发布时间：2023-03-21 17:09:25
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［论文摘要］染色废水属于典型的难生化降解废水，如何低成本、高效率的对其处理，且保证出水的稳定达标，一直是许多环境保护工作者的研究目标。本文首先对国内外染色废水处理的技术和研究方向进行了综合概述，并对各类工艺进行了比较分析，归纳出一般染色废水的主要处理工艺技术路线。
一、研究背景和意义
纺织工业是我国的传统支柱工业之一，也是出口创汇较多的行业之一，目前我国占有15%左右的国际市场份额，是世界上最大的纺织品出口国。经过多年建设，纺织工业基本成为一个门类较齐全、布局较合理、原料和设备基本立足于国内、生产技术达到一定水平的工业部门。产业综合发展能力不断增强，已形成棉、毛、丝、麻、化纤、服装、纺织机械等行业较为完整的系列体系。
纺织工业按加工的原料、产品的品种和产品的加工用途等不同，主要分为上游、中游、下游三类产业，纺织工业的上游产业主要指各类纤维生产和加工，如天然纤维的棉花、羊毛和各类化学纤维等生产领域；中游产业指纺纱、织布、染色等生产领域；下游产业主要指服装加工等生产领域。
染色行业作为纺织工业中的中游行业，在纺织工业中起到承上启下的作用，即将各类纤维加工制造的坯布，通过染色和印花工艺生产出各类带色彩和图案的织物。在染色业中，棉纺染色业是最大的行业。染色行业作为湿法加工行业，其生产过程中用水量较大，据不完全统计。我国染色废水排放量约为每天300万～400万立方米，染色厂每加工100米织物，产生废水量3～5立方米。而且，染色废水成份复杂，含有的多种有机染料难降解，色度深，对环境造成非常严重的威胁。
随着工业化的不断深入，全球性的环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年来形成的生态平衡，并对人类自身的生存环境存在威胁。由于逐渐加重的环境压力，世界各国纷纷制定严格的环保法律、法规和各项有力的措施，我国作为世界大国，对环境保护也越来越重视，并向国际社会全球性环境保护公约作出了自己的承诺。
二、废水处理方法分类
根据使用技术措施的作用原理和去除对象，废水处理法可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。具体如下：
1.废水的物理处理法
利用物理作用进行废水处理，主要目的是分离去除废水中不溶性的悬浮颗粒物。主要工艺有：
(1)格栅和筛网格栅是一组平行金属栅条制成的有一定间隔的框架。把它竖直或倾斜放置在废水渠道上，用来去除废水里粗大的悬浮物和漂浮物，以免后面装置堵塞。筛网是穿孔滤板或金属网制成的过滤设备，用以去除较细小的悬浮物。
(2)沉淀法利用重力作用，使废水中比水重的固体物质下沉，与废水分离。主要用于(a)在尘砂池中除去无机砂粒(b)在初见沉淀中去除比水重的悬浮状有机物(c)在二次沉淀中去除生物处理出水中的生物污泥(d)在混凝工艺以后去除混凝形成的絮状物(e)在污泥浓缩池中分离污泥中的水分，浓缩污泥。此法简单易行而且效果好。
(3)气浮法在废水中通入空气，产生细小气泡，附着在细微颗粒污染物上，形成密度小于水的浮体，上浮到水面。主要用来分离密度与水接近或比水小，靠重力无法沉淀的细微颗粒污染物。
(4)离心分离利用离心作用，使质量不同的悬浮物和水体分离。分离设备有施流分离器和离心机。
2.废水的化学处理法
(1)酸性废水的中和处理
酸性废水处理可以用投药中和法、天然水体及土壤碱度中和法、碱性废水和废渣中和法等。药剂有石灰乳、苛性钠、石灰石、大理石、白云石等。他的优点是：可处理任何浓度、任何性质的酸性废水。废水中允许有较多的悬浮物，对水质水量的波动适用性强，中和剂利用率高，过程容易调节。缺点：劳动条件差、设备多、投资大、泥渣多且脱水难。天然水体及土壤碱度中和法采用时要慎重，应从长远利益出发，允许排入水体的酸性废水量应根据水体或土体的中和能力来确定。
(2)碱性废水和废渣中和法
投酸中和法可用药剂：硫酸、盐酸、及压缩二氧化碳(用二氧化碳做中和剂，由于PH值低于6，因此不需要PH值控制装置)酸性废水及废气中和法如烟道气中有高达24%的二氧化碳，可用来中和碱性废水。其优点可把废水处理与烟道气除尘结合起来，缺点是处理后的废水中硫化物、色度和耗氧量均有显著增加。清洗由污泥消化获得的沼气(含25%—35%的二氧化碳气体)的水也可用于中和碱废水。
3.生物处理法
利用微生物可以把有机物氧化分解为稳定的无机物的这一功能，经常采用一定人工措施大量繁殖微生物。
(1)好氧生物处理法
