóng)村實(shí)際中使用較多的污水處理技術(shù)主要有 化糞池、人工濕地、穩(wěn)定塘、土壤滲濾、生物膜法等。
2.1 化糞池
化糞池又名殷夫池,是 20 世紀(jì)初德國人創(chuàng)造的,作為我國城鎮(zhèn)生活污水主要局部處理 構(gòu)筑物被普遍采用,在消除病原體、減少污染等方面曾經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用?；S池的功能 是接收、貯存家庭生活污水。池內(nèi)分為漂浮層、淤泥層和中間清水層三個(gè)區(qū)域。它除了能截 留生活污水中的糞便、紙屑和病原蟲等雜質(zhì)的 50和去除 BOD 的 20以外、還可以減輕污 水處理廠的負(fù)荷或減輕對水體的污染。沉淀下來的污泥經(jīng) 3~12 個(gè)月的厭氧分解、酸性發(fā)酵 脫水熟化后能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定狀態(tài)可清掏出做肥料[4]。目前化糞池的池型主要有舊式化糞池、改 良式化糞池、立體多槽式化糞池、好氧曝氣式化糞池、滅菌化糞池[5]、集成式生物化糞池[6]、 無害化化糞池[7]、新型生物處理化糞池[8]等,化糞池的改造具有潛力。
2.2 人工濕地
人工濕地(Constructed Wetland)是人工建造的、可控制的和工程化的濕地系統(tǒng),這是 發(fā)達(dá)國家近十年來才興起的生態(tài)處理法[9]。第一個(gè)完整的人工濕地試驗(yàn)始于 1974 年德國的 Othfrensen 濕地[10]。其基本原理是:在一定的填料上種美人蕉、富貴竹、蘆葦?shù)忍囟ǖ闹参? 將污水投放到人工建造的類似于沼澤的濕地上,當(dāng)富營養(yǎng)化水(如生活污水等)流過人下濕 地時(shí),經(jīng)沙石、土壤過濾和植物根際的多種微生物活動(dòng),使水質(zhì)得到凈化[9]。
人工濕地污水處理技術(shù)可處理氮、磷含量較高的污水,還可作為二級污水處理后接的深 度處理工藝。人工濕地主要分為潛流人工濕地和表面流人工濕地。按水流方向又可分為垂直 流人工濕地和水平流人工濕地。處理等量的污水,潛流系統(tǒng)用地要比表面流人工濕地少,運(yùn) 行維護(hù)簡單。表面流人工濕地多發(fā)的臭味和蚊蠅滋生在潛流系統(tǒng)中很少出現(xiàn)[11][12]。人工濕 地的缺點(diǎn)是需要大量土地, 并要解決土壤和水中的充分供氧問題及受氣溫和植物生長季節(jié) 的影響等問題。
垂直流人工濕地由下行流和上行流方式的兩池組成。吳振斌、成水平等人對垂直流人工 濕地小試系統(tǒng)進(jìn)行測試,對受污染地面水體中的CODcr、BOD5和TSS的去除率分別為53.6、
78.7和80.2。對細(xì)菌、總大腸菌、糞大腸菌和藻類的平均去除率分別達(dá)99.4 、85.9、
89.7和97.7。對KN、NH4+-N和TP的平均去除率分別為39.2、16.5和25.8[13]。參考該 系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),可有效降低出水氮、磷含量,不難想象最終出水能達(dá)到水功能區(qū)劃的要求。
2.3 穩(wěn)定塘
利用穩(wěn)定塘處理污水可充分利用地形,基建和維護(hù)費(fèi)用低,并能實(shí)現(xiàn)污水的資源化,但 占地面積大,處理效果易受氣候影響,在我國難以普及[14]。太湖周邊地區(qū)土地資源寶貴, 且冬季氣候較低,不利于使用。
2.4 土壤滲濾
