基于虚拟仿真的污水处理实验教学.doc

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1、基于虚拟仿真的污水处理实验教学　　摘要鉴于水处理传统实验教学的局限性，结合现有的污水处理实训实验装置平台，开发污水处理虚拟仿真教学软件。通过虚拟仿真教学与实验教学相结合，有利于加深学生对污水处理构筑物的认识和理解，提高教学质量。　　关键词虚拟仿真；污水处理；实验教学　　中图分类号：G642.423文献标识码：B　　文章编号：1671-489X08-0131-03　　AbstractFirstly，theauthorsintroducethelimitationsofconven-tionalexperimen

2、talteachinginwatertreatmenttechnology，combined　　withtheexperimentalplatformofwastewatertreatment，developedthevirtualsimulationteachingsoftwareinwastewatertreatment.Throughthevirtualexperimentinstructionandexperimentaltea-chingdeepenstudents’understandingfor

3、wastewatertreatmentstruc-　　turesandimprovethequalityofteaching.　　Keywordsvirtualsimulation；wastewatertreatment；experimentalteaching　　1引言　　了解并掌握污水处理厂的工艺流程、设计方法和基本运行参数，对给排水科学与工程专业学生来说是十分重要的。随着水环境污染的加剧，为达到处理标准，水处理工艺变得越来越复杂，水处理工艺系统设计运行管理和优化改造过程在教学中难以直观体现，学生在生产实

4、践过程中难以了解其内部构造原理。另外，实物实验教学中还存在如下问题。　　1）污染问题。因在水处理实验中需要用到各种各样的化学药剂，以致实验排放的废水成分复杂，处理成本高。　　2）经费问题。随着技术进步，一些新的水处理技术也在不断涌现，由于经费问题，往往会造成实验设备更新跟不上科技进步的步伐，这就限制了做一些实验的可能性。另外，学生操作实体设备损耗较大，且实体设备价高、数量少，无法满足学生人人动手操作的需求。　　3）时间、空间问题。在实际实验教学中，都要求学生在指定的地点、特定的时间内完成实验任务，学生只能是被

5、动地、不充分地准备实验，缺乏主动灵活性和重复性。　　4）效率低[1]。在实际实验教学中，人为性较强，实验操作过程的演示不够全面及细致，实验注意事项繁多，学习枯燥，效率不高。　　因此，单纯依靠课堂教学和传统实验培训已远远不能满足学生的培养要求。　　虚拟仿真实验是利用计算机创建一个可视化的实验操作环境，其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或设备，通过操作这些虚拟的实验仪器或设备，即可进行各种实验，达到与真实实验相一致的教学要求和目的，它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶[2]。在实物实

6、验中所采用的实验工具、实验对象都是以实物形态出现的，而在仿真实验中，不存在实物形态的实验工具与实验对象，实验过程主要是对虚拟的实验仪器及设备进行操作[3]。在大数据背景下，水处理虚拟仿真通过对大量已有环境数据的建模和3D仿真设计，为水处理教学科研建立虚拟境界，使学生在虚拟环境中开展水处理工程的实验操作，以激发学生的学习兴趣，深化学生对水处理技术内部机理的认识，增强实验教学效果[4]。　　2污水�理实训实验装置　　污水处理实训实验装置具有一级物化处理、二级生物处理与三级深度处理等工段，具备SBR、UASB、氧化

7、沟、A/O污水处理工艺、A2/O污水处理工艺、MBR、曝气生物滤池等多处理单元，能够实现单一工艺或多种工艺的组合运行。该装置可根据用户需要在线调节系统流量及回流比；可进行在线水质监测参数反馈；可进行容器内液位监控，并设置液位报警，保证系统安全运行；可进行自控/手控切换操作，方便调试。　　该装置的主要技术指标如下。　　1）处流流量：50～100L/h。　　2）工作电源：AC220V/380V±10%。　　3）安全保护：具有漏电自动保护装置。　　4）进水要求：SS<600mg/L、COD<800mg/L、BOD5

8、<　　300mg/L、NH3-N<50mg/L、TP<8mg/L，pH值为6～8。　　5）出水标准：出水SS、COD、BOD5、NH3-N、TP、pH等主要指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放要求。　　工艺流程大致如图1所示。该实验装置的主要缺陷是：　　1）装置成本较高且占地面积大；　　2）处理水量有限；　　3）需要日常的运行维护管理；　　4）学生实训操作受时间、空间的限制。　　3虚拟