应用好氧微生物，在有氧环境下，把废水中的有机物分解成二氧化碳和水的方法，主要处理工艺有：活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等，这种方法处理效率高，应用面广。
(2)厌氧生物处理法
应用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物，最后生成二氧化碳、甲烷等物质的方法。主要用于有机污泥、高浓度有机工业废水的处理。如啤酒厂、屠宰厂。
(3)自然生物处理法
应用在自然条件下生长，繁殖的微生物处理废水的方法。工艺简单，建设费用和运行成本都比较低，但其净化功能受自然条件的限制，处理技术有稳定塘和土地处理法。
三、染色污水处理系统的工艺设计
在染色污水处理系统的工艺设计中往往遇到以下问题：(1)工程设计人员大都是仅仅了解废水水质的情况下，根据自己的工程经验和直觉进行设计，这样往往造成工程缺陷，使建成的处理系统处理废水不能达标排放；(2)在有些设计中，因为对出水的达标要求严格，使设计出的工艺建设费用和运行费用偏高；(3)在许多现有的处理系统中，由于所要处理的水质发生改变，原有工艺不能针对目前的水质进行有效的处理。以上的这些都涉及到污水处理系统的优化改造和优化管理运行问题。
如何优化污水处理工艺，降低污水处理成本，提高污水处理效果，对于污水处理有着极其重要的意义。必须指出的是，染色废水处理系统的优化改造是一个非常错综复杂的问题，从目的上它不仅要基于污水水质分析，按照技术和经济的要求，在条件允许的范围内，利用各种方法，找出最佳的设计工艺方案，并在设计工况条件下，找出最佳的设施组合和最佳工艺参数，而且还要在污水的成份和水量一定幅度变动的情况下，找出相应的优化运行措施和最少运行成本。而在各染色废水水质各异、水量大小不一的实际工况下，要求得到一个能严格意义上普遍性的染色废水优化处理系统是不可能的，某一污水处理系统可能对某企业的废水处理是最优，但它对其他的染色厂可能就并不能做到最优，因此本论文对染色废水处理系统优化研究只是为提出一个系统优化改造和优化运行的概念和思路，并不是要提出一个能对所有染色废水有最优处理效果的处理系统。
四、系统工艺改造的总体思路
污水处理厂废水的水质为含有一定量难生物降解物质和颜色的有机废水，各染色子行业排放的废水所含污染物质不同，其相应的治理工艺流程也不同。对染色废水处理，工程上一般用物化法和生化法或两种方法相结合的处理方法。物化处理有见效快、水力停留时间短的优势，但其处理费用高、污泥产量大、污泥处理困难、存在二次污染的隐患。虽然臭氧氧化、活性碳吸附、电解等方法有较好的脱色效果，但它们较高的运行费用却使厂家无法承受。但前述的几种方法都具有稳定性好的特点。生物处理因具有处理成本较低，并能大幅度去处有机污染物和一定色度的特性使得染色废水治理采用生物治理作为主要治理单元己成为共识。但结合园区污水处理厂目前的运行现状及操作工人素质，为确保污水处理厂处理出水的稳定达标排放，因此改造扩建工艺的设计思想以强化物化处理的原则，以生物处理工艺为重心，尽量提高强化生物处理的作用。鉴于污水处理厂接受的染色废水综合性废水，是典型的难生化降解的有机废水，水质性质有其特殊性，而且各有关企业生产废水排放的水质水量的不稳定性，以及污水处理厂的运行成本及运行负荷。因此必须要有针对性的废水处理工艺，才能达到较好的处理效果。在选择处理工艺前，应在分析废水水质及其组成及对废水所要求的处理程度的基础上，确定各单元处理方法和改造工艺流程，以验证改造工艺的有效性。
五、结论
印染生产废水可生化性差，原污水处理系统又存在着设计、施工不尽合理，管理水平落后等缺陷，从而造成了处理出水污染指标达不到排放标准，运行成本高等后果。染色废水处理系统的优化改造本身就是一个非常错综复杂的问题，而作为集中式染色废水处理厂的优化就更加困难了。从目的上它不仅要在污水水质分析的基础上，按照技术和经济的要求，在条件允许的范围内，利用各种方法，找出最佳的设计工艺方案。并在设计工况条件下，找出最佳的设施组合和最佳工艺参数，而且，还要在污水的成份和水量大幅度变动的情况下，找出相应的优化运行措施和最少的运行成本。但由于客观条件的诸多限制，并且各种印染废水水质各异，水量大小不一的设计情况下，要求得到一个能严格意义上普遍性的染色废水优化方法十分困难，某一污水处理系统可能对某一区域内的废水处理是最优的，但它对其他的企业可能就并不能做到最优。因此，在加强技术创新和知识创新的同时也要为保护我们仅有的水资源提高人类意识，转变观念，为创造一个更好的环境多做努力。
［参考文献］
关键词：生物脱氮工艺 短程硝化反硝化 同时硝化反硝化 厌氧氨氧化
1.短程硝化反硝化
