工程化学公式总结

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工程化学公式总结范文第1篇

这次活动一至四年级全体学生都参与其中。

我们这次活动分为两个阶段。

第一阶段 ——初赛，各班按要求在本班内开展比赛，由各班自行组织实施。

（各班班主任和任课教师组织本班学生在班级内部进行一轮海选，尽可能的让更多的同学都有参赛机会，从中评选出优秀选手参加学校的比赛，）

第二阶段 ——决赛，各班经过班级选拔后，每班筛选出 2名优秀选手，推荐参加学校的决赛。

总结本次比赛，有以下几个特点：

1、平时练习好少（紧张），教师指导欠缺。

2、普通话运用较好 ，面部表情欠丰富，肢体语言不够得体，声音抑扬顿挫，故事的感染力有待增强。

工程化学公式总结范文第2篇

关键词：生物医学光电检测；交叉学科；教学模式；原理概念；创新思维

一教学体系的构建和优化

生物医学光电检测是应目前学校教学改革的需求，结合现今生物学、医学及光学等多门学科交叉融合发展的现状，而面向大学本科三年级学生开设的专业课程。该门课程涉及的内容相当广泛：综合了一般医学与生物学的检测技术——光学显微技术、电子显微技术、X射线影像检测技术、超声检测技术、核磁检测技术和太赫兹检测技术等；所呈现的内容新，处于自然科学研究领域的前沿：涵盖了包括近代物理学、化学、数学、生物学、医学和生物化学领域等的多项研究成果和最新进展；相关的参考资料如专业书籍、杂志和相关文章数量众多，内容丰富；与多种检测技术相关的检测仪器种类多，发展迅速，相应的教学内容具有一定的工程化技术化的特点；相比本系开设的其他专业课程如《波动光学》、《激光原理》、《信息光学》和《光通信技术》等，该门课程的开设时间较短。因此如何根据本门课程的特点，合理有效地开展教学工作，达到开阔学生的视野，加强学生对基本原理、概念的认知能力，提高学生对相关问题的思考能力和理解能力，培养学生工程化能力、多学科综合能力和创新思维能力的目的，就成为了本门课程的教学目标和重中之重。为此，笔者根据拟定的教学大纲和教学内容，进行了教学体系的构建和优化，内容包括教材的选取、教学内容的调整、教案的准备和教学要求的制定等。笔者首先进行了教材的筛选。在众多教材和参考书中，笔者选取了2014年清华大学出版社出版的，由黄国亮等主编的《生物医学检测技术与临床检验》[1](清华大学985名优教材)一书作为教材，另考虑到近年来激光技术与生物学技术的紧密结合，将1995年由湖南科学技术出版社出版的，由向洋编写的《激光生物学》[2]和2010年由中国农业科学技术出版社出版的，由段智英等编写的《激光生物学效应研究》[3]两本书中的部分章节选入作为补充教材。之后在教材内容的选取上，以生物医学检测技术和激光生物学技术为两大板块，进行了教学内容的调整和取舍：生物医学检测技术的主要教学内容包括多种成像检测技术和光谱检测技术；激光生物学技术的主要教学内容包括了激光工作原理及特性、激光生物学作用原理和激光的安全防护等。以这些内容为教学重点，做到教学体系的完整性和合理性。在此基础上，结合教材内容和相关的参考资料[4-13]准备手写教案，并同时进行多媒体教学课件的准备，完成教学前的准备工作。值得一提的是，在准备多媒体课件的过程中，笔者在网上搜集了大量的与该课程有关的图片、视频和PPT等，并对这些资料进行了分析、整理和整合，融入到自己所制作的课件中，力争做到课件信息量大、形象直观，让学生记忆深刻。在教学过程中，举出丰富的事例对学生进行知识点的讲解，并遵循知识点随机提问，进行课堂讨论，增加与学生的互动；向学生提出合理的学习要求：上课之前预习教材内相关章节内容，课堂记笔记，课后复习；积极思考课堂提问，认真完成课堂作业、课后作业，学有余力且对相关知识感兴趣的学生可参考笔者提供的参考资料收集相关内容进行学习。另外参考国外的教学方式，为了让学生了解平时学习的重要性，相应设计出了多元化的考查方式，将平时成绩在总成绩中所占的比例提高到了50%，平时成绩为上课点名、课堂提问、课堂测验和平时作业等成绩的加权平均，而期末考试成绩只占总成绩的50%，这从另外一方面也减轻了学生的考试压力，有助于增强学生学习的兴趣，提高学生学习的能动性。除此而外，笔者在课后收集学生对每堂课的教学反馈意见，实时调整教学中的部分内容，根据学生感兴趣的内容，查阅该领域该部分内容的最新进展，增加相应的教学量，提高教学质量，优化教学体系。总之，教学体系的构建和优化涵盖了教学活动中的所有环节，对于有效开展课堂教学非常重要。

