1、 南阳师院课程（课时）教学计划 课 程： 水处理实验技术 教 师： 王宗华 系（院）： 土木建筑工程学院 学年学期： 2014-2015 学年第一学期 南阳师范学院课程教学安排 教材名称及使用版本 水处理实验技术 吴俊奇，李燕城编著 本课程教学计划课时数 32 本课程实际安排课时数 32 教学内容及课时分配情况 第一章 实验设计、实验数据分析与处理 2 学时 第二章 活性炭吸附实验 2 学时 第三章 离子交换软化实验 2 学时 第四章 曝气设备充氧能力测定实验 2 学时 第五章 混凝实验 2 学时 第六章 颗粒自由沉淀实验 2 学时 第七章 过滤实验 2 学时 第八章 污泥比阻测定实验 2 学
2、时 第九章 污泥沉降比和污 泥指数（ SVI）的测定实验 2 学时 第十章 膜法水处理实验 2 学时 第十一章 食品废水中酵母的分离培养与核酸提取 2 学时 第十二章 有机废水处理好氧优势菌的分离、纯化及属的鉴定 4 学时 第十三章 污水厌氧处理实验 2 学时 第十四章 完全混合生化反应器处理校园生活污水 4 学时 备注 南阳师范学院课时教学计划 章节 第一章 课题 实验设计、实验数据分析与处理 计划课时数 2 授 课班级 13.5 及 15.13 教学目的 掌握单因素和多因素实验设计；实验设计的基本概念、方法，非线性规划单变量函数的寻优方法，多因素的正交实验设计方法。 教学重点 准确 掌握
3、单因素和多因素实验设计；实验设计的基本概念、方法，非线性规划单变量函数的寻优方法，多因素的正交实验设计方法。 教学难点 单因素和多因素实验设计 教学方法和手段 多媒体讲授 单因素和多因素实验设计；实验设计的基本概念、方法，非线性规划单变量函数的寻优方法，多因素的正交实验设计方法。 备注 教 学 内 容 批注 绪 论 1 课程的 性质和地位 本课程是给水排水工程专业必修课，是水处理教学的重要组成部分，是培养给水排水工程、环境工程技术人员所必需的课程。通过对实验的观察、分析，加深对水处理基本概念、现象、规律与基本原理的理解；所学知识既直接应用于实际工作，又为水质工程学（ 1）、水质工程学（ 2）水
4、质工程学综合性设计性实验等相关课程的学习奠定了基础。 2、课程教学总的目的和要求 本课程作为给水排水工程专业必选课，加深学生对水处理技术基本原理的理解，培养学生设计和组织水处理实验方案的初步能力，培养学生进行水处理实验的一般技能及使用实验仪器、 设备的基本能力；培养学生分析实验数据与处理数据的基本能力。 通过对实验的观察、分析，应力求使学生弄清实验目的、原理、实验仪器、实验步骤，加深对水处理基本概念、现象、规律与基本原理的理解，使学生通过实验，掌握实验方法和实验结论，掌握一般水处理处理实验技能和仪器、设备的使用方法，具有一定的解决实验技术问题的能力；学会设计实验方案和组织实验的方法；学会对实验
5、数据进行测定、分析与处理，从而能得出切合实际的结论；培养实事求是的科学态度和工作作风。 3、实验课考核方式 课程考核：采用实验报告、平时实验操作情况及期末考试 相结合的考核方式； 成绩评定：实验报告占总成绩 20，平时实验操作情况占总成绩 20，期末成绩占 60%。 教 学 内 容 批注 4、实验教材或指导书和参考文献 1、水处理实验技术（第三版），吴俊奇 /李燕城主编，中国建筑工业出版社， 2009 2、水处理综合实验技术，章北平 /陆谢娟主编，高教出版社， 2012 3、水质工程学，李圭白等主编，中国建筑工业出版社，2013 第一章 实验设计、数据处理分析 一、水处理实验技术的作用 1、宏
6、观认识：实验技术是科学研究的重要手段； 科学实验最终目的就是 找出、破译书写大自然规律的语言数学； 2、具体认识：是给排水工程中运用的重要手段，其现象、规律、理论、工程设计、运行管理都需要实验手段。 1）、混凝沉淀 (给水处理经典实验） 2）、塔式生物滤池（建设部推广 ETS） 3、水处理实验技术的作用 （ 1）掌握污染物在自然界的迁移转化规律，为水环境保护提供依据； （ 2）掌握污水处理过程中污染物去除的基本规律，改进和提高现有的处理技术及设备； （ 3）开发新的水处理技术和设备； （ 4）实现水处理设备的优化设计和优化控制； （ 5）解决水处理技术开发中的放大问题。 4、本课程教学目的与任
7、务（了解） （ 1）加深基本概念、现象、规律与原理的理解； （ 2）掌握一般水处理实验技能和仪器、设备的使用方法，具备一定实验能力； （ 3）学会设计实验方案和组织实验； （ 4）学会实验数据测定、分析处理； （ 5）培养实事求是的科学态度、作风。 教 学 内 容 批注 二、水处理实验过程 3 个步骤：准备、实验、数据分析和处理 （一）准备： 1、（软） 理论准备 1）、原理、目的 ，如充氧实验、筛分实验； 2）、方案优化设计：编排实验，最小代价； 3）、参考文献 ，信息拓展：避免方向性、低级错误。 2、（硬）设备仪器准备 1）一般：保证精度，如分析天平、显微镜防潮防霉等； 2）专用： PH
