水质工程学 教学大纲

1、课程教学目的本课程是环境工程专业必修的主要专业课之一，以讲授水处理单元操作为主，目的是使学生对水、废水与污染物的性质、来源、水质标准及控制水污染的基本途径和治理方法有较全面深入的了解，初步掌握水污染治理技术。教学任务本课程的任务是讲授水处理方法的基本知识，配合实验、学习、课程设计、毕业专题等教学环节，最终使学生掌握水处理的基本理论与工程技术，为进行水处理工程设计、科学研究和运行管理打下基础。教学内容的结构一、理论教学第一篇水质与水处理概论第1章水质与水质标准天然水中杂质的种类与性质水体的污染和自净饮用水水质与健康用水水质标准污水的排放标准第2章水的处理方法概论主要单元处理方法反应器的概念及其在

2、水处理中的应用水处理工艺流程第二篇物理、化学及物理化学处理工艺原理第3章凝聚和絮凝胶体的稳定性混凝原理混凝剂混凝动力学混凝过程混凝设施混凝试验第4章沉淀杂质颗粒在静水中的沉淀平流式沉淀池斜板、斜管沉淀池澄清池水中造粒浓缩气浮第5章过滤慢滤池与快滤池颗粒滤料快滤池的运行过滤理论滤层的反冲洗几种常见的滤池第6章吸附吸附概述活性炭吸附活性炭吸附的应用活性炭的再生水处理中的其它吸附剂第7章氧化还原与消毒概述氯氧化与消毒臭氧氧化与消毒其他氧化与消毒方法高级氧化概述第8章离子交换离子交换概述离子交换反应离子交换装置及运行操作离子交换的应用第9章膜滤技术概述微滤和超滤反渗透和纳滤电渗析膜滤技术在水处理中的应

3、用第10章水的冷却（自学部分）水的冷却原理冷却的热力学问题冷却水的水质与水处理第11章腐蚀与结垢（自学部分）腐蚀类型与过程影响腐蚀的因素与腐蚀形式水质稳定指数水质稳定处理第12章其它处理方法（自学部分）中和化学沉淀电解吹脱、汽提法萃取法第三篇生物处理理论与应用第13章活性污泥法活性污泥法的理论基础活性污泥的性能指标及其有关参数活性污泥反应动力学及其应用活性污泥法的各种演变及应用曝气及曝气系统活性污泥法污水处理系统的过程控制与运行管理活性污泥法的脱氮除磷原理及应用活性污泥法的发展与新工艺第14章生物膜法生物膜法的基本概念生物膜的增长及动力学生物滤池生物转盘生物接触氧化法生物流化床其他新型生物膜反

4、应器和联合处理工艺生物膜法的运行管理第15章厌氧生物处理概述厌氧生物处理的基本原理厌氧微生物生态学升流式厌氧污泥层工艺两相厌氧生物处理悬浮生长厌氧生物处理法固着生长厌氧生物处理法第16章自然生物处理系统稳定塘的基本原理好氧塘兼性塘厌氧塘曝气塘与深度处理塘常规稳定塘的设计原则第17章污泥处理、处置与利用概述污泥的分类、性质及计算污泥浓缩污泥的厌氧消化污泥的其它稳定措施污泥的调理污泥的干化与脱水污泥的干燥与焚化污泥的有效利用与最终处理第四篇水处理工艺系统第18章常用给水处理工艺系统（实践部分）给水处理工艺系统的选择原则地面水的常规处理工艺系统受污染水源水的处理工艺系统水的除藻水的除臭除味给水厂污水

5、的回收利用给水厂污泥的处理与处置第19章特种水源水处理工艺系统（实践部分）高浊度水处理工艺系统地下水除铁除锰处理工艺系统水的除氟除砷处理工艺系统软化、除盐与锅炉水处理工艺系统游泳池水的处理工艺系统第20章城市污水处理工艺系统（实践部分）污水处理工艺系统的选择原则城市污水处理工艺系统活性污泥法处理系统实例污水深度处理与再生水有效利用污泥处理与利用工艺系统第21章工业废水处理工艺系统（实践部分）概述常用工业废水处理工艺系统二、实验教学颗粒自由沉淀实验ParticleFreeSedimentExperiment混凝实验CoagulationExperiment过滤及反冲洗实验Filtrationan