短程硝化反硝化生物脱氮（shortcut nitrification denitrification）是由荷兰Delft技术大学开发出来的脱氮新工艺[1-3]。其基本原理是将NH3-N氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。反应方程式可表示为：
短程硝化反硝化的生物脱氮途径与传统硝化反硝化相比，在处理高浓度有机氮废水中具有潜在的优势：⑴短程硝化反硝化生物脱氮比传统硝化反硝化生物脱氮节省了25%的耗氧量；⑵在反硝化过程中是以有机碳源作为电子供体，短程硝化反硝化仅需传统硝化反硝化60%的有机碳源，节省了40%的碳源。理论上计算，传统硝化反硝化C/N为2.86:1，短程硝化反硝化C/N为1.71:1，即较低的C/N下就可以实现短程硝化反硝化反应；⑶缩短了反应历程，提高了脱氮效率。在好氧过程中短程硝化反硝化生物脱氮比传统硝化反硝化生物脱氮减少了由NO2－-N氧化为NO3－-N的过程，缩短了总的反应历程。另外，在短程硝化反硝化过程中由于省去了由NO3－-N到NO2－-N这一转化过程，反硝化碳源不再为硝酸盐还原菌优先利用，也不存在硝酸盐还原酶对亚硝酸盐还原酶的竞争性抑制，加速了脱氮效率。
2.同时硝化反硝化
同时硝化反硝化（simulataneous nitrification denitrification）工艺，简单地说，是在同一个反应器中同时实现硝化和反硝化。Munch.Elisabeth V等研究了SBR法中的同时硝化反硝化现象[4。G.Bertanza运用延时曝气法对废水处理过程中的同时硝化反硝化现象进行了三年的研究[5]。试验结果表明：处理系统中的氧化还原电位在120～180mv范围内（此时DO浓度均在1.5mg/L以下）同时硝化反硝化的处理效果最好，总氮去除率可达到60%～70%。
根据以上可知，同时硝化反硝化现象确实存在于多种废水处理工艺中。目前大多数学者认为其机理的探讨主要从微环境理论、微生物学和生物化学的角度来研究：
⑴从微环境角度来看，由于微生物个体形态非常微小，一般属μm级，影响生物的生存环境也是微小的。由于微生物种群结构、基质分布、代谢活动和生物化学反应的不均匀性，以及物质传递的变化等因素的相互作用，在活性污泥菌胶团和生物膜内部会存在多种多样的微环境类型。即使在好氧性微环境占主导地位的活性污泥系统中，也常常同时存在少量的微氧、缺氧、厌氧等状态的微环境。
⑵从生物学和生物化学角度来看，主要有两种观点存在：一种是Lloyd等及Robertson和Kuennen提出的好氧反硝化的概念，认为好氧反硝化菌和好氧反硝化酶系的存在导致了这种现象。目前已知的好氧反硝化菌有Pseudoonas、Spp、Alcaligensfaecalis、Thiosphaera、Pantotropha等[6]，这些菌种为好氧反硝化的解释提供了生物学依据。另一种是Bock等提出的好氧反氨化的概念，即在有氧气限制的情况下，NH3-N直接转化为氮气。
同时硝化反硝化有以下优点[7]：⑴硝化过程中消耗碱度，反硝化过程中产生碱度，这样同时硝化反硝化能有效地保持反应器中pH值稳定，而且无需添加外碳源，考虑到硝化菌最适pH值范围很窄，仅为7.15～8.16，因此这一点是很重要的。⑵同时硝化反硝化意味着在同一反应器、相同的操作条件下，硝化和反硝化应能同时进行。如果能够保证在好氧池中一定效率的反硝化与硝化反应同时进行，那么对于连续运行的同时硝化反硝化工艺污水处理厂，可以省去缺氧池的费用，或至少减少反应池容积。对于仅由一个反应池组成的序批式反应器来讲，同时硝化反硝化能够降低实现完全硝化反硝化所需的时间。同时硝化反硝化系统提供了今后降低投资并简化生物脱氮技术的可能性。然而，对于同时硝化反硝化的机理还缺乏深入的认识与了解，要使该项技术实用化还有大量研究工作有待完成。
3.厌氧氨氧化
1990年，荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室开发了ANAMMOX工艺。该工艺的特点是：在厌氧的条件下，以NO3―为电子受体，将NH3-N转化为氮气。最近研究表明NO3―是一个关键的电子受体。由于这类细菌是自养菌，因此不需要添加有机物来维持反硝化。试验研究发现:厌氧反应器中NH3-N浓度的降低与NO3―的去除存在一定的比例关系[8]。发生的反应可假定为:
最近研究表明，NO2―也可以作为电子受体进行如下反应：
根据化学热力学理论，上述反应的ΔG＜0，说明反应可自发进行的。厌氧氨氧化过程的总反应是一个产生能量的反应，从理论上讲，可以提供能量供微生物生长。因此，可以假定厌氧反应器中存在微生物，它可以利用NH3-N作为电子供体还原NO3―-N，或者说它可以利用NO3―-N作为电子受体来氧化NH3-N。
从方程式2-17和2-18可以知道，该工艺不需要氧气和外加碳源，处理低C/N的高浓度NH3-N废水很有前景的。