8、仪、浊度仪、 DO 仪、 COD、 BOD 等。 3、测试步骤与记录表格 1） 步骤（掌握） 2）记录表格（掌握）。 4、人员分工（掌握）。 (二 )、实验（详见教材） 1、仪器设备的安装与调试 2、实验 1）取样与分析（按水质分析要求） 2）观察 例：悬浮物絮凝沉淀，曝气设备清水充 氧 3）记录 要记录在记录纸或记录本上，不得随意乱记，更不得在记后整理抄写而丢掉原始记录 记错改动应打叉后重写 ，记录要求清楚、工整并尽可能详尽 （三）、实验数据处理与实验报告 重要部分，全面总结。 三、实验设计 解决三大问题： 1、找出因素及主次关系、内在规律，建立理论基础； 2、寻找各因素的最佳量； 3、建立
9、数学经验式、参数。 优化实验设计：打破传统的均分法安排实验，用数学原理 科学安排实验， 迅速找到最佳方案的科学实验方法。 教 学 内 容 批注 3.1 实验设计的 几个基本概念 1、实验方法 对应数据、分析整理：自变量 因素、因变量 指标 ； 2、实验设计 见教材，广义（同济：包括明确目的、确定参数等）； 3、指标 衡量实验效果好坏所用的标准。如混凝实验中剩余浊度； 4、因素 影响实验指标的条件； 可控因素（一般考虑）、不可控因素 5、水平 因素在实验中所处的不同状态，可引起指标的变化，因素变化的各种状态即因素的水平；定性因素（如混凝剂的品种）和定量因素。 6、因素间交互作用； 7、实验方案设
10、计步骤： 1）明确目的、确定指标； 2）挑选因素； 3）选定实 验设计方法（单因素、双因素、多因素）。 3.2 单因素优化实验设计 1、确定包括最优点的实验范围，一般由经验确定； 2、确定指标：确定评定实验结果好坏的标准，建立指标函数（目标函数）：指标 y，因素 x； 3、确定实验方法：均分（分批）、对分、 0.618、分数法。 3.2.1 均分法与对分法 1、均分法（最古老、传统） 教 学 内 容 批注 如做 n次实验，即将实验因素的经验取值范围分成 n+1份，在各分点上做实验 详见教材：公式（ 11） Xi= a +（ b-a） i /（ n+1） , i=1、 2、 .n； 如同一时间做
11、此 n 个实验又称分批实验法。 优点：适用于多数情况（单调函数和单峰函数等均适用）简单，因素的取值放在经验范围的等分点上；可同时安排（分批实验法）或顺序安排。 缺点：实验次数多，代价大。 2、对分法 每次实验点取因素经验范围的中点，即公式（ 1-2）。 优点：每次可去掉实验因素取值范围的一半，去点方便，效率最高。 缺点：有条件限制，仅适用于下次实验方向可确定，即预先已经了解所考察因素对指标的影响规律，能够从一个实验结果直接判断出该因素的值是否取大的情况。 3.2.2 分数法（或菲波那契数列法） 0.618 法在单峰函数优化中的另一形式 逆向应用 适用条件：也适用于单峰函数的寻优，与 0.618
12、 法不同处：要求预先给出实验总次数。 1）实验点（即因素的各水平取值）能取整数时； 2）条件限制只能做几次实验时； 3）实验范围（即因素的各水平取值范围）是不连续点或间隔不等的点时； 4）实验点只能取某些特定值时。用分数法更有利、方便。 分数法第一种情况实验安排列表四步骤： 教 学 内 容 批注 1、将可能的实验总次序 m各数值（即 1、 2、 3、 . m）与相对应的实验范围各个取 值（即因素的各水平）一一对应列于表中； 2、挑出这 m个序列数中的菲波那契数列值 Fn ，即 1、 2、3、 5、 8、 13、 21.，一一对应列于表中的 “Fn数列 ”一行；（关键） 3、找出 Fn数列值中相
13、应的 n 的取值，对应记在 Fn数列取值一行上面，即 F1、 F2、 F3、 F4、 F5、 F6、 F7.； 4、注意实验次序点与相应的实验取值一一对应。 3.2 多因素正交实验设计 1、从好点出发法 特点：对某一因素进行实验选择最佳点时，另一因素都固定在上次实验结果的好点上（除第一次外）。 2、平行线法 特点：两个因 素中有一个不易改变时宜采用。 多因素实验存在的问题： （ 1）全面实验次数与实际可行的实验次数之间矛盾 正交实验设计法 （ 2）实际所做的少数实验与全面掌握内在规律的要求之间的矛盾 直观分析法 3.3 正交实验设计 多因素实验：实验中需考虑多个因素，每个因素又有多个水平的实验
14、。 正交实验设计：利用事先制好的特殊数学表格 正交表安排多因素实验，并进行数据分析的方法。 教 学 内 容 批注 挑选出少量具有代表性的实验数，实验后经简单表格运算，分清各因素在实验中的主次作用并找出较好的运行方案，得到正确分析 结果。 优点：简单易行，计算表格化，科学地解决了多因素实验存在的两个矛盾。 1）、水平：因素变化的各种状态。某个因素在实验中需要考察它的几种状态，就称它几水平因素。 2）、正交实验设计数学原理； 3）、正交表：正交实验法中合理安排多因素实验，并对数据进行统计分析的一种特殊数学表格。 4）、正交表的两个特点；常用正交实验表见附录、 5）、正交实验表符号含义： a、各因素的水平数相同，如上例 L正交表符号； 4正交表的横行数（实验次数）； 3正交表的直列数（最多的因素数 ）； 2每列中的字码数（因素的水平数） 2、正交表安排多因素实验五步骤 一、明确实验目的，确定实验指标（能定量、定性表达的突出指标）； 二、挑因素（由经验定出实验的每个因素。一般多选些因素为宜）； 三、确定因素水平（由经验定出它们的实验范围，在范围内选出每个因素的水平，即确定水平的个数和各个水平的取数值。）；