二教学内容的选择和系统化

在教学体系的构建和优化中，教学内容的选择、教学内容的系统化是一个非常重要的部分。该门课程的内容广泛，参考资料丰富，如何有侧重地选取教学内容，保证教学内容的系统化有一定的难度，因此笔者在备课和教学的过程中，对该门课程的教学内容进行了精心的选择和安排，力争做到以教材为蓝本，突出教学重点，注重基本概念和基本原理的理解，注重光、机、电、软件的结合，注重检测技术和仪器运用的结合，注重工程化与技术化的结合，注重理论和实践的结合，实现教学内容完整性和系统性的统一。以显微技术一章为例，自从1665年胡克发表了用显微镜观察软木塞组织的微观结构以后，显微镜就与生物医学观察和检测密不可分了。以光学显微技术为代表的显微技术成为了生物医学光电检测技术的基础与核心内容，之后产生和应用的检测技术如电子显微技术，虽然在技术手段和方案上有所创新，但依然在重复利用或借鉴显微技术的基本原理和基本思想，因此笔者以显微技术为基础和切入点，向学生展示相关检测技术的原理。而在阐述显微镜的成像原理时，又着重介绍了显微镜性能评价参数如视角放大率、分辨率、有效放大率、光束限制和线视场，并从光学知识出发，分别对这几个参数进行了理论推导；通过数学推导让学生理解和掌握有关显微镜的基本问题，如为何高倍物镜比低倍物镜能观察到的物面范围要小；显微镜的分辨率与波长，与数值孔径有何关系；为何数值孔径要与放大倍率合理匹配，才能充分发挥显微镜的分辨能力等。对这些问题的理解都有助于学生今后正确地选取和使用显微镜，也有助于引导学生思考实验仪器的选择和其性能的关系，提高他们的分析能力和实践应用能力。在此基础上，笔者介绍了显微镜的制片技术和使用；之后，笔者对多种显微镜如荧光显微镜、暗视野显微镜、激光扫描共焦显微镜、相衬显微镜、金相显微镜、偏光显微镜、倒置显微镜及新型显微镜的原理进行了描述，并与普通显微镜原理的异同进行了比较。对于显微技术的发展历史、国内外主要显微镜生产厂家介绍等趣味性强和难度较低的内容则不作教学要求，留给学生自学，给予他们一定的空间开拓视野。这样的内容安排使学生轻松容易地掌握相关的知识，且对仪器的使用产生浓厚的兴趣，达到较好的教学效果。而后面章节的内容也正是基于同样的思路进行选择和安排的。正是由于对教学重点和难点的选择和合理安排，让笔者做到了课程内容的完整性和统一性，为之后教学方法的实施和教学手段的运用作了铺垫。

三教学方法的实施和教学手段的运用

好的教学方法和教学手段有助于推动教学工作的开展，有助于提高教学质量。2011年笔者进行了该门课程的申请和教学工作，由于当时缺乏经验，不知如何完成此项教学任务，故在一次偶然的机会中，向1996年诺贝尔物理学奖获得者、斯坦福大学物理系教授DouglasOsheroff请教了该门课程的教学问题，他告诉笔者一句话：“Startingtheclassfromthesimplethings.”他的这番话让笔者受益匪浅：教学就是要深入浅出，从简单的事物、事例出发，让学生对这门课程的内容有所了解，充满兴趣，借此引导学生进入该课程的学习。在之后的教学工作中，笔者始终秉持这种由浅入深，由简单到复杂的方式来帮助学生吸收知识，积极思考。以该门课程的引言部分为例，笔者首先向学生介绍此课程具有学科交叉、涉及专业广等特点，再将课程内容进行了归纳，课程的核心是“检测”二字，此课程着重解决两个问题：一是检测什么？二是如何检测？对于第一个问题，答案是物体形貌和特性表征；对于第二问题，答案是成像和成分分析。提纲挈领的表达让学生清晰地认识到课程的内容；之后从检测技术和激光生物学这两个板块，对课程的构架进行了框图表述，让学生直观地看出教学内容间的逻辑联系。在此之后，从学生最熟知的观察及成像出发，将课程内容引入。向学生提出一个看似简单却甚少有人思考的问题：“我们是如何观察到物体的？”学生经过思考后给出的答案不是非常全面，笔者就学生的回答做出了一定程度上的肯定，然后向学生抛出笔者自己总结出的观察物体的三个层次：看得到、看得清楚和看得舒服。言简意赅的答案引起了学生的热烈讨论，由此引出了学生对光特性探讨的热情。学生从光的波动性和粒子性回顾了他们的光学知识。之后，笔者又引导他们思考在物体太小和物体离人眼距离太远的情况下，如何观察物体的问题。认真思考的学生做出了回答：可用显微镜和望远镜来进行观察。在此基础上，引导学生根据透镜成像的规律分析对比放大镜、显微镜和望远镜成像的异同；然后顺利引出显微技术和其他生物医学检测技术的发展概况和应用实例，较好地完成了既定的教学任务。在整个教学过程中，笔者尽量做到由浅入深、循序渐进地引导学生对所学内容产生兴趣；在随机提问和自由讨论的轻松氛围中，让学生自然地做到了与教师的“教”与“学”的互动；通过图片、视频资料丰富的多媒体课件，让学生获取信息量大、直观生动的知识；结合在黑板上用粉笔推演公式的传统方式，以适中的速度让学生理清楚基本原理和相关公式的来龙去脉；根据学生感兴趣的知识点和目前的热点研究成果，实时调整部分教学内容，收集相关知识的最新进展，为学生补充知识，如教材中没有的太赫兹检测技术等，以达到扩展学生知识面，扩大学生视野的目的。总之，通过多样化的教学方法和有效的教学手段来培养学生的思考能力和理解能力，提高教学质量。

