2013-水质工程学教案

1合肥工业大学土木与水利工程学院课程教案课程名称：水质工程学（11~20章）任课教师：陈慧苏馈足袁守军学时数：40学分：2.5市政工程系制2一、课程教学目标知识方面：通过课程教学，使学生掌握水处理工艺的基本理论和基本概念，掌握处理构筑物的设计计算方法；掌握城市污水处理厂设计的基本步骤。能力方面：通过水质工程学的学习和课程设计的训练，要求学生学会基本的水处理理论和设计方法，并通过课程设计加深对书本知识理解的同时，培养学生独立思考和解决工程实际问题的能力，根据工程具体要求参考设计规范和相应的资料进行城市污水处理工艺设计。素质方面：通过课程教学，启发学生的思维，挖掘学生的潜能，培养学生能够针对工程中遇到的问题，运用所学的基本理论和方法进行具体的分析，提出自己的见解，培养学生的独立工作和创新能力。二、拟采用的教学方法和手段:教学方法：采用课堂讲课、习题课、工程实例分析及课程设计相结合。对一般的知识、概念、公式推导过程引导学生自学掌握。采用以学生为主的启发式、交互式、讨论式的教学方法，调动学生主动学习参与课堂讨论，在课堂上动脑思索，动口表达，培养学生良好的自学能力和敏捷的思维能力。教学手段：传统教学与现代的多媒体教学手段相结合，撇弃照本宣科或满堂灌的传统的教学方法，采用交互式的教学方法，调动师生双方的积极性，不断提高教学质量和教学效果。成绩评定：实行结构制的成绩评定方式。即课程总评成绩以期末考试成绩为主，并结合出勤情况、课堂讨论表现、完成作业的数量和质量等方面内容进行综合评定。三、课程教学总体安排课堂教学40学时,课后设计及习题40学时。习题及小设计评讲、课堂讨论在课堂中穿插进行。课堂教学时间分配：第11章水体污染与自净4学时第12章物理处理3学时第13章生物处理概论3学时第14章活性污泥法12学时第15章生物膜法4学时第16章厌氧生物处理2学时第17章自然生物处理系统2学时第18章污水深度处理与利用4学时第19章污泥处理与处置4学时第20章城市污水处理厂设计运行2学时课堂教学结束后，进行污水处理课程设计。课程设计任务书及指导书在课堂教学到第12章时提前布置，鼓励学生在课堂教学中进行课程设计中的污水处理构筑物设计计算。四、教材必学教材：《水质工程》.范瑾初，金兆丰主编.北京：中国建筑工业出版社，2009.参考书目：《水质工程学》.李圭白，张杰主编.北京：中国建筑工业出版社，2005.《排水工程》.第四版.张自杰主编.北京：中国建筑工业出版社，2001.《室外排水设计规范》，（GB50014-2006）中国计划出版社；《给水排水设计手册》（第5册）中国建筑工业出版社3五、教学内容第11章水体污染与自净计划时数4知识点重点掌握城市污水中污染物特征及污染指标、水体自净原理、氧垂曲线；城市污水处理方法与基本系统组成、城市污水处理基本工艺流程一般了解污水的分类、水环境法规等、水体污染分类、污水排放要求；氧垂曲线方程应用。侧重培养的能力与素质1、培养学生学习查阅水环境法规、我国地表水环境标准及排放标准等资料；根据水质指标等数据分析水的污染性质，判断水中主要污染物种类，拟定污水处理方法。2、培养学生建立和推导理论公式的思维方法；3、培养学生应用理论公式解决实际问题的能力。教学方法课堂讲课为主，交流、讨论为辅；引导学生课后查阅相关规程和标准资料。课前引导：通过水自然循环和社会循环图例认识水体污染来源。课程讲解：§11－1污水来源与排放标准介绍污水分类和污水出路，水环境标准。引导学生课后查阅相关水环境标准和污水排放标准的相关内容。布置课后任务：查阅相关规范和标准必查《地表水环境质量标准》，《污水综合排放标准》《城镇污水处理厂污染物排放标准》课堂讲解：§11－2城市污水的性质与污染，指标中难点是固体物各项指标、有机物各项指标的合理应用。通过图例分析讲解两阶段生化需氧量曲线分辨BOD5与BODu、NOD的区别和应用场合；举例说明固体物的分类和各项固体指标之间关系，特别是f值的应用意义。