当前位置:主页 > 科技论文 > 环境工程论文 >

计算机仿真在环境工程实践教学中的应用.doc 全文免费在线阅读

发布时间:2016-11-07 15:16

  本文关键词:计算机仿真在环境工程实践教学中的应用,由笔耕文化传播整理发布。


网友xcweywk961近日为您收集整理了关于计算机仿真在环境工程实践教学中的应用的文档,希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍:计算机仿真在环境工程实践教学中的应用摘要:近年来,基于数学模型的污水处理工艺仿真在污水处理领域得到了广泛应用。为了使学生更好地适应就业要求,在环境工程毕业实习实践教学环节中引入了基于计算机仿真的数学模型分析环节以使学生更好的将理论知识与工程实践相结合。实践证明,在环境工程毕业实习教学中引入计算机仿真分析这一现代化的教学手段,有效提升了实习的针对性和系统性,提高了学生理论联系实际和解决实际问题的能力。关键词:环境工程;污水处理;实践教学;仿真作者简介:周振(1981-),男,山东临沂人,上海电力学院环境与化学工程学院,副教授;张萍(1960-),女,上海人,上海电力学院环境与化学工程学院,副教授。(上海 200090)基金项目:本文系上海市教委精品课程《给水处理工程》、上海电力学院研究生课程建设、上海电力学院培英计划的研究成果。中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)05-0186-02作为以培养应用型人才为主的环境工程专业,毕业实习是其实践教学过程中的重要环节,可加深学生对基础知识的理解与掌握,提高学生利用理论知识分析与解决实际问题的能力。[1,2]其中,污水处理厂的现场参观学习通常是环境工程实践教学环节的重要内容。现场参观学习需要了解污水处理工艺、控制过程和运行管理措施,但由于实践教学存在时间紧、现场介绍直观但不够系统等问题,导致学生的实践学习往往流于表面,缺乏对污水处理系统的全面了解,更无从谈起实际运行管理与理论知识的结合。随着科学技术的迅猛发展,计算机仿真技术越来越广泛地被应用于各领域的专业教学,如自动化、[3]水电机组监测与故障诊断[4]等。目前,计算机仿真在环境工程实践教学中的应用偏重于运行演示,[5]缺乏与实际污水处理厂的关联及运行管理原理分析。本文拟在毕业实习环节中引入国际水质协会推荐并经实践检验的活性污泥模型(ASM)[6,7]和污水处理专业仿真软件 WEST,[8]建立典型工程案例的污水处理工艺模型,通过整体介绍与细节分析让学生掌握污水处理中的关键运行控制变量,让学生目的明确、全面深入的了解污水处理过程和运行特性。一、污水处理系统仿真软件概述污水处理系统仿真软件一般由动力学模型、模型表达、参数校正、数值分析、数据表达和用户界面等模块组成。[7,9]在污水处理领域,用于数学模拟的软件可分为四个层次:[7,9]一是电子数据表,可进行稳态计算,实现针对普通微分方程的简单数字程序;二是低端通用型语言(如FORTRAN、C、Basic 等),创建模型的灵活性最高,但耗时费力;三是通用仿真软件(如 Mathematica、MATLAB 等),能够执行模型运算,可从网上下载;四是专业仿真软件(如 BioWin、WEST 等),主要由预定义的工艺模型单元库构成。WEST3.7.5 将用于本文污水处理系统仿真和工艺分析。WEST 软件是由比利时 Hemmis 公司与 Ghent 大学联合开发的、用于污水处理工艺动态模拟的专业仿真软件。通过引入组件单元(如活性污泥反应器、沉淀池、传感器等),软件可帮助用户使用分级图形编辑器构建模拟对象,并建立组件单元间的关联;后台模型库中提供了大量的组件模型以供选择。软件为高级用户提供了二次开发平台,通过 MSL 数据库可实现用户对模型库的自定义扩展。WEST 软件目前在欧洲、北美、亚洲和澳大利亚拥有许多用户,在工业废水和生活污水处理领域均有应用。二、模拟仿真在实践教学中的应用目前上海市共有 53 家城镇污水处理厂,其工艺包括厌氧/缺氧/好氧、缺氧/厌氧/好氧、氧化沟、Unitank、MSBR 等,千差万别的工艺使学生在多家污水处理厂的参观实习过程中很难把握其本质。