面向供水新標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)工程學(xué)課程改革與創(chuàng)新

馬玉新 賈學(xué)斌 張 軍

黑龍江大學(xué)建筑工程學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150080

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面向供水新標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)工程學(xué)課程改革與創(chuàng)新

馬玉新 賈學(xué)斌 張 軍

黑龍江大學(xué)建筑工程學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150080

摘 要：隨著《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）的實(shí)施，水質(zhì)工程學(xué)部分教學(xué)內(nèi)容已不能滿足水廠需要和教學(xué)要求。根據(jù)黑龍江大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)的實(shí)踐，針對(duì)供水新標(biāo)準(zhǔn)的要求、供水處理過程的關(guān)鍵問題和現(xiàn)有的教學(xué)體系缺陷，結(jié)合最新的水處理技術(shù)科研成果和工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該門課程的知識(shí)體系和內(nèi)容進(jìn)行更新，以滿足社會(huì)發(fā)展需求。關(guān)鍵詞：水質(zhì)工程學(xué)；新標(biāo)準(zhǔn)；課程改革

水質(zhì)工程學(xué)是給排水科學(xué)與工程及環(huán)境相關(guān)專業(yè)的一門主干課程，作為應(yīng)用性強(qiáng)的一門學(xué)科，理論和技術(shù)應(yīng)不斷完善和發(fā)展。隨水源水質(zhì)污染加劇和供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高［1］，水廠原生產(chǎn)工藝和技術(shù)已不能滿足社會(huì)的實(shí)際需求，亟需對(duì)現(xiàn)有水廠進(jìn)行升級(jí)改造。而現(xiàn)行的部分教學(xué)體系和內(nèi)容陳舊落后，難以滿足水廠升級(jí)對(duì)水處理新理論和新技術(shù)的需求［2］。因此迫切需要對(duì)教學(xué)體系和內(nèi)容進(jìn)行改革和創(chuàng)新，納入最新的水處理科研成果和工程技術(shù)成果，關(guān)注本學(xué)科的最新進(jìn)展，促進(jìn)該課程內(nèi)容和體系的更新和學(xué)科的發(fā)展。

1　水質(zhì)工程學(xué)課程特點(diǎn)

水質(zhì)工程學(xué)課程將給水和排水統(tǒng)一到水的社會(huì)循環(huán)及水的循環(huán)利用整體之中，提供了完整的水利用與處理技術(shù)體系［3］。全書分為4篇：水處理概論、物化處理、生物處理、水處理工藝系統(tǒng)。該課程注重給水處理和污水處理的理論統(tǒng)一， 避免了基礎(chǔ)理論重復(fù)教學(xué)，精簡(jiǎn)了學(xué)時(shí)，同時(shí)淡化了給水與污水處理的界限，以適應(yīng)水質(zhì)工程學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握水處理的相關(guān)理論知識(shí)和技術(shù)，為以后從事與水處理相關(guān)工作奠定理論基礎(chǔ)［3］。

2　水質(zhì)問題和新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施

水源水污染的加劇為水源的選擇和水處理工藝的確定增加了難度。當(dāng)前給水水質(zhì)的問題主要有：微量有機(jī)污染物、藻類及其代謝產(chǎn)物、嗅味、氯化消毒副產(chǎn)物、致病微生物、穩(wěn)定性鐵錳、色度、保護(hù)性膠體、三氮、管網(wǎng)微生物再繁殖、重金屬等。新水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)地增加了水質(zhì)指標(biāo)，檢測(cè)限值更為嚴(yán)苛。我國(guó)1959年、1976年、1985年以及2006年的供水標(biāo)準(zhǔn)分別為17，23，35和106項(xiàng)。目前大部分水廠普遍采用的常規(guī)水處理工藝對(duì)于被污染的水源水雖能保證產(chǎn)水的生物安全性，但難以有效處理有機(jī)微污染物和避免消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，產(chǎn)水水質(zhì)難以達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求，需對(duì)這些水廠的工藝和設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

3　新形勢(shì)下水質(zhì)工程學(xué)課程體系的不足

隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，水處理技術(shù)日新月異，原水質(zhì)工程學(xué)部分內(nèi)容已不能滿足供水新標(biāo)準(zhǔn)的要求和社會(huì)發(fā)展需求，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1教材內(nèi)容缺乏新穎性