該系統(tǒng)將污水投配到土壤表面具有一定構(gòu)造的滲濾溝中, 污染物通過物理、化學(xué)、微生 物的降解和植物的吸收利用得到處理和凈化。該技術(shù)對懸浮物、有機(jī)物、氨氮、總磷和大腸 桿菌的去除率均較高,一般可達(dá)70~90,而且基建投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡便, 整 個(gè)系統(tǒng)埋在地下,不會散發(fā)臭味,能保證冬季較穩(wěn)定的運(yùn)行,便于污水的就地處理和回用該 技術(shù)具
有很強(qiáng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢[1]。但是,該技術(shù)須保證處理效果,否則容易對地下水造成 污染。 ? 2.5 生物膜法
生物膜法有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化和生物流化床四種,是分散生活污水處 理主要應(yīng)用的一種人工處理技術(shù),包括厭氧和好氧生物膜兩種。厭氧或好氧微生物附著在載 體表面,形成生物膜來吸附、降解污水中的污染物,達(dá)到凈化目的。該方法設(shè)備簡單、運(yùn)行 成本較低,處理效率高[1]。
吳塘村人口較少,分布分散,無市政排水管網(wǎng),幾乎每座房屋旁邊都有一小塊耕地,可 以加以利用,所選污水處理工藝應(yīng)抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),且宜就近單獨(dú)處理;經(jīng)濟(jì)力量薄弱, 故污水處理應(yīng)充分考慮造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用少、低能耗或無能耗的工藝;村鎮(zhèn)缺乏污水處理專 業(yè)人員,所選工藝應(yīng)運(yùn)行管理簡單,維護(hù)方便[3]。人工濕地和生物膜法處理效果好,且是接 近自然的處理技術(shù),此外化糞池的普遍使用和低費(fèi)用使得改造化糞池推廣更加容易,鑒于上 述處理方式和國內(nèi)水處理相關(guān)資料,結(jié)合吳塘村本身的實(shí)際情況,決定將人工濕地和生物膜 法與化糞池結(jié)合起來,設(shè)計(jì)接觸氧化-濕地-無動(dòng)力充氧化糞池對生活污水進(jìn)行就地處理。
3. 接觸氧化-濕地-無動(dòng)力充氧化糞池設(shè)計(jì)
3.1 化糞池體積設(shè)計(jì)
根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊第 2 冊-城鎮(zhèn)排水》和《02S701 磚砌化糞池》上相關(guān)計(jì)算公式 和設(shè)計(jì)要求,化糞池最小一般不小于 2m3,水面到池底距離不小于 1.3m,尺長不小于 1m, 池寬不小于 0.75m。
本設(shè)計(jì)中化糞池有效容積只考慮前兩格計(jì)算,容積比為 3:2,取有效池長為 2.0m;尺
高 1.7m,其中保護(hù)層高度 400mm;池寬取 0.8m。故總?cè)莘e為 V=2.0×1.7×0.8=2.72m3。
3.2 下行流-上行流人工濕地設(shè)計(jì)
人工濕地的深度一般是按水生植物根系自然擴(kuò)展的深度來設(shè)計(jì)的,多數(shù)為 0.6~0.7m[15]。 本設(shè)計(jì)人工濕地由串聯(lián)的 0.5m×0.8m×0.8m 兩個(gè)池組成。
填料:底層鋪 10cm 厚的碎石(直徑 5mm 左右),上層為砂(直徑 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:選擇美人蕉和香蒲混合栽種。
進(jìn)出水管線布置:進(jìn)水干管為直徑 110mmPVC 管,另設(shè)四根直徑 75mmPVC 管,出水 管布置方式相同[14]。
3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和原理
