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【摘 要】为弥补传统本科专业实验课设置中存在的一些弊端，本文提出开设“专题性综合试验”，提高本科生的实际动手、动脑能力和团队合作精神。全文以气浮试验为例，介绍了专题性小组的成立，专题性综合试验的开展实施过程以及最终的试验成绩评定。
【关键词】实验课程改革；环境工程；本科教学；水处理实验
作为环境工程专业的本科生，不仅要掌握一些重要水处理技术的基本原理，更应该具有一定的实际动手能力，面对一些水处理工程问题能够提出自己的观点或解决办法，而不是眼高手低，纸上谈兵。目前在本科阶段培养学生动手能力的主要方法就是开设实验课，但大多数实验课都属于验证性实验，实验步骤和结果都是被预期好的，学生只是按实验讲义一步步重复验证而已，这样的实验课程虽然能够在一定程度上提高学生的动手能力，但并不能提高他们的实际应变能力，学生在实验过程中往往是动手不动脑，应付了事。虽然目前也开设了一些综合设计性实验，相比于验证性实验有了很大进步，但这些实验往往都是一些分析测试方面的内容，与实际水处理实际工程仍有很大差距。为了更好的培养学生解决实际工程问题的能力，我们认为针对一些典型的水处理技术，开设专题性综合试验，模拟实际水处理工程案例，使学生能够根据进水水质自行拟定设备的调试运行方案，并亲自动手实施，能够更好的激发学生动手动脑。在这一过程中，学生不仅能够进一步深入理解理论课堂上学到的相关技术原理，而且通过实际动手、动脑过程，对关键技术参数的选择、工艺整体构成以及重要设备构件的结构等都得到全面深入的把握，不仅增强的学生的实际动手能力，而且积累了最基本的工程经验，为以后的就业打下良好的基础。
本文以水处理中广泛应用的气浮技术为例，设计了“气浮专题性综合试验”，打破常规的验证性实验方式，学生成立专题性气浮研究小组，针对给定的实际生产废水进行综合性试验研究。
1. 实验目的与原理
1.1 试验目的
了解去除水中悬浮固体的主要水处理工艺，不同工艺能够有效去除的悬浮固体性质。通过查阅文献资料进一步了解和掌握气浮净水技术的发展，气浮技术的原理及其影响因素。掌握加压溶气气浮工艺的成套设备组成及主要调试工艺参数，对比分析部分加压回流溶气气浮和全溶气气浮成套设备的区别和优缺点。
掌握气浮技术的应用水质特点，通过分析水中悬浮颗粒的沉降性能，学会进行相关技术的选择。通过对气浮成套设备的调试运行，使理论与实际应用融会贯通，学会如何查阅资料解决实际工程问题，积累最基本的工程经验和实际动手能力。
1.2实验原理
气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上的上升，在上升过程中，气泡与水中的污染物质接触，并把污染物质粘浮于气泡上（或气泡附于污染物上）从而形成比重小于水的气水结合物浮升到水面，使污染物质从水中分离出去。
产生比重小于水的气、水结合物的主要条件是：
（1）水中污染物质具有足够的憎水性
（2）加入水中的空气所形成气泡的平均直径不宜大于70微米
（3）气泡与水中污染物质应有足够的接触时间。
气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮、溶气气浮和电气浮几种。由于布气气浮一般气泡直径较大，气浮效果较差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此在目前应用气浮的工程中，以加壓溶气气浮法最多。
加压溶气气浮法的基本原理是：进行气浮时，用水泵将污水抽送到压力为2-4个大气压的溶气罐中，同时注入加压空气。空气在罐内溶解于加压的污水中，然后使经过溶气的水通过减压阀进入气浮池，此时由于压力突然降低，溶解于水中的空气便以微气泡形式从水中释放出来。微细的气泡在上升的过程中附着于悬浮颗料上，使颗粒密度减小，上浮悬浮颗粒上气泡越多，颗粒与水的密度差就越大，悬浮颗粒的特征直径也就越大，两者都使悬浮颗粒上浮速度增快，提高固液分离的效果。
