本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

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摘要：污泥作為一種特殊固廢，因其含水率大、易獲得等特點(diǎn)，在脫水、熱解處理等科研課題方面被大量研究，在高校科研平臺開展廣泛實(shí)驗(yàn)。如何基于高校對于污泥脫水及熱解處理的眾多科研平臺及人才資源優(yōu)勢，搭建適宜于本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新平臺，具有重要意義。本論文對搭建基于污泥處理科研平臺的本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行研討和分析，并提出具體實(shí)施路徑。

關(guān)鍵詞：污泥處理；科學(xué)研究；本科教學(xué)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

污泥是一種較為特殊的固廢，為廢水凈化過程產(chǎn)生的、富含水分的、具有流動性或塑性的廢物[1]。目前，隨著廢水處理技術(shù)的推廣應(yīng)用與發(fā)展，污泥的產(chǎn)生量越來越大，種類和性質(zhì)也變得愈加復(fù)雜[2]。污泥中濃縮了廢水中有毒有害物質(zhì)，所以污泥是影響環(huán)境較為嚴(yán)重的固體廢棄物[3]，污泥的合理化處理和處置是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來關(guān)于“污泥”主題發(fā)表的論文呈逐年增加的趨勢（如圖1所示，見知網(wǎng)），且對于污泥的研究多集中在污泥脫水。國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室對污泥處理進(jìn)行科學(xué)研究的平臺大量建立，同時(shí)也有一大批研究污泥處理的高校教師及工程師。若能基于目前較大量的關(guān)于污泥處理的科研平臺和科學(xué)研究人員開展與“污泥處理”相關(guān)的《固體廢物處理與處置》（以下簡稱《固廢》）本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有較大優(yōu)勢。

一、基于污泥處理科研平臺進(jìn)行本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

（一）污泥的處理和處置囊括“固廢”課程的多個(gè)知識點(diǎn)

污泥的處理包含污泥濃縮、污泥調(diào)理、污泥脫水、污泥消化、污泥干化及污泥熱解等，同時(shí)污泥處置主要包括污泥堆置、衛(wèi)生填埋等，以上內(nèi)容已涉及固廢的特性分析、預(yù)處理、物化處理、生物處理、填埋處置等“固廢”課程主要章節(jié)內(nèi)容。污泥的處理與處置明顯由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，而每個(gè)環(huán)節(jié)又可與實(shí)驗(yàn)方法的選擇或?qū)嶒?yàn)平臺的搭建一一對應(yīng)。以各學(xué)校最常開設(shè)的“污泥的真空脫水過濾實(shí)驗(yàn)”為例，雖實(shí)驗(yàn)裝置簡單，所需購置的耗材數(shù)量也較少，但通過該實(shí)驗(yàn)的設(shè)置使學(xué)生系統(tǒng)地掌握污泥特性分析、污泥調(diào)理及脫水過程操作及基本原理。

（二）污泥研究科研平臺與教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺無縫對接，節(jié)約裝置購置及人員配置成本

部分學(xué)校存在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺嚴(yán)重欠缺的問題，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的正常開展存在一定阻礙。而目前在高校較為豐富的污泥處理科研裝置及研究人員的配置，為其延伸為本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺提供了良好的硬件及人才條件。可通過學(xué)院的統(tǒng)籌安排，協(xié)調(diào)好科研平臺及本科教學(xué)之間的時(shí)間及空間安排，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)污泥處理相關(guān)科研平臺直接用于本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（三）有助于基于污泥處理的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)置及安排

在《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出，“學(xué)校能夠提供達(dá)成畢業(yè)要求所必需的基礎(chǔ)設(shè)施，包括為學(xué)生的實(shí)踐活動、創(chuàng)新活動提供有效支持”。同時(shí)也要求“培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力”，很明顯，教育部門在加大對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)力度，而基于科研平臺的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)而明顯更有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。以前期文獻(xiàn)閱讀準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案討論、預(yù)實(shí)驗(yàn)論證、系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)、結(jié)果討論與分析等環(huán)節(jié)均可融入學(xué)生的創(chuàng)新思維。

