水力学实验报告范文

导语：如何才能写好一篇水力学实验报告，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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在深入学习实践科学发展观活动中，我们把“强化基础地位，建设民生水利，推动科学发展”作为学习实践活动的主题，以开展“水利基础设施建设集中突破年”活动为载体，精心组织，合理安排，扎实开展学习实践活动，学习调研阶段各项工作深入推进，水利重点工作进展良好，切实做到了“两不误，两促进，两提高”。

按照县委的安排部署和学习实践活动第一阶段工作总体要求，近期，我们组织局领导班子成员深入基层，深入群众，通过座谈讨论，个别走访等形式，就建设民生水利，推进科学发展进行了专题调研，广泛听取了广大基层干部群众的意见和建议，现结合实际，就建设民生水利，推进科学发展作简单的探讨。

一、全县水资源及水利工程建设基本概况

我县属于内陆地区，区位上处在黄土高原沟壑地带，气候为半干旱半湿润类型，年平均降雨量为599毫米，年蒸发量1403.3毫米，是降雨量的2.3倍，县境内仅有达溪河、黑河两条主要河流，水资源十分短缺。全县水资源总量为2.25亿立方米，其中入境水1.17亿立方米，自产水为1.08亿立方米，人均占有量998.4立方米,耕地亩均占有量276.6立方米。按水资源总量、现有人口及全县耕地总面积计算，分别是全国的0.8%、43%、18%全省的7%、86% 51%和全市的13.4%、89%96.5%。至20__年底，全县共建有各类水利工程163处，其中：人饮工程136处，灌溉工程19处（含两河灌区），防洪工程6处，水库6座，建成集雨水窖32381眼，新增补灌面积44071亩，发展有效灌溉面积49909亩。人饮工程通村率90%，解决了17.7万人6.4万头畜的饮水困难，全县累计完成自来水入户3.3万户，入户率达到了63%。在主要河道修筑防洪堤13.11公里，保护耕地20__公顷，保护人口1.3万人。全县还有10%以的村没有水利工程， 近40%的农户没有通上自来水。水资源短缺、水利基础设施薄弱成为制约全县经济社会发展的瓶颈。

二、目前存在的主要困难和问题

在调研中我们发现，目前我县水利工作还存在着基础薄弱、管理滞后、工程老化失修、服务体系不健全等困难和问题，与科学发展的要求、与人民群众的期望、与全县经济社会发展的形势还很不适应。主要表现在：一是我县水利基础设施建设历史欠账较大，随着经济社会发展对水的需求日益增长，工程型缺水矛盾更加突出。二是农村饮水不安全问题十分突出。至20__年底，全县农村人口中尚有4.34万人存在饮水不安全问题，占农村总人口数的19.6%。三是水利工程老化失修严重，综合利用效率低。县城及几条河流的河堤建设滞后；县域内六座水库及部分农村人畜饮水工程均建于70年代，工程老化失修严重，防汛隐患突出；灌溉设施不全，渠系淤积严重，渠系水利用系数低，灌溉得不到保障。( r1 |3，！ p’ f, z+ v* d3 p四是水环境恶化的趋势未得到有效遏制。目前，全县仍有大量的工业废水和城镇生活污水未经处理直接排入水域中，其中相当一部分进入了农村地区，造成地下水和地表水污染，这种状况直接威胁着广大农民的饮水安全。五是管理机制不适应水利发展要求。从调研情况来看，造成水利工程老化失修、效益衰减等问题，既有资金短缺的原因，也有机制上的根源。目前，大部分农村水利工程尤其是小型水利工程管理主体不明确，尚未形成一套良性的运行管理机制，水利工程的投入补偿机制未形成，工程水费收取困难，当前推行的农民用水户协会建设管理由于工程设施落后、思想认识不够等原因，也遇到了较大困难，造成工程日常管理维护经费短缺，水利工程使用周期缩短。五是基层水利工程管理不到位，导致农村人畜饮水工程供水不正常、供水秩序差，直接影响了农村群众正常的生产生活用水。六是水政执法还不到位。群众的节水意识、水法制意识还比较淡薄，人为破坏水利工程的现象时有发生，乱打井、乱取水、乱采砂的问题仍然存在，依法治水、依法管水的局面还没有完全打开。

三、解决水利发展突出问题的基本构想

按照建设民生水利，推动科学发展的总体要求，在深入调研，广泛听取各方面意见建议的基础上，我们提出了今后几年水利工作的总体思路和奋斗目标。

总体思路是：树立“一个理念”，突出“一个主题”，抓好“四个重点”。即：树立项目支撑，基础先行，改善民生，人水和谐的发展理念；突出建设民生水利、推动科学发展这个主题；主攻以支撑水利事业可持续发展为重点的项目建设，以水利基础设施建设为重点的民生改善工程，以完善体制机制，提升管理服务水平为重点的水利管理，以创建资源节约型、环境友好型社会为重点的节水型社会建设四个重点。

总体目标是：着力构建“六大体系”，切实抓好“六个关键”，努力推进“五个转变”。“六大体系”：一是防洪保安体系。加快流域综合治理，提高防洪、排涝保障能力，形成较为完备的防洪体系。二是全县农村安全饮水保障体系。积极争取完成4.34万人饮水安全工程建设任务，让城乡居民喝上安全水、放心水。三是农田灌溉体系。通过对中小型灌区全面更新改造，加快小型农田水利建设，全县农田有效灌溉面积和旱涝保收面积恢复到历史最好水平，保障粮食安全。四是城乡统筹协调发展的水资源水环境保障体系。对县境内的达溪河、黑河两条主要河流进行全面治理，依法保护水源，加强水资源配置，建立节水型社会。五是诚信健康的水利管理体系。建立健全完备的水利管理制度，使水利工程管理上台阶、上水平，有效提高农村饮水保障率、及时率。六是高效的涉水事务社会管理和公共服务体系。建设一支依法行政、作风过硬、技术优良、攻坚克难的水利建设和管理队伍。“六个关键”：把维护人民群众的根本利益作为水利发展的出发点和落脚点；把实现人水和谐作为水利发展的核心理念；把水资源配置、节约和保护作为水利发展的工作重心；把统筹兼顾作为水利事业发展的根本方法；把因地制宜、分类指导作为深化水利发展的重要措施；把坚持改革创新作为推进水利发展的不竭动力。“五个转变”: 在管理理念上，要加快从供水管理向需水管理转变；在规划思路上，要加快从无序规划向有序规划、合理规划转变，把水资源合理开发利用和节约保护相结合，站在全县水利科学发展的高度，科学谋划，合理规划；在保障措施上，要加快从治