當(dāng)前使用的水質(zhì)工程學(xué)課程教材編寫于“十五”之前［3］，國(guó)家在“十五”之后針對(duì)供水處理的關(guān)鍵問題開展了一系列科技攻關(guān)并取得可喜成果，形成了一整套適于城鎮(zhèn)供水設(shè)施建設(shè)和升級(jí)改造的技術(shù)、工程示范經(jīng)驗(yàn)、管理技術(shù)和規(guī)范、供水保障體系。但這些新的理論和技術(shù)成果以及相關(guān)工藝參數(shù)未能及時(shí)補(bǔ)充到教材中。各院校在教學(xué)過程中將一些新技術(shù)成果納入到教學(xué)過程中［4］，但缺少系統(tǒng)、完整、新穎的匹配教材，難以滿足新形勢(shì)下教學(xué)及工程技術(shù)人員的需求。因此，及時(shí)吸納“十五”之后取得的科技成果和工程經(jīng)驗(yàn)，更新和充實(shí)現(xiàn)行的教學(xué)內(nèi)容，革新和完善教學(xué)體系顯得尤為迫切。

3.2缺少應(yīng)對(duì)供水技術(shù)難題的對(duì)策和工藝技術(shù)解決方案

水質(zhì)工程學(xué)課程偏重水質(zhì)工程理論基礎(chǔ)，僅在水處理工藝系統(tǒng)單元列出了幾種常規(guī)給水處理工藝系統(tǒng)。在水質(zhì)問題越來越復(fù)雜的形勢(shì)下，這些水處理工藝系統(tǒng)難以適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求。水是人類最重要的物質(zhì)資源之一，供水安全是關(guān)鍵，其中最為重要的是生物安全性問題和化學(xué)安全性問題。常規(guī)處理工藝能保障生物安全性，但對(duì)處理化學(xué)安全性特別是有機(jī)微污染物和消毒副產(chǎn)物方面顯得無能為力；對(duì)于復(fù)雜的水源水質(zhì)污染問題缺少針對(duì)性的工藝技術(shù)方案。同時(shí)，飲用水具有商品的屬性，水廠需對(duì)現(xiàn)有飲用水處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇和組合，保證供水經(jīng)濟(jì)適用性和安全性，以滿足社會(huì)發(fā)展需求［5］。但該教材內(nèi)容對(duì)此未曾涉及和體現(xiàn)。

3.3未能體現(xiàn)供水工藝系統(tǒng)的集成和創(chuàng)新

供水水源污染和水質(zhì)的復(fù)雜性給供水處理帶來了極大的挑戰(zhàn)，常規(guī)處理工藝已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。第二代給水處理工藝（O3氧化和生物活性炭工藝）和第三代給水處理工藝技術(shù)（膜濾、活性炭吸附和生物降解組合）脫穎而出，可解決目前面臨的給水處理關(guān)鍵技術(shù)難題，已被成功用于許多水廠的升級(jí)改造。而這些關(guān)鍵技術(shù)還未歸納到教材中，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容和工程應(yīng)用過程出現(xiàn)脫節(jié)的現(xiàn)象。

另外，水源水質(zhì)的復(fù)雜性必然導(dǎo)致水處理工藝過程的多樣化，即需將各種水處理組合工藝及技術(shù)集成、綜合應(yīng)用后才能達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)對(duì)此充分體現(xiàn)，以便工程設(shè)計(jì)和管理人員進(jìn)行選擇和參考。

4　水質(zhì)工程學(xué)課程改革措施

4.1教學(xué)內(nèi)容改革

吸納“十五”以來在供水處理方面的科研成果和新技術(shù)如強(qiáng)化常規(guī)處理工藝、預(yù)處理技術(shù)和深度處理技術(shù)及集成工藝，滿足水廠實(shí)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)的需求。

4.1.1強(qiáng)化常規(guī)處理工藝

該處理工藝主要是為除去水中一些特定的污染物而采取一些措施，對(duì)某一處理工藝進(jìn)行加強(qiáng)，如對(duì)混凝、過濾、沉淀與氣浮、消毒等過程進(jìn)行強(qiáng)化。