四总结

工程化学公式总结范文第3篇

关键词：工程教育；离散数学；SPOC；翻转课堂

0引言

《华盛顿协议》是国际上最具权威性和影响力的工程教育互认协议之一。我国于2013年加入华盛顿协议，成为其预备成员，2016年成为第18个正式成员。工程教育专业认证强调以学生为中心，以学习产出和学习成果为目标导向，通过质量监控和反馈机制持续地对教学过程进行改进，促使教育质量的改善和提高[1-2]。我们遵循工程教育的理念，制定可量化的考核方式，通过“评价—反馈—改进”的循环过程，持续改进教学质量。我们以离散数学课程的工程教育实践为切入点，对课程教学模式做了改变和尝试，提出了课程达成度计算模型。在教学实践中，通过SPOC（小规模限制性在线课程）和翻转课堂的结合，引入与离散数学知识相关的工程问题和实例，着重培养学生解决复杂工程问题的能力。在教学阶段，逐项收集各种教学信息，对教学效果和教学质量进行数据分析和研究，持续改进和提高教学方式。

1课程达成度与指标点

对于软件工程专业，工程教育的培养目标是培养软件工程领域高层次的软件研发、管理和技术服务人才。在工程教育的实施过程中，不断积累学习和教学数据，借助数字化技术计算学习成果的达成度[1]。在教学体系上，采用自顶向下的方法，建立层次化的达成度评价模型：第一级为课程达成度，第二级为毕业要求达成度，第三级为培养目标达成度。下一级的达成度支撑上一级的目标，以此建立培养目标、毕业要求和课程之间的数字化对应关系。宏观上，达成度的评价最终分解为对学生学习过程的全程跟踪和持续性评估。软件工程专业整个培养体系划分为9条培养目标（PO）和12条毕业要求（GR），每项毕业要求再细化为多个指标点。在微观上，课程的达成度支撑了对应毕业要求的指标点。首先以毕业要求指标点确定课程的教学目标（CO）；然后，教师根据对教学目标的分解确定每个课程目标的权重（W），课程目标权重反映了该课程教学和达成度评价的侧重点。课程教学目标的达成度基于所选取的考核评价方式（平时作业、期中考试、期末考试等）来进行计算。计算公式如下：C=∑（COi×Wi），COi=∑（Tij×wij）（i=1,2,…,n;j=1,2,…,m）式中：C为某门课程的达成度计算值；COi为某门课程第i个课程目标的达成度计算值。Wi为某门课程第i个课程目标达成度的计算权重系数；Tij为某门课程第i个课程目标在第j种考核方式中的达成度计算值；wij为第i个课程目标在第j种考核方式中的权重系数。离散数学作为软件工程专业的基础理论课，其支撑的毕业要求包括：（1）GR1.4：掌握专业知识，能选择恰当的数学模型描述复杂软件工程问题，能对模型进行推理和求解。（2）GR12.2：掌握自主学习的方法，了解拓展知识和能力的途径。根据毕业要求的指标点设置4项课程目标和3个教学模块（CM），主要包括：CO1掌握离散数学的基本思想和概念；CO2培养严格的逻辑推理能力；CO3训练抽象思维能力；CO4培养处理离散信息及工程应用的能力；CM1集合与关系、CM2数理逻辑和CM3图论。课程目标、教学模块和考试考核点的对应关系见表1。在期末考试后，采集每个学生每道题目的得分成绩，选定考核点，依据题目的预期值（即每道题目的分数）和达到值（即每道题目的实际得分）计算课程教学目标的达成度：COn=∑(COn考核点预期值/COn考核点达到值)，n=1,2,3,4；课程达成度=CO1×0.4+CO2×0.2+CO3×0.2+CO4×0.2由以上达成度计算可以看出，离散数学支持多个毕业要求指标点的达成。课程目标的达成情况就是该课程预期要达到的学习效果，同时也是本门课程对专业培养目标的贡献。