4.固定化微生物脱氮技术
固定化微生物技术是指通过化学或物理的方法将游离的细胞或微生物加以固定，使之成为不溶于水但仍具有高的生物活性固定生长体的一项新技术[9]。
固定化微生物技术是20世纪60年代直接从固定化酶技术发展起来的一项新技术，最初主要用于工业微生物的发酵，70年代后期由于水污染问题的日益严重，迫切要求开发高效的废水处理新技术，于是人们开始考虑将固定化微生物技术引入废水处理领域。该技术可将筛选的优势菌种或微生物加以固定，从而构成一个高效的废水处理系统，与传统的悬浮生物处理法相比较具有处理效率高、稳定性强、产泥量少、无污泥膨胀、固液分离效果好、装置容积小等优点，在废水处理，尤其是特种工业废水处理领域中显示出广阔的应用前景。固定化微生物脱氮技术就是利用固定化微生物技术的特点，将硝化菌和反硝化菌固定在一起，以保证反应器的菌体浓度和脱氮性能，成为近10多年来生物脱氮领域研究的热点之一。国内外学者对硝化菌和反硝化菌单独固定及固定化细胞的脱氮性能作了详细的研究，在日本已有将固定化硝化菌用于废水处理能力11300m3/d的工业装置[10]。
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关键词：聚合氯化铝 絮凝剂 处理生活污水 技术论证
一、 背景和意义
1997年1月20日， 联合国发出了淡水资源短缺的警报：“缺水问题将严重制约下世纪的经济和社会发展，并可能导致国家间的冲突”。这份题为《对世界淡水资源的全面评估》的报告指出，目前全世界1／5以上的人口，即12亿人面临“中高度到高度缺水的压力”。该报告还预测，到2025年，世界人口将激增到83亿，全世界将有1／3的人口遭受“中高度到高度缺水的压力”。
随着工业的发展和人口急剧增长，淡水紧缺问题已引起世界各国的普遍关注，我国面临的淡水紧缺问题尤其严峻。我国水资源居世界第六位，但人均水量仅为世界人均水量的四分之一，居109位，加之淡水资源的时空分布不均和我国人口分布不均、社会发展不均，造成部分城市淡水资源严重紧缺。目前全国有300多个城市缺水，50多个城市严重缺水。淡水资源紧缺已严重影响这些地区的人民生活和经济发展，每年造成直接经济损失数千亿元。
进入21世纪，我国人口继续增长，将达到16亿高峰，对土资源的开发将达到临界状态，对水的需求也将进一步增加。1993年全国工农业生产和城乡居民生活用水已达到5250亿m3 ，人均用水纺450m3 。根据人口增长，工农业生产发展，如不节约用水，初步估计2030年需增加供水2000～2500亿m3 才能满足各方面的需要。黄、淮、海三流域2010年以后，随着人口的增加，人均水资源将不足400m3 ，当地水源已无潜力可挖，缺水只有远距离从长江调水才能得以解决。而长距离调水成本高、投资大、资金筹措困难，并还受到社会和环境等因素制约，工程的实施难度极大。因此，首先需要采用各种高新技术，通过节约用水、利用雨水、污水处理回用、海水利用等途径，千方百计努力提高工农业用水的效率。
随着工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高，对水的需求量也越来越大，与此同时，水资源的污染也日趋严重，人类可取的水资源正在逐渐减少。我国是水资源贫乏的国家之一，人均水量仅为世界人均水量的1／4，目前国内已有300 多个城市缺水，日缺水量约1000万立方米以上，严重地影响了国内的工业生产和人民生活。工业用水一般占城市用水的70％－80％，节约用水、合理用水的处理 受到各行各业的普遍关注，各种水处理剂的需求量也日益增加。聚铁、铝盐具有絮凝体形成速度快、矾花密实、沉降速度快、对低温高浊度原水处理效果好、适用水体pH值范围广等特性，同时还能去除水中的有机物、悬浮物、重金属、硫化物及致癌物，无铁离子的水相转移，脱色、脱油、除臭、除菌功能显著，且价格便宜，与其他净水剂相比，有着很强的市场竞争力，其经济效益也十分明显，值得大力推广应用。
目前我国每年的废水排放量约365亿吨，年处理量仅100亿吨，处理率不足 1／3。目前世界水处理市场中，包括聚铁在内的无机絮凝剂已占有3／4以上的市场份额。我国水处理剂工业虽已具有了一定的规模和水平，但仍远远不能满足大量的工业废水及民用水处理的要求，与国外先进水平相比还有不小的差距。业内人士预计? 今后几年国内水处理剂的生产将有较快的发展，年需求量将达到30万吨左右，其中絮凝剂的需求量为18万吨。
二、 关键技术和预期水平效益
现代废水处理方法主要分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。
