《环境工程专业实验1》课程教学大纲

(Experiments ofEnvironmental EngineeringI)

一、课程基本信息

二、课程简述及课程学习目标

《环境工程专业实验1》是环境工程专业实践教学过程的一个重要教学环节，是环境工程专业的必修专业实践课，独立开设。在《环境工程专业实验1》中，主要以水污染控制工程和环境监测两门专业课程为基础，将两门课程中实践教学环节中具有共性的教学内容进行提炼，开展相关课程的实验。环境工程专业实验不同于基础课实验，具有典型的工程实际特点。

本课程的学习目标归纳如下：

1.通过本课程的学习，提高学生对环境监测方法、原理和实际操作的能力，使学生进一步掌握扎实的环境监测基础知识和基本原理。

2.通过本课程的学习，提高学生对水污染控制工程构筑物和设备运行、画图的能力。

3.通过本课程多层次、全面系统的实验训练，使学生具备独立分析样品，进行简单的基础性工作，为今后从事监测类的实际工作和科学研究打下坚实的基础。

4.通过实验预习、操作、数据记录和处理、实验报告撰写等环节的锻炼，提高学生查阅信息，发现、分析并解决问题的能力，有助于今后的教学工作。

5.通过本课程的学习，培养学生的创新意识、反思能力和解决实验中遇到问题的能力。

6.通过本课程的学习，培养学生的团队协作、配合、合作精神，积极参加合作研究等集体活动。

三、本课程所支撑的毕业要求

(一)本课程目标与核心能力之间的对应关系

核心能力	核心能力达成指标	课程目标
核心能力1：具有应用专业基础及工程设计知识的能力；	1.1掌握相应的数学、物理、化学知识，并能运用相关知识识别复杂工程问题的特征	——
	1.2掌握相关的工程力学、环境工程设计等工程基础知识，并能运用有关工具准确描述复杂工程问题的主要基础参数	——
	1.3掌握相关的环境微生物、环境监测、环境工程原理、环境监测、机械与设备等工程基础知识，并能运用有关知识准确描述复杂环境工程问题的主要参数	课程目标1、2
核心能力2：具有环境监测、环境分析、环境评价、环境规划与管理的能力；	2.1掌握相关的物理、化学、数学原理，并能运用于识别和判断复杂工程问题的关键环节	课程目标1、2、
	2.2掌握相关的环境工程原理、环境监、环境微生物、环保设备等工程基础科学的基本原理，能运用相应原理和工具准确表达和评价复杂环境工程问题的工程参数	课程目标1、2、3、5
	2.3理解环境工程的基础理论和基本分析方法，并能通过分析文献，认识到解决复杂环境工程问题有多种方案可选择，并能优选解决方案	课程目标1、2、3、4、
核心能力4：具有发现问题、分析问题和解决问题的能力；	4.1掌握网络搜索工具检索文献的方法，掌握资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法	课程目标3、4、5、6
	4.2针对复杂环境工程问题的特征，能够运用相关科学原理进行实验设计，确定需要的数据，并能够采用合理的手段收集数据	课程目标1、2、3、4
	4.3能够通过科学方法分析与解释数据，评判环境工程问题解决方案	课程目标1、2、3、4
核心能力5：具备自主获取新知识的可持续发展能力；	5.1选择与使用恰当的现代工程工具和信息技术工具，用于工程问题的界定和解决方案的描述	课程目标4、5
	5.2树立终身学习对自我发展重要性的观念	课程目标4、5、6
	5.3能针对个人职业发展的需求采取合适的方法，自主学习、适应发展	课程目标6

(二)应达成的核心能力在本课程中的实现路径

(三)课程目标与课程评价对应关系

四、考核方式及成绩评定

(一)考核目标

目标一、了解环境监测与分析的常见测定指标如有机污染物含量COD、氨氮、铬、油、挥发酚、色度和浊度、噪声；了解水处理活性污泥法的常用工艺如氧化沟、序批式活性污泥法SBR、生物接触氧化法、上流式厌氧污泥床、厌氧内循环反应器等；