2教学信息采集工程教育专业认证要求

通过采集和分析学生的学习过程和学习效果来证明学生能力的达成度。所有这些达成度的证据都建立在各种记录数据和文档的基础上。除了传统的结构化数据（如考试成绩和考勤记录），工程教育中更强调通过实际的工程训练来培养学生解决复杂工程问题的能力。这就需要通过多种方式来收集每一个学生在学习过程中的微观表现，如课堂、作业、邮件、实习等，以此来了解学生的学习状态，建立持续改进的达成度评价体系。课堂上，教师采用移动教学方式，根据课堂教学内容和教学效果，选取题库中相应难度的题目，将题目发给每个学生（如手机、平板），学生的解答则通过移动网络反馈到教学数据采集系统。课后以邮件和网上答题的方式来收集学生的学习情况。课后的作业和综合性练习主要是证明题目和主观性题目，以评分表分析法建立量规[3]。量规为主观性题目或其他表现（比如证明的步骤、细节、表达等）确定量化标准，从优到差详细规定评级指标。同时，采取老师评分、同学互评、助教评分的方式进行综合性学习评价，填写学习评分表。重点获取学生的答题情况（非结构化信息），包括：每题选择了什么选项，花了多少时间，是否修改过选项，做题的顺序有没有跳跃等，全面地反映学生的学习过程和状态。在课程内容方面，对知识体系进行梳理，将课程知识按照知识点模块进行数字化，并且将多门相关课程联系在一起，建立面向问题的知识网络。例如，将图论与数据结构中的树和图进行关联和比较；把等价类的概念与软件测试方法相结合来分析软件开发问题。基于实际软件项目构建对应于课程内容的知识图谱和知识数据库。通过引入工程领域的离散问题，分析问题中出现的各种实时性数据、工程化数据和研究性数据，将其分类存储于问题数据库和练习题库，为考核评估提供支持。

3课程教学改革

在工程教育的指导思想下，离散数学课程除了向学生描述理论知识“是什么”和“为什么”以外，更注重让学生学会“如何运用”理论知识，以解决在软件开发中出现的各类问题。改进已有的教学方式，一方面，在课程内容上打破原有专业课程的讲授模式，结合实际工程问题，按照CDIO工程教育理念开展课程建设[4]。另一方面，采用问题驱动的教学方式[5]，通过录制SPOC[6]和实施翻转式课堂教学，指导学生参与离散工程问题的分析、研究和解决方案设计。

3.1翻转课堂翻转课堂是一种“以学生为中心”的新的教学模式[7]。它关注学生的个性化学习和成长，能更好地实现工程教育的能力和素质培养。实施翻转课堂，首先建立离散数学课程的知识图谱，以思维导图的方式构建整体的知识框架；然后，逐步细化每个章节的内容，对概念性知识（如集合、关系的概念）和过程性知识（如逻辑的推理、关系性质的判断与证明）进行梳理，按照不同的教学方式进行组织和关联。概念性知识划分为5个难度级别：A简单、B适度、C较难、D困难、E综合。对于简单和适度的概念按知识点划分单元模块，制作8~10分钟的教学视频。例如，将集合论的发展历史、集合的基本概念等内容以时间线（storyline）的方式展示给学生。在制作SPOC视频时，不仅讲解知识，还突出理论知识的文化观念和内涵。而对于难度较高的内容，如析取范式、合取范式等，则安排在课堂上进行讲解。对于过程性知识，例如，布置给学生的课后作业：“证明某个关系R是集合A上的一个等价关系”，将批改作业的过程和演示证明的步骤录制为视频。在视频中，逐项讲解解题的思路（如何使用等价关系的定义进行证明）、学生解题中出现的各种问题（如对称和传递关系的理解偏差，不恰当使用等）以及需要注意的关键地方（如自反性、对称性、传递性都需要证明，证明才完整）等解决问题的思考过程和经验。通过SPOC实现体验式教学，让学生能从任务的求解指导中学会如何应用所学到的知识。采用问题引入、分析求解、过程探讨、理论构建的步骤完成SPOC视频制作。