物理处理法：通过物理作用分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物(包括油膜和油珠)的废水处理法。通常采用沉淀、过滤、离心分离、气浮、蒸发结晶、反渗透等方法。将废水中悬浮物、胶体物和油类等污染物分离出来，从而使废水得到初步净化。
化学处理法：通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。通常采用方法有：中和、混凝、氧化还原、萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗透等方法。
生物处理法：通过微生物的代谢作用，使废水溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机物、有毒物等污染物质，转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。生物处理法又分为需氧处理和厌氧处理两种方法。需氧处理法目前常用的有活性污泥法、生物滤池和氧化塘等。厌氧处理法，又名生物还原处理法，主要用于处理高浓度有机废水和污泥，使用处理设备，主要为消化池等。与物理、化学方法相比较，生物法具有运行费用低、处理效果好的特点。但生物法存在着处理时间相对较长、废水中含有有毒物质存在时难以使用等缺陷。生物学家和工程技术人员正不断努力，通过改良微生物菌种、改良处理工艺等手段提高生物处理的效果。
通过各种手段对废水进行处理后再排放可减少污染，但彻底消除污染的方法是不产生污染物 。科学家们正在不断努力，一方面，寻找更有效的废水处理方法，消除污染物；另一方面，研制设计出新的清洁生产工艺，减少污染物的产生。
下面我们来着重谈谈化学处理法中的絮凝法：
强化絮凝过程需要提高两方面的技术：
（一）、发展新型高效能絮凝剂
（二）、发展高效絮凝反应器，技术上取得新的突破。
同时做到相互协同发展，进而将这两方面优势有机地结合起来，建立新型絮凝工艺技术系统，从整体上改进水处理絮凝过程的质量和面貌。
在研究开发新型高效絮凝剂方面
无机高分子絮凝剂（IPF）
无机高分子絮凝剂（IPF）无疑是当前研究的重点。由于它比传统絮凝剂具有适应性强、无毒、可成倍提高效能且相对价廉等优点，因而近年已得到广泛重视，正逐步发展成为混凝过程的主流药剂。其中，聚合氯化铝是当前工业生产技术最成熟、效能最高、应用最为广泛的无机高分子絮凝剂品种。同时，以聚合氯化铝产品作为基本原料，还可衍生制备出多种系列的适合于不同水质处理状况的复合型无机高分子絮凝剂。如聚合铝铁、聚合硅铝以及有机复合型絮凝剂。
尽管大量的混凝实践证明聚合铝絮凝剂比传统铝盐凝聚剂的混凝效能提高2~3倍。但对于这类新型药剂为何会突出地高效尚缺乏全面深入的科学验证和理论诊断，一般的认识和处理方法尚停留在沿用传统凝聚剂的概念或主观推断，尚缺少直接的实验验证。实际上，在聚合铝应用基础方面，从形态分布及其转化规律，聚合反应控制参数及其制备条件，投加后的形态转化及其稳定性，高效凝聚絮凝机理及效能，以及应用工艺技术等诸多方面，均有别于传统凝聚剂，这些问题只有经过全面系统深入地研究，才能够得到较确切的解答，同时促进这类新型药剂的进一步提高并扩展其应用范围。
基于上述原因，我们就以现代化学及絮凝理论为基础，追踪当前国际研究发展动向，同时结合实际生产工艺及水处理实践，从混凝理论的发展，聚合铝水解形态转化及其分布特征，絮凝形态稳定性及电动特性，以及高效凝聚絮凝效能，作用机理与絮凝动力学，聚合铝高效絮凝应用实践等多方面进行了全面深入、系统地研究，为深入揭示聚合水解－聚合反应过程及形态转化规律，阐明聚合铝水解聚合形态与凝聚作用机理及絮凝动力学的相互关系，建立定量聚合铝的表面吸附沉淀模式提供科学理论研究的基础。同时也为进一步改进聚合铝产品质量，提高凝聚剂絮凝效能，拓宽应用范围提供必要的应用基础理论研究依据。最终为推动和发展我国无机高分子絮凝剂的基础应用理论研究，提高工业化生产技术水平及其应用实践作出贡献。
有机高分子絮凝剂
高分子絮凝剂种类
目前应用于水处理中的高分子凝剂，为分子量由数万至数百万的高分子水溶性有机聚合物。有机高分子絮凝剂具有在颗粒间形成更大的絮体及由此产生的巨大表面吸附作用。因而，近年来国内外在研究和应用方面都进展得很快。絮凝剂的种类很多，按其来源可分为天然和人工合成的两大类。
天然高分子絮凝剂
淀粉、单宁、纤维素、藻朊酸钠、古尔胶、动物胶和白明胶等等。天然高分子絮凝剂可经过各种化学改性以适应不同的需要，如淀粉可改性为糊精、苛化淀粉、含磷酸盐－CH2OPO（CH）2和含胺基－CH2CH2NH2的淀粉等。一般来说天然高分子絮凝剂价格低廉，但分子量较低且不稳定，使用时用量高，效果不佳且排放时有可能产生BOD等问题。所以，除考虑到毒性而使用人工合成的高分子絮凝剂。其中用得最为广泛的要属分子量为300万以上的聚丙烯酰胺及其衍生物。实践证明，不同的高分子絮凝剂，对不同的水质处理效果相差很大，其最佳效果的用量幅度很小，超过一定范围，反而会形成复稳。