目标二、掌握环境监测与分析的常见测定指标的测定方法，通过实验过程理解有机污染物转化为无机碳CO₂的过程、重金属物质的化学转化过程、吸收法测定水中含氮物质的转化过程和转化量的关系等，学会重要的实验技术和基本的实验仪器比如分光光度计、消解仪、马弗炉的使用。

目标三、正确记录实验数据和现象、正确处理实验数据和分析实验结果的能力，从而了解各种污染物质转化的机理和原理。

目标四、加深对连续流和间歇流方式处理废水的概念的理解，提高灵活理解各种流态的活性污泥法和各种生物膜法水处理构筑物的能力，提高水处理设备和构筑物的AUTO图纸绘制的能力。通过进行实验工作的综合训练，使之具备基本的科学研究素质，培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度。

(二)考核方式

考查

(三)成绩评定

五、课程内容、重点和难点及教学方法与手段

实验一（1）平流式加压溶气气浮实验（2学时）

基本要求：

1.深化对加压溶气气浮工艺系统及其各部分的组成，运行过程及其操作和控制要点，溶气水释放的表现特征及浮渣的形成的理解；

2.加深对悬浮颗粒浓度、操作压力、气固比与澄清效果间的关系的理解。

主要内容：

三维仿真软件练习操作；演示实验观察溶气加压气浮形成的气体微粒。

重点：理解加压的溶气的压力范围；理解加压溶气气浮去除油滴的去除效率的影响因素；AUTOCAD绘图。

难点：加压的溶气的压力范围的调节；

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验一（2）电解絮凝电解气浮实验（2学时）

基本要求：

1.通过进行电解絮凝反应的实验，进一步加深对其构造和工作原理的认识；

2.进一步的了解电解絮凝反应装置运行的影响因素；

3.熟悉电解絮凝反应装置的运行操作方法。

主要内容：

三维仿真软件练习操作；演示实验观察电解气浮气体微粒、电解絮凝形成的交替微粒。

重点：电解絮凝和电解气浮的原理；AUTOCAD绘图。

难点：电解絮凝和电解气浮分别在阴、阳极板的发生。

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验二（1）电解和电渗析实验（2学时）

基本要求：

1.了解电渗析实验装置的构造及工作原理。

2.熟悉电渗析配套设备，学习电渗析实验装置的操作方法。

主要内容：

三维仿真软件练习操作；浓水和淡水出水的电导率的影响因素实验和分析。

重点：浓水和淡水出水的电导率的影响因素实验和分析。AUTOCAD绘图。

难点：电渗析膜的组合结构和内部原理。

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验二（2）二级反渗透制备纯水（2学时）

基本要求：

1.掌握二级反渗透制备纯水的原理和流程图；

2.熟悉反渗透设备和预处理，学习操作方法。

3.绘制二级反渗透装置的流程图，了解二级反渗透装置的设计；

主要内容：

三维仿真软件练习操作；演示实验观察各个流量计和压力表、进水水电导率。

重点：V_淡水:V_浓水=1:4。预处理的作用，反渗透膜的工作原理。

难点：保证设备不漏。

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验三（1） 污水处理厂一体化立体模拟实验(2学时)