6、dWashExperiment树脂类型的鉴别IdentifyingSpeciesofResin强酸性阳树脂总交换容量的测定MeasurementofStrongAcidCationResinExchangeTotalVolume强酸性阳树脂工作交换容量的测定MeasurementofStrongAcidCationResinWorkingExchangeVolume曝气充氧实验AerationExperiment完全混合式活性污泥法处理系统的观测和运行CompletelyMixedActivatedSludgeProcess污泥沉降比（SV%）和污泥指数（SVI）的测定Measuremento

7、fStrongAcidCationResinExchangeTotalVolume曝气池中环境因素的监测和菌胶团中生物相的观察EnvironmentalFactorMonitorandObservationofMiroorganisminZoogloeainAerationTank生物转盘实验RotatingBioDiscExperimentSBR法计算机自动控制系统ComputerAutoControlSystemofSBR13.间歇式活性污泥法实验ExperimentSystemofSequencingBatchReactor模块或单元教学目标与任务“水质工程学”是环境工程专业和给水排水工

8、程专业的重要学科基础课之一。主要分为“水质工程学（上）”和“水质工程学（下）”两大部分，分上下两学期授课，理论课学时共88学时，另有48学时与理论课对应的实验课，共136学时。此外，还有32学时的课程设计和32学时的参观实习。“水质工程学（上）”详细介绍了水质和水质标准、水处理方法概论、水的物理处理、化学处理及物理化学处理的原理及工艺等。“水质工程学（下）”详细介绍污水处理中最常用的生物处理理论与方法：活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、污泥的处理与处置、典型水和污水处理工艺系统等。知识模块顺序及对应的学时如下：（1）水质工程学（上）本课程的基本内容中上标*、*、*、的意义如下：*:掌握；*

9、:理解；*:了解；:自学或粗讲1）“水质工程学（上）”知识模块绪论简述水处理技术的历史与发展趋势、水的循环（自然循环和社会循环）等。第一篇水质与水处理概论第一章水质与水质标准*天然水中杂质的种类与性质*包括各种天然水体与各类污水中的杂质等。水体的污染与自净*包括水中常见污染物与来源、水体自净的基本规律及计算方法*（含耗氧、复氧溶解氧平衡规律及氧垂曲线等）、富营养化产生、危害与控制等。饮用水水质与健康*包括水质与水传染病、水中的物质与健康（元素、微生物、地方病等）等。用水水质标准*包括各类用水的水质标准的概念、水质标准的制定原则、国内外饮用水和工业用水水质标准（发展与现状）、其他常见水水质标准等

10、。污水的排放标准*第二章水的处理方法概论主要单元处理方法*包括单元处理方法的分类、单元处理方法的基本功能、单元处理方法的组合水处理流程的基本概念等。反应器的概念及其在水处理中的应用*水处理工艺流程*给水处理流程*：包括各种给水处理常见工艺流程：城市给水（地表水、地下水）、饮用水除污染、优质饮用水等的流程简介。污水处理流程*：包括城市污水、各种工业废水、回用水等的常见处理流程简介等。第二篇物理、化学及物理化学处理工艺原理第三章凝聚和絮凝胶体的稳定性*包括胶体表面电荷及双电层结构、胶体的稳定性等。混凝原理*包括胶体的凝聚和絮凝机理、影响混凝效果的主要因素等。混凝剂*包括无机盐类混凝剂、高分子混凝剂