理为主向预防为主转变；在用水模式上，要加快从粗放利用向高效利用转变，积极探索节水型社会建设的模式与途径，大力推广运用节水型器具，倡导文明的生产和消费方式，逐步形成节约用水的行为规范和社会风尚；在管理手段上，要加快从行政管理向综合管理转变，积极培育和发展农民用水者协会，鼓励群众参与水利管理、水价制定、水权转让等决策。四、实现水利科学发展的工作重点

建设民生水利，推动科学发展，就是要切实破解水利发展难题，实现水利可持续发展，不断满足人民群众和生态环境建设对水的需求，以水利事业的可持续发展促进全县经济社会又好又快发展。当前，要破解这些发展难题，就得从以下几个方面下功夫：

第一、争上项目，破解资金难题，在科学兴水上集中突破。当前，水利工作既面临着难得的发展机遇，也面临着严峻的挑战。就我县而言，水资源短缺、水利基础设施建设薄弱，农村群众饮水不安全等问题亟待我们去解决，而目前国家出台拉动内需的投资政策，加大对水利的投资，为我们提供了难得的机遇，我们一定要抢抓机遇，争上项目，重点围绕解决农村群众饮水安全、灌区续建设配套、水库除险加固、中小河流治理等方面积极论证，多方争取，确保到二0__年解决全县4.34万人饮水不安全问题，完成1座小（一）型和5座小（二）型水库除险加固任务，在08年完成达溪河灌区改造任务的基础上，争取在20__年完成横渠灌区续建配套任务，最大程度地发挥两河灌区的灌溉能力，提高农业生产效益。

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关键词：明渠流；实验装置；创新性实验；实验平台；旋转式；水槽

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：16721683（2015）05100803

Development and application of comprehensive experiment platform for rotatable open channel flow

RONG Guiwen，YUAN Yue，XIAO Baiqing，XU Guangquan

（College of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）

Abstract：In order to cultivate the innovative ability of college students and overcome the disadvantages in the experiment device of single open channel flow，such as simple experiment content，occupation of large area，and high cost，a comprehensive experiment platform for rotatable open channel flow was developed based on the conventional hydraulic experiment apparatus and basic principle of fluid flow.The experiment platform used the rotatable method to integrate different open channel flow experiments，which can meet the demand of conducting various conventional open channel flow experiments in the same platform，and the demand of modern teaching including the comprehensive，designed，and innovative training plans.The platform has the advantages of perfect design，complete function，and convenient reestablishment，which is of important significance for the cultivation of innovative talents with water conservancy major.

Key words：open channel flow；experiment device；innovative experiment；experiment platform；rotatable mode；flume

天然河道、人工渠道以及水流未充满全断面的管道中的水流都属于明渠流[1]，明渠流是水力学研究的重要内容。水力学实验在水力学学科发展中占有很重要的地位，是整个水力学理论教学不可替代的环节[23]。然而目前高等学校的水力学实验教学仍存在诸多与现代高等教育理念不相适应之处，例如实验平台不完善、功能单一，一个实验装置只能满足一类实验需要，实验多为演示性、验证性实验，缺乏新意，很难激发学生自主学习与创新的兴趣，不利于培养学生的创新意识和创新能力[4]。同时，现有的明渠流实验装置存在设备体积大、占用实验室面积多、成本高的不足，致使配置的实验装置台套数都较少，尤其是高校扩招后，传统的明渠实验装置难以满足实验教学和创新能力培养的需要，严重影响工科高校水力学的实验教学和创新驱动[5]。

本文在研究传统水力学实验装置和流体运动基本原理的基础上，采用旋转方式创造性地将多种水力学明渠试验集为一身，自主研发了一套旋转式明渠流综合实验平台。该实验平台能够满足学生在同一实验平台上进行多种常规水力学和流体力学实验的需求，能够满足高校创新创业训练计划等现代教学的要求。

1 综合实验平台

1.1 实验平台设计思路

长期以来，受传统观念等方面的限制，水力学实验大多以单一的验证性实验为主，综合设计性实验几乎没有，实验教学缺乏灵活性[6]。为了促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才，高校要高度重视大学生创新创业训练计划对推动人才培养模式改革的重要意义，重视大学生创新创业训练计划实施的条件建设[7]。本文设计了一种旋转式明渠流综合实验平台，将传统的多种实验明渠水槽和回水槽通过旋转轴和弧形固定翼连接构成平台的旋转明渠系统，旋转轴通过两端支架支撑，旋转明渠系统主体为四个对称的旋转明渠水槽和四个对称的旋转明渠回水槽，旋转明渠回水槽设置在槽底与旋转轴之间。同时，综合实验平台设计有水箱和固定明渠系统。装置的特殊设计能够实现了在一个水箱、一个固定明渠系统和一个旋转明渠系统组成的实验平台上开展多种明渠流实验的目的，不仅节约水泵和水箱，而且节省实验占地面积和空间，符合我国资源节约型社会建设要求。

1.2 实验平台结构

旋转式明渠流综合实验平台由水箱、固定明渠系统和旋转明渠系统三部分组成，见图1。

1旋转明渠水槽；2明渠水槽底床；3水槽固定翼；4明渠回水槽进口；4明渠回水槽出口（三角量水堰）；5旋转轴；6升降阀；7支架；8水泵；9压力管道；10刻度尺；11储水箱；12消能罩；13溢水回流管；14溢水过渡箱；15支架；16螺纹杆；17挡板滑动槽；18有机玻璃挡板；19稳水箱（源头）；20梯形水流出口；21固定明渠水槽；22水槽衔接缝（卡槽）；23活动水位测针；24测针滑动架。