高聚合度的水溶性有机高分子聚合物或共聚物的分子中，含有许多能与胶粒和细徽悬浮物颗粒表面上某些点位起作用的活性基团，分子量在数十万至数百万。根据聚合物单体上活性基团在水中的离解情况，按官能团分类可分为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。表1是许多高分子絮凝剂的主要官能团。
国内外常用的具有代表性的高分子絮凝剂有：非离子型－聚丙烯酰胺（简写为PAM，分子量在150万－900万，商品浓度一般为8%）、聚氧化乙烯；阴离子型－聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸水解聚丙烯酰胺（HPAM）、聚磺基苯乙烯；阳离子型－丁基溴聚乙烯吡、聚二丙烯二甲基胺（PDADMA）。用量一般为废水量的百万分之一至百万分之二。
当絮凝剂为离子型，且其电性与胶粒表面电荷相反时，絮凝剂就考虑到降低ξ电位和吸附桥连的双重作用，絮凝效果就特别显著；而当其点性与胶粒表面电荷相同时，则要求双方的电荷都不太强。为要充分发挥絮凝剂的吸附桥连作用，应使它的长链生长到最大限度，同时让可离解的基团达到最大的离解度且得到充分的暴露，以便产生更多的带电部位，并与微粒有更多的碰撞机会，结果絮凝效果可提高数倍。
表1：高分子絮凝剂的主要官能团
非离子型官能团 ——OH 羟 基
——CN 腈
——CONH2 酰 胺
阳 离 子 官 能 团 ——NH2 伯 胺
——NH—R 仲 胺
——N—RR 叔 胺
R——N—RR 季 胺
阳离子型官能团 ——COOH 羧 酸
——SO3H 磺 酸
——OSO3H 硫酸脂
当然，絮凝剂的选择及使用量要根据废水的具体性质而定，总的原则是所用的絮凝剂必须价廉、易得、高效、使用量少。生成的絮凝物易沉降分离。使用无机絮凝剂时要注意其适用的pH值范围，一般在投加无机盐絮凝剂后再添加pH调节剂。对高分子絮凝剂，为了充分发挥其在水中的化学架桥作用，应选用能在水中均匀分散、溶解，具有吸附活性基因的高分子化合物、水容性高分子化合物。为了使其在水中处于较大的分散状态，一般先用纯水或软水溶解配成一定浓度的溶液，然后再加到待处理的废水中去。因为这些高分子化合物往往会受到水质的影响。使分子的扩散和离子基的离解受到抑制，处理效果下降。
在絮凝反应器方面
目前处于主流的反应器有：隔板反应池、涡流式反应池、机械搅拌反应池、静态混合器、文丘里管道混合器、机械加速澄清池、固定絮凝器等等。为了使胶体脱稳和絮体颗粒增大密实，并降低能耗、药耗，就需要对絮凝设备结构构造进行深入研究，开发出新型高效的絮凝设备。根据涡流理论设计的多极涡流管式混合器和通过一系列格网以增加水流紊动度来提高絮凝效果的竖流往复折流式絮凝反应器便是其中效果较好的两种絮凝设备。
三．应用情况和开发利用前景
絮凝过程既是最古老的水质净化处理方法，又是当今众多水处理工艺技术中应用最广泛、最普通的单元操作工艺技术。絮凝过程作为众多处理工艺流程中不可缺少的前置关键环节，其效果的好坏往往决定后续工艺流程的运行工况、最终出水质量和成本费用，因此，它始终是水处理工程中重要的研究开发领域。我国现有近百余家絮凝剂生产厂，年总产量约30万吨，但大多为粗放型小规模的乡镇企业。企业多、产值低，工艺技术落后、高能耗、重污染、低品位是目前我国无机高分子絮凝剂生产存在的普遍而突出的问题。
高效复合型絮凝剂是在原有无机高分子絮凝剂基础上创新发展的新型品种，具有价廉、高效、多功能，反应速度快，凝絮颗粒密实、沉降快等特性。比传统产品具有显著除浊、脱氮除磷以及油，COD和BOD等作用功能。在当前饮用水微污染物净化处理工艺，城镇污水强化絮凝工艺，纳污河流整治以及工业废水净化处理过程中都将得到广泛应用。因此，国内外市场应用前景十分看好。社会环境效益与经济效益十分可观。
目前市场上流行的絮凝剂主要有：季胺盐型阳离子高分子化合物、ZBH-502 聚合氯化铝(PAC)、ZBH- 净水王系列高效复合混凝剂、ZBH-聚硅酸系列混凝剂、ZBH-聚丙烯酰胺系列絮凝剂、ZBH-201絮凝脱色剂、ZBH-202 季铵型絮凝剂、ZBH-203 除油絮凝剂（油水分离剂）、二氯异氰脲酸钠、HB-901 杀菌灭藻剂、HB-902 固体活性溴杀菌灭藻剂、HS-916清洗剂系列、高效阳离子有机高分絮凝剂JY-02、多功能复合型絮凝剂JYF系列、Polyelectrolyte(DMCTH)、阳离子高分子絮凝剂JC-48XX系列、阳离子絮凝剂 HYC—601、乳液型E-HYM阳离子絮凝剂、阴离子絮凝剂HY─3、阳离子絮凝剂HYM、聚合硫酸铁(PFS)等等。
