环境工程专业仿真实习总结

仿真技术是解决高等工程实践教学的强有力手段，仿真装置能逼真地模拟工业企业开车、停车、正常运行和各种事故状态。现代化的仿真培训系统，无需实际投入物料、没有危险性、节省费用、效率高。大量的实践证明，仿真教学不仅可以解决学生下厂实习“只许看，不准动”的难题，而且学生通过亲自动手模拟开车、停车和典型事故处理的训练，提高了理论联系实际，以及分析问题和解决问题的能力。
因此建设一个既可以进行教学又可以进行实习实训的仿真教学和实训实验室势在必行。在省级“化工环境类专业教学实习中心”的资助下，经学院研究决定新建环境科学与工程仿真教学与实训实验室。我院新建的环境科学与工程仿真教学与实训实验室引进了安徽工业大学蔡建安教授课题组研发的“环境科学与工程仿真实训系统”，该系统由5个独立模块构成，既有单元试验，又有综合实训系统。分别有水污染控制工程、大气污染控制工程仿真以及流体力学等方面的仿真系统。该仿真软件深入浅出、由简到繁、相互呼应、系列成套和适用面宽等优点，软件人―机界面友好，易学、易用。
我校仿真教学小组，积极探索仿真教学规律。通过长达一个星期的仿真实习，让学生对水污染控制工程仿真系统有了初步的了解，为将来更深入的认识打下了坚实的基础。此次实习主要学习城市污水处理厂的一些基本知识和原理，后期更充分的体现了实践性的重要性，通过对构筑物的操作对城市污水工艺更深入的了解。下面就处理方法及工艺流程，掌握整个污水处理系统的设备和工艺操作及该注意的几个问题做个总结。
一、处理方法及工艺流程：
该仿真系统所模拟的城市污水处理工艺采用国内先进的，在国内城市处理厂广泛采用的（比如我校环境工程实习基地-芜湖朱家桥污水处理厂）缺氧好氧活性污泥法(亦称A/O工艺)，该工艺的原理为通过延长曝气时间，使出水完全硝化；曝气池设计采用反硝化除氮工艺，提高了出水水质，便于工业回用。整个处理系统分为污水处理和污泥处理两个部分。
污水处理采用二级处理，一级处理的设备有曝气沉砂池，初次沉淀池。二级处理有曝气池，二沉池，接触池。在污水处理过程中产生大量的污泥，这些污泥中含有有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等，如果不进行有效的处理，仍然会危害环境，造成二次污染。污泥处理分四个阶段：污泥浓缩、污泥消化、污泥脱水、污泥处置。
仿真系统按处理一般城市污水处理量为50万m3/d考虑，总变化系数采用1.2，处理系统的最大负荷为60万m3／d。污水设计水质：BOD5 <200 mg/L，COD<500mg/L，SS <250mg/L，NH3－N< 30mg/L，pH 6－9，T 15-25℃。出水水质标准：达到国家一级排放标准（GB8978- 88）。即BOD5<10mg/L，SS<10mg/L，NH3－N＜3 mg/L。
主要装置及设备完全仿真实际污水处理厂，主要由如下几个部分构成：
(1)提升总泵房：设计抽升能力为50万m3/d、总计安装4台水泵（二用二备）。水泵型号：DSV-V1000立式污水混流泵，流量Q=3 m3/s，扬程h=15m，功率N=600KW，效率η＝80％。泵房前池安装有粗、细两道格栅，粗格栅间隙100 mm，人工清除，细格栅间隙25mm，为链条式自动除污。栅渣用皮带输送装筒运往垃圾消纳厂填埋。
(2)曝气沉砂池：池形为平流式矩形池，池长L=21m，宽B=6m。有效水深h＝4.25 m，共有4座池，两池为一组。主要设计参数：最大流量Q=6.0×105m3/d，变化系数1.2；最大停留时间t=3.36min；最大水平流速u＝0.09m/s；单位气量q1=0.15m3/m3污水；每池产砂量q2=50m3／d。每组池设一台移动桥式吸砂机及砂水分离器，共两套。曝气采用离心式鼓风机共3台。单机风量Q=40 m/min，扬程h＝5 mH2O，功率N=55KW。