基本要求：

1.加深理解并掌握典型城市污水处理厂处理流程和剩余污泥处理流程；

2.理解城市污水处理厂一级、二级、三级处理的对象和处理目的要求；

3.学会手绘和AUTOCAD绘制实验设备图；

主要内容：

1.认识城市污水处理厂一级、二级、三级处理设备的构筑物和额设备：初沉池、A/O池、生物接触氧化池、竖流式沉淀池、鼓风曝气、砂滤罐、污泥角锥浓缩池；

2.操作全套设备的进水、出水、进气；

3.操作砂滤罐的正常运行和反冲洗；

4.手绘和AUTOCAD绘制实验设备图；

重点：砂滤池过滤和反冲洗的水流流向；各构筑物的工作原理、去除的对象、去除率范围；绘图。

难点：各构筑物的运行参数理解。

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验三（2）混合式活性污泥法表面曝气实验（2学时）

基本要求：

1．理解并掌握完全混合式水流流态的特点；

2．理解混合式流态的形成；

3．了解二沉池与反应池合建和分建的区别；

4．掌握混合式活性污泥法处理方法的特点；

5．理解和掌握表面曝气（机械曝气）的概念；

6．理解用于供气和供水的穿孔管结构；

7．理解运行过程中各参数：Q / t / L_S等。

主要内容：

1.操作活性污泥法实验装置：进水控制、曝气机控制；

2.测定曝气池水力停留时间。

重点：混合式流态的形成过程和特点；混合活性污泥法工艺的处理特点。

难点：混合式流态的形成过程和特点；

注明：结合教材活性污泥法四种曝气池的基本形式讲解，掌握流程图的表示方法。

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验四（1）氧化沟处理工艺实验（2学时）

基本要求：

1．掌握封闭环流式反应池中水流流态特点；

2．掌握氧化沟的池型特点和水力推进装置；

3．掌握氧化沟处理工艺的特点；

4．了解竖流式沉淀池的结构

主要内容：

1.操作氧化沟实验装置：进水速度控制、曝气机控制，活性污泥回流方式；

2.测定系统不同流量时的水力停留时间。

重点：氧化沟结构特点，氧化沟封闭环流式流态的形成过程。

难点：氧化沟封闭环流式流态的形成过程。

注明：结合教材活性污泥法四种曝气池的基本形式讲解，掌握流程图的表示方法。

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验四（2）序批式活性污泥法（SBR）实验（2学时）

基本要求：

1．掌握间歇流系统一个周期工作的几个阶段：进水—曝气反应—沉淀—排水—闲置—进水；一个周期的工作时间为各阶段时间之和；

2．理解序批式反应器反应曝气工作阶段的水流流态为混合流，且有机物随着时间的推移不断降解；

3．掌握鼓风曝气的概念；

4．掌握SBR的自动控制操作方法；

5．掌握SBR处理方法的特点。

主要内容：

操作SBR实验装置：自动控制曝气时间、进水时间、沉淀时间和闲置时间的设置。

重点：SBR工艺的处理特点的掌握。

难点：SBR工艺的运行处理特点的理解；

注明：结合教材活性污泥法四种曝气池的基本形式讲解，掌握流程图的表示方法。

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验五废水自由沉淀实验（4学时）

基本要求：

1．加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解；

2．理解并掌握废水中颗粒物沉速累积分布曲线（P-u曲线）的意义和测定方法；

3.掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线（P-u曲线、E-u曲线、E-t曲线。）

主要内容：

（1）测定不同时间同一高度的废水颗粒浓度C_i，H_i，；

（2）计算出相应的u_i，P_i，绘制u_i-P_i曲线；

（3）计算相应的处理效率E，绘制E-t和E-u曲线。

重点：P-u曲线和E-t曲线如何得到，P-u曲线实际意义的理解和E-t曲线的应用。

难点：P-u曲线实际意义的理解；去除效率E应用工程上累积法的计算过程。习题较难理解，需要详细讲解。对于颗粒物质下沉速率u的理解结合教材Stocks公式、理想沉淀池中u与表面水力负荷q的关系、理想沉淀池中去除效率E与u的工程计算公式深入讲解。

实验方法与手段：

以学生操作为主，指导老师应用启发式、主客体互动式、参与式等多种方式对学生实验过程进行巡视、引导和指导。

实验六活性炭吸附废水有色污染物实验（4学时）

基本要求：

（1）加深理解吸附的基本原理；

（2）掌握连续流活性炭吸附实验的单因素实验设计。

（3）掌握活性炭吸附设备操作步骤，包括吸附工作过程和反冲洗；了解再生过程。

主要内容：

改变进水流量即停留时间，出水吸光度和pH的变化。动态吸附的流程，反冲洗的流程。

重点和难点：连续流动态吸附的流程，反冲洗的流程。

教学方法与手段：

实验方法与手段：仿真软件操作，实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘制活性炭（三联柱）设备图。测定多个出水水样的吸光度和pH；以学生操作为主，指导老师结合启发式、主客体互动式、参与式等多种方法对学生实验过程进行巡视和指导。