強(qiáng)化混凝：水中大部分懸浮顆粒和膠體可通過混凝除去，但該法對(duì)有機(jī)物的作用不大，而在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的強(qiáng)化混凝技術(shù)則可除去水中的有機(jī)物，而且成本低、便于實(shí)施［6］。內(nèi)容包括混凝劑、助凝劑、混凝過程工藝強(qiáng)化與高效混凝反應(yīng)設(shè)備。

強(qiáng)化過濾：采用雙層或多層濾料、采用助濾劑、采用改性濾料、控制濾速、改善初濾水水質(zhì)及采用新型濾池。

強(qiáng)化沉淀：優(yōu)化斜板間距、優(yōu)化沉淀區(qū)流態(tài)、優(yōu)化排泥、采用斜管沉淀及攔截式沉淀。

強(qiáng)化氣浮：低溫低濁度水和含藻類水等采用常規(guī)沉淀難以去除，可采用氣浮進(jìn)行處理。

強(qiáng)化措施：優(yōu)化接觸區(qū)和分離區(qū)、優(yōu)化進(jìn)出水及優(yōu)化流態(tài)。

強(qiáng)化消毒：去除消毒副產(chǎn)物前質(zhì)、安全氯化消毒、優(yōu)化氯化消毒工藝及新消毒技術(shù)。

4.1.2預(yù)處理技術(shù)

預(yù)處理技術(shù)主要是降低水中的特有污染物，減輕后續(xù)處理負(fù)荷，保障供水安全，內(nèi)容包括預(yù)氧化、預(yù)吸附和生物預(yù)處理技術(shù)。

預(yù)氧化技術(shù)可通過強(qiáng)氧化劑的氧化作用除去源水中的色度、濁度、臭味、藻類、農(nóng)藥等有機(jī)物；氧化鐵錳離子；提高混凝處理的效果和生物穩(wěn)定性、減少消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物等作用。包括各種氧化劑如臭氧、高錳酸鹽、二氧化氯等的預(yù)氧化、氯氣的預(yù)氯化及復(fù)合預(yù)氧化處理等技術(shù)。活性炭可有效地除去水中的色度、濁度、臭味、藻類、有機(jī)物等。預(yù)氧化及活性炭預(yù)吸附等技術(shù)都可避免和降低消毒副產(chǎn)物生成、提高混凝處理效果和有機(jī)物除去效率［7］。

生物活性過濾是生物預(yù)處理的典型技術(shù)，可通過微生物形成的生物膜吸附降解去除地面水源中的有機(jī)微污染物［8］。內(nèi)容包括生物活性濾池原理、組合處理工藝研究、工藝過程控制與優(yōu)化設(shè)計(jì)、工程應(yīng)用及存在問題。

4.1.3深度處理技術(shù)

深度處理的主要技術(shù)有高級(jí)氧化、生物活性炭和膜技術(shù)。

高級(jí)氧化技術(shù)可有效地對(duì)水中高穩(wěn)定的有機(jī)污染物進(jìn)行強(qiáng)化分解，如臭氧催化氧化對(duì)農(nóng)藥、嗅味、內(nèi)分泌干擾物等的去除效果顯著［9］。內(nèi)容包括高級(jí)氧化工藝原理、羥基自由基形成、作用機(jī)制與氧化高穩(wěn)定性有機(jī)物原理、工藝條件與過程控制及工程應(yīng)用。

生物活性炭技術(shù)是活性炭吸附和以活性炭為載體的生物膜技術(shù)的組合，通過活性炭吸附和微生物降解可凈化水中的有機(jī)污染物。內(nèi)容包括工藝原理、微生物生長(zhǎng)特性、工藝過程控制及工程應(yīng)用。

膜技術(shù)是一種物理分離過程，因無需投藥或所需藥劑少而對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)的負(fù)面影響小，可保障供水的生物安全性；通過膜技術(shù)組合可滿足不同的水源水處理和供水水質(zhì)需求。內(nèi)容包括膜技術(shù)原理、膜處理工藝、膜污染與控制及工程應(yīng)用。