课堂提问：关于BOD概念和固体物测定方法布置课后作业：掌握稀释倍数计算方法和f值计算，提示污水处理中色度表示方法不同于地表水色度表示方法。要求对计算后结果查阅相应标准进行比较。课堂讲解：§11－3水污染与水体自净课堂讲授水体污染和自净基本概念和基本原理、建立氧垂曲线方程的理论方法，辅以例题讲解氧垂曲线方程的应用。§11－4污水处理基本方法与系统重点讲解污水不同处理程度的分类及处理对象。配以典型城市污水处理厂的处理工艺流程图进行讲解。课堂讨论：为什么大量无毒有机物排入水体会发生污染，污染后水体会发生什么现象。如何判断这种水污染现象。布置课后作业：计算环境容量和适宜污水排放量，污水处理程度。4本章对学生的要求1、课堂掌握基本概念；课后查阅水环境法规资料；通过课后思考题和习题，巩固课堂教学内容。2、掌握城市污水污染特征及污染指标，重点掌握有机物污染各项指标之间关系、水中固体物各种指标之间关系及在水处理中应用意义。3、了解水质标准及排放标准。4、掌握水体自净作用原理。了解建立氧垂曲线方程的意义，水体中氧垂曲线的形成。掌握氧垂曲线方程的应用。5、掌握城市污水处理基本方法和基本流程。6、积极参与课堂讨论，认真进行课后复习，通过思考题和习题，掌握本章节中相关名词和基本概念。5第12章物理处理计划时数3知识点重点掌握1、格栅、沉砂池、沉淀池工作原理、基本构造和设计计算方法。2、初沉池和二沉池的功能；设计中的区别。一般了解1、一级处理的目的、构筑物组成及一级处理工艺流程。2、一级处理中构筑物分类、作用、工作原理、基本构造、主要设计参数选取。3、强化一级处理方法。侧重培养的能力与素质1、培养学生查阅、收集设计参数和资料的能力。2、培养学生利用理论知识，根据要求进行一级处理工艺设计计算能力。3、阅读和绘制一级处理工艺图。教学方法课堂讲授基本概念和基本原理、借助多媒体教学手段讲解一级处理构筑物的分类和基本构造，工作过程；辅以例题讲解格栅、沉砂池、沉淀池的设计计算方法。组织学生课堂分析讨论提高一级处理和沉淀池沉淀效率的措施。§12－1格栅与破碎机课堂讲授格栅功能、分类、构造、设计方法。重点是通过格栅的设计原理讲解设计参数选取的理由，如格栅间隙和过栅流速的选取意义。通过破碎机构造图讲解超越管线的设置位置与意义。课堂讨论：如何防止栅前淤积现象？§12－2沉砂池课堂讲授沉砂池的功能、分类、工作原理、构造、设计方法。沉砂池工艺的演变。课堂讨论：如何保证沉砂池沉淀效率，如何保证顺利排砂？§12－3沉淀池课堂讲授沉淀池功能、分类、构造、设计方法。不同类型沉淀池应用场合。初沉池和二沉池在功能上和设计上区别；重点讲述各种沉淀池进水口设计和布置方法。强化沉淀池沉淀效果方法。课堂讨论：给水处理中的沉淀池与污水处理中沉淀池在设计中有何区别？沉淀池能否替代沉砂池？本章对学生的要求1、掌握一级处理的目的及一级水处理单元组成，它们在水处理流程中位置及作用。2、查阅室外排水设计规范了解不同类型的格栅、沉砂池、沉淀池主要设计参数、应用范围；了解规范中强制性条文的理论意义。3、通过查阅设计规范，借助给排水设计手册，能够进行一级处理构筑物的设计计算。4、积极参与课堂讨论，通过课后思考题和习题了解掌握第二章物理处理的基本内容，掌握本章节中相关名词和基本概念。6第13章生物处理概论计划时数3知识点重点掌握微生物生长环境因素、微生物的生长规律、微生物增长与产率系数关系、反应速度与反应级数概念，Monod生化反应动力学基本方程。一般了解生物处理工艺分类、生物处理的应用与发展、生物处理的生化反应动力学基础。侧重培养的能力与素质培养学生逻辑推理、公式推导、参数求解方法；通过思考题培养学生查阅相关材料，通过独立思考、理解、归纳、总结知识能力，并将水处理微生物理论知识应用于水处理工程设计和工程管理的素质训练。教学方法课堂教学以讲课为主，讨论为辅，课后复习为辅。