实验七活性污泥性质测定实验（4学时）

基本要求：

1．掌握表征活性污泥性能的指标MLSS、SV、SVI值的测定和计算方法；

2．加深对活性污泥性能，特别是沉降性能的理解；明确MLSS、SV、SVI三者之间的关系，理解它们对活性污泥法处理系统的设计和运行控制的指导意义；

3．加深对活性污泥絮凝沉淀的特点和规律的认识；

4．掌握MLVSS的测定方法，理解MLVSS的意义。

主要内容：

测定曝气池内的MLSS、SV、MLVSS和SVI。

注明：结合教材中活泥性质参数讲解。

重点：SVI的测定及其意义的计算和理解。

难点：SVI的测定、计算和理解。

实验方法与手段：

以学生操作和计算为主，指导老师应用启发式、主客体互动式、参与式等多种方式对学生实验过程进行巡视、引导和指导。

实验八（1）生物滤池实验（2学时）

基本要求：

1．加深对生物滤池池结构的理解：布水装置的构造、假底的构造；

2．加深对滤池各部件（如池表面污水均匀分布和布水器、假底的作用）作用过程的理解；

主要内容：

1．操作生物滤池的运行；

2．计算处理水量、水力负荷、有机物负荷等概念。

重点：生物滤池的结构。

难点：生物滤池结构的理解。

注明：结合教材中生物膜法的工艺讲解。

实验方法与手段：实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验八（2）人工湿地实验（2学时）

基本要求：

1．了解垂直流和水平流湿地的结构；

主要内容：

1．观察垂直流和水平留湿地的结构；

2．观察并实际操作出水水位的自动化控制。

重点：垂直流和水平流湿地的结构；

难点：垂直流和水平流湿地的空间结构；

实验方法与手段：仿真软件操作；实物操作演示；手绘设备图和AUTOCAD绘图。

实验九 水的色度和浊度的测定（4学时）

基本要求：

1．掌握利用浊度仪测定废水浊度的方法；

2．复习第二章有关浊度的内容，了解浊度测定的其他方法及各自的特点；

3．掌握稀释倍数法测定废水色度的方法；

4．复习第二章有关色度的内容，了解色度测定的其他方法及各自的特点。

主要内容：

以浊度仪为测量仪器，测定各种水样的色度；利用稀释倍数法测定不同工业废水的色度。

重点：稀释倍数。

难点：稀释倍数。

实验方法与手段：多次反复，确定稀释倍数，多人观察记录的数据。

实验十水的化学需氧量的测定（4学时）

基本要求：

1．掌握容量法、库仑滴定法测定化学需氧量的原理和技术；

2．复习第二章有关有机污染物综合指标的含义及测定方法。

主要内容：

以微波消解法为预处理方法，测定工业废水的COD_Cr含量，并讨论分析引起工业废水COD不能达标排放的原因。

重点：酸式滴定的滴定操作。

难点：废水的COD的范围确定。

实验方法与手段：实验操作的指导。

实验十一水中氨氮浓度的测定（4学时）

基本要求：

1．复习第二章含氮化合物测定的有关内容。

2．掌握用纳氏试剂比色法测定氨氮的原理和技术及其他测定氨氮方法的原理。

主要内容：

以纳氏试剂比色法为原理，测定某工业废水中氨氮的含量，并分析废水氨氮对水环境的影响。

重点：蒸馏过程和标曲绘制。

难点：标曲绘制；待测水样的蒸馏过程确保都都被蒸馏出并被吸收；实验时间的安排要紧凑。

实验方法与手段：实验操作的巡视指导。

实验十二水中铬的测定（4学时）

基本要求：

１．掌握用分光光度法测定六价铬和总铬的原理和方法；熟练应用分光光度计；

2．回顾了解第二章第六节中测定铬的各种方法，比较其优缺点。

主要内容：

对不同来源的废水进行预处理，利用分光光度比色法分别测定废水中的Cr⁶⁺和Cr³⁺的含量，并分析废水中Cr⁶⁺和Cr³⁺的存在对水环境的影响。

重点：标曲所需数据的一致性和标曲绘制。