4.1.4集成工藝和過程

結(jié)合現(xiàn)有工程案例及水廠的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，展示水處理新技術(shù)集成的效果和優(yōu)勢(shì)。主要包括：預(yù)處理技術(shù)與常規(guī)處理工藝聯(lián)用、高級(jí)氧化與生物處理聯(lián)用、常規(guī)處理與膜技術(shù)聯(lián)用、生物處理與膜技術(shù)聯(lián)用及高級(jí)氧化與膜技術(shù)聯(lián)用等。

4.2教學(xué)改革形式

上述教學(xué)內(nèi)容改革是最新科研技術(shù)成果的總結(jié)和應(yīng)用，目標(biāo)是為了滿足供水新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施需求，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的系統(tǒng)理論和技術(shù)。教學(xué)改革形式主要體現(xiàn)在教材改革和課堂教學(xué)改革兩方面。

4.2.1教材改革

給水與污水處理理論教學(xué)的統(tǒng)一是水質(zhì)工程學(xué)課程的特色之一，如將上述給水處理內(nèi)容補(bǔ)充到相關(guān)章節(jié)如《物化處理》和《生物處理》部分，會(huì)打破教學(xué)體系的格局，破壞教材的原有特色，顯得不倫不類。在原教材的《水處理工藝系統(tǒng)》部分，分別對(duì)給水處理工藝和污水處理工藝及選擇進(jìn)行了詳細(xì)的論述。因此，可把該部分教改內(nèi)容作為一個(gè)獨(dú)立章節(jié)《應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的供水處理新技術(shù)》放到《水處理工藝系統(tǒng)》部分，便于開展教學(xué)及區(qū)別對(duì)待。

4.2.2課堂教學(xué)改革

水質(zhì)工程學(xué)課程教材側(cè)重水質(zhì)工程的基礎(chǔ)理論，缺乏實(shí)踐內(nèi)容。在課堂教學(xué)方面應(yīng)利用多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段將水廠實(shí)際升級(jí)改造過程與水質(zhì)工程學(xué)原理進(jìn)行結(jié)合后講授。通過案例分析和比較式教學(xué)，突出水廠升級(jí)改造前后的水質(zhì)變化和達(dá)標(biāo)情況來加深學(xué)生對(duì)該技術(shù)方法、原理的理解和掌握。當(dāng)講授到具體水處理工藝單元時(shí)，應(yīng)向?qū)W生介紹其水廠的應(yīng)用現(xiàn)狀。在課堂教學(xué)活動(dòng)中，鼓勵(lì)學(xué)生利用已學(xué)的知識(shí)討論各種技術(shù)在水廠應(yīng)用中可能存在的問題及對(duì)策，然后給出參考意見或建議。通過課堂教學(xué)改革，可培養(yǎng)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5 　結(jié)束語

參照新供水標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容、體系和最新水處理理論、技術(shù)成果歸納總結(jié)，形成新的供水處理系統(tǒng)的理論知識(shí)體系，滿足教學(xué)要求并編寫進(jìn)教材內(nèi)容中，是促進(jìn)水質(zhì)工程學(xué)學(xué)科體系的完善和發(fā)展的重大舉措，可滿足社會(huì)的發(fā)展需求和提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。水質(zhì)工程學(xué)內(nèi)容的完善和課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新會(huì)推動(dòng)給排水學(xué)科的發(fā)展，有利于水處理新技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

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收稿日期：2015-10-23

作者簡(jiǎn)介：馬玉新，博士，副教授。賈學(xué)斌，博士，副教授，系主任。

基金項(xiàng)目：黑龍江大學(xué)新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：2013B37）。

On the Reformation and Renovation of Water Quality Engineering Textbook to Meet the New Standard

Ma Yuxin， Jia Xuebin， Zhang Jun
School of Architecture and Civil Engineering， Heilongjiang University， Harbin， 150080， China

Abstract：With the implementation of the Standards for Drinking Water Quality （GB5749-2006）， the knowledge system and content of the original textbook on Water Quality Engineering can not satisfy the demand for teaching and studying and meet the need of water treatment factory. Based on the analysis of its characteristics and shortcomings in the textbook， the urgent problems to be solved in the water treatment process and the teaching practice of Water Supply and Drainage Science&Engineering， we intend to reform the knowledge system and content of the textbook by introducing the recent scientifc and technical outcomes and technical experiences to meet the need of the social development.

Key words：water quality engineering； new standards； reformation of textbook