《水污染控制工程》
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课程编号： |
课程名称： |
水污染控制工程 |
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学分/学时： |
3/48(讲课：40 习题:6) |
英文名称： |
Water Pollution Control Engineering |
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大纲执笔人： |
韩严和 |
大纲审核人： |
陈家庆 |
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适用专业： |
环境工程 |
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先修课程： |
环境工程原理、环境工程微生物学、环境分析与监测 |
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大纲更新时间： |
2017年1月 |
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一、课程性质与定位
《水污染控制工程》课程属环境科学与工程学科，其理论性和实践性都很强，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。本课程旨在向学生全面讲授污水处理中主要的物化和生物处理技术单元的基本原理和特点、工艺的基本计算方法和应用范围、主要构筑物的基本构成和运行特点、典型的水与废水处理工艺以及相关技术。整个课程主要介绍包括混凝、沉淀与澄清、气浮、过滤、消毒、氧化还原、膜分离和软化除盐在内各种物化处理单元、好氧和厌氧生物处理工艺、生物脱氮除磷工艺、废水的天然处理工艺以及污泥的处理与处置等。为了避免与我校环保设备原理与设计课程的教学内容重复，所以有部分内容不进行赘述。
通过本课程的学习，使学生系统完整地掌握污水处理的基本概念、工程设计和运行管理的基础理论和方法；初步掌握污水物理、化学及生物处理的设计、计算及运行管理方面的基本技能；培养学生对污水处理工程基础理论的理解、掌握和分析运用能力，初步具备进行污水处理的科学研究能力。
二、课程教学目标与达成途径
本课程的教学任务是通过课堂教学、课下作业和自学等教学环节，培养学生具有：具有运用水污染控制工程基础知识和本专业基本理论知识解决水污染问题的能力；了解水污染控制方面的前沿发展现状和趋势。培养学生具有一定的组织管理能力、表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力。具体体现在以下方面：
课程教学目标1：掌握水污染控制技术相关知识：通过全面讲授、项目学习和布置课外作业等形式，让学生了解污水处理中主要的物化和生物处理技术单元的基本原理和特点、工艺的基本计算方法和应用范围、主要构筑物的基本构成和运行特点、典型的水与废水处理工艺以及相关技术。整个课程主要介绍包括混凝、沉淀与澄清、消毒、氧化还原、膜分离和软化除盐在内各种物化处理单元、好氧和厌氧生物处理工艺、生物脱氮除磷工艺、废水的天然处理工艺以及污泥的处理与处置等。通过本课程的学习，使学生系统完整地掌握污水处理的基本概念、工程设计和运行管理的基础理论和方法；初步掌握污水物理、化学及生物处理的设计、计算及运行管理方面的基本技能；培养学生对污水处理工程基础理论的理解、掌握和分析运用能力，初步具备进行污水处理的科学研究能力。
课程教学目标2：具有初步的解决复杂工程问题的能力：通过本课程的学习，使学生具有运用水污染控制工程基础知识和本专业基本理论知识解决水污染问题的能力；了解水污染控制方面的前沿发展现状和趋势。通过项目学习，查阅技术文献，应用污水处理系统相关知识，并体现创新意识，考虑技术经济等因素，完成污水处理系统方案设计，培养学生初步的解决复杂工程问题。
课程教学目标3：具有获取与运用有关技术资料并建立相应模型的能力：通过相关工程实例和工程处理单元的学习，让学生及时应用所学理论内容，理论联系实际，提高学习效果，并能建立数学模型解决实际问题。
课程教学目标4：具有环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规应用能力：通过学生自行组建3-5人的项目小组，完成污水处理系统设计，完成项目报告，并进行项目答辩，培养学生团队合作能力的同时，重点培养环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规应用能力。
表1 毕业要求指标点实现矩阵
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专业毕业要求 指标点 |
课程教学目标 |
达成途径 |
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1.3 具有环境工程专业基础知识及其应用能力。 |
课程教学目标1 |
课堂讲授：重点突出、思路清晰、注重师生互动交流，及时掌握学生学习情况，关注每一个学生的学习； 课后作业：每一节课后都留有保证巩固学习内容的课后作业，并全批全改，及时反馈。 项目学习：组建3-5人项目小组，通过查阅文献和相关技术资料，每个小组完成一个城市或工业污水设计工艺流程实例，制作PPT，并进行讨论。 大作业：通过查阅相关文献，对不同性质污水进行分析，能够总结出相应的处理工程技术并提出发展趋势。
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2.2 能够针对环境工程问题选择适当的数学模型，并对模型的正确性进行严谨的推理，给出解答。 |
