【在線連續(xù)運(yùn)行水處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)】

　　功能、作用介紹：

　　在環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化不僅成為信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)整合、教育手段現(xiàn)代化的一個(gè)突破口，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高綜合素質(zhì)和培養(yǎng)創(chuàng)新思維起著重要作用。

　　水處理工藝連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)一般采用以主要含有某一類典型污染物質(zhì)的水為原水，構(gòu)建水力學(xué)相似的構(gòu)筑物模型做為容器，進(jìn)行水介質(zhì)不間斷流入流出的模仿實(shí)際工藝運(yùn)行狀態(tài)的水質(zhì)處理實(shí)驗(yàn)。水處理工藝連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)是使學(xué)生深入理解水處理工藝原理、培養(yǎng)工程概念的最佳手段，但實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施過程具有操作周期長(zhǎng)、水質(zhì)分析工作量大等特點(diǎn)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)的周期可能是十幾個(gè)小時(shí)、幾天、幾周甚至更長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)的完成要求學(xué)生要拿出大量的大塊時(shí)間和精力投入到實(shí)驗(yàn)室中，這對(duì)于有大量理論課學(xué)習(xí)任務(wù)的本科生幾乎是“不可能完成的任務(wù)”。因此高校在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中極少開設(shè)連續(xù)運(yùn)行的水處理工藝實(shí)驗(yàn)。

　　為了使連續(xù)運(yùn)行水處理工藝實(shí)驗(yàn)適應(yīng)于本科生的教學(xué)特點(diǎn)，使本科生付出有限的時(shí)間和精力就可以在實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力方面獲得有效培養(yǎng)，達(dá)到面對(duì)復(fù)雜的實(shí)際問題、提出可行解決方案并實(shí)施操作、在實(shí)踐過程中開拓創(chuàng)新能力得到鍛煉的目的，我們?cè)O(shè)計(jì)出在線連續(xù)運(yùn)行水處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生通過這套系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)使實(shí)踐和創(chuàng)新能力得到有效的培養(yǎng)。

　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成和功能：

　　整套系統(tǒng)由水處理構(gòu)筑物模型、機(jī)電裝置動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀表、電氣操控和數(shù)據(jù)采集發(fā)布系統(tǒng)構(gòu)成。

　　(一) 目前的水處理構(gòu)筑物模型按照污水生物處理的CASS工藝和物化處理的高速混凝沉淀池工藝運(yùn)行原理設(shè)計(jì)而成;

　　(二) 機(jī)電裝置動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括構(gòu)筑物模型進(jìn)出水、泥、氣管道上的電磁閥門、水提升泵、加藥泵、氣泵、攪拌機(jī)等機(jī)械裝置;

　　(三) 在線監(jiān)測(cè)儀表由布置在水處理構(gòu)筑物模型中的UVAS在線COD分析儀、LDO熒光法無膜溶解氧分析儀、差分ORP氧化還原電極、NH4D氨氮分析儀、NITRATAX plus硝氮儀、SONATAX污泥界面監(jiān)測(cè)儀、SOLITAX 懸浮物分析儀、1720E濁度儀等儀表探頭和與之連接進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)處理及顯示的二次儀表組成;

　　(四) 電氣操控和數(shù)據(jù)采集發(fā)布系統(tǒng)由PLC、計(jì)算機(jī)、手動(dòng)盤柜組成，PLC接收各路傳感器二次儀表輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，并向控制柜輸出控制信號(hào)，手動(dòng)盤柜實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制操作功能，計(jì)算機(jī)將接收的儀表數(shù)據(jù)和控制參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和向網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)布。

　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作過程：

　　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。學(xué)生將原水水箱儲(chǔ)滿，將物化處理所需的化學(xué)藥劑配制好并裝滿投藥箱;清洗維護(hù)水質(zhì)傳感器，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)試在正常狀態(tài)，正確連接手控盤柜、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制主機(jī)和傳感器。這部分工作在實(shí)驗(yàn)室中完成。