加压溶气气浮装置通常由以下部分组成：
（1）空气供给及空气饱和设备
这部分的作用就是在一定的压力下，将供给的空气溶于水中，以提供废水处理所要求的溶气水。这一部分主要是由以下部分组成：① 加压水泵：作用是提供压力水；② 溶气罐：作用是使水与空气充分接触，加速空气溶解，并在其中形成溶气水；③ 空气供给设备：作用是提供制造溶气水所需的空气，该设备的形式主要取决于溶气方式，通常采用空压机为空气供给设备。
（2）溶气水减压释放设备
这一部分设备的作用是：压力溶气水减压后迅速使溶于水中的空气以微小气泡的形式释放出来。在实际生产中常用的减压释放设备为减压阀和专用释放器等。
（3）气浮池
这部分设备的作用是使释放的微气泡与废水充分接触，并形成气浮体，完成水与杂质的分离过程。
加压溶气气浮法根据进入溶气罐的水的来源，又分为无回流系统与有回流系统加压溶气气浮法，目前生产中广泛采用有回流系统加压溶气气浮法。
影响加压溶气气浮效果的因素很多，如空气在水中的溶解量、气泡直径的大小、气浮时间、水质、药剂种类与加药量，表面活性物质种类、数量等。
2. 主要实验仪器及药品
部分回流加压溶气气浮设备（一套）
全加压溶气气浮设备（一套）
浊度仪（1台）
混凝剂：聚合氯化铝（10g/L），聚合硫酸铁（10g/L）
图1 部分回流加压溶气气浮实验装置
1 空压机 2 溶气罐 3 安全阀 4 压力表 5 系统控制器
6 溶气泵进水槽 7 溶气进水泵8 原水池 9 进水泵 10 流量计
11 静态混合器 12 气浮池 13 溶气释放器 14 浮渣出口
15 气浮池原水进口阀 16 回流加压水调节阀 17 出水调节阀 3. 试验的组织实施
3.1 专题小组的成立
学生可以自由组合，每组4～5人成立一个专题试验小组，选出组长。在进行本实验之前组长组织小组成员进行气浮理论知识的预习回顾。
3.2 试验实施过程
1）小组针对实际气浮设备，全面了解部分回流加压溶气气浮工艺设备的整体组成，对比全加压溶气气浮成套设备，分析讨论两种气浮工艺的系统构成差异，在实际工程应用中的问题，了解部分回流加压溶气气浮成为主流气浮工艺的原因。
2）根据设备使用说明书，并查阅相关文献资料，对部分回流加压溶气气浮设备进行初步调试，掌握一些关键技术参数的调节方法。
3）针对给定的三种工业废水，通过查阅文献资料初步了解不同行业废水水质特点，对水中悬浮固体物质的性质建立初步了解。通过沉降试验对比分析三种废水中颗粒物的沉降性能，根据试验结果确定适合采用气浮技术的废水。
4）通过查阅文献，结合理论课堂关于混凝的理论知识，初步了解铝盐和铁盐混凝剂的混凝特性差异。
5）小组在前期试验基础上探讨调试运行步骤，初步拟定方案。然后与试验指导教师进一步商讨，对调试运行方案进行完善。
6）根据拟定的调试运行方案，进行实际废水气浮试验，调整关键技术参数，对比不同技术参数下气浮处理效果，通过对试验数据的整理和对比分析，建立针对该种工业废水的最终气浮处理运行方案。
7）小组讨论总结本次试验的经验教训及心得，撰写本废水的气浮处理调试运行报告。
4. 试验指导与评定
4.1 试验的指导
试验指导教师在整个试验过程中尽量不进行过多干预，只在必要时进行指导或更正。
4.2 试验成绩评定
学生成绩评定从三个方面考虑：① 小组调试运行报告结果；②在整个试验过程中展现的个人能力；③ 学生个体与他人的团体合作精神。
5.结束语
开展专题性综合设计试验只是培养学生实际工程能力的一种尝试，希望通过这样的试验过程不仅能够加深学生对理论知识的掌握和具体应用能力，提高学生的实际动手能力，更重要的是能够让学生对实际水处理工程调试运行过程有切身的认识体会，将抽象的理论认识和实际的工程运用有效的结合起来，在培养学生动手、动脑解决实际工程问题能力的同时，也让他们初步认识到团队合作的重要性，有利于学生今后的全面发展。