课程教学目标2、3 |
大作业：通过查阅相关文献，对不同性质污水进行分析，能够总结出相应的处理工程技术并提出发展趋势。 课后作业：针对所给具体问题进行数学模型的选择，并进行相应的解答，巩固所学模型的应用。 |
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3.1 具备综合应用基础知识和专业知识，对环境系统或过程进行深入分析，识别制约与影响因素，提出满足多种制约条件解决方案，并通过分析论证确定适当的解决方案。 |
课程教学目标1、2、4 |
课堂讲授：重点突出、思路清晰、注重师生互动交流，及时掌握学生学习情况，关注每一个学生的学习； 课后作业：设置相应作业，使学生能够深入分析问题，并解决问题，巩固学习内容的课后作业，并全批全改，及时反馈。 项目学习：设置复杂问题，使学生能够根据具体问题选择适当的处理工艺流程，并对工艺流程的选择理由进行讨论，对比各自选择工艺的技术可行性、和经济合理性。 大作业：通过查阅相关文献，对不同性质污水进行分析，能够总结出相应的处理工程技术并提出发展趋势。 |
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7.1 理解环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规，认识和理解环境工程实践活动对于环境、社会可持续发展的影响。 |
课程教学目标3、4 |
项目学习：设置复杂问题，分组进行，使学生能够根据具体问题选择适当的处理工艺流程，并对工艺流程的选择理由进行讨论，对比各自选择工艺的技术可行性、和经济合理性，查找最新环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规等，并将其应用于项目学习中。 大作业：分组进行，通过查阅相关文献，对不同性质污水进行分析，能够总结出相应的处理工程技术并提出发展趋势。 |
三、内容提要与学时安排
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序号 |
教学内容 |
教学要求 |
学时 |
对应的教学目标 |
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1 |
第一章 水污染与水质指标 1.1 水污染及其危害 1.2 污水水质与水质污染指标 |
了解：水体污染种类及其危害； 理解：水体自净的基本规律； 掌握：污水的物理、化学、生物性质及指标，污水排放标准及水环境质量标准的获取方法和应用。 |
2 |
1、3 |
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2 |
第二章 污水的均化 |
了解污水的均量、均质与均化。 掌握水量调节池容积的计算。（反应器理论自学） |
1 |
1 |
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3 |
第三章 污水的物理化学处理 3.1 固液分离与膜分离过程 3.2 化学沉淀与酸碱中和 3.3 氧化还原处理 3.4 化学混凝过程 3.5 吸附与离子交换处理法 |
了解：酸性废水、碱性废水的中和处理方法，氢氧化物等沉淀法，混凝剂、助凝剂种类，吸附的类型和吸附剂； 理解：自由沉淀理论，沉淀类型及沉淀法的应用范围，氧化还原及电解处理的原理，混凝的作用机理，混凝反应动力学及影响因素，吸附等温线及影响因素，离子交换基本原理； 掌握：去除率的计算方法，沉砂池构造及设计，平流式、辅流式、竖流式沉淀池的构造和设计计算，渗析、电渗析、反渗透与超滤的原理与相关设计计算，混凝法在污水处理中的应用，吸附工艺设备和吸附剂的再生，离子交换软化方法在处理含铬废水中的应用。 大作业：分组分工翻译某特定的与水污染控制相关外文资料； 成果：翻译文稿； 评价方式：翻译文稿的语言通顺、达意等，及其对翻译原文的理解情况。 |
10+2学时习题 |
1、2、3 |
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4 |
第四章 污水的生物处理 4.1 污水生物处理的概述 4.2 微生物的生长和动力学基础 4.3 污水的好氧生物处理——活性污泥法 4.4 污水的好氧生物处理——生物膜法 4.5 污水的厌氧生物处理 |
了解：微生物的生长期和影响微生物生长的环境因素，运行中的异常情况，厌氧生物处理法的设计、厌氧和好氧技术的联合应用技术及现代高速厌氧反应器的反应原理； 理解：微生物的分解代谢过程，好氧生物处理和厌氧生物处理中的有机物转化过程，曝气的理论基础，能够进行供气量的计算，活性污泥法的工艺类型，生物膜法的基本原理； 掌握：底物利用和微生物增长基本公式(莫诺特方程式)，活性污泥法的基本流程，活性污泥的性能指标和增殖规律，活性污泥法L-M模型中的基本方程，剩余污泥量的计算，活性污泥工艺系统的设计计算(经验负荷法与劳伦斯和麦卡蒂法)，生物膜的构造及生物膜处理法的主要特征，生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床的组成及处理系统的工艺流程深入理解厌氧生物处理的基本原理，厌氧生物处理的基本方法。 项目学习：要求为城市或某种特定工业污水设计处理工艺，要求编写工艺说明，并绘制工艺流程框线图。（每组3-5人，分工协作，至少3次讨论会，讨论文献、综述与演示文稿，） 成果：答辩PPT，讨论； 评价方式：整体评分+差异评价。根据组内排序给出个体表现差异成绩。 |
15+2学时习题 |
1、2、3、4 |
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5 |
第五章 污水的深度处理及回用 5.1 概述 5.2 城市污水深度处理的工艺原理与技术 5.3处理后污水的再利用 |
