_活性污泥法反应动力学_教学内容的改革与实践_彭永臻

“活性污泥法反应动力学”教学内容的改革与实践＊彭永臻马勇王淑莹(北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022)摘要“活性污泥法反应动力学”是研究生的专业必修课,它在工程设计、污水厂运行和控制等方面都起着举足轻重的作用。然而“活性污泥法反应动力学”课程当前存在着教学内容多,但教材简单以及教学方式落后的特点,使得教学效果较差。本文作者基于多年的教学经验,探讨了这门课程教学改革的思路,包括教学内容、教学方法和教学实践等。关键词活性污泥法反应动力学教学内容与方法中图分类号G642.0文献标识码A“活性污泥法反应动力学”是环境工程、市政工程专业研究生的一门主修课程,是在本科生课程内容基础上,对活性污泥法动力学知识和内容的进一步扩充和加强,是污水生物处理技术的灵魂内容。它在活性污泥法工艺的设计、运行、管理、控制和维护等方面都起到重要的作用,另外对研究生试验方案的确定以及试验结果的分析都具有重要的指导意义,因此工程技术人员和科研人员必须掌握这方面的知识[1]。但长期以来,在教学内容上侧重各种复杂活性污泥模型和动力学知识的讲解,由于活性污泥法数学模型较抽象,晦涩难懂,从而造成教学效果较差。另外实际教学中几乎对每种反应动力学模式都要进行讲解,造成课堂讲授内容较多,主次不分明,没有难点重点之分;在教学方法上主要以课堂讲解为主,这种教学方式存在明显不足,学生只能了解一些枯燥的数学公式,缺乏感性认识,让学生觉得枯燥、乏味;教师不注重讲解分析它们在实际中的应用,影响了学生的积极性,所起到的效果也不好。另外教材也相对简单、陈旧,不能反映该学科的前沿知识。一、教材的改革虽然活性污泥法反应动力学的教材很多,但当前并没有一本关于这方面的研究生教材。本科生教材有这方面的内容,但较简单,并不能满足教学的需求,因此首先需要对教材进行改革。在教材改革过程中我们注意到了以下几点:(1)避免和本科生课程内容的重复,在本科生教材中出现的内容,在研究生教材只进行简单的介绍,而对未出现的内容进行重点介绍,避免浪费课时资源。(2)突出对活性污泥法新技术、新理论发展的介绍。(3)注重教授和试验、科研和实际应用的结合。虽然活性污泥法动力学是一门理论课,但它在工程设计,污水厂运行、管理和控制中具有重要作用,因此教材的改革注重,介绍活性污泥法动力学在工程中的应用。二、教学内容的改革(一)深入了解莫诺模式和埃肯费尔德模式—141—高等理科教育“活性污泥法反应动力学”教学内容的改革与实践＊收稿日期2006-04-10作者简介彭永臻(1949-)男,黑龙江哈尔滨人,教授,主要从事污水生物处理及其过程控制研究.莫诺模式是活性污泥法动力学最基础的模式,它就是活性污泥反应的一相说,所谓一相说是将底物的降解或微生物的增值用一个统一的数学模式来描述。埃肯费尔德模式,是活性污泥反应的二相说。二相说就是将底物的降解和生物的增值分为高底物浓度和低底物浓度二相而分别采用的不同的数学模式。需要理解一相说和二相说在本质上是相同的,所不同的仅是连续函数和非连续函数之别,二相说的两个非连续函数只是一相说中连续函数的两种特殊情况[2]。由于埃肯费尔德模式在实际工程设计和污水厂运行控制中被广泛应用,所以应实现埃肯费尔德模式的灵活变形,理解每个参数和公式的具体含义。可以应用埃肯费尔德模式进行活性污泥系统的设计,以及一系列参数的计算,包括:曝气时间、生物量的增值量、需氧量、污泥回流比。深入地了解底物(有机物)降解和微生物(活性污泥)增值的规律,以便更合理地进行生物处理构筑物的设计和运行。主要包括:底物降解动力学,主要讨论底物降解与底物浓度、生物量等因素的关系;微生物增值动力学,主要研究微生物增值与底物浓度、生物量、增值常数等因素之间的关系;同时,讲解底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等关系。(二)灵活应用劳伦斯-麦卡蒂模式劳伦斯-麦卡蒂模式在活性污泥法中占有重要的地位,在实际中被广泛应用,它突出强调了生物固体停留时间这一参数的重要性及其在设计、运行中的意义。它以微生物生理学,即有关微生物的增值和底物的利用为基础,采用一相说的概念,认为微生物的增值存在着连续性的关系。劳伦斯-麦卡蒂模式对微生物增殖和底物的利用仅用两个基本方程式来描述。第一个基本方程式叙述微生物的净增殖速率与底物利用率之间的关系(公式1)。第二个基本方程式是底物利用率与曝气池中微生物浓度、与微生物周围的底物浓度之间的关系[3]。dxdt=Ydsdt-KdXv(公式1)dsdt=vmax·X·SKs+S(公式2)劳伦斯-麦卡蒂模式并不仅仅等同于两个方程式,最重要是从第一基本方程式中推导出的3个导出关系式,它们在活性污泥法的设计、运行中具有重要的意义,在教学中需要深入理解不同推导公式代表的实际含义。其中第1导出方程式是关于系统的出水水质;第2导出方程式