四、影响絮凝效果的因素
絮凝剂对胶体分散系的混凝过程，实质上是絮凝剂-溶剂、絮凝剂-胶体、胶体-溶剂这三种关系综合作用的结果。为了提高絮凝效果，就必须根据废水中胶体和细微悬浮物的性质和浓度，正确地控制絮凝过程的工艺条件。影响絮凝的因素很多，现归纳如下：
1、水温 絮凝剂的水解与温度有关，一般说来，水温20~30℃为宜。每当温度升高10℃时，水解速度增加1倍。温度尤其对铝盐的絮凝效果影响较大，当水温低于5℃时，铝盐的水解速度极慢，作用显著降低。温度在10~15℃下，生成Al（OH）3絮团是无定形，松散不易沉降，水温低，水的耗滞系数大，阻力增加，碰撞次数减少，影响絮凝效果。这时可投加高分子助凝剂以改善处理效果，或用气浮法代替沉淀法作为后续处理过程。而当温度升高时，絮团比较紧密，易于沉降。
2、pH值 铝、铁盐絮凝剂水解产物中主要起絮凝作用的是多核多羟基阳络离子的电性中和作用和吸附桥连作用，其次是氢氧化物沉淀的卷带网捕作用。如用铝、铁盐处理废水时，水解反应式为：
MeA + H2O ===== MeOH + H+ + A—
Me+ + H2O ===== MeOH + H+
其中，Me+代表絮凝剂中的阳离子；A—代表絮凝剂中的阴离子。由水解方程式可知，水解进行结果使溶液pH值降低。若原水碱度不足，要中和新增加的H+离子时，应投入碱类药剂以提高碱度。一般投入助凝剂，如加入石灰或苏打（约20mg/L，以CaO计）。是典型的两性化合物
在酸性溶液中 Al（OH）3 + 3H+ ==== Al3+ + 3H2O
在碱性溶液中 Al（OH）3 + OH— ==== AlO2 + 2H2O
当PH
当4
当6
当PH>8时，呈[Al(OH)4]、[Al8(OH)26]2—等铝的离子。
所以溶液最适宜的pH值为6.4~7.8。铁盐絮凝时pH值在5~7范围内，Fe(OH)3絮团可以迅速形成，最佳的pH值为6.0~6.4；但有的资料指出以pH值9~11为佳。
（3）混凝剂的种类及用量 混凝剂品种的选择除了考虑来源、成本等因素外，还应该考虑以下问题：当水循环使用时，混凝剂不应带入对生产有害的物质；絮凝剂的用量取决于胶体的浓度、电性正负和电荷数量以及絮凝过程的pH值。各种絮凝的最佳用量范围是互不相同的。
无机盐絮凝剂的用量与作用离子的电荷有关。例如，使带负电胶体脱稳所需的Na+、Ca2+和Al3+的用量大体成1：10－2：10－3的比例。使胶体絮凝的絮凝剂用量范围随胶体浓度的增大而变宽，随絮凝剂分子量的增大而变窄。高分子絮凝剂，使胶体絮凝和再稳的计量要比铝铁盐低得多，在使用高分子絮凝剂时尤其要十分注意使用量。
（4）搅拌强度和时间
絮凝工艺过程包括混合、反应和分离三个阶段。混合阶段的基本要求是使药剂迅速而均匀地扩散到废水中，并形成微絮凝，因而搅拌强度要大，但时间要短。在反应阶段则要求水流有适当的速度梯度，既要为微絮凝的成长创造良好的碰撞机会，又要防止已形成的絮凝体被打碎，因而搅拌强度要比混合阶段小，但时间要比较长。上述两个阶段的搅拌强度和时间要求，由它们各处的速度梯度G或速度梯度与停留时间乘积GT值来体现。一般水处理中，混合阶段的G值约为500~1000s—1，混合时间为10~30s，一般不超过2min;在反应阶段，G值约为10~100s－1，停留时间一般为15~30min，GT值在104~105范围内，主要是使水中微粒凝聚成矾花并增大而沉淀（或上浮）的过程。在废水处理中，搅拌强度和时间应取低限值。
（5）水样
对不同水样，由于废水中的万分不同，同一种絮凝剂的处理效果可能会相差很大。
（6）助凝剂
有时当单用絮凝剂不能取得较好的效果时，可以投加某种称为助凝剂的辅助药剂来调节、改善絮凝条件，提高处理效果。助凝剂主要起以下几方面的作用：
① 通过投加酸性或碱性物质来调整pH值。
② 通过投加活化硅胶、骨胶、PAM等改善絮凝体结构，利用高分子助凝剂的吸附架桥作用以增强絮凝体的密实性和沉降性能。
③ 通过投加氯、臭氧等氧化剂，在采用FeSO4是，可将Fe2+氧化Fe3+为，当废水中有机物过高时，也可使其氧化分解，破坏其干扰或使胶体脱稳，以提高絮凝效果。
常见的助凝剂有PAM、活化硅胶、骨胶、海藻酸钠、氯气、氧化钙、活性炭等。
五、聚合铝水处理领域应用概况
在水处理工程领域中，聚合氯化铝絮凝剂在国内外的需求量日益激增，尤其在给水处理中已逐渐取代传统的凝聚剂而成为主流絮凝剂。大量的应用实践证明，使用聚合氯化率替代传统的铁、铝盐混凝剂，可明显提高水厂的净化效能、降低处理成本、改善出水水质。其主要优点表现在：
（一）、优良的凝聚除浊脱色和去除腐殖质的效果及较广泛的使用pH范围