了解：污水再生回用的意义及回用途径。掌握：生物脱氮和生物除磷原理及典型工艺。 大作业：要求通过查阅资料撰写某一特定废水处理工艺的综述（每人一题）； 成果：文献综述报告； 评价方式：文献查阅与综述报告质量相结合。 |
6 |
1、2、3 |
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6 |
第六章 污泥的处理与处置 6.1 污泥的种类、特性和数量 6.2 污泥处理工艺 6.3污泥浓缩 6.4 污泥调理与脱水 6.5 污泥稳定 6.6 最终处置与综合利用 |
了解：污泥的来源、种类、特性及数量； 掌握：浓缩、稳定、污泥调理、脱水、干燥与焚烧的原理与应用。 |
4 |
1 |
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7 |
第七章 污水的生态工程处理技术 7.1 稳定塘 7.2废水土地处理系统 7.3 人工湿地 7.4 污水的生态工程处理技术在面源污染防治方面的应用 |
了解：污水的生态工程处理技术在面源污染防治方面的应用； 理解：稳定塘和的废水土地处理系统的净化机理。 |
4 |
1 |
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8 |
第八章 城市污水处理厂的设计 8.1 城市污水处理厂的设计步骤 8.2 城市污水处理厂厂址选择 8.3 污水处理工艺流程的选择 8.4 城市污水处理厂平面布置与高程布置 |
了解：城市污水处理厂的设计步骤、厂址选择原则、处理方法和流程的选择依据； 掌握：平面布置与高程布置的基本方法。 |
2 |
1 |
注：了解要求包括识别和回忆指能从记忆库中找到相关的知识、概念、术语或材料与当前的信息进行比较、确认，能记住并能不加理解的列出、描述这些知识、概念、术语或材料；掌握指能对所学的内容作归纳、分类、解释，总结、推断和一定程度的发挥；牢固掌握指能选择正确的程序应用、实施所学到的内容，并能进行必要的计算或决断； 综合应用指能将所学的内容分解并找出它们的相互关系和构成；或能计划、创造、建造或有改变的重构；或能作评论、总结、估计、预测、评估、论证和答辩。
四、教学方式
探索和改进教学方法，提倡启发式、讨论式、研究式教学，避免重演绎推理、轻归纳综合，突出对学生工程应用能力和创新意识的培养。课程教学分课内与课外二部分，课内教学：课堂讲授、研讨课、习题讲解；课外学习：课程作业、大作业、项目学习。具体教学方式如下：
1.课堂讲授为主，网络多媒体教学、教学网站为辅。在内容讲授环节，对于简单内容，采用自学与授课相结合的方法，先布置学生课外自学相关内容，在课堂上则提纲挈领地讲解思考问题的脉络，使学生能够领会到方法的实质；对于难以理解的内容，则进行深入讲解，使学生能够容易地掌握；在实践环节，将课堂练习与课后“基于项目”的大作业相结合。在课程的最后，则安排一个基于问题的小组大作业，由小组内的成员协作共同完成。
2.采用项目和大作业为载体、任务驱动的教学模式，选择合适的项目构建学习载体，学生可分组进行项目式自主设计，教师做专业性指导。
五、建议教材或参考书
教材：
罗固源. 水污染控制工程(普通高等教育“十一五”国家级规划教材). 高等教育出版社, 2006
参考书：
1. 李圭白, 张杰. 水质工程学. 中国建筑工业出版社, 2005
2. 张自杰. 排水工程(下)第四版. 中国建筑工业出版社, 2000
3. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton and H. David Stensel: Wastewater Engineering, treatment disposal and reuse, Fourth edition, Metcalf & Eddy, Inc. 清华大学出版社影印, 2002.8
六、学生成绩评定方法
本课程的考核（考试与考查相结合）以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度以及应用为重要内容。具体要求如下：
1.期中考试未通过者，需修改试卷（修改不算成绩，签字确认），要求理解掌握后，才能参加期末考试。
2.课程评分类型：百分制。
3.结课考核方式：过程考核与闭卷考试相结合，重点考察知识和应用模型的能力。
4.总成绩组成：平时成绩 (包括：参与研讨的积极性、通过随堂测试所反映的注意力集中度和对新知识的敏感度以及理解与应用能力、课后作业(10%)所反映的学习态度和思考问题解决问题的深入程度，大作业(20%)，项目学习(10%)等)占总成绩的：40%，期中考试成绩：10%，期末考试占总成绩的50%。
表2 课程教学目标评价矩阵
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成绩组成 |
考核/评价环节 |
分值 |
考核/评价细则 |
对应的教学目标 |
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平时成绩 40% |
平时作业 |
10 |
主要考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握程度，计算全部作业的平均成绩再按10%计入总成绩。 |
1、2、3 |
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大作业 |
20 |
根据两次大作业，将两次大作业的成绩求平均值，最后按20%计入课程总成绩。 |
1、3 |
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项目学习 |
10 |
根据小组项目设计报告、小组成员互评，综合评价学生的各项能力。按10%计入总成绩，具体见评分标准。 |