图1 实验平台结构立体图

Fig.1 Stereogram of experiment platform

水箱为两层、三箱结构，包括下层的储水箱、上层的稳水箱和溢流箱，在储水箱靠近固定明渠水槽一侧的壁面上设有三角量水堰，三角量水堰与固定明渠回水槽出水口连通，在稳水箱靠近固定明渠水槽一侧的壁面上设有梯形出水口，储水箱和稳水箱通过压力管连通，压力管上设有抽水泵，储水箱和溢流箱通过溢水回流孔连通，稳水箱和溢流箱之间通过在挡板活动槽中活动的溢流板分隔，明渠中的流量通过旋转螺纹杆调节溢流板高度来控制。

固定明渠系统位于水箱和旋转明渠水槽之间，由固定明渠水槽、固定明渠回水槽构成，固定明渠水槽位于固定明渠回水槽正上方，固定明渠水槽截面为梯形，固定明渠回水槽截面为弧形，固定明渠水槽的进水口一端连接固定在稳水箱的梯形出水口，固定明渠回水槽出水口与储水箱上的三角量水堰连通。

旋转明渠系统主体为四个对称的旋转明渠水槽和四个对称的旋转明渠回水槽。如图2所示，相邻的明渠水槽和明渠回水槽之间通过30°弧形固定翼和旋转轴连接，旋转明渠回水槽设置在槽底与旋转轴之间，旋转轴两端通过支架支撑。明渠水槽和明渠回水槽之间是明渠试验水槽底床，每个明渠水槽的槽底末端均设置有许多出水孔，出水孔与明渠回水槽进口相通，在明渠水槽和明渠回水槽右端设有挡水板。在旋转明渠系统靠近固定明渠系统的一端设有用于密封衔接的橡皮圈和卡扣。旋转明渠系统每次旋转90°后，其中一个旋转明渠水槽恰好与固定明渠水槽完全吻合，明渠通过橡皮圈和卡扣密封衔接后连接为一个整体，相应的回水槽也连接为一整体，并与水箱相通组成一个可循环系统。旋转明渠水槽底坡可调节1°～5°，不同的旋转明渠水槽中设置不同类型的水工建筑物。旋转明渠上的活动水位测针用来测量明渠中的水位。通过储水箱外壁的刻度尺读数和三角量水堰流公式[8]计算明渠水流流量。

图2 旋转明渠横截面

Fig.2 Cross section of rotatable open channel

1.3 实验平台功能

1.3.1 开展常规明渠流实验

利用该综合实验平台提供的水箱、固定明渠系统和旋转明渠系统，学生在此实验平台上进行简单改装，即可完成常规性明渠流实验和测量实验[5，911]。

在水力学中，把顶部溢流的泄水建筑物称为堰，过堰的水流，当没有受到闸门控制时为堰流。堰流的特点是水流的上方为仅受重力作用而降落的连续变化的光滑曲面，水流的下方受到堰体型的控制。堰流的过流能力与堰的体型有很大的关系，不同体型的堰，其堰上水流的形态也不同。在某一条旋转明渠水槽中分批设置不同体型的薄壁堰、实用堰和宽顶堰，能够开展矩形薄壁堰流实验、三角形薄壁堰流实验、曲线型实用堰流实验、折线型实用堰流实验、宽顶堰流实验以及宽顶堰的堰顶水深实验。

在水利工程中，为控制过堰流量，常在堰顶安装闸门，当过堰的水流受到闸门控制时为闸孔出流。闸孔出流的特点是水流上方受闸门控制形成不连续变化的曲面，水流下方受到堰体型的控制。影响闸孔过流能力的主要因素不仅有堰的体型，还有闸门的型式和控制方式。为了观察闸孔出流现象，可以在另一条旋转明渠水槽中分批设置平板闸门和弧形闸门，开展平板闸门流量实验、弧形闸门流量实验。

圆柱绕流问题是研究流体绕物体流动的典型水动力学问题。通过实验测量实际流体绕圆柱流动时的表面压强分布规律，能够更好地帮助学生理解圆柱绕流中的前后驻点、最小压强点、压强系数特征，观察圆柱后部发生的流动分离现象。在第三条旋转明渠水槽中设置不同数量、不同布局的圆柱，可以开展圆柱绕流实验。

水跃和水跌是明渠非均匀流中常见的急流与缓流过度的急变流。当明渠中的水流由急流过渡到缓流时，会产生一种水面突然跃起、剧烈旋滚的水跃现象，常发生于泄水建筑物的下游；当处于缓流状态的明渠水流遇到陡坡或突然扩大的渠道断面时，水面会迅速降落产生一种由缓流向急流过渡的水跌现象。在第四条旋转明渠水槽设置潜坝或跌坎，观察明渠的水跃和水跌现象。

1.3.2 开展设计性明渠流实验

实验设计训练是培养学生创新精神、创新能力和创新思维的有效手段，该综合实验平台具有开展水力学相关的设计性、创新性明渠流实验的功能。如，在旋转明渠系统中，布置模型沙进行泥沙推移（跳跃、滚动、滑动）运动和悬移运动等观察实验和量测实验[12]，设置丁坝、顺坝或锁坝开展水工整治建筑物附近流场、自由水面变化和紊动现象等观察实验[13]，布置水草开展植被水流运动特性实验[14，15]，增加消能工开展底流消能、挑流消能和面流消能等消能演示实验[16]，修改溢流堰剖面形状开展坝体优化等探索性实验，在明渠水槽中布置弯道开展弯道水流运动综合实验 [17]。学生通过自行设计、改造和加工模型，能够激发自身的主动性、积极性和创造性，能够从自身所长与兴趣出发，积极参与实验实践活动，在探索、研究、创新的实践训练过程中，提出自己的观点与见解。

2 实验平台使用模式与实践

2.1 实验平台使用模式

在综合实验平台的使用过程中，坚持“开放式、启发式”实验模式，最大限度地发挥学生的主动性、能动性和创造性，促进学生主动探索性学习，提高学生的学习兴趣。实验平台的使用模式可归纳如下。（1）使用前，教师提出实验目的和要求，学生自行拟定实验方案、设计实验思路。这一阶段注重培养学生的独立思考能力和创新设计能力。（2）使用中，学生独立摸索实验平台水箱、固定明渠系统和旋转明渠系统各组成部件的功能和使用方法，根据拟定的实验方案、实验思路亲自动手实施，必要时，允许学生自己制作、改装相应的部件进行探索性实验。这一阶段注重培养学生的动手能力和实践能力。（3） 使用后，学生独立从实验数据和实验现象中分析相关实验的水动力特性，查阅国内外相关实验资料，撰写实验报告，并做实验成果汇报。这一阶段注重培养学生的分析能力和表达能力。对有创新性的实验成果，教师鼓励和指导学生撰写学术论文，在学术刊物上发表或在学术会议上交流。