作者简介：
赵斌（1982-），男，籍贯：河北省秦皇岛市，天津工业大学环境与化学工程学院副教授，博士，研究方向：水处理与資源化利用技术。
【关键词】实验课程改革；环境工程；本科教学；水处理实验
作为环境工程专业的本科生，不仅要掌握一些重要水处理技术的基本原理，更应该具有一定的实际动手能力，面对一些水处理工程问题能够提出自己的观点或解决办法，而不是眼高手低，纸上谈兵。目前在本科阶段培养学生动手能力的主要方法就是开设实验课，但大多数实验课都属于验证性实验，实验步骤和结果都是被预期好的，学生只是按实验讲义一步步重复验证而已，这样的实验课程虽然能够在一定程度上提高学生的动手能力，但并不能提高他们的实际应变能力，学生在实验过程中往往是动手不动脑，应付了事。虽然目前也开设了一些综合设计性实验，相比于验证性实验有了很大进步，但这些实验往往都是一些分析测试方面的内容，与实际水处理实际工程仍有很大差距。为了更好的培养学生解决实际工程问题的能力，我们认为针对一些典型的水处理技术，开设专题性综合试验，模拟实际水处理工程案例，使学生能够根据进水水质自行拟定设备的调试运行方案，并亲自动手实施，能够更好的激发学生动手动脑。在这一过程中，学生不仅能够进一步深入理解理论课堂上学到的相关技术原理，而且通过实际动手、动脑过程，对关键技术参数的选择、工艺整体构成以及重要设备构件的结构等都得到全面深入的把握，不仅增强的学生的实际动手能力，而且积累了最基本的工程经验，为以后的就业打下良好的基础。
本文以水处理中广泛应用的气浮技术为例，设计了“气浮专题性综合试验”，打破常规的验证性实验方式，学生成立专题性气浮研究小组，针对给定的实际生产废水进行综合性试验研究。
1. 实验目的与原理
1.1 试验目的
了解去除水中悬浮固体的主要水处理工艺，不同工艺能够有效去除的悬浮固体性质。通过查阅文献资料进一步了解和掌握气浮净水技术的发展，气浮技术的原理及其影响因素。掌握加压溶气气浮工艺的成套设备组成及主要调试工艺参数，对比分析部分加压回流溶气气浮和全溶气气浮成套设备的区别和优缺点。
掌握气浮技术的应用水质特点，通过分析水中悬浮颗粒的沉降性能，学会进行相关技术的选择。通过对气浮成套设备的调试运行，使理论与实际应用融会贯通，学会如何查阅资料解决实际工程问题，积累最基本的工程经验和实际动手能力。
1.2实验原理
气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上的上升，在上升过程中，气泡与水中的污染物质接触，并把污染物质粘浮于气泡上（或气泡附于污染物上）从而形成比重小于水的气水结合物浮升到水面，使污染物质从水中分离出去。
产生比重小于水的气、水结合物的主要条件是：
（1）水中污染物质具有足够的憎水性
（2）加入水中的空气所形成气泡的平均直径不宜大于70微米
（3）气泡与水中污染物质应有足够的接触时间。
气浮法按水中气泡产生的方法可分为布气气浮、溶气气浮和电气浮几种。由于布气气浮一般气泡直径较大，气浮效果较差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此在目前应用气浮的工程中，以加壓溶气气浮法最多。
加压溶气气浮法的基本原理是：进行气浮时，用水泵将污水抽送到压力为2-4个大气压的溶气罐中，同时注入加压空气。空气在罐内溶解于加压的污水中，然后使经过溶气的水通过减压阀进入气浮池，此时由于压力突然降低，溶解于水中的空气便以微气泡形式从水中释放出来。微细的气泡在上升的过程中附着于悬浮颗料上，使颗粒密度减小，上浮悬浮颗粒上气泡越多，颗粒与水的密度差就越大，悬浮颗粒的特征直径也就越大，两者都使悬浮颗粒上浮速度增快，提高固液分离的效果。
加压溶气气浮装置通常由以下部分组成：
（1）空气供给及空气饱和设备