§3－1微生物新陈代谢通过水处理工程实例讲解不同营养类型与电子供体和电子受体种类关系；生物处理中与呼吸类型有关的三种运行方式；水处理中微生物生长影响因素；通过讲解微生物生长曲线图分析微生物生长规律，产率系数和表观产率系数关系。课堂讨论：厌氧与缺氧环境的区别？它们的电子供体和电子受体相同吗？§13－2生物处理工艺通过图表介绍微生物与生物处理中各种工艺、处理对象之间关系；有机物在好氧和厌氧生物处理中的转化过程。§13－3生化反应动力学基础介绍反应动力学研究内容：有机物降解速度～有机物浓度S、生物量X的关系；微生物增殖速度～有机物浓度S、生物量X的关系，推导反应速度与反应级数关系式；微生物动力学基本方程Michaelis-menten方程和monod方程基本公式中动力学参数意义、求解方法；monod两个极限关系式的推论。生物处理的基本数学模式。推导底物降解速度与底物比降解速度关系式、微生物增殖速度与微生物比增殖速度关系式。底物降解动力学和微生物增殖动力学关系式、动力学参数。课堂讨论：Michaelis-menten方程和monod方程形式相同，它们的公式中动力学参数意义和值是否相同？引导学生正确理解动力学公式和动力学参数。本章对学生的要求通过课堂教学掌握生物处理中的基本概念，了解水处理生化反应基本动力学方程的推导过程及动力学参数求解方法；课后通过复习和思考题巩固课堂教学内容，了解水处理中常见的电子供体和电子受体类型，它们在不同工艺水处理中作用；好氧、缺氧、厌氧的区别；影响生物水处理过程的环境因素；生长曲线在指导水处理工程实例的应用意义；水处理中基本动力学研究内容；monod两个极限关系式的应用条件；产率系数概念及研究意义。7第14章活性污泥法计划时数12知识点重点掌握活性污泥法的基本原理、活性污泥法反应动力学公式、曝气的原理与曝气设备设计计算、活性污泥法的基本运行方式、传统活性污泥法系统的工艺设计计算。一般了解了解活性污泥数学模型的发展，活性污泥法的运行方式的发展，目前国内外城市污水处理厂主要的活性污泥法运行方式、常见工艺。活性污泥处理系统的运行管理。侧重培养的能力素质1、培养学生查阅、收集设计参数和资料的能力。2、培养学生利用理论知识，根据要求进行活性污泥法工艺设计计算能力。3、阅读和绘制活性污泥处理工艺图。教学方法以课堂讲授为主，交流、讨论、课后复习为辅。§14－1活性污泥法的基本原理。通过设问，讲解活性污泥法基本原理、活性污泥法系统的组成及净化污水的机理等基本概念。课堂讨论：活性污泥法适合处理哪类污水，去除哪些污染物？§14－2活性污泥法影响因素与控制指标。分析活性污泥法影响因素；分别从生物量、污泥沉降性能、污染物降解、设计运行管理等五个方面、介绍活性污泥控制评价指标。课堂讨论：活性污泥法有机物降解与营养物有何关系？营养不足时应如何处理？规范上规定曝气池中DO为2mg/L。测定时为什么要以出水口处DO为准？§14－3活性污泥反应动力学公式。分析物料衡算图，介绍如何建立活性污泥法系统物料衡算方程，推导微生物增长速率、出水底物浓度、曝气池污泥浓度有机物降解的需氧量等动力学公式。利用劳－麦（Lawrence-McCarty）方程计算反应器容积和剩余污泥量。§14－4曝气原理与曝气设备。介绍曝气作用与方法、重点讲述氧转移原理及氧转移影响因素，推导氧转移速率的基本公式，通过例题讲解曝气池中需氧量与供氧量计算方法。课堂讨论：为什么曝气池供氧量设计中AOR与SOR值不同？§14－5活性污泥法运行方式课堂通过工艺图介绍活性污泥法工艺的演变过程，分析现在常见的工艺特点与传统工艺的区别。学生课后查阅资料，讨论目前活性污泥法应用情况。课堂讨论：氧化沟与传统的推流式曝气池在构造上和净化功能上有区别吗？§14－6活性污泥处理系统工艺设计。介绍活性污泥法两池两系统设计方法。通过例题讲解曝气池及曝气系统设计计算方法。8课堂讨论：曝气池进出水口和污泥回流点位置设计上要考虑的因素？二沉池设计中为什么要考虑污泥的浓缩问题，对水厂运行有何影响？§14－7活性污泥处理系统运行与管理§14－8活性污泥曝气池及曝气系统设计举