2.2 实验平台应用实践

综合实验平台建成以来，先后开展了一系列的综合性、设计性和创新性实验研究，取得了非常理想的教学成果。许多师生在此实验平台上进行了“曲线型实用堰剖面设计实验”、“折线型实用堰剖面设计实验”、“平板闸门流量实验”、“弧形闸门流量实验”和“明渠水跃和水跌实验”等自主创新性实验，完成了多篇毕业设计和毕业论文。目前，学生正在该实验平台上进行智能化操作的探索研究。

3 结语

本文介绍了由水箱、固定明渠系统和旋转明渠系统组成的旋转式明渠流综合实验平台，通过旋转和对接方式将不同的明渠水槽及相应的明渠回水槽与同一个固定明渠系统贯通，实现了仅在一个水箱、一个水泵提供水源的前提下进行一系列明渠水流自主创新设计实验研究的目的，克服了传统明渠流实验装置功能单一、占地面积大、建设成本高等缺点，为水力学传统基础实验教学向综合设计性实验教学转变提供了新思路。具有系统灵活、改造方便、水资源节约、功能强大和适应性强等特点，有重要的实用价值及推广应用前景。

参考文献（References）：

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[2] 张志昌.水力学实验[M].机械工业出版社，2006.（ZHANG Zhichang.Hydraulic experiments[M].Mechanical Industry Publishing House，2006.（in Chinese））

[3] 艾翠玲.水力学实验教程[M].化学工业出版社，2011.（AI CuiLing.Hydraulic Experimental Course [M].Chemical Industry Press，2011.（in Chinese））

[4] 赵明登，曾玉红，槐文信，等.水力学综合性设计性创新性实验系统研究与应用[J].高等理科教育，2010，94（6）：115117.（ZHAO Mingdeng，ZENG Yuhong，HUAI Wenxin，et al.Research and Application of Hydraulic Experiment System of Comprehensiveness and Innovation[J].Higher Education of Sciences，2010，94（6）：115117.（（in Chinese））

[5] 贺五洲，陈嘉范，李春华.水力学实验[M].清华大学出版社，2004.（HE Wuzhou，CHEN Jiafan，LI Chunhua.Hydraulic experiments[M].Tsinghua University Press，2004.（in Chinese））

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[7] 教育部.关于做好“本科教学工程”国家级大学生创新创业训练计划实施工作”的通知[EB].教高函[2012]5号.（The Ministry of Education.The Notice about the Implementation of College Students Innovation and Enterprise Training Plan on "Undergraduate Teaching Project"[EB].Teach High Letter [2012]No.5.（in Chinese））

[8] 李炜.水力计算手册[M].中国水利水电出版社，2006.（LI Wei.Hydraulic Calculation Handbooks[M].China Water Conservancy And Hydropower Press，2006.（in Chinese））

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关键词: 化学需氧量；生化处理；序批式活性污泥法；折流式厌氧反应器

0 引言

中海石油（中国）有限公司湛江分公司涠洲终端处理厂于1998年8月正式建成投产，是中海油湛江分公司第一个自营综合性油气处理终端。涠洲终端厂原有的电解法污水处理工艺在除油、脱硫、悬浮物等方面有较好的处理效果，曾一度满足了小排量污水COD（化学需氧量）处理的要求。但是旧的COD电解处理方法存在处理量少（日处理量80立方米左右）、维修工作量大、维修成本高、操作不方便等缺陷。随着油气田不断地勘探开发生产和油田综合含水的上升，生产污水量也逐年增加（2005年已达1000立方米），原来的COD电解处理工艺已满足不了实际生产的需要，对污水处理系统进行扩容和寻求新的处理技术势在必行。

1 终端污水特性的试验研究

污水生物处理技术是利用污水中的细菌、真菌以及原生动物、后生动物等微生物的作用，分解污水中的污染物，从而实现污水净化。按照污水生物处理的条件，又可分为：厌氧生物处理和好氧生物处理两种。

中海油湛江分公司与桂林工学院于2002年7月22日签定了关于“涠洲终端处理厂污水CODCr环保达标研究”的合同。桂林工学院资源与环境工程系随后成立了研究项目组，并根据合同的要求立即开展工作。经过多次采集涠洲终端处理厂污水，分析化验、在实验室完成了多项实验后，又在现场开展了两个多星期的试验。为获得更加全面、准确的资料，研究项目组于2004年先后3次采集涠洲终端处理厂污水，系统研究了温度和厌氧处理时间对污水处理效果的影响。研究表明：

（1）涠洲终端处理厂污水COD为150～400mg/L，并具有盐度高，含硫化物高，水质水量均变化较大的特点。

（2）污水中BOD/CODcr的比值为0.38，具较好的可生化性，通过对微生物的驯化，可 以用生化法处理污水。但单一的厌氧生化处理和好氧生化处理均不能达标。而厌氧—好氧联合处理后的出水CODcr为15～85mg/L，完全可以实现CODcr达标。

（3）化学混凝可去除20%的COD，化学混凝—活性碳吸附联合处理可去除44%的COD，但处理后的出水均不能达标。

（4）在30-50度的范围内，温度对厌氧处理效果无明显影响。

2 污水处理技术方案的对比研究

厌氧+好氧组合工艺目前广泛的应用于中高浓度、难降级的有机废水。目前国内外厌氧反应器应用的主要类型有厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧折流板反应器（ABR）、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器（EGSB）等。好氧反应器主要有接触氧化池、SBR反应器、氧化沟。曝气生物滤池等。鉴于本设计的水质水量特征，设计初步确定两个处理方案，并通过实验运行，评价其处理效果。