以命题逻辑的讲授为例，视频以断案推理的例子（如神探夏洛克）开始，吸引学生的注意力，将现实中的问题与命题、逻辑、推理等知识联系起来，把问题进行拆解分析，逐步归纳总结出概念和知识点，纳入学生已有的认知结构，让他们更加积极主动地投入到自主学习中。在课前，要求学生根据前次课布置的学习任务观看微视频，通过自主学习和思考，理解基本概念，完成一定有针对性的小测验。在课堂上，采用如下多种教学方式：（1）引导式教学。如在讲解主析取范式和主合取范式时，让学生思考“如何找到主合取（或主析取）的极大项和极小项”，提示学生考虑采用建立树结构的方式来求解。（2）体验式教学。给出真实的任务情境，让学生协同完成某一项任务；或现场对某些有争议的问题进行研讨，并且相互展示学习成果，实现同伴互评。例如，让学生编写一段程序，要求对函数的参数进行检查，由此把命题逻辑与程序检查中的断言相对应进行讲解；把等价类的划分与面向对象中类的概念进行类比介绍。（3）互动式教学。如课前以墨经中的“有之则必然，无之则未必不然，是为大故”和“无之则必不然，有之则未必然，是为小故”，引出充分必要条件的知识，指导学生完成对命题联结词知识点的复述，命题公式的化简等练习；期间，老师回答学生提出的问题，对每位学生进行个性指导，并参与讨论。通过引导和检查学生的学习效果，把握学生的学习状态和学习进度。对于工程素质和能力的培养，一方面，将课程的知识点分别对应到软件开发的各个阶段，如将数理逻辑对应编程实现、将集合和关系对应数据库的构造、将树和图对应数据结构的设计，把理论知识运用到软件开发实践中；另一方面，根据学生的个体学习需求，加入具有一定难度的工程任务和开放性课题，让学生可以根据自身情况进行自由选取，如结合图论最短路径的知识点，将2016年华为软件精英挑战赛中的问题“未来网络?寻路”引入教学讨论，鼓励学生积极参与类似的具有研究性质的挑战。

3.2教学数据分析工程教育关注学生完成学习的过程，因此对教学活动中的各类数据，如教学目标、教学内容（知识点、重点、难点）、常规练习、挑战性练习等，进行量化，并建立彼此之间的联系。采用成绩分析法[8]，细分教学目标和教学模块，按照支撑毕业要求的指标点进行数据采集、计算均值、方差、信度、效度等统计参数，在评价每个指标点达成度的基础上，获得课程掌握情况的评价结果[9]。利用学生学习的行为档案创建自适应的学习系统，反映学生的学习效果。利用学生“如何”学习的信息，依据教学数据的分析结果，为学生量身定制适合学生的个性化练习。通过分析学习数据，自动创建一系列难度逐渐增加且互相关联的问题，例如，从集合到关系、从关系到特殊关系、从特殊关系到树结构，让学生围绕一个共同的知识点来求解问题，从中分析学生的学习模式。同时，老师根据自己的教学需要来调整教学任务，例如，给课堂练习和作业规定完成的时间，让移动教学系统在“自动计时”的情况下，考察学生的学习过程；而在学生做错题目需要帮助时，系统自动给出提示并确定问题出错的位置。系统记录学生的学习过程，包括在哪个知识点的学习上遇到了问题、哪些习题完成花费时间较长等。老师对这些数据进行分析，建立相关的教学模型为学生推荐更为合适的学习路径。确保教学数据的正确性、可用性是进行教学数据分析的关键。制定教学数据检测体系和软件系统对数据进行实时的检测以保证数据的质量，尽可能减少对数据分析和挖掘带来的不利影响。首先制定各种数据的录入和维护规范，最大限度地自动录入各种结构化和非结构化数据，包括考试成绩的每项评分、主观评价打分等。其次，制定数据检测规则并实现自动检测，应用不同的数据配置策略，对静态、动态数据进行实时监控和定期检查以发现并处理有问题的数据。最后，建立可靠的教学数据质量评估体系，通过各种评估方法，如基于异常值的评估方法、逻辑性评估方法等，对数据质量的改进效果进行评估，为数据质量改进提供策略。此外，还需要实现缺失数据的完善、筛选等数据处理工作，将数据标准化、去重复化，最后形成规范化的格式。

4结语

工程教育以培养学生的素质和能力，评价学习成果或产出作为核心标准。学院对软件工程专业全面开展工程教育，建立全覆盖的工程培养体系和量化的培养目标，并通过了2016年11月的评估。笔者在此基础上，针对专业培养目标，改进了离散数学课程的教学模式，按照工程问题重新划分教学知识点和知识结构，设定了课程的达成度计算模型。在教学过程中，结合SPOC课和翻转课堂，收集和规范各方面的信息和数据；建立教学数据分析库，逐步开展学生学习路径、习题考评模式、错误答题模式等问题的研究，以此作为学习问题诊断、教学干预和教学决策的重要参照。

参考文献：

[1]张建树,郭瑞丽.工程教育认证背景下课程达成度的评价改革[J].高教论坛,2016(6):72-74.