11、、复合混凝剂、助凝剂的作用原理等。混凝动力学*包括异向絮凝、同向絮凝、混凝的控制指标等。混凝过程*混凝剂的配制和投加、混合与搅拌的要求等。混凝设施*包括混合设施、絮凝设施等。混凝试验*第四章沉淀杂质颗粒在静水中的沉淀*包括沉淀的分类、自由沉淀、干扰沉淀、絮凝沉淀、沉淀试验等。平流沉淀池*包括理想沉淀池及影响实际沉淀池效率的主要因素，如异重流的影响、紊动的影响等。平流沉淀池的设计计算。沉淀设备的排泥等等。斜板斜管沉淀池*包括斜板斜管沉淀池的原理，设计计算，优缺点、适用范围。澄清池*包括澄清池原理、常见澄清池的类型与特点等。水中造粒*浓缩*包括浓缩理论、浓缩池等。气浮*第五章过滤慢滤池与快滤池*包

12、括满滤池和快滤池的构造、工作方式等。颗粒滤料*滤层的粒度特性等。快滤池的运行*影响过滤过程的因素等。（水头、滤速的变化等）、过滤的水头损失、滤池的工作周期等。过滤理论*包括过滤机理、过滤方程式等。滤层的反冲洗*包括冲洗的方法、反冲洗作用机理、反冲洗水力学、表面冲洗、冲洗设施等。几种常见的滤池*第六章吸附吸附概述*吸附原理、吸附效果的评价方法等。活性炭的吸附*活性炭吸附的应用*活性炭的再生*水处理中的其它吸附剂*第七章氧化还原与消毒概述*包括氧化在水处理中的应用、常用氧化剂、氧化的主要影响因素等。氯氧化与消毒*臭氧氧化和消毒*其他氧化和消毒方法*高级氧化概述*第八章离子交换离子交换剂概述*包括无

13、机离子交换剂、有机合成离子交换剂等。离子交换反应*包括离子交换容量、离子交换平衡、离包括固定床离子交换装置、逆流式离子交换装置、连续式离子交换装置等。离子交换法的应用*包括软化与除盐、离子交换对其他杂质的去除等。第九章膜滤技术概述*微滤、超滤*反渗透和纳滤*电渗析*膜滤技术在水处理中的应用第十章水的冷却水的冷却原理冷却的热力学问题冷却水的水质与水处理4第十一章腐蚀与结垢腐蚀的类型与过程影响腐蚀的因素与腐蚀形式水质稳定指数水质稳定处理第十二章其他处理方法中和化学沉淀4电解曝气吹脱、气提法4萃取法三、课程教学基本要求本门课程教学方式以课堂讲授为主，辅以少量自学和讨论。作业：主要根据授课内容安排少量

14、相关习题。布置的作业要求在一周内完成。成绩评定：平时成绩占20%（其中，作业占10%，出勤率占10%）、考试占80%。考试形式：闭卷考试，笔答，考试时间为90分钟，试卷满分为100分。内容覆盖面达90。分数分布如下：按教学要求需要“掌握”的知识点占85、需要“理解”的知识点占10、需要“了解”的知识点占5；按难度级：“容易”的知识点占80，“中等”的知识点占10，“难”的知识点占10。四、实践环节（1）关于水质指标的分析方法，在环境监测中解决。（2）关于微生物知识及其在水处理中的应用，主要在环境微生物和水质工程学2中讲授。（3）关于城市排水管网主要在管道工程学中讲授。（4）配套安排水质工程实验

15、技术1水质工程学（下）本课程的基本内容中上标*、*、*、的意义如下：*：掌握；*:理解；*：了解；:自学或粗讲第三篇生物处理理论与应用第十三章活性污泥法活性污泥法的理论基础*活性污泥法的基本概念、流程,活性污泥的组成、形态、性质与指标；活性污泥的性能指标及其有关参数*净化机理、反应过程与影响因素,污泥龄和污泥负荷的概念等活性污泥反应动力学及其应用*有机物降解、污泥增长和耗氧动力学及应用；活性污泥法的各种演变及应用*介绍传统法、阶段曝气、渐减曝气、吸附再生、完全混合、高负荷、纯氧曝气等各种活性污泥法的变法、运行方式与应用条件曝气及曝气系统*氧转移的影响因素、氧转移速率、需氧量与供氧量的计算等活性