（1）方案一：UASB＋SBR组合工艺处理含油废水

UASB反应器和SBR反应器串连运行。升流式厌氧污泥床反应器是荷兰的Lettinga教授研究开发的一种高效厌氧生物处理反应器，其上部设置气、固、液三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，废水用泵连续或脉冲由反应器底部均匀进入污泥床区，与厌氧颗粒污泥充分接触反应，有机物被厌氧微生物分解成沼气。液体、气体与固体形成混合液流上升至装配式三相分离器，使三者很好地分离，颗粒污泥回流到污泥床内，沼气通过导管流入沼气柜，处理过的水由出水槽排走。反应过程约80％以上的有机物被转化为沼气，完成废水处理过程

序批式活性污泥法（简称为SBR工艺）是近年来引起国内外广泛重视、研究和应用日趋增多的好氧生化工艺之一。其工作核心是SBR反应池，该池集水质均化、初次沉淀、生物降解、二次沉淀等功能于一体，整个工艺简洁，运行操作可通过自动控制装置完成，管理简单，投资省。

SBR工艺的序批式包含两层含义：一是运行操作在空间上按序列、间歇的方式进行，由于污水大都是连续或半连续排放，处理系统中至少需要两个或多个反应器交替运行，因此，从总体上污水是按顺序依次进入每个反应器，而各反应器相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能，但对每一个反应器则是间歇进水和排水；二是每个反应器的运行操作分阶段、按时间顺序进行，典型的SBR工艺的一个完整的运行周期由五个阶段组成，即进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排水阶段和闲置阶段，从第一次进水开始到第二次进水开始称为一个工作周期。

进水阶段是反应池在短时间内接纳需要处理的污水，同时起到调节和均质的作用，此阶段可曝气或不曝气。反应阶段是停止进水后的生化反应过程，根据需要可在好氧和缺氧条件下进行，也可两种条件下交替进行，但一般以好氧为主。沉淀阶段停止曝气，进行泥水分离。经过一定时间的沉淀，进入排水阶段，利用排水装置将上清液排出反应池。排水结束到第二次进水的时间间隔为闲置阶段，这一阶段曝气或不曝气均可，此时通常不进水，而是通过内源呼吸作用使微生物的代谢速度和吸附能力得到恢复，为下一个周期创造良好的初始条件。在每一个运行周期内，各阶段的运行参数都可以根据污水水质和出水指标进行调整，并且可根据实际情况省去其中的某一阶段，还可以把反应期与进水期合并，或在进水阶段同时曝气等，系统的运行方式十分灵活。

（2）方案二：ABR＋SBR组合工艺处理含油废水。

厌氧挡板式反应器和SBR反应器串连运行。折流式厌氧反应器（Anaerobic Baffled Reactor）是Bachman和McCarty等人于1982年前后提出的一种新型高效厌氧反应器。厌氧挡板式反应器内部垂直于水流方向设多块挡板来保持反应器内较高的污泥浓度以减少水力停留时间。挡板把反应器分为若干个上向流室和下向流室。上向流室比较宽，便于污泥聚集，下向流室比较窄，通往上向流的导板下部边缘处加 60°的导流板，便于将水送至上向流室的中心，使泥水充分混合保持较高的污泥浓度。当污水COD浓度高时，为避免出现挥发性有机酸浓度过高，减少缓冲剂的投加量和减少反应器前端形成的细菌胶质的生长，处理后的水进行回流，使进水COD稀释至大约5～10g/L，当污水COD浓度较低时，不需进行回流

虽然在构造上ABR可以看作是多个UASB反应器的简单串联，但工艺上与单个UASB有显著不同。UASB可近似地看作是一种完全混合式反应器，而ABR则更接近于推流式工艺。与Lettinga提出的SMPA[1]工艺对比，可以发现ABR几乎完美地实现了该工艺的思路要点。首先，挡板构造在反应器内形成几个独立的反应室，在每个反应室内驯化培养出与该处的环境条件相适应的微生物群落。例如ABR用以处理葡萄糖为基质的废水时，第一格反应室经过一段时间的驯化，将形成以酸化菌为主的高效酸化反应区，葡萄糖在此转化为低级脂肪酸（VFA），而其后续反应室将先后完成各类VFA到甲烷的转化。通过热力学分析可知，细菌对丙酸和丁酸降解只有在环境H2分压较低的情况下才能进行[2]，而有机物酸化阶段是H2的主要来源，产甲烷阶段几乎不产生H2。与单个UASB中酸化和产甲烷过程融合进行不同，ABR反应器有独立分隔的酸化反应室，酸化过程产生的H2以产气形式先行排除，因此有利于后续产甲烷阶段中丙酸和丁酸的代谢过程在较低的H2分压环境下顺利进行，避免了丙酸、丁酸过度积累所产生的抑制作用。由此可以看出，在ABR各个反应室中的微生物相是随流程逐级递变的，递变的规律与底物降解过程协调一致，从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性。其次，同传统好氧工艺相比，厌氧反应器的一个不足之处是系统出水水质较差，通常需要经过后续处理才能达标排放。而ABR的推流式特性可确保系统拥有更优的出水水质，同时反应器的运行也更加稳定，对冲击负荷以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲适应能力。值得指出的是，ABR推流式特点也有其不利的一面，在同等的总负荷条件下与单级的UASB相比，ABR反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷。以拥有五格反应室的ABR为例，其第一格的局部负荷为其系统平均负荷的5倍，如何降低局部负荷过载的不利影响还有待于深入探讨。

ABR的工艺特性与其水力特性紧密相关。对于ABR的水力学特性，A.Grobicki、D.C.Stuckey和天津大学的郭静[3]研究表明：ABR反应器在没有回流和搅拌的条件下，混合效果良好，死区百分率低。反应死区可以分为生物死区和水力死区，生物死区来源于污泥所占的体积以及污泥对水力条件的改变；水力死区则可通过改善反应器构造设计而减小。在单个反应室内，水力特性接近于完全混合式，而从整体效果上看，则近似于推流式。由于ABR的水力特性较复杂，二者均未能就其流态提出一个较好的数学模型。其水力死区的计算借用了化学反应工程中反应器的流态模型，其合理性尚待进一步考证。