(3)初沉池：池形为平流式矩形池。设计流量Q=60×104m3/d（变化系数1.2）；表面负荷q=0.992 m3/m2h；水平流速u=8.3 m/s；停留时间t=2.52 h；BOD5去除率20％；SS去除率5 0％。单池尺寸：池长L=7 5 m，池宽B=14m，有效水深h=2.5m；每系列12座池，共两个系列。排泥方式：采用桥式刮泥机，定容式螺杆排泥泵。
(4)曝气池：池形为矩形三廊道。进水段1/6池长为缺氧段，后为好氧段；采用A/O法，增加内回流设施，回流量最大为200%；主要设计参数：流量5.0×105 m3/d;最大流量5.5×105m3/d(变化系数1.1)；停留时间9.26 h(缺氧段1.54h，好氧段7.72h)；混合液浓度（MLSS）2500mg/L(平均值)；混合液回流比200%；污泥回流比50～100%；污泥负荷0.16kg BOD5/KgMLSS d；溶解氧浓度：缺氧段≤0.5mg/L、好氧段≥2mg/L；污泥产率0.7～0.75 KgSS/Kg BOD5。单池尺寸：池长L=96m，池宽B=9.28m×3(三廊道)、有效水深h＝6m，池数6座为一系列，共两个系列。
(5)鼓风机房：风机形式为单级风冷离心式。最大设计风量3600m3/min(共8台)；单机270～600m3/min；风量调节范围45～100%。
(6)二沉池：池形为幅流式中心进水周边出水圆形池。设计流量5.0×105m3/d；表面负荷0.88m3/m2h；停留时间4.48h；回流污泥量50～100%；排泥方式为桥式刮吸结合虹吸式静压排泥，连续运行。单池尺寸：直径50m，有效水深4m，共12座。
(7)回流污泥泵房：最大设计流量5.0×105m3/d；污泥回流比50～100%；采用潜水泵共8台，剩余污泥泵采用潜水泵共6台。
(8)污泥处理系统主要设备：主要设备有浓缩池、一级消化池、二级消化池、压滤机、螺旋定容泵、换热器、加药计量泵、离心泵。
二、主要教学内容
1、通过学生在仿真系统上的学习，加强学生对城市污水处理的系统性认识，进一步加深对有关工程实践处理方法的理解。
学生在仿真系统上可以沿着污水流动的方向了解整个污水处理厂的基本程序，将现实中各单元操作有机的结合起来，强化学生对污水处理过程整体性的认识。学生还可以通过熟悉各工序的动态流程，加深对所学过的有关处理原理在实际中应用方法的认识和理解，并对影响处理效果的各种因素及优化措施，在对比操作的基础上，认识有了质的飞跃。
例如在学习污泥消化处理中，可以在系统上认识实际应用方法，了解到污泥经过进泥阀进入一级消化池，在约1 Ba(abs)、35℃和多种微生物的作用下，进行消化；消化产生的沼气（主要是甲烷）经过各自上部的的排气阀，进入沼气总管。如果进入消化池的污泥温度比25℃低，消化池内部分污泥用泵抽出，送到热水换热器加热到40℃，然后循环进入一级消化池，以维持消化池内的温度基本稳定。为了使消化池的温度均匀和浓度均匀，除了热力搅拌外，还有连续的机械搅拌。消化过的污泥经过溢流方式排入污泥汇总管。
2.有利于加强学生掌握实际污水处理厂的单元设备和工艺操作。
仿真系统在教学中的应用，主要是根据系统设计参数，模拟实际生产中常见的整体工艺流程，由学生按照操作规程的要求进行调节控制，使处理后的排水和污泥符合设计要求；弥补了单元实验操作中设备数量有限以及相互之间相对独立的缺陷。操作内容包括设备运行和工艺操作两大部分。
比如进水参数发生变化时，如来水SS增高，可通过减少初沉池负荷，使出水的SS值在正常范围内。来水BOD高，需增加曝气池的回流污泥量，维持正常的有机负荷；同时增大曝气量，维持正常的溶解氧浓度，使出水BOD符合标准。当来水NH3-N升高，应增大曝气池曝气量，维持较高的溶解氧浓度；同时增开初沉池，减小曝气池进水流量，降低曝气池运行有机负荷，使出水的NH3-N不超标。再如曝气池微孔扩散器堵塞时，可开大曝气风量吹扫；环境温度升高时，应减少初沉池运行池数以缩短停留时间，同时增大曝气池气量，防止污泥膨胀；曝气池污泥膨胀发生时，应增大曝气池曝气量，减小回流污泥量。这些操作可以使学生对所学过的有关污水处理技术有更深的理解。同样，对污泥处理系统的不正常现象也有相关的操作设置，如1#浓缩池进泥中水含量变化、浓缩池刮泥机发生故障、消化池搅拌机发生故障、消化池换热器发生故障等，都可以在系统中进行模拟操作。