[2]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究,2015(2):10-19.

[3]GoodRichH.Understandingrubrices[J].EducationalLeadership,1996,54(4):14-17.

[4]顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO在中国（上）[J].高等工程教育研究,2012(3):24-39.

[5]王彩玲,王元元,宋丽华.问题驱动模式下离散数学小班化教学方法探讨[J].计算机教育,2012(15):19-22.

[6]薛云,郑丽.基于SPOC翻转课堂教学模式的探索与反思[J].中国电化教育,2016(5):132-137.

[7]赵兴龙.翻转课堂中知识内化过程及教学模式设计[J].现代远程教育研究,2014(2):55-61.

[8]杨王黎,吴雅娟,王丽侠.成绩分析与试卷质量评价系统的设计与实现[J].大庆石油学院学报,2002,26(2):60-63.

工程化学公式总结范文第4篇

发了大规模的蓝藻侵害,无锡市城区牵龙口水厂和 南泉水厂的水源先后遭受污染而停用,严重威胁生 活饮用水的安全。这次大规模的蓝藻爆发再次向人 类敲响警钟,解决太湖流域的富营养化问题,寻找 有效的对策,已成为迫在眉睫的重大任务。

太湖水体污染主要来源于内源和外源,内源主 要是湖底淤泥和水体中营养物质;外源主要为城市 生活污水、工业废水、降水等,来源众多且复杂, 对太湖水体污染贡献大,因此本文主要研究外源的 控制。我国有60多万个行政村、250多万个自然村, 居住生活着2亿多农户[1]。全国农村每年产生生活污 水约80多亿吨,而96%的村庄没有排水渠道和污水处 理系统, 生活污水随意排放[1]。太湖周边分布着大量 的农村,农村生活污水对太湖富营养化贡献较大,

图 1 无锡市吴塘村

并且有分布广而且分散,水质、水量波动性大,水

中氮、磷含量较高等特征。

根据目前我国广大农村地区社会经济发展状况、污水处理与水环境保护要求,农村污水

处理主要采用化粪池、人工湿地、稳定塘、土壤渗滤、生物膜法等几种适合农村实际的污水 处理工艺技术[2],其中化粪池因造价低和管理方便为大多数农村所采用。笔者尝试将人工湿 地和生物膜法与化粪池结合起来,设计一套适合太湖周边农村地区的生活污水处理方式。

1. 研究区域的选择

无锡市南濒太湖,据了解,滨湖区对近期污水管网难以到达的行政村实施生活污水“点 源处理”工程,污水处理方式具有代表性;吴塘村毗邻太湖梅梁湖,于2004年由杨巷、白旄、 吴塘三村合并组建而成,村内有一条主干河流吴塘港直接注入太湖,地理位置具有代表性(如 图1);全村占地9.8平方公里,总人口2500人,农业为主要产业,主要经济作物为杨梅、桔 子和水蜜桃,农作物几乎不使用农药,村民用水来源为自来水和井水相结合,生活方式代表 性。因此最终选择吴塘村作为具体研究区域。

2. 处理工艺 的选择

我国农村居住相对分散,经济力量也相对薄弱,部分经济条件比较好的农村修建的住宅 大都安装了配套的卫生器具、给水管、排水管,设计了卫生间,可是缺乏完善的下水道系统

[3],大部分农村生活污水主要通过现有的截污沟渠直接排到附近水体里或者下渗至土壤里, 成为水体主要的面源污染。对于农村的分散生活污水的处理方式,造价低廉、工艺简单、处 理效果有保证、运行维护简便是首要的原则。目前农村实际中使用较多的污水处理技术主要有 化粪池、人工湿地、稳定塘、土壤渗滤、生物膜法等。