二、基于污泥處理科研的本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

（一）加大文獻(xiàn)閱讀準(zhǔn)備及前期團(tuán)隊(duì)研討

目前，高校本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)所參考的資料仍局限于教科書和教師所提供的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，在一定程度上形成了對學(xué)生創(chuàng)新思維的局限，不利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。近幾年，關(guān)于“污泥處理”最新進(jìn)展及相關(guān)成果多發(fā)表在《WaterResearch》《BioresourceTechnology》《ChemicalEngineeringJournal》等高水平期刊上，可在此期刊中下載到關(guān)于污泥脫水、消化及微生物處理的最新技術(shù)及相關(guān)裝置。同時(shí)，加大文獻(xiàn)的搜集及閱讀量，也有助于提升學(xué)生問題分析的能力，通過文獻(xiàn)閱讀來研究和分析復(fù)雜工程問題。同時(shí)，在前期現(xiàn)場教學(xué)基礎(chǔ)上，也明顯發(fā)現(xiàn)以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行文獻(xiàn)的搜集及閱讀有助于形成“頭腦風(fēng)暴”式的研討氛圍，激發(fā)出與“污泥處理”相關(guān)的新想法及創(chuàng)新思路。

（二）強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)組間的相互“質(zhì)疑”

本科生目前實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力明顯欠缺，其更多是依托教師所發(fā)放的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中已寫明的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，明確缺乏對“為什么這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？”“實(shí)驗(yàn)步驟操作依據(jù)是什么？”等基本問題的思考，缺少問題分析的過程。而《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中明確要求，“能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論”。因此，亟需讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過程中，從而能更好地進(jìn)行污泥處理方法的選擇和論證過程。在污泥處理方法初步選擇的基礎(chǔ)上，也明顯需要對初步選擇的污泥處理方法進(jìn)行論證，以確定每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組最終選擇的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。因此，需加強(qiáng)各研討小組之間對方案的相互“質(zhì)疑”，對其設(shè)計(jì)方案中污泥處理方法及其細(xì)則進(jìn)行詳細(xì)論證。

（三）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論，并增加與文獻(xiàn)中方法及結(jié)果的對比討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研討是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的關(guān)鍵和升華，目前高校本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)中對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論較為單一。在學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如污泥的含水率數(shù)據(jù)）后，只進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線的繪制，如不同pH條件對污泥脫水率的影響曲線。未進(jìn)行系統(tǒng)分析，即應(yīng)進(jìn)一步分析“pH條件對污泥脫水率存在何種影響規(guī)律，原因是什么？”。只有進(jìn)行系統(tǒng)分析，才能更好地理解和分析污泥在脫水處理過程中的水分變化規(guī)律和基本原理。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合前期對高水平期刊論文的閱讀情況，分析污泥脫水過程的變化機(jī)制，也需將自己組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)中的結(jié)果進(jìn)行對比、分析，揭示其實(shí)驗(yàn)過程的基本原理。

三、結(jié)束語

結(jié)合污泥處理科研平臺或課題進(jìn)行本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的可行性和現(xiàn)實(shí)意義，能有效實(shí)現(xiàn)科研平臺和研究人員與本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)的無縫對接。實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)可在加大文獻(xiàn)閱讀、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖利,馮華,王松林.固體廢物處理與處置[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.

[2]柯杰,胡惠秩,盧進(jìn)登,等.污泥處理新技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2019,44(4):92-96.

[3]王鵬,唐朝生,孫凱強(qiáng),等.污泥處理的固化/穩(wěn)定化技術(shù)研究進(jìn)展[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2016,24(4):649-660.

作者：張偉 王晨 左其亭 單位：鄭州大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院 鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院