16、污泥法污水处理系统的过程控制与运行管理*活性污泥的培养与驯化，包括二次沉淀池在内的活性污泥法系统的主要控制参数、控制方法、污泥膨胀的预防和控制等活性污泥法的脱氮除磷原理及应用*主要介绍缺氧/好氧、厌氧/好氧、厌氧/缺氧/好氧等脱氮除磷等工艺原理及应用活性污泥法的发展与新工艺*活性污泥法的发展趋势，AB法、各种新型氧化沟系统、间歇式活性污泥法（SBR法）及其各种变法等。第十四章生物膜法14.1生物膜法的基本概念*生物膜法的基本流程、净化机理、特点及发展趋势，生物膜的构造、形态与组成生物膜的增长及动力学*生物滤池*普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等工艺原理、功能、构造特点与应用条件等。生

17、物转盘*生物接触氧化法*生物流化床*其他新型生物膜反应器和联合处理工艺生物膜法的运行管理第十五章厌氧生物处理概述*厌氧生物处理的基本原理*厌氧生物处理机理及影响因素、厌氧生化反应动力学。厌氧微生物生态学*升流式厌氧污泥床工艺*两相厌氧生物处理工艺*悬浮生长厌氧生物处理法*厌氧接触法、厌氧流化床、厌氧膨胀床等工艺的原理、功能、构造特点与应用条件。固着生长厌氧生物处理法*厌氧滤池、厌氧生物转盘等厌氧生物膜法的工艺原理、功能、构造特点与应用条件。第十六章自然生物处理系统稳定塘的基本原理*自然生物处理的净化机理、影响因素、功能、特征及发展趋势；好氧塘*兼性塘*厌氧塘*曝气塘与深度处理塘*常规稳定塘的设

18、计原则4第十七章污泥的处理、处置与利用概述*污泥的分类、性质与计算*还包括水处理过程中产生污泥量的计算、污泥流动的水力计算等污泥浓缩*固体通量理论与应用、污泥的各种浓缩方法与计算等污泥的厌氧消化*还包括污泥的好氧消化处理、堆肥、卫生填埋等污泥的其它稳定措施*污泥的干化与脱水*污泥的干燥与焚烧*污泥的有效利用和最终处置第四篇水处理工艺系统第十八章常用给水处理工艺系统给水处理工艺系统的选择原则*18.2地面水的常规处理工艺系统*18.3受污染水源水的处理工艺系统*18.4水的除藻*水的除臭除味*给水厂污水的回收利用4给水厂污泥的处理与处置第十九章特种水源水及特殊要求水的处理19.1高浊度水处理工艺

19、系统*19.2地下水除铁除锰处理工艺系统*19.3水的除氟除砷处理工艺系统*19.4软化、除盐与锅炉水处理工艺系统*19.5游泳池水的处理工艺系统第二十章城市污水处理工艺系统污水处理工艺系统的选择原则*城市污水处理工艺系统*活性污泥法处理系统实例污水深度处理与再生水有效利用*20.4污泥处理与利用工艺系统*第二十一章工业废水处理工艺系统概述常用工业废水处理工艺系统三、课程教学基本要求本门课程教学方式以课堂讲授为主，辅以少量自学和讨论。作业：主要根据授课内容安排少量相关习题。布置的作业要求在一周内完成。成绩评定：平时成绩占20%（其中，作业占10%，出勤率占10%）、考试占80%。考试形式：闭卷

20、考试，笔答，考试时间为90分钟，试卷满分为100分。内容覆盖面达90。分数分布如下：按教学要求需要“掌握”的知识点占85、需要“理解”的知识点占10、需要“了解”的知识点占5；按难度级：“容易”的知识点占80，“中等”的知识点占10，“难”的知识点占10。四、实践环节（1）关于水的物理、化学、物理化学处理法，主要在水质工程学上中讲授。（2）配套安排水质工程实验技术2，实验课具体安排见其教学大纲。（3）配套安排水质工程学课程设计。教学活动以及教学方法上的基本要求1多媒体教学开展多媒体教学以来，教学组潜心多媒体课件，花费大量精力和时间，完成“水质工程学”课程全部的PowerPoint。不仅摄制、下