2.1 化粪池

化粪池又名殷夫池,是 20 世纪初德国人创造的,作为我国城镇生活污水主要局部处理构筑物被普遍采用,在消除病原体、减少污染等方面曾经发挥了巨大的作用。化粪池的功能 是接收、贮存家庭生活污水。池内分为漂浮层、淤泥层和中间清水层三个区域。它除了能截 留生活污水中的粪便、纸屑和病原虫等杂质的 50%和去除 BOD 的 20%以外、还可以减轻污 水处理厂的负荷或减轻对水体的污染。沉淀下来的污泥经 3~12 个月的厌氧分解、酸性发酵 脱水熟化后能转化为稳定状态可清掏出做肥料[4]。目前化粪池的池型主要有旧式化粪池、改 良式化粪池、立体多槽式化粪池、好氧曝气式化粪池、灭菌化粪池[5]、集成式生物化粪池[6]、 无害化化粪池[7]、新型生物处理化粪池[8]等,化粪池的改造具有潜力。

2.2 人工湿地

人工湿地(Constructed Wetland)是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统,这是 发达国家近十年来才兴起的生态处理法[9]。第一个完整的人工湿地试验始于 1974 年德国的 Othfrensen 湿地[10]。其基本原理是:在一定的填料上种美人蕉、富贵竹、芦苇等特定的植物, 将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地上,当富营养化水(如生活污水等)流过人下湿 地时,经沙石、土壤过滤和植物根际的多种微生物活动,使水质得到净化[9]。

人工湿地污水处理技术可处理氮、磷含量较高的污水,还可作为二级污水处理后接的深 度处理工艺。人工湿地主要分为潜流人工湿地和表面流人工湿地。按水流方向又可分为垂直 流人工湿地和水平流人工湿地。处理等量的污水,潜流系统用地要比表面流人工湿地少,运 行维护简单。表面流人工湿地多发的臭味和蚊蝇滋生在潜流系统中很少出现[11][12]。人工湿 地的缺点是需要大量土地, 并要解决土壤和水中的充分供氧问题及受气温和植物生长季节 的影响等问题。

垂直流人工湿地由下行流和上行流方式的两池组成。吴振斌、成水平等人对垂直流 人工 湿地小试系统进行测试,对受污染地面水体中的CODcr、BOD5和TSS的去除率分别为53.6%、

78.7%和80.2%。对细菌、总大肠菌、粪大肠菌和藻类的平均去除率分别达99.4% 、85.9%、

89.7%和97.7%。对KN、NH4+-N和TP的平均去除率分别为39.2%、16.5%和25.8%[13]。参考该 系统进行设计,可有效降低出水氮、磷含量,不难想象最终出水能达到水功能区划的要求。

2.3 稳定塘

利用稳定塘处理污水可充分利用地形,基建和维护费用低,并能实现污水的资源化,但 占地面积大,处理效果易受气候影响,在我国难以普及[14]。太湖周边地区土地资源宝贵, 且冬季气候较低,不利于使用。

2.4 土壤渗滤

该系统将污水投配到土壤表面具有一定构造的渗滤沟中, 污染物通过物理、化学、微生 物的降解和植物的吸收利用得到处理和净化。该技术对悬浮物、有机物、氨氮、总磷和大肠 杆菌的去除率均较高,一般可达70%~90%,而且基建投资少、运行费用低、维护简便, 整 个系统埋在地下,不会散发臭味,能保证冬季较稳定的运行,便于污水的就地处理和回用该 技术具有很强的技术和经济优势[1]。但是,该技术须保证处理效果,否则容易对地下水造成 污染。

2.5 生物膜法

生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化和生物流化床四种,是分散生活污水处 理主要应用的一种人工处理技术,包括厌氧和好氧生物膜两种。厌氧或好氧微生物附着在载 体表面,形成生物膜来吸附、降解污水中的污染物,达到净化目的。该方法设备简单、运行 成本较低,处理效率高[1]。

吴塘村人口较少,分布分散,无市政排水管网,几乎每座房屋旁边都有一小块耕地,可 以加以利用,所选污水处理工艺应抗冲击负荷能力强,且宜就近单独处理;经济力量薄弱, 故污水处理应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗或无能耗的工艺;村镇缺乏污水处理专 业人员,所选工艺应运行管理简单,维护方便[3]。人工湿地和生物膜法处理效果好,且是接 近自然的处理技术,此外化粪池的普遍使用和低费用使得改造化粪池推广更加容易,鉴于上 述处理方式和国内水处理相关资料,结合吴塘村本身的实际情况,决定将人工湿地和生物膜 法与化粪池结合起来,设计接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池对生活污水进行就地处理。 3. 接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池设计

3.1 化粪池体积设计

根据《给水排水设计手册第 2 册-城镇排水》和《02S701 砖砌化粪池》上相关计算公式 和设计要求,化粪池最小一般不小于 2m3,水面到池底距离不小于 1.3m,尺长不小于 1m, 池宽不小 于 0.75m。