三、教学效果
实践表明，通过综合实验仿真教学与单元实验的结合，收到了很好的教学效果。与简单的单元实验教学相比，两者结合的实验方式有下列几方面的作用：
1.强化学生的工程意识，改进学生的思维模式计算机仿真作为对实际生产过程的等效描述，能以其独有的技术和效果为学生提供一个良好的多通道学习机会和训练创造性思维的氛围，使他们在模拟的生产过程环境中，通过对各个开关、阀门、设备的操作，通过对工艺参数进行全面的控制和调节，通过由于操作不当而引发的各种事故现象，可以体验到城市污水处理系统的多变性和复杂性，从而形成深刻的感性认识。另外，在仿真操作中，学生要获得好的成绩，就必须主动、灵活，以便对操作过程中出现的各种综合信息作出迅速、准确的分析、判断和决策。同时，学生还可以充分发挥想象力，自主设计各种常见或不常见的事故现象，探索其中最佳的操作条件。这样反复的训练，加之开放式的指导教学方法，必然会对学生的创造思维产生极大的激励与推动作用。
2.提高学生参与学习的主动性和积极性
仿真系统充分利用了计算机技术，具有图、文、声、形并茂，集视、听、动手于一体的独特优点，模拟了真实的生产过程，使学生感到生动有趣，激发了学习兴趣，处于良好的、积极主动的学习状态。
3.强化学生的动手能力
经过前期学习，学生已具备了相当的水处理理论基础知识，有了初步的污水处理概念，但缺乏感性认识，缺乏理论与实践的系统结合。由于仿真系统是以真实的生产过程为蓝本开发的，与实际的城市污水处理过程完全相同，所有的工艺流程，工艺参数的变化情况，各控制点的控制方案以及整个装置的开、停车完全与真实过程一样。学生在实验过程中，可以根据知识面的宽窄、操作能力的强弱有目的地选择实验条件进行练习。
4.提高学生的综合能力
仿真操作不仅可以使学生将所学的理论知识与实践结合起来，而且也可以为他们的思维提供一个宽广的空间。面对真实的工艺流程，学生必须首先树立起全局的观念，用系统的观点对整体工艺的操作方案及可能出现的各种事故预先分析，才能顺利操作，取得好的成绩。另外，在操作过程中，学生还可以利用所学的知识，探索各种参数之间的相互影响，各种参数的最佳值和极限值等。
根据我们几年来对该系统在教学中的应用，已经证明，在环境工程专业的水处理综合教学中采用计算机仿真手段与单元操作实验相结合，对提高教学质量有非常明显的效果，学生的学习积极性和动手能力都得到较大的提高。尤其是仿真系统所提供的可调试和反复操作条件，为学生熟练掌握操作步骤和方法创造了有利条件。
四、在仿真过程教学过程中存在如下几个问题：
第一、要熟悉工艺流程，熟悉操作设备，熟悉控制系统，熟悉开车规程。虽然做的是仿真实习，但是在动手开车之前一定要做到四熟悉，特别是面对复杂的污水处理过程或者是以前从未接触过的过程的时候，面对一个复杂的工艺过程，也许开关，手动操作器多大数十个，如果不先了解他们的作用和位置，以及各自开到什么程度，那么开车的时候必然会手忙脚乱，错误不断，因此在开车前最重要的准备工作就是熟悉整个工艺流程。
第二、开车前的准备工作，再进行开车。开车前的准备非常重要，虽然开车前的准备工作是繁琐细致的，但是有的时候为了突出重点，把一些程序给简化了，但是在实际的生产过程中，开车前的准备工作却不能简化。先低负荷开车达到正常工况，然后在缓慢提高负荷  为了安全起见，开车过程中很容易操作不当而产生一些问题，如果高负荷启动的话。另外开车过程中，有一部分物料是需要流动的，同时也会有部分产出，但是由于开车过程，各种工艺条件还未达到，所以产出都是不合格的产品，因此采用低负荷启动，可以减少对原料和能源的浪费。面对陌生的工艺操作，该如何去面对。首先需要了解这个流程的作用是什么，要达到什么目的，然后去了解流程各个环节，是如何进料的，是怎么反应的，反应需要保证达到什么条件，各种保护系统，辅助系统，排空阀的位置以及紧急状况下得停车步骤。