　　實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。通過手控盤柜或控制主機(jī)或在網(wǎng)絡(luò)上的操作啟閉機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行整套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并能夠在上述不同位置調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。水質(zhì)數(shù)據(jù)通過傳感器產(chǎn)生，另外通過影像監(jiān)視器實(shí)時(shí)攝錄透明的構(gòu)筑物模型中物相介質(zhì)的形態(tài)，水質(zhì)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象視頻傳輸?shù)街鳈C(jī)上之后通過主機(jī)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，有數(shù)據(jù)分享權(quán)限的學(xué)生可以通過登錄網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)上遠(yuǎn)程操作權(quán)限可以限制在少部分學(xué)生范圍，而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以在廣大的學(xué)生范圍中共同分享。這部分工作既可以在實(shí)驗(yàn)室完成，也可以在教室、圖書館、寢室中登錄網(wǎng)絡(luò)完成，甚至可以通過手機(jī)、平板電腦登錄網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

　　實(shí)驗(yàn)收尾。構(gòu)筑物模型清理、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)保養(yǎng)維護(hù)、控制主機(jī)系統(tǒng)維護(hù)，這些工作在實(shí)驗(yàn)室由實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生共同完成。

　　實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和優(yōu)越性：

　?、逋ㄟ^拓展實(shí)驗(yàn)室空間、縮減實(shí)驗(yàn)時(shí)間和工作量，讓連續(xù)流水處理工藝實(shí)驗(yàn)成為“可以完成的任務(wù)”。

　　在空間上將實(shí)驗(yàn)室大幅度延伸，準(zhǔn)備工作完成后的實(shí)驗(yàn)操作可以在任何能夠上網(wǎng)的空間展開;實(shí)驗(yàn)過程中繁冗的水質(zhì)檢測(cè)工作由各種水質(zhì)傳感器代替人工來完成，讓學(xué)生不必在水質(zhì)檢測(cè)環(huán)節(jié)耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，從而大大提高了連續(xù)運(yùn)行工藝實(shí)驗(yàn)開展的可行性。

　?、鎸?shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、數(shù)據(jù)信息量大,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中獲得的知識(shí)、得到的鍛煉是多層次、全方位的。

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是圍繞水處理的基本原理展開的，但要圓滿完成實(shí)驗(yàn)還要基本掌握在線儀表的使用和維護(hù)、水處理系統(tǒng)運(yùn)行操作的基本原則、工業(yè)控制系統(tǒng)的基本組成和運(yùn)用等知識(shí)技能。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)記錄的多種實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)以及肉眼能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為學(xué)生提供了大量比教科書更全面、更生動(dòng)的學(xué)習(xí)素材，為學(xué)生深入細(xì)致地掌握工藝原理、鍛煉實(shí)踐技能創(chuàng)造了良好的條件。

　?、缳N近實(shí)際的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)過程對(duì)實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都達(dá)到了很好的效果。

　　實(shí)驗(yàn)的水質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)及其它外部條件都完全模仿實(shí)際工藝過程，學(xué)生面對(duì)一個(gè)特定的原水水質(zhì)和處理目標(biāo)，要通過查閱文獻(xiàn)、與指導(dǎo)教師和同學(xué)討論、制定試驗(yàn)計(jì)劃并進(jìn)行實(shí)施驗(yàn)證，經(jīng)歷一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的完整過程，實(shí)踐能力得到強(qiáng)化培養(yǎng)，同時(shí)創(chuàng)新技能和創(chuàng)新思維都得到有效的鍛煉。

　?、杈W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)大范圍共享。

　　那些沒有參加實(shí)驗(yàn)的同學(xué)通過獲得觀察權(quán)限也能夠在網(wǎng)絡(luò)上得到實(shí)時(shí)發(fā)布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和視頻，通過旁觀實(shí)驗(yàn)也能收獲教材上得不到的豐富生動(dòng)的知識(shí)信息，使更大范圍的同學(xué)受益，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源使用效益的最大化。

　　作品名稱：在線連續(xù)運(yùn)行水處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　完成單位：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心