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具體內容(課題背景和意義、國內外研究現狀、課題主要內容、課題研究方案、日程安排、參考文獻)
1、課題背景和意義
造紙工業是能耗高、物耗高,對環境污染嚴重的行業之一。造紙工業的污染問題十分嚴重,受到了人們普遍的關注。在世界范圍內,造紙工業廢水都是重要的污染源,例如日本、美國分別將造紙工業廢水列為六大公害和五大公害之一。
在我國,造紙工業廢水污染已成為造紙生產及相關行業能否生存和發展的關鍵因素。據環保統計公報數字表明,縣及縣以上制漿造紙和紙制品廢水排放量占全國工業總排放量的11%,僅次于化學工業及鋼鐵工業的年排水量,居第三位,其中達標排放量僅占造紙總排放量的14%,排放廢水中COD約占全國總排放量的45%。
目前我國造紙工業廢水排放量及COD排放量均居我國各類工業排放量的首位[1]。 近年經多方不懈努力,造紙工業廢水污染防治已經取得了一定的成績,雖然紙及紙板產量逐年增加,但排放廢水中的COD卻逐年降低。由此看出,造紙工業初步實現了增產減污的目標。但目前造紙行業約占排放總量50%的廢水尚未進行達標處理,廢水污染防治任務還相當繁重。
制漿造紙廢水是指化學法制漿產生的蒸煮廢液(又稱黑液、紅液),洗漿漂白過程中產生的中段水及抄紙工序中產生的白水,它們都對環境有著嚴重的污染。
一般每生產1 t硫酸鹽漿就有1 t有機物和400 kg堿類、硫化物溶解于黑液中;生產1 t亞硫酸鹽漿約有900 kg有機物和200 kg氧化物(鈣、鎂等)和硫化物溶于紅液中。廢液排入江河中不僅嚴重污染水源,也會造成大量的資源浪費[2]。
近年來,一些以制漿造紙為主要工藝的小型企業由于受白水困擾被迫停產或轉產。隨著造紙行業的發展,受原料林資源的約束,廢紙作為再生纖維資源在造紙工業原料中的重要性與日俱增,我國產量名列前幾位的造紙企業大部分是以廢紙為原料。
廢紙作為造紙原料之一,即可減輕環境污染,又可減少森林砍伐,節省原料纖維資源,緩解原料緊張局面,經濟和社會效益十分顯著。盡管廢紙造紙廢水污染物產量比化學制漿造紙減少了85%以上,但廢水的COD、SS濃度仍然較高[3]。
某造紙廠主要以商品木漿為原料,生產各色特種裝飾鈦白印刷面紙、平衡紙系列、印花原紙系列、瓜子袋紙系列、特種長纖維紙系列、水松紙產品等各種高檔特種工業印刷紙以及文化用紙,總產量為1.2萬t/a,排放造紙廢水約8000t/d。
目前,這些廢水若未經處理就排入附近水體,將對環境造成嚴重污染[1 ~4] ,同時該廠生產耗水量大,如處理后進行回用,將產生巨大的經濟效益廢液排入江河中不僅嚴重污染水源,也會造成大量的資源浪費。所以對造紙廢水的處理在我國也是非常重要的,其中造紙白水對環境造成的影響,是本論文論述的主要觀點。
2、國內外研究現狀
2.1、造紙工藝
目前國內廢紙造紙主要流程為碎漿、磨漿、篩選、打漿、造紙、烘干、卷取等[4]。 簡要流程如下:
圖1 造紙工藝流程
2.2 、處理工藝
目前國內外針對白水所采用的處理工藝主要有以下幾種:
2.2.1、氣浮法
氣浮法是白水處理中較常用的方法。白水中所含的物質為短纖維、填料、膠狀物以及溶解物,它經過調節后在氣浮池內與減壓后的溶氣水混合,進行氣浮操作過程。完成分離后,清水入清水池供紙機回用,短纖維進入漿池供造紙機回用。氣浮法在我國造紙企業中有較廣的應用。
2.2.2、絮凝法
絮凝法在造紙白水處理中也有應用,即利用適當的絮凝劑處理廢水,可以使其中的細小纖維和其他細小固體顆粒懸浮物沉淀下來。在造紙白水的處理過程中,造紙白水先經微孔過濾處理回收纖維,降低白水中的懸浮物含量,再加入混凝劑和助凝劑,使白水中的細小纖 維、填料、膠體性物質及部分溶解性有機物聚沉,處理后的澄清水可完全回用于生產或排放。
化學絮凝處理造紙白水具有投資少、工期短、處理系統運行管理簡單、操作靈活、處理效果好等特點。能有效去除再生造紙廢水中的SS、色度以及有機物等,得到的泥漿經過適當處理后還能用作生產箱紙板的紙漿,處理的上清液可以作為工業水循環使用,因此,其經濟效益和環境效益相當顯著。