关于ABR的工艺特性研究，最早是由A.Bachman和P.L.McCarty等人所做。ABR反应器运行时污泥床层（常为颗粒污泥）处于流化状态，废水中基质的降解和微生物代谢产物的排除均须经由颗粒污泥表面通过扩散作用完成。试验中ABR的负荷可高达36gCOD/L。此外W.P.Barber和D.C.Stuckey[4]研究了ABR的启动特性，结果表明，固定进水基质浓度而逐步缩短HRT的启动方式优于固定HRT而逐渐增大进水基质浓度的启动方式。另外，ABR对水力负荷冲击响应迅速但恢复却快于浓度负荷冲击。在高水力负荷条件下，反应器内的短流现象是造成污泥流失的主要原因。A.Grobicki和D.C.Stuckey[5]研究了以葡萄糖为基质的ABR在稳定状态和冲击负荷情况下的运行特性，系统分析了酸化过程以及甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等中间产物在不同运行状态下沿流程的分布积累状况。与其它反应器在冲击负荷条件下不同的是，ABR中甲酸并非是很重要的电子受体。此外，无论是在水力或是在浓度负荷冲击下，ABR均表现出良好的稳定性能，因此有可能适用于工业废水处理。

（3）方案比选。

根据涠州终端处理厂污水平流式厌氧处理实验报告，UASB+SBR联合处理含油废水实验结果，ABR+SBR联合处理实验结果

对比UASB+SBR组合工艺、ABR+SBR组合工艺处理含油废水实验结果，从工艺的运行管理，处理效果、耐冲击负荷等方面对两个方案进行比较。比选方案的主要区别在厌氧处理反应器的选择上，两种不同厌氧反应器比较如下：

①构筑物结构：UASB池体结构较复杂，其三相分离器对设计要求较高，且单反应器存在明显的床体水流沟流的现象；ABR反应器采用多格室结构代替单室反应器结构，无专用的气固液分离系统，结构简单。

②反应启动时间：UASB污泥驯化期40天以上，不宜间歇运行，污泥床破坏后重新启动困难；ABR污泥驯化期在20天左右，各隔室的微生物随流程逐级递变，可间歇运行。

②设计、运行管理：UASB的三相分离器对设计和运行的要求较高，处理低浓度污水时，有机物浓度低，产气量少，污泥间无良好的间隙性，有机物和污泥的传质作用较差，处理效率受到一定限制，且为使UASB布水均匀，反应需设搅拌器使泥水充分接触，这在实际工程中较难控制。ABR不需要专门的布水系统，也不需要设置专用三相分离器，其运行管理简单。

④成本及运行费用：根据有关资料显示，在处理相同负荷的有机废水，UASB与ABR相比，一次性成本和常年运行费用均较高。

综合以上分析研究成果及现场试验，虽然实验结果说明UASB+SBR组合工艺、ABR+SBR组合工艺都能有效地处理本设计含油废水，但厌氧段宜采用处理原理和效果相似，且运行管理方便的ABR反应器。最后确定了处理的最佳方案为：原水调节池厌氧生化好氧生化沉淀（过滤）出水。其中，反应体系中，厌氧生化处理采用了平流式厌氧处理法。

3 污水生化处理系统工艺原理

根据涠州终端处理厂污水处理小试、中试报告，污水通过采用化学混凝法处理、好氧处理、厌氧+好氧组合工艺对比实验确定污水处理以生物处理技术为主体，采用“厌氧+好氧＋过滤”工艺，污水首先进入厌氧池进行厌氧处理，厌氧池设计采用“折流板式厌氧反应器”（ABR），该反应器的设计水力停留时间为36小时，原污水利用厌氧微生物（主要是厌氧菌）将废水中的可溶性的高分子有机物和不溶性有机物降解为低分子的有机酸、醇及二氧化碳、氨、硫化氢等气体，并放出细菌生长、活动所需的能量。污水中的有机物得到降解的同时废水的可生化性得到改善，COD去除率为20%～30%。厌氧出水再泵入“序批式生物反应器”（SBR）内进行好氧生化处理，SBR设计的运行周期为12h（进水1h，曝气8h，沉淀2h，排水1h）。剩余污泥进入浓缩池浓缩处理后经过脱水处理后将泥饼外运填埋处理。SBR处理出水通过滗水装置排入过滤池，经过滤池的滤料层后截留了SBR池出水中可能残留的悬浮颗粒。过滤池处理后出水经储水池后达标排放

（1） 本工艺采用生化（ABR+SBR）组合工艺对污水进行处理。污水进入厌氧池进行厌氧处理，再泵入SBR池内好氧生化处理，污泥回流至厌氧反应池，多余污泥进入浓缩池浓缩处理后经过脱水处理后将泥饼外运填埋处理。处理后出水经贮水池后达标排放。

（2）工艺采用了处理技术工艺成熟，所设各构筑物的功能明确，组合合理，处理过程中运行稳定，操作简单，便于管理，通过各构筑物的综合处理，相关指标可达到国家污水综合排放的一级标准。

（3）SBR反应池特点：SBR反应池设置多个反应池，其运行操作在空间上按序列、间歇的方式进行，污水采用连续处理排放；反应池运行灵活，在一个运行周期内，各阶段的运行参数都可以根据污水水质和出水指标进行调整。

（4）ABR反应池特点：采用多格室结构代替单室反应器结构，无专用的气固液分离系统，结构简单；不需要专门的布水系统，也不需要设置专用三相分离器，其运行管理简单；反应启动时间，ABR污泥驯化期在50天左右，各隔室的微生物随流程逐级递变，可间歇运行。

（5）成本及运行费用：根据有关资料显示，在处理相同负荷的含油有机废水，SBR＋ABR工艺，一次性成本和常年运行费用均较低。

4 污水处理效果分析

涠洲终端污水处理项目于2005年8月1日正式开工建造，2006年4月28日全面竣工投用，采用的“厌氧 + 好氧 ＋ 过滤” 处理含油污水工艺，是集各成熟、高效处理单元的合理组合，经过三年时间的运行证明，本污水处理流程耐冲击负荷、操作简便、运行稳定。同旧的污水处理装置相比较，污水处理量满足了现场的实际需要，节约了大量的电力资源、减轻了操作难度、减少了大量的设备维修和维修成本。经当地环境监测站的多次监测结果表明，经过生化处理后的污水水质达到设计排放标准，符合国家一级排放标准的指标要求。

参考文献

[1]Grobicki A，Stuckey D C.Hydrodynamic Characteristics of the Anaerobic Baffled Reactor.1991.