本设计中化粪池有效容积只考虑前两格计算,容积比为 3:2,取有效池长为 2.0m;尺

高 1.7m,其中保护层高度 400mm;池宽取 0.8m。故总容积为 V=2.0×1.7×0.8=2.72m3。

3.2 下行流-上行流人工湿地设计

人工湿地的深度一般是按水生植物根系自然扩展的深度来设计的,多数为 0.6~0.7m[15]。 本设计人工湿地由串联的 0.5m×0.8m×0.8m 两个池组成。

填料:底层铺 10cm 厚的碎石(直径 5mm 左右),上层为砂(直径 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:选择美人蕉和香蒲混合栽种。

进出水管线布置:进水干管为直径 110mmPVC 管,另设四根直径 75mmPVC 管,出水 管布置方式相同[14]。

3.3 结构设计和原理

笔者阅读了大量化粪池和人工湿地相关的文章,从中受到了一些启发,并尝试进行化粪

池改良设计及与人工湿地联用处理无锡市吴塘村生活污水。笔者构思的接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池处理流程和构造分别如图 2 和图 3。

4

1-腐化沉淀槽;2-厌氧接触氧化槽;3-最终沉淀槽;

4-下行流-上行流人工湿地;5-无动力跌水充氧槽

图3 接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池

(1)腐化沉淀槽:粪便污水及其他生活污水混合后首先进入腐化沉淀槽。该槽占总有效容

积的 75%,为厌氧环境,污水中的有机物在此腐化,主要去除部分 BOD5、SS 和进行反硝 化,污泥和比重较大的悬浮固体会沉淀到有一定的坡度底部,比重较轻的悬浮固体上浮至水 面,中间层液体较原污水澄清。上层浮渣和底层污泥需定期清掏。

(2)厌氧生物接触氧化槽:该槽设在腐化沉淀槽右上侧出口前,槽中铺有厚度为 20cm 的 填料层,填料上下为格栅,连同填料层做成盒子状,填料皆为永久性的刚性填料,无需更换, 但可定期取出检查生物膜附着情况。底层和上层为直径 50mm 左右的鹅卵石,中间为塑料制 成的多折片球型填料,材料密度要比水大,主要作用是过滤,附着生物膜,降低流速。

(3)最终沉淀槽:该槽与厌氧生物接触氧化槽用两个直径 10cm 的正方形孔相连,主要作 用是进一步沉淀分离污水和污泥,以及去除 BOD5、SS 和进行反硝化,中间层清水通过莲 蓬弯流至人工湿地。该槽也需定期清掏。此外上述三槽会产生甲烷、氨气、氮气等气体,需 设通风管连通,由于甲烷纯度低,气体量少且难以分离,故通过通风管直接放空。

(4)下行流-上行流人工湿地:通过前面腐化沉淀槽,厌氧生物接触氧化槽和最终沉淀槽的 处理,进入人工湿地的污染物负 荷将有效降低,此人工湿地由串联的两个池组成,分别为下

行流和上行流。底层铺直径 5mm 左右的碎石连通两池,上层为土壤和直径 0~4mm 的砂混

合,下行池填料高于上行池 10cm,以克服人工湿地的水头损失。一般的单一垂直流人工湿 地水从上往下流,出水水位大大较低,在埋深较深且出水水位较低的无动力化粪池中使用, 最终出水口很可能因过低而容易被淹没,而下行流-上行流人工湿地可以克服这个不足,能 够提升水位,而且众多试验表明出水效果要比单一垂直流人工湿地好。水生植物可选择美人 蕉和香蒲等普遍的植物,定期收割。下行流-上行流人工湿地相当于一般污水处理的深度处 理,尤其在去氮除磷有很高的处理效率。

(5)无动力跌水充氧槽:该槽相当于出水前的集水槽有集配水功能,并且与大气相通,可 通过里面三层铺有鹅卵石的表面粗糙的阶梯式跌水板进行复氧,可有效抑制水的发臭和提高 透明度。出水最终通过截污沟渠排至附近水体或者下渗补给地下水,大大降低了对受纳水体 的污染。

3.4 经济可行性分析

无锡市吴塘村几乎每户都修建有化粪池,粪便污水与其他生活污水分流排放,接触氧化

-湿地-无动力充氧化粪池无需采用好氧曝气和提升装置,仅通过污水的自流完成,无动力消 耗,运行费用极低;管理方便,如普及太湖周边农村地区,当地政府环保相关部门可定期检 查及安排吸粪车集中吸走底层污泥和撇去上层浮渣。接触氧化-湿地-无动力充氧化粪池的建 造费用与传统旧式化粪池相比略高一些,但两者有着几乎相同的运行管理费用,对于吴塘村 乃至太湖周边农村仍然是可承受的。