2.2.3、過濾法
應用于白水處理的過濾法常見的有兩種:真空過濾法和微濾法。
真空過濾法具有過濾速度快、處理量大、工藝過程穩定、占地面積小、基建費用少、運行費用低等特點,處理后的白水可直接用于造紙過程。近年來國內的一些大型造紙企業大力推廣真空過濾機用于白水處理,使得白水的處理與循環回用的程度大大提高。
微濾法采用的過濾介質為不銹鋼絲網或化纖網,其過濾孔徑的大小可根據用戶的廢水種類、濃度等的不同而隨意選擇,最小孔徑當量可小于20 um。其優點更在于工藝簡單、占地少、投資省;過濾能力大、效率高、運行費用低、操作極其簡便。
2.2.4、膜分離法
膜分離技術處理造紙白水,可以較徹底去除造紙白水中的金屬離子和溶解性無機鹽物質,是實現造紙零排放目標的有效措施之一。然而,膜分離法處理水量能力不大、費用較高,在用于造紙白水處理方面還處于實驗室的研究階段,距離實際生產還有很長的路要走[5]。
3、課題主要內容
1、設計流量:Q=1500 m3/d Kz=1.1
2、進出水水質,最后出水符合《遼寧省污水與廢氣排放標準》(DB 21-60-89)二級標準
3、運用大學期間所學的專業知識,理論和畢業實習中學到的實踐知識,對造紙生產工藝的最終出水進行處理設計。
4、污水處理工藝流程的確定 5、主要構筑物設計計算
6、依據具體地形對污水處理廠進行平面布置。
7、高程布置。
8、并對建成的運行管理提出要求和建議。
9、在對造紙廢水(白水)進行設計過程中,要知道造紙廢水中是多種多樣的,不能設想只用一種處理方法,就能把污染物取值殆盡,往往要采用多種方法組合的處理工藝系統,才能達到處理效果。應盡量選取較好的處理方法。
10、在對廢水處理工程設計過程中,應盡量運用清潔生產的理念,降低廢水中復雜成分,使得在后續廢水處理中降低難度和提高效率。
4、課題研究方案
廢紙回收利用過程中,從工藝上分為抄紙段產生的廢水稱為白水。由于白水日排水量 大,含有大量的軟纖維和填料,懸浮物含量高,它所引起的污染令世人矚目。目前,國內外處理造紙自水的方法主要有氣浮法、絮凝沉淀法、過濾法、膜分離法等,綜合各種方法的優缺點,我選擇氣浮法進行對造紙污水(白水)進行處理。
采用混凝氣浮為主的工藝流程處理造紙廢水,處理后出水SS、CODcr和BOD5的平均去除率分別達到90%、74%和80%以上,出水達到設計要求,可以直接回用于生產工藝中,并可回收紙漿。實現了生產用水的閉路循環運行,達到了廢水零排放。此工藝避免了生化處理占地面積大、投資和運行費用高等缺點,并且處理費用低,運行穩定,維護簡單,具有顯著的環境效益。氣浮法在我國處理造紙污水(白水)普遍使用,氣浮法不僅經濟效應低,并且處理效果非常好,占地面小,運行操作簡單[6]。
結合造紙廢水目水質的特點,實驗擬采用采用混凝氣浮+水解酸化+接觸氧化的處理工藝。
5、日程安排
1、資料收集、方案對比 2017.3.17~2017.3.23 一周
2、撰寫開題報告、開題答辯、英文翻譯 2017.3.24~2017.3.30 一周
3、主體構筑物設計計算 2017.3.31~2017.4.6 一周
4、附屬構筑物及高程設計計算 2017.4.7~2017.4.13 一周
5、流程圖、總平面圖繪制 2017.4.14~2017.4.20 一周
6、高程圖繪制 2017.4.21~2017.4.27 一周
7、構筑物圖繪制 2017.4.28~201.5.4一周
8、構筑物圖繪制 2017.5.5~2017.5.11 一周
9、構筑物圖繪制 2017.5.12~2017.5.18 一周
10 、設計說明書編制 2017.5.19~2008.5.25 一周
11 、修改設計說明書 2017.5.26~2017.6.1 一周
12 、修改圖紙 2017.6.2~2017.6.8 一周
13 、畢業設計答辯 2017.6.9~2017.6.15 一周
6、參考文獻
[1] 田啟平.斜網-混凝沉淀-二段A/O組合工藝處理造紙廢水的研究.浙江大學碩士學位論文.2007,2.