[2]Perter N Hobson，Andrew D Wheatley.Anaerobic Digestion—Modern Theory and Practice.1994.

[3]郭静，李清雪，马华年等.ABR反应器的性能及水力特性研究中国给水排水，1997.

篇4

[关键词]环境监测 教学体系 教学优化

环境监测是环境质量评价的基础、环境工程治理效果判定的手段、环境规划与管理的工具，环境监测是环境科学的一个重要分支学科。因此，环境监测课程是环境科学专业重要的专业基础课或专业课，是构成诸多后续课程的基础性支撑平台之一[1]。通过该课程的学习，使学生掌握环境监测的方法，环境监测的质量保证体系，为学生毕业后到环境管理等部门从事环境规划与管理、环境监测、评价和环境治理等工作打下基础。因此，在环境监测课程教学过程中， 努力构建 “ 理论 ― 实践” 一体化的课程教学优化体系。

一、注重教材建设，整合优化理论教学内容

1.选好教材

教材作为教师与学生之间教与学的桥梁， 是体现教学内容的知识载体[3]。选择具有系统、完整的知识体系和反映本学科领域最新成就的优秀教材， 是确保教学质量的关键和基础。目前出版的适合高等教育的“环境监测”教材有：奚旦立主编的《环境监测》（第四版）[4]、吴忠标主编的《环境监测》（第四版）[5]和陈玲主编的《环境监测》（第五版）[6]。通过比较各教材内容与优势，结合我校环境科学专业培养目标与要求，选取奚旦立等编写的《环境监测》（第四版）作为教材，该教材能全面的反映环境监测的基本理论与监测技术的现状和发展趋势，充分体现了国内外环境监测的新成果，克服了以前教材知识的滞后性，为教学质量的提高奠定了基础，是环境类专业教材优选对象。

由于不同的教材其内容的侧重点不同，学生学习兴趣也不尽相同，我们在指定教材的同时，为学生指定多种侧重点不同的参考用书，如《水和废水监测分析方法》[7]《空气和废气监测分析方法》[8]等， 使监测方法根据监测对象不同而更加具体和详细，教学内容更为充实，使学生在系统学习中获得了新知识，拓宽了视野[9]。

2.整合优化理论教学内容

《环境监测》课程是由“污染源监测”、“区域环境质量监测”、“环境监测质量保证”三个学习模块组合而成。在教学内容上，笔者采取“汇”、“增”、“删”、“解”措施对教学内容进行整合优化。“汇”是在把握教材的基础上，将教学内容融汇为以下几个部分：6大监测（包括水质监测、大气监测、噪声监测、土壤监测、固体废弃物监测、生物监测，其中水质监测、大气监测、噪声监测为主导监测）；环境监测系 统分析方法与技术；环境监测的质量保证。“增”是增加必要的新知识新内容，主要增加了近年来监测新方法、新技术和新标准以及结合西宁实际监测案例设计，培养学生的综合分析能力。“删”即删除一些相同的测定步骤及陈旧的监测方法。“解”是将经过“汇”、“增”、“删”后的教学内容再分解为“教学部分”和“自学部分”，突出重点与难点。通过不断调整、更新教学内容， 逐步形成自己独具特色的教学体系和教学艺术，保证学生掌握环境监测课程的主要知识点和基础理论。

二、改革教学方法

在教学方法上，以充分调动学生学习积极性和参与性为目的，强调理论教学与实践教学并重，重视在实践教学中培养学生的实践能力和创新能力。教学组织形式具体包括课堂教学、课堂讨论、课程作业、实践教学等方式。

1.采用“学中做，做中学，边做边学”的教学方法[1]，实施以能力建设为目标，以学生为主体，教师为主导的“引导法”教学，辅以讲练结合法，渐进式教学等多种教学方法，生动教学过程，提高学生的学习效果。如实验“大气中二氧化硫的测定”，我们尝试让学生先做实验， 让学生先熟悉仪器结构和采样测定的具体操作，实验完毕后再由教师讲解实验原理、仪器结构等理论知识，这样加深了学生的理解，收到了较好的教学效果。

2.运用多媒体，采用课件方式进行课堂直观教学。环境监测课程内容中涉及很多监测仪器的构造、监测点位的布设、在线监测等具体而抽象的问题，通过多媒体教学既可弥补实验室仪器的不足，还利于扩大信息量和拓展知识面，增加教学的形象性、动态性、直观性，从而提高教学效果[9]。改进教学手段是本课程建设的一个重点，是变抽象枯燥为生动形象直观的主要途径。从2003级环境科学专业开始，教研室开始自制幻灯片（PPT），同时结合多媒体影象加强学生对教学内容的理解，教学中根据教学内容组织学生观看、讨论，既活跃了课堂气氛，开拓了学生思维，又极大地提高了教学信息量和教学效果。

3.在教学中应用信息技术手段。在开发及应用现代教育技术方面，我们给予了高度重视。在教学过程中较好地应用了网络和计算机辅助教学等现代教育技术。《环境监测》课程上网资料包括教学大纲、电子教案、课件、实验指导、习题集等教学资料，同时准备开设网上答疑、课程资料下载等栏目，这些都为学生提供了多种可供选择的学习方式。教学资源上网将很好地解决学生课前预习、课后复习、自学、以及由于课堂信息量大给学生做笔记带来一定困难（可以下载打印后作为笔记底稿）等问题，并有助于形成教学过程和课程建设自我完善、自我管理、健康发展的机制。

通过上述教学方法改革，环境监测课程取得较好的教学效果，在学生和教师中获得了一致好评。

三、加强实践教学

环境监测是一门实践性很强的课程，实验教学占了较高的比例。为切实提高学生实验能力，我校环境监测实验教学安排16学时，共开设8个实验项目。在实验教学过程中， 我们经过近几年的教学实践，构筑了“3+1”的实践教学体系，即“综合性大实验为主、强化综合性、设计性实验、基础实验为辅，外加科研训练”的实验体系，并建立了合理的实验管理体系， 形成了该课程实验教学的特色。