这部分的作用就是在一定的压力下，将供给的空气溶于水中，以提供废水处理所要求的溶气水。这一部分主要是由以下部分组成：① 加压水泵：作用是提供压力水；② 溶气罐：作用是使水与空气充分接触，加速空气溶解，并在其中形成溶气水；③ 空气供给设备：作用是提供制造溶气水所需的空气，该设备的形式主要取决于溶气方式，通常采用空压机为空气供给设备。
（2）溶气水减压释放设备
这一部分设备的作用是：压力溶气水减压后迅速使溶于水中的空气以微小气泡的形式释放出来。在实际生产中常用的减压释放设备为减压阀和专用释放器等。
（3）气浮池
这部分设备的作用是使释放的微气泡与废水充分接触，并形成气浮体，完成水与杂质的分离过程。
加压溶气气浮法根据进入溶气罐的水的来源，又分为无回流系统与有回流系统加压溶气气浮法，目前生产中广泛采用有回流系统加压溶气气浮法。
影响加压溶气气浮效果的因素很多，如空气在水中的溶解量、气泡直径的大小、气浮时间、水质、药剂种类与加药量，表面活性物质种类、数量等。
2. 主要实验仪器及药品
部分回流加压溶气气浮设备（一套）
全加压溶气气浮设备（一套）
浊度仪（1台）
混凝剂：聚合氯化铝（10g/L），聚合硫酸铁（10g/L）
图1 部分回流加压溶气气浮实验装置
1 空压机 2 溶气罐 3 安全阀 4 压力表 5 系统控制器
6 溶气泵进水槽 7 溶气进水泵8 原水池 9 进水泵 10 流量计
11 静态混合器 12 气浮池 13 溶气释放器 14 浮渣出口
15 气浮池原水进口阀 16 回流加压水调节阀 17 出水调节阀 3. 试验的组织实施
3.1 专题小组的成立
学生可以自由组合，每组4～5人成立一个专题试验小组，选出组长。在进行本实验之前组长组织小组成员进行气浮理论知识的预习回顾。
3.2 试验实施过程
1）小组针对实际气浮设备，全面了解部分回流加压溶气气浮工艺设备的整体组成，对比全加压溶气气浮成套设备，分析讨论两种气浮工艺的系统构成差异，在实际工程应用中的问题，了解部分回流加压溶气气浮成为主流气浮工艺的原因。
2）根据设备使用说明书，并查阅相关文献资料，对部分回流加压溶气气浮设备进行初步调试，掌握一些关键技术参数的调节方法。
3）针对给定的三种工业废水，通过查阅文献资料初步了解不同行业废水水质特点，对水中悬浮固体物质的性质建立初步了解。通过沉降试验对比分析三种废水中颗粒物的沉降性能，根据试验结果确定适合采用气浮技术的废水。
4）通过查阅文献，结合理论课堂关于混凝的理论知识，初步了解铝盐和铁盐混凝剂的混凝特性差异。
5）小组在前期试验基础上探讨调试运行步骤，初步拟定方案。然后与试验指导教师进一步商讨，对调试运行方案进行完善。
6）根据拟定的调试运行方案，进行实际废水气浮试验，调整关键技术参数，对比不同技术参数下气浮处理效果，通过对试验数据的整理和对比分析，建立针对该种工业废水的最终气浮处理运行方案。
7）小组讨论总结本次试验的经验教训及心得，撰写本废水的气浮处理调试运行报告。
4. 试验指导与评定
4.1 试验的指导
试验指导教师在整个试验过程中尽量不进行过多干预，只在必要时进行指导或更正。
4.2 试验成绩评定
学生成绩评定从三个方面考虑：① 小组调试运行报告结果；②在整个试验过程中展现的个人能力；③ 学生个体与他人的团体合作精神。
5.结束语
开展专题性综合设计试验只是培养学生实际工程能力的一种尝试，希望通过这样的试验过程不仅能够加深学生对理论知识的掌握和具体应用能力，提高学生的实际动手能力，更重要的是能够让学生对实际水处理工程调试运行过程有切身的认识体会，将抽象的理论认识和实际的工程运用有效的结合起来，在培养学生动手、动脑解决实际工程问题能力的同时，也让他们初步认识到团队合作的重要性，有利于学生今后的全面发展。
作者简介：
赵斌（1982-），男，籍贯：河北省秦皇岛市，天津工业大学环境与化学工程学院副教授，博士，研究方向：水处理与資源化利用技术。