[2] 胡雪蓮,葉新強,龐艷.生化法處理廢紙再生造紙廢水.環境工程.2004.6,22(3):43~44. [3] 丘旭平.非脫墨廢紙造紙廢水處理工藝研究及實例.造紙科學與技術.2007,26(3):60~62.
1.近兩年根據工程教育認證標準,環境工程專業進一步加強了公共實踐環節、專業實踐環節等教學內容,大幅增加了實踐教學環節的總學時。通過畢業實習和生產實習、工程實訓等環節,多方位、多角度地引導學生積極思考,加深學生對工程項目設計和實施的認識,使學生真正感受到教學活動和所學知識的實踐意義。在2014版培養計劃中,已將環境專業課程實驗又增加了20學時;又新增了污染控制綜合試驗,學時數為48學時;環境監測課程增加16學時的實驗內容;將認識實習和生產實習增至七周;進行為期十八周的畢業實習和畢業設計。當然,強化實踐教學,不僅僅是在形式上增加總學時和總學分,還應改革實踐教學方法、內容,提高實踐教學質量。
2.采取新的舉措,加強畢業設計教學環節的管理。為保障本科生畢業設計的質量,實行校、院、系三級嚴格管理和跟蹤考核制度,將畢業設計分為初期考核、中期考核和答辯考核等幾個不同的考核階段。初期考核階段,以環境工程系為單位進行學風教育、開題報告及方案設計的考核審查;中期考核階段,分別由學院和學校督學組對畢業設計的進度、完成的質量進行考核,針對考核結果和建議,專業導師及時督促、指導學生進行調整、改進;最后進入答辯考核階段,由5~7名專業教師組成答辯委員會,考核內容包括畢業設計(論文、設計結構方案、圖紙、圖表、計算及外文)的質量和數量,設計(論文)的新見解及成果,自述及回答問題情況等,對不合乎要求的需重新修改,應付了事的打不及格成績者需參加二次答辯,二答仍不合格者需重修。通過對畢業設計的嚴格要求、層層把關,使學生充分認識到畢業設計的重要性和嚴肅性,端正學習態度、養成良好的學習風氣,從而提高畢業設計的質量。
3.加大綜合性、設計型實驗開放,推行創新性實驗,培養科學思維能力和實踐動手技能,為培養學生創新精神和實踐能力打下堅實基礎。自2012年開始進一步開放實驗室,提高實驗室利用率,學校設立實驗室開放基金,保證學生更好地于實驗室根據需要自主地進行實驗研究、產品開發等,不斷加強學生的實驗技能和動手能力。環境工程實驗室也不斷加強建設、積極創造條件,加大對在校本科學生的開放,采取全天開放、階段性開放、預約開放等多種形式,吸引有興趣或特長的學生進入實驗室學習。
4.加快校內實踐基地建設。自啟動吉林省教育廳高教強省項目———環境工程專業綜合實驗平臺建設以來,充分利用省教育廳和學校為環境工程專業實驗室累計投入的近300萬的建設經費,創建了獨具工程特色的實驗條件和研究場所。新建了一批能夠充分體現環境工程基礎知識和專業知識的實驗裝置;同時建立了具有仿真和操作功能的污水處理的綜合實訓實驗系統,包括傳統活性污泥曝氣系統、Orbal氧化溝系統、MBR池和二次沉淀池等;還新引進城市污水處理廠工程設計和實訓軟件、通風與大氣污染控制工程實驗模擬軟件。這些實驗平臺建設,工程性強,極大地提高了學生的工程意識,為訓練學生工程實踐能力提供了有力保障。
二、加強素質教育,培養全面發展的應用型人才
1.長春工業大學將專業教育和素質教育緊密結合,在傳道授業解惑的同時,更注重學生的情商培養,為其立足于社會打下基礎。學校完善了教育教學、咨詢服務和危機干預“三位一體”的大學生心理健康教育工作體系,建立了校、院、班三級的危機預防和干預系統,形成“125-要愛我”的心理健康宣傳教育格局。在素質教育課程平臺中,開設《大學生心理健康教育》2學時必修課程和與心理健康教育相關的近20門必選1學分課程。我校為了體現“為學生健康成長服務”的辦學宗旨,提出并實踐了“離學生最近的教育”,形成了自己的人才培養特色。