1.注重基本实验技能训练

针对学生动手能力比较薄弱，我校在基础性实验教学中做了积极的探索。在做实验前，要求学生提前预习实验内容；在实验过程中，老师不再单纯地讲实验原理、目的、方法，而主要讲实验步骤、关键环节及实验中注意事项；实验前在教师监督与指导下，适当时让学生自己动手配制一部分药品溶液；而对一些环境监测分析仪器的使用，都是让学生自己熟悉使用原理和操作步骤。学生通过这一系列的实验训练，大大提高了学生的基本实验技能。

2.增开综合性、设计性实验

以往课程实验内容多以验证性和示范性实验内容为主，学生的兴趣及主观能动性不能充分调动，造成教学资源的浪费。开设综合性、设计性实验是培养学生综合能力和科研素质的重要途径[11]。我校环境类专业开设的综合性、设计性实验内容丰富，内容涵盖地表水、生活垃圾、大气等的监测及污染处理方法等诸多领域，根据学生的兴趣及爱好选择部分内容，学生与教师对实验内容进行讨论和修改后制定初步的实验方案，按照“以学生为主、教师指导为辅”的原则， 对学生实验进行引导，以发挥学生的创造力及主观能动性。在开展“湟水河北川河水质动态监测”时，让学生充分预习实验指导书，查阅有关资料，写出实验操作程序、实验材料及预期实验结果的预习报告。教师认真批阅修改预习报告后，让学生进行实验前的全部准备工作。指导教师在实验过程中不过分干扰学生的实验过程，而只对学生的实验进行引导。实验结束后， 各组学生宣讲实验报告并回答其他同学提出的相关问题，这样既增加了实际操作锻炼的机会，又使学生进一步了解实验原理、方法和步骤，做到心中有数，实验效率提高。通过综合性大实验，使学生得到现代环境监测操作的全程训练、熟悉各个测定环境的操作，巩固课堂所学的理论知识和技术。

3.发挥综合性大实验的作用

综合性大实验是课程实验的提高环节， 具有一定的自主性、设计性及连贯性[10]。根据教学经验， 我们把实验安排贴近于生产实际， 实验内容前后联系。我校在2011年大纲修订中增加了为期4周的《环境监测与污染处理综合性大实验》，内容涉及到当地地表水、校园垃圾、校园空气的监测及污染处理方法，这些实验包括从实验方案、样品采集、分析方法的确定、实验试剂的准备、样品的测定、数据处理和质量保证的全部过程，将实验课题交给学生，讲明要求，让他们查阅有关资料，选择控制的指标和合适的实验方法，独立设计出实验方案，然后在教师的指导下形成可行的实验方案，独立完成实验任务。在此过程中，学生变被动为主动，培养了他们独立分析问题、解决问题的能力，达到了理论联系实际、学以致用的目的。

4.建立合理的实验管理体系

建立合理的实验管理体系是保证实验实施、完成教学任务的重要环节。为此， 我们制定了系统的实验教学计划，基础实验与理论课同步开设，理论课程结束后， 集中时间安排综合大实验，通过连贯性的实验教学安排，学生在实验技能方面能得到系统的训练。实施灵活的实验考核办法， 使教师能够及时地发现学生在实验中出现的问题，并及时给予纠正或和学生一起进行分析与解释[2]。

四、加强实习教学环节

《环境监测》是一门实践性和应用性很强的课程，是环保部门一项基础性、常规性的工作，需要理论与实践的密切联系。通过实习活动，可以缩短学生在校学习与行业实践的距离。我校环境类专业在《环境监测》课程教学中与为期五周的生产实习紧密结合，增加了实践教学在教学计划中的比重，通过优化组合实习教学手段完成了教学任务，达到了教学目的。

1.进入环境监测站，进行实际监测工作

通过组织学生到青海省环境监测站、西宁市环境监测站、青海水环境监测中心、青海省渔业环境监测站等部门进行实际监测工作，使学生接触到环境监测部门的具体运作情况，对开展环境监测的实际工作有了更多的感性认识。在各个实习单位，学生能接触到学校实验室没有的仪器设备及在线监测系统。例如：在线COD监测设备、大气连续自动监测系统、原子吸收系统等， 达到了理论与实践的紧密结合。

2.参观污水处理厂与自来水厂

通过组织学生到西宁市鹏瑶污水处理厂、西宁市第二污水处理厂、西宁市第三污水处理厂和西宁市自来水有限责任公司等相关监测部门进行实地参观学习，可使学生了解污水厂和自来水厂必须监测控制的水质指标以及如何开展监测工作，增强了对行业监测部门工作的感性认识，同时也提高了学习该课程的自觉性和主动性。参观结束，教师对参观内容进行概括性讲授，引导学生把感性知识提升到理性认识。

[参考文献]

[1]汪万芬，傅先兰.环境监测课程教学体系优化探讨[J].皖西学院学报，2009，25（2）：133-134.

[2]纪振，朱建梅.浅谈《环境监测》课程教学改革[J].常州工程职业技术学院学报，2008，58（4）：91-93.

[3]翟琨，向东山.环境监测课程教学体系的重构与优化[J].中国科技信息，2007，22（4）：277-278.

[4]奚旦立，孙裕生，刘秀英.环境监测（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2010：352-360.

[5]吴忠标.环境监测[M].北京：化学工业出版社，2003：95-102.

[6]陈玲.赵建夫.环境监测[M].北京：化学工业出版社，2004：258-263.

[7]魏复盛.《水和废水监测分析方法》[M]，北京：中国环境科学出版社，2002：117-121.

[8]《空气和废气监测分析方法》编委会.《空气和废气监测分析方法[M]，北京：中国环境科学出版社，2003：56-65.

[9]周权锁，李辉信，宗良纲，等.高等农业院校环境科学专业实验教学改革[J].中国农业教育，2007，78（4）：56-58.

[10]史文海，李校兵.水力学综合设计性实验教学改革探索[J].温州大学学报（自然科学版），2007，28（5）：57-60.