3、4 |
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期中考试10% |
期中考试卷面成绩 |
10 |
根据课程教学目标和学时安排，主要考核污水物理化学处理部分内容。考试的题型为：基本概念题，综合应用题计算题。 |
1、2 |
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期末考试 50% |
期末考试卷面成绩 |
50 |
根据课程教学目标和学时安排，主要考核污水物理化学处理部分、污水生物处理部分内容（重点）。考试的题型为：基本概念题，综合应用题计算题。 |
1、2 |
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专业毕业要求 指标点 |
评分出处 |
86-100 |
71-85 |
51-70 |
0-50 |
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1.3：权重0.2具有环境工程专业基础知识及其应用能力。 |
技术说明书中对所学基础知识运用能力，相关概念和计算公式应用的准确性。 |
正确应用基础知识和专业知识，对水处理工程进行深入分析。 |
应用基础知识和专业知识，对水处理工程进行深入分析，但计算有不到1-2处错误。 |
应用基础知识和专业知识，对水处理工程进行深入分析，但计算有2-5处错误。 |
应用基础知识和专业知识，对水处理工程进行深入分析，但计算有5处以上错误。 |
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3.1权重0.5具备综合应用基础知识和专业知识，对环境系统或过程进行深入分析，识别制约与影响因素，提出满足多种制约条件解决方案，并通过分析论证确定适当的解决方案。 |
说明书中有无利用所学基础知识和专业知识从制约因素分析并对比初步确定的方案，最终确定方案。分析程度如何。答辩过程中是否能够清楚利用所学知识论证所选方案的合理性。 |
综合应用基础知识和专业知识，对水处理工程进行深入分析，深入识别相关的制约与影响因素，有效提出满足多种制约条件解决方案，并通过多种方案的深入对比分析论证确定合理的污水处理工程方案。 |
能较好应用基础知识和专业知识，对水处理工程进行较深分析和识别相关的制约与影响因素，较好提出满足多种制约条件解决方案，并通过多种方案的对比分析论证确定适当的污水处理工程方案。 |
应用基础知识和专业知识，对水处理工程进行分析和识别相关的制约与影响因素，提出满足多种制约条件解决方案，并通过多种方案的对比分析论证确定适当的污水处理工程方案。 |
不能对水处理工程进行分析和识别相关的制约与影响因素，且提不出满足多种制约条件解决方案，没有通过多种方案的对比分析论证确定的污水处理工程方案。 |
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7.1权重0.3理解环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规，认识和理解环境工程实践活动对于环境、社会可持续发展的影响。 |
最新的环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规等的查阅情况，并进行研读使用情况，根据法律法规提出合理化的建议情况等。 |
能查阅最新的环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规，并进行研读后能正确应用，并根据法律法规提出合理化的建议。 |
能查阅最新的环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规，并进行研读后能正确应用。 |
能查阅最新的环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规，并进行研读后，个别出现应用错误。 |
未能查阅最新的环境保护与可持续发展等方面的方针、政策、法律、法规。 |
项目学习评分尺规：
七、毕业要求达成度评价依据与方法
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指标点 |
评价依据 |
评价方法 |
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1.3 |
期末考试成绩、平时成绩（上课中的回答问题、课堂练习、作业）、大作业、项目学习和期中考试成绩。 |
期末考试成绩占50%、平时成绩（上课中的回答问题、课堂练习、作业）占40%（包括课后作业(10%)、大作业(20%)和项目学习(10%)）、期中考试成绩占10%，总分100分。
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2.2 |
大作业成绩和课后作业成绩 |
大作业占20%、课后作业成绩占10%，总分30分。
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3.1 |
期末考试成绩、平时成绩（上课中的回答问题、课堂练习、作业）、大作业、项目学习和期中考试成绩。 |
期末考试成绩占50%、平时成绩（上课中的回答问题、课堂练习、作业）占40%（包括课后作业(10%)、大作业(20%)和项目学习(10%)）、期中考试成绩占10%，总分100分。
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7.1 |
大作业成绩和项目学习成绩 |
大作业(20%)和项目学习(10%)，总分30分。
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