2.堅持素質教育貫徹于教書育人過程始終的教育觀,促進人文教育與專業教學的融合。我校環境工程專業人才培養方式,注重培養學生提高哲學素養,不斷地提升學生的人文精神和職業道德修養。在培養計劃的品德與業務素質模塊中,已將基本原理概論實踐、思想道德修養與法律基礎實踐等作為必修課程。通過對學生哲學素養教育和人文綜合教育與專業教學的有機融合,能夠加強學生分析問題的能力、提高學生看待事物的全面性與整體性,有利于學生工程思維方式的建立,更好地將聯系的、發展的、辯證的觀點和工程思路運用于工程設計、施工以及污染治理,更好地適應社會科技迅速發展的需求。
三、加強師資隊伍建設,保證高素質應用型人才培養
新課改“地理課程標準”提倡把開發的鄉土地理校本課程作為學習的載體。學生通過收集資料,運用知識和技能,進行以環境與發展問題為中心的探究性實踐活動。要求教師在選擇教學內容及組織實施時,注重聯系生產生活實際,以體現“學習生活中有用的地理”和“學習對終身發展有用的地理”的課程改革理念。一年來,筆者帶領學生開展“鄉土內容與高中地理教學有效結合的研究”的課題,進行了一次杏林灣流域水污染調查活動。通過活動讓學生了解身邊的地理事物,激發學生探究的興趣,加深了學生熱愛家鄉的情感,增強了關心和愛護環境的社會責任感。
一、水污染調查活動過程
在整個調查學習過程中,教師的作用是設計和指導,將主動權交給學生,引導他們進行調查,并匯報總結。
1.調查對象的確定與指導
教師進行知識背景介紹,學生自由組合成若干小組。教師設計調查綱要,學生結合實際,根據綱要進行初步記錄。各小組匯報自己的調查結果,討論確定最典型和最具可行性的地點為調查研究對象。通過討論,最終選擇“后溪流域的環境”作為全組的調查對象。
學生在掌握理論之后,對調查地進行背景資料的收集與匯報,并確定研究調查方法、調查內容、預期成果等開題方面的工作。
2.調查的內容、過程及指導
(1)確定調查內容
根據相關材料的收集情況確定各組調查的主要內容,主要分為集美月區和杏林灣片區。在課堂指導中,前半段由學生將搜集的資料進行分析討論,后半段則由教師對各小組的情況進行點評并指導下一階段的研究工作。
在對課題有了了解之后,再進行實驗的相關器材和野外調查的項目培訓。同時,小組進行野外調查分工,分別為記錄員、調查員、取水樣員等。
(2)調查過程
第一,野外示范性教學。教師利用周末進行野外示范性教學,指導學生進行實地考察。選擇四個不同地點(坂頭水庫路口、后溪鎮西溪、后溪農場、西亭)作為調查地。本次野外的教學過程中,教師指導并進行實驗操作,對取回的樣本進行分析,再根據實地考察內容進行小組討論,形成初步的野外調查報告,同時找出污染的原因并提出解決方案。
第二,調查問卷和訪談。教師指導學生設計好問卷,對當地人和相關部門進行問卷調查,從而獲得無法直接考察出來的材料。此外,指導學生到整治辦公室和環保局進行訪談,并對所得材料進行整理和分析,通過該過程使學生與社會有了更多的接觸,也鍛煉了他們的社會交際能力。
在調查的基礎上結合收集的相關資料,則可以進行調查報告的撰寫。鼓勵學生結合多種媒介,把調查結果表述出來,例如板報和倡議書,這樣,既能展現研究成果,又能進一步提高學生的環保意識。
二、水污染調查活動反思
1.探究性學習方式的選擇
探究性學習強調教師傾聽學生的心聲和見解,并及時正確地引導學生做有意義的反思。
筆者在本次學習活動中,經過設計和多方面考察,使學生在實際的調查過程中明確調查目標、理清調查思路、端正調查態度,獲得了深刻而真實的調查體驗,養成了遇問題質疑、對知識探究、勤于動腦動手的好習慣,并從中總結出解決問題的方法。
2.探究性學習有利于培養學生發現和解決問題的能力
在本次水污染調查中,教師指導學生走出課堂,進行實地調查,學生們對預先設計的問題分別進行了解答,并提出改善水污染的具體措施,通過這一調查研究培養了的處理問題的能力。這些收獲,從各調查探究小組提出的治理方案就可得到很好的驗證。例如,在各小組治理方案中均有一項相同的建議:建議政府有關部門培養市民的水資源保護意識,把保護水資源落到實處,并要求對破壞水資源的行為予以處罰。個別表現突出者提出的整治方案非常有價值,例如要建設杏林灣大型污水處理設施,使污水可以循環再利用。