21、载了大量的图片资料，更重新制作了大量的动画纳入其中。在教学过程中，将PowerPoint和板书有机结合，改变了原有教学方式的不够生动、直观、信息量太少等缺点，使教学内容生动、形象地展现在学生面前，提高了学生的感性认识，极大地加强了学生的学习兴趣和主动性，加深了对理论的理解，获得了很好的教学效果。2实验教学（48学时）水质工程学是具有工程特性的学科基础课，与此配套的实验教学起到了画龙点睛的作用，配合“水质工程学”的理论课教材，开设“水质工程学实验技术-1”和“水质工程学实验技术-2”实验课，新增13个实验项目。在此基础上根据水质工程学发展的最新前沿，拟动态补充新的实验项目，诸如：城市污水处理厂全

22、流程系统、SBR法计算机系统、CASS工艺处理设备、膜生物反应器等等实验项目。这样使本科生能够形象逼真地掌握课堂所学内容，并最快、最直接地接受水污染控制的前沿的教育。学生在学习了理论知识之后，能够与实践紧密结合。3课程设计（32学时）配套理论和实验教学，设置实习参观环节，除此之外，根据学科特点和就业去向，为本科生单独开设了水质工程学课程设计使本学生能够熟悉水处理的工艺流程设计计算、绘图。在毕业设计阶段，部分学生进行水处理工艺系统的设计，使本科生系统全面的掌握水处理的设计、绘图。4双语教学教学中结合国外最新出版的教材、最新实施的工程实例、最新的科研成果、最新研发的设备进行双语教学，从多媒体母语显

23、示母语讲解，逐步过渡到英文显示母语讲解和英文显示英文讲解，让学生直接接触专业外文资料。“水质工程学（上）”已经于2005年全部进行双语教学。5仿真教学与“北京东方仿真控制技术有限公司仿真培训教学事业部”联合，结合水质工程实验技术开发污水处理系统的仿真控件（以FLASH的形式）。在课堂教学和实验教学中，该仿真控件起到很好的效果。6视频教学为弥补学生缺乏感性认识，缺乏理论与实际的有机结合，无法学以致用等方面的不足，目前正进行污水处理视频教学系统的研制。并且得到了学校的教育项目支持。该项目主要致力于将以下内容视频化：1）现有城市污水处理厂的设计、运行、管理；2）污水处理施工过程；3）展示新工艺。7网

24、络教学将“多媒体教学、实验教学、课程设计、双语教学、仿真教学、视频教学”与网络教学有机结合，使学生随时随地都可以进行本课程的学习，并充分利用网络资源，教与学通过网络互动，扩展学生知识面。并利用网络教学实现如下功能：教师授课、实验演示、电子教案上网、答疑讨论、课程作业处理、课件库、课程素材库、公共素材库、案例库、参考资料库、共享资料库、参考网址库。8教学科研全方位有机结合（1）科研与理论教学紧密结合北京工业大学为教学研究型大学，在学科带头人著名水质工程专家彭永臻教授的带领下，结合其承担的863计划项目、国家自然科学基金项目、国家自然科学基金国际重大合作项目，悉心培养青年教师和组织梯队，使水质工程

25、学成为强势研究领域，使环境工程成为优势学科；教师之间相互交流互相协作、取长补短、共同育人。充分贯彻了国家的有关方针政策，著名学者教授讲授本科生课程。实行启发性、反思性教学，强调调查、研究能力的培养；强调学生和教师之间的交流；注重理论联系实际。制订规章制度要求教师在课堂上讲授学科前沿的研究状况，充实研究的最新成果到教学内容之中。（2）科研与实验教学实验教学内容紧密结合专业发展的方向与动态，实验内容和最新的技术成果相结合，引入能够反映现代科技成果的实验技术和实验方法，使专业实验具有研究和探索气息。设计出新的融合先进技术的综合性实验。设计性实验的特点是具有探索性，实验方案由学生自己设计，实验的结论是不确定