难点：标曲的相关系数要达标。

实验方法与手段：实验操作的指导。

实验十三水中挥发酚的测定（4学时）

基本要求：

1．掌握用蒸馏法预处理水样的方法和用分光光度法测定挥发酚的实验技术；

2．复习教材第二章中的相关内容。

主要内容：

利用蒸馏法对含酚废水进行预处理，利用分光光度法测定废水中的挥发酚的含量，并分析废水中的酚对水环境的危害。

重点：所需数据的操作和标曲的绘制。

难点：标曲的绘制。

实验方法与手段：实验操作的指导。

实验十四污水和废水中油的测定（4学时）

基本要求：

1．了解污水和废水中油对水环境的影响；

2．掌握用重量法测定污水和废水中油的方法以及适用范围。

主要内容：

将含油水样酸化，利用石油醚萃取，利用重量法的原理，求得污水和废水中油的含量。

重点：萃取现象的关注。

难点：浓度计算。

实验方法与手段：实验操作的指导。

实验十五 校园环境噪声的测定（4学时）

基本要求：

1．掌握声级计的使用方法和环境噪声的监测技术；

2．复习第七章噪声监测的有关内容。

主要内容：

利用便携式声级计，测量校园环境中的噪声分布状况，并根据相关标准对校园噪声环境质量进。

重点：空间噪声分布图的绘制。

难点：空间噪声分布图的绘制。

实验方法与手段：数据处理和空间噪声分布图的绘制。

实验十六水中藻类的测定（叶绿素a法）

教学目的和能力要求：

（1）掌握叶绿素含量的测定

（2）了解水中藻类含量与富营养化程度的关系；

（3）了解富营养化程度的分类。

教学基本内容：

水中藻类富含叶绿素，叶绿素分叶绿素a和叶绿素b，其含量的高低是反映水中藻类含量的一个重要指标。水中藻类含量的变化可以反映水体富营养的程度。采用一定的滤膜过滤，丙酮提取后，分光度测定。

★重点：

（1）掌握地表水中叶绿素含量的测定。

◆难点：

（1）叶绿素含量的计算。

教学方法与手段：

以学生操作为主，指导老师结合启发式、主客体互动式、参与式等多种方法对学生实验过程进行巡视和指导。

六、学时分配

章节	主要内容	各教学环节学时分配						作业 题量	备注
		讲授	讨论	习题	课外	实验	小计
实验一	平流式溶气加压气浮实验、电絮凝气浮实验					4	4	5
实验二	电解和电渗析实验/二级反渗透制备纯水					4	4	3
实验三	污水处理厂一体化立体模拟实验、混合式表面曝气活性污泥法实验					4	4	4
实验四	氧化沟处理工艺实验、序批式间隙活性污泥（SBR）实验					4	4	4
实验五	废水自由沉淀实验					4	4	3
实验六	活性炭动态吸附实验					4	4	2
实验七	生物滤池实验、复合人工湿地实验					4	4	3
实验八	活性污泥性质测定实验					4	4	3
实验九	水的色度和浊度的测定					4	4	3
实验十	水的化学需氧量的测定					4	4	3
实验十一	水中氨氮浓度的测定					4	4	3
实验十二	水中铬的测定					4	4	3
实验十三	水中挥发酚的测定					4	4	5
实验十四	污水和废水中油的测定					4	4	3
实验十五	校园环境噪声测定					4	4	3
实验十六	水中藻类的测定（叶绿色a法）					4	4	2
合计						64	64	51

七、课程教材及主要参考资料

(一)教材

[1]《环境工程专业实验1》，合编讲义。

(二)教学参考书

[1]陈泽堂编,《水污染控制工程实验》，北京：化学工业出版社，2018年。

[2]张可方编,《水处理实验技术》，广州：暨南大学出版社，2003年。

[3]奚旦立编,《环境监测实验》，北京：高等教育出版社，2011年(第三版)。

[4]孙成主编，《环境监测实验》，北京：科学出版社，2010年(第二版)。

(三)相关网络资源

无

八、其他说明

无