因此,针对不同处理规模、工艺差别较大、处理目标不尽相同的污水处理厂,如何提炼污水处理运行管理中具有普遍规律性的内容并掌握应用就成为毕业实习教学的重点。由于大部分城市污水处理系统均采用二级生物处理工艺,通常涉及到厌氧、缺氧、好氧和固液分离 4 个处理过程,以满足 COD 降解、悬浮固体去除、硝化、反硝化和强化生物除磷的需要,因此引入 ASM 模型对典型生物处理系统进行研究将具有普适性的意义。此外,对污水处理厂能够进行调控的操作变量进行梳理,可概括出污水生物处理系统的 6 大操作变量:进水流量、流量分配、剩余污泥排放、污泥外回流、好氧池混合液回流量、供氧量或溶解氧设定值。为此,可通过计算机仿真技术操作变量进行详细分析,以得到不同运行参数下影响污水处理厂出水各指标的最佳调控变量。典型的计算机仿真工艺流程[8]如图 1 所示。在计算机仿真教学过程中,兼顾了系统整体介绍和细节分析,既通过仿真分析介绍了控制变量对出水水质的影响,又通过动力学模型分析解释了污水处理厂控制参数设置的合理性。如参观污水处理厂的溶解氧设定范围为 2~3mg/L,为了有助于学生分析其设定范围的合理性,在实习过程中引入了 ASM 中开关函数的概念,并通过模型演示介绍了溶解氧对反应速率的影响(见图 2)。通过相关的模拟仿真分析,加深了学生对实习过程中污水处理过程工艺控制的认识,有助于学生理论知识与实践知识的融会贯通。为了更好地突出数学模型仿真教学的优点,在毕业实习过程中,首先给学生布置部分问题,让学生带着问题进行污水处理厂的现场参观学习。待完成现场参观学习后,要求学生进行实习内容总结,数学模型仿真与实例分析安排在实习内容总结之后。在计算机仿真演示之外,要求学生结合专业知识对仿真结果进行分析,并对仿真结果进行估计。与此同时,结合计算机仿真和数学模型计算对实习过程中参观污水处理厂的工艺特点和存在问题进行分析。在工程实例分析中,选取上海市的典型污水处理厂氨氮去除效率高但出水总磷浓度过高的案例进行分析,并通过计算机仿真分析提出运行管理建议。考虑到氨氮和总磷的协同达标问题,通过模拟仿真分析建议增加排泥量降低系统污泥龄以有效降低出水总磷,并适当降低好氧曝气过程中的溶解氧控制值,以防剩余的溶解氧干扰反硝化和厌氧释磷,这也有助于降低出水总磷浓度。三、实践教学效果分析与建议实践表明,将计算机仿真教学与污水处理厂现场实习结合,能收到很好的实习效果。与传统的参观实习方式相比,计算机仿真作为对实际生产过程的等效描述,能以其独有的技术和效果为学生提供一个良好的多通道学习机会和训练创造性思维的氛围。通过系统性的对污水处理工艺过程进行描述分析,学生能够将现场参观实习的感性认识上升到系统分析的理性认识高度。仿真操作不仅可以使学生将所学的理论知识与实践结合起来,也可以为他们的思维提供一个宽广的空间。计算机仿真分析的工艺流程演示有助于学生树立起全局观念和学习的积极主动性,这是因为仿真分析需要用系统的观点对污水处理工艺的运行管理及可能达到的效果和出现的问题进行分析,要求运用所需知识探索各种参数之间的相互影响,才能得出最佳的运行管理效果。从 2011 年和 2012 年的毕业实习教学效果来看,基于数学模型的污水处理工艺仿真演示对提升教学质量有非常明显的效果,学生的学习积极性和动手能力都得到了较大的提高

12>



播放器加载中,,请稍候...
系统无法检测到您的Adobe Flash Player版本
建议您在线安装最新版本的Flash Player 在线安装


  本文关键词:计算机仿真在环境工程实践教学中的应用,由笔耕文化传播整理发布。



本文编号:167026

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/167026.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户6da80***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com