3.探究性學習有利于培養學生處理信息的能力
實地調查的探究性學習,對培養學生信息采集、分析和利用的能力有很大的幫助。它引導學生通過多種方式采集和整理信息,并運用到實處,進而解決實際問題。
4.探究性學習有利于增進交流與合作
合作意識是當今人們應該具備的基本素質。在教學中開展探究性學習,讓學生學會交流與合作。同學們分工合作,集中全員的智慧和力量完成目標,這是團隊精神的最好體現。作為親自參與的教師,筆者認為這種教學效果是傳統學習所無法比擬的。小組合作學習具體來說有以下幾點好處:
第一,突出學生的主體地位。新教學理念倡導以學生為主體,以教師為主導。這次調查探究就是培養學生的主動參與意識。在組建合作小組時采取自愿原則,即合作小組由興趣相同或相近的學生自愿組成,各小組的工作都是在教師的輔助(指導)下,由小組全體成員討論決定。通過實地調查探究,一改傳統的以教授為主的教學方式,避免了傳統課堂教學中相當一部分學生“旁觀”、“旁聽”而不參與的被動局面,賦予全體學生主動權,人人參與,共同收獲。教師由原來教學過程中對學生的掌控變為指導。小組成員各負其責,做到人人有角色、個個有任務,這為學生充分發揮創新潛能搭建了平臺。
第二,培養學生的交際能力。小組合作學習是同學之間相互學習、交流經驗的過程。小組合作形成強大的凝聚力,在廣闊的學習空間中獲得體驗。專家認為:中學生正處于自我意識的形成和發展階段,其意識主要通過他人看法的內化和與別人比較、判斷的過程而逐漸形成。而小組合作過程中的交流與合作,使學生真實地體驗到被認可和信任,這就為學生自我意識的培養和交際能力的提高奠定了基礎。
第三,獲得體驗和技能。集體研究、團隊合作是現代科學研究的主要方式。學生在學習小組中,通過全組共同努力,來完成研究活動中的一系列環節,諸如確定目標、制訂方案、收集材料,進而分析處理、尋求答案或得出結論。這一過程,是學生科學研究的體驗過程,也是學生技能不斷提升的過程。在此過程中,組員間通過互相幫助,認知能力提高的同時也彰顯了合作精神。
5.通過全方位評價使學生充分施展創新和創造能力
對學生的探究性學習進行評價,一般采取學生自評、學生間互評、老師評價的多維評價方式。這種評價以過程評價為主,主要評價學生的表現。通過評價,對學生的行為和成績進行鑒定及價值肯定,以促進學生間相互學習,共同進步;通過評價,使學生得到及時鼓勵,更好地發揮創新潛能和合作積極性。為了提高學生的信心和興趣,筆者把對學生的評價分為三方面,即平常表現、段考成績、地理活動。通過三方面綜合評定,學生學習地理的積極性提高了,綜合能力也增強了。
教學有法,教無定則。探究性學習雖然是一種有效的學習方式,但在實地調查的過程中還存在著許多不足,有待我們根據實情去逐步提高和完善。在過程中要著重強調有效合作。有效合作以有效參與為基礎和前提,有效參與可從以下幾個方面理解:從參與的范圍分,有全員參與和部分參與;從參與的表現分,則有內在參與和外在參與。外在參與是性格外向的學生參與積極性較高,因而也常常受到關注。而另一部分學生性格內向,面對參與的新問題,外在表現并不強烈甚至無反應,然而他們善于沉思冥想,經常一句話會起到“一語驚醒夢中人”的效果,這是內在參與。在當下的研究性學習中,教師往往對前者指導不夠,而對后者關愛不足。從參與的過程分,有全程參與、階段參與。有的學生全程積極參與,而有的學生卻只對某一階段的內容感興趣,對于其他過程并不關注。從參與的效果分,有無效參與和有效參與,像“出工不出力”式的參與就屬無效參與。參與是否有效,主要看參與者對小組所作的貢獻。針對上述諸多問題,筆者的看法是:在學生開展探究學習活動之前,教師要對學生進行全面了解。之后再根據每個學生的特點和興趣在教師的引導下自愿組成合作小組,在這方面筆者還考慮不周。