筆者閱讀了大量化糞池和人工濕地相關(guān)的文章,從中受到了一些啟發(fā),并嘗試進(jìn)行化糞
池改良設(shè)計(jì)及與人工濕地聯(lián)用處理無錫市吳塘村生活污水。筆者構(gòu)思的接觸氧化-濕地-無動(dòng)
力充氧化糞池處理流程和構(gòu)造分別如圖 2 和圖 3。
圖 2 接觸氧化-濕地-無動(dòng)力充氧化糞池處理流程
4
1-腐化沉淀槽;2-厭氧接觸氧化槽;3-最終沉淀槽;
4-下行流-上行流人工濕地;5-無動(dòng)力跌水充氧槽
圖3 接觸氧化-濕地-無動(dòng)力充氧化糞池
(1)腐化沉淀槽:糞便污水及其他生活污水混合后首先進(jìn)入腐化沉淀槽。該槽占總有效容
積的 75,為厭氧環(huán)境,污水中的有機(jī)物在此腐化,主要去除部分 BOD5、SS 和進(jìn)行反硝 化,污泥和比重較大的懸浮固體會沉淀到有一定的坡度底部,比重較輕的懸浮固體上浮至水 面,中間層液體較原污水澄清。上層浮渣和底層污泥需定期清掏。
(2)厭氧生物接觸氧化槽:該槽設(shè)在腐化沉淀槽右上側(cè)出口前,槽中鋪有厚度為 20cm 的 填料層,填料上下為格柵,連同填料層做成盒子狀,填料皆為永久性的剛性填料,無需更換, 但可定期取出檢查生物膜附著情況。底層和上層為直徑 50mm 左右的鵝卵石,中間為塑料制 成的多折片球型填料,材料密度要比水大,主要作用是過濾,附著生物膜,降低流速。
(3)最終沉淀槽:該槽與厭氧生物接觸氧化槽用兩個(gè)直徑 10cm 的正方形孔相連,主要作 用是進(jìn)一步沉淀分離污水和污泥,以及去除 BOD5、SS 和進(jìn)行反硝化,中間層清水通過蓮 蓬彎流至人工濕地。該槽也需定期清掏。此外上述三槽會產(chǎn)生甲烷、氨氣、氮?dú)獾葰怏w,需 設(shè)通風(fēng)管連通,由于甲烷純度低,氣體量少且難以分離,故通過通風(fēng)管直接放空。
(4)下行流-上行流人工濕地:通過前面腐化沉淀槽,厭氧生物接觸氧化槽和最終沉淀槽的 處理,進(jìn)入人工濕地的污染物負(fù)荷將有效降低,此人工濕地由串聯(lián)的兩個(gè)池組成,分別為下
行流和上行流。底層鋪直徑 5mm 左右的碎石連通兩池,上層為土壤和直徑 0~4mm 的砂混
合,下行池填料高于上行池 10cm,以克服人工濕地的水頭損失。一般的單一垂直流人工濕 地水從上往下流,出水水位大大較低,在埋深較深且出水水位較低的無動(dòng)力化糞池中使用, 最終出水口很可能因過低而容易被淹沒,而下行流-上行流人工濕地可以克服這個(gè)不足,能 夠提升水位,而且眾多試驗(yàn)表明出水效果要比單一垂直流人工濕地好。水生植物可選擇美人 蕉和香蒲等普遍的植物,定期收割。下行流-上行流人工濕地相當(dāng)于一般污水處理的深度處 理,尤其在去氮除磷有很高的處理效率。
(5)無動(dòng)力跌水充氧槽:該槽相當(dāng)于出水前的集水槽有集配水功能,并且與大氣相通,可 通過里面三層鋪有鵝卵石的表面粗糙的階梯式跌水板進(jìn)行復(fù)氧,可有效抑制水的發(fā)臭和提高 透明度。出水最終通過截污溝渠排至附近水體或者下滲補(bǔ)給地下水,大大降低了對受納水體 的污染。
3.4 經(jīng)濟(jì)可行性分析
無錫市吳塘村幾乎每戶都修建有化糞池,糞便污水與其他生活污水分流排放,接觸氧化
-濕地-無動(dòng)力充氧化糞池?zé)o需采用好氧曝氣和提升裝置,僅通過污水的自流完成,無動(dòng)力消 耗,運(yùn)行費(fèi)用極低;管理方便,如普及太湖周邊農(nóng)村地區(qū),當(dāng)?shù)卣h(huán)保相關(guān)部門可定期檢 查及安排吸糞車集中吸走底層污泥和撇去上層浮渣。接觸氧化-濕地-無動(dòng)力充氧化糞池的建 造費(fèi)用與傳統(tǒng)舊式化糞池相比略高一些,但兩者有著幾乎相同的運(yùn)行管理費(fèi)用,對于吳塘村 乃至太湖周邊農(nóng)村仍然是可承受的。