聚合氯化铝不仅具有强烈的凝聚除浊效果，而且也具有明显脱色及去除腐殖质的效果。在相同处理条件下达到最佳絮凝作用，聚合铝所需剂量比传统铝盐要减少2/3之多。在相同剂量条件下，使用聚合铝能够获得比传统铝盐更低的残余浊度，因而可以以较低剂量得到相同的处理结果。此外，聚合铝使用的pH范围比传统铝盐要宽的多。
（二）、良好的低温混凝处理效能及沉降效能 一般在低温水（
（三）、较低的残留铝含量 聚合铝处理后水中的残留铝含量十分低，传统硫酸铝处理水中的残留铝含量一般为150~255μg/L，而聚合铝处理水质中的残留铝含量只有40~55μg/L。
（四）、操作简便 采用聚合铝盐处理时操作过程相对传统的处理方法要简便得多。
主要参考文献
1 朱亦仁编著.环境污染治理技术.北京:中国环境科学出版社，2002
2 丁忠浩编著.有机废水处理技术及应用.北京:化学工业出版社，2002
3 汤鸿霄，钱易，文湘华等著.水体颗粒物和难降解有机物的特性与控制技术原理，上卷.北京:中国环境科学出版社，2000
4 杨岳平，徐新华，刘传富编.废水处理工程及实例分析.北京:化学工业出版社，2003
5 高廷耀，顾国维主编.水污染控制工程(第二版)，下册.北京:高等教育出版社，1999
6 栾兆坤.混凝、过滤理论研究发展与应用实践——聚合氯化铝在微絮凝—深床直接过滤工艺中的净水效能及作用机制.第一届澳门环境与城市发展研讨会特邀报告论文集，1999
7 常青，傅金镒，郦兆龙编著.絮凝原理.兰州：兰州大学出版社，1993
中文摘要 I
英文摘要 II
目录 III
1. 绪论 1
1.1 二氧化氯的性质 1
1.2 印染废水处理的方法 1
1.3 二氧化氯的脱色机理 2
1.4 二氧化氯的制备方法 2
1.5 二氧化氯的应用概况 2
1.6 二氧化氯在印染废水处理中应用 3
2. 实验部分 5
2.1 实验试剂与玻璃仪器 5
2.1.1 主要原料和试剂 5
2.1.2 主要仪器 5
2.2 实验步骤 5
2.2.1 用亚氯酸钠自氧化法制备二氧化氯 5
2.2.2 用丙二酸法测定二氧化氯总含量 5
2.2.3 模拟废水 6
3. 结果与讨论 7
3.1 标准曲线的绘制 7
3.1.1 波长扫描选定最大波长 7
3.1.2 浓度与吸光度关系曲线 7
3.2 单因素考察 8
3.2.1 反应温度对染料脱色效果的影响 8
3.2.2 转速对染料脱色效果的影响 9
3.2.3 ClO2投加量对染料脱色效果的影响 10
3.2.4 pH值对染料脱色效果的影响 11
3.2.5 染料起始浓度对脱色效果的影响 12
3.2.6 反应时间对染料脱色效果的影响 13
3.3 脱色率与时间的关系拟合 14
3.4 染料与二氧化氯反应的摩尔比推算 15
4．总结与展望 16
致谢 17
参考文献 18
1 绪论
1.1 二氧化氯的性质
ClO2在常温下为黄绿色或橘黄色气体，当溶液中浓度14～17mg/L时气味明显[1],具有氯和臭氧的特殊刺激臭味，毒性与氯气相似。在20℃、大气压力下,水中二氧化氯的质量浓度为70mg/L。二氧化氯气体在室温条件下可压缩为液态,密度为2.4kg/L,沸点10.9℃,熔点-59℃。在水中的溶解度很大，约为Cl2的5倍 ，ClO2分子结构外层存在一个未成对电子———活泼自由基,具有很强的氧化作用，二氧化氯的还原能力（0.95V）比氯气（1.95V）低的多，但它的氧化能力却比 氯气高的多[2]，其氧化能力约为Cl2的2.63倍。其气体在高于-40℃时不稳定、易爆炸,所以需要在使用现场生产。二氧化氯暴露于光线下或接触有机物时,温度上升就会爆炸。二氧化氯压缩为液态,轻微的环境变化就会导致爆炸。工业上,二氧化氯运输通过混合空气以保持二氧化氯浓度在8%～12%。在黑暗中,二氧化氯溶液可保存几个月。
1.2 印染废水处理的方法
王九思[3]用ClO2氧化与活性炭吸附相结合的方法处理染色废水,与单独用ClO2氧化或活性炭吸附处理相比,CODCr去除率和脱色率均有较大提高。
金朝晖,柴英涛,李铁龙,曹骥,庄源益[4]从受污染土壤中筛选出具有广谱脱色的优势菌17株,并进一步扩大染料范围,筛选出3株对偶氮、蒽醌、三苯甲烷染料均有较好脱色效果的优势菌株。3株菌分别为青霉属菌和头孢霉属(菌)的真菌;以染料配水为例,探讨了pH值、温度、碳源、氮源因素对菌株脱色的影响;并进行了实际废水的脱色实验,结果表明该菌在pH值5-9,温度18-37℃的区间内,且外加葡萄糖提供0.15%碳源时对染料废水的脱色率可达70%。因此对处理染料污染废水具有较好的应用前景。
王代芝，揭武[5]用三氯化铝改性的膨润土对酸性红的吸附作用，结果表明此改性方法能够明显改善膨润土在水中的沉降与过滤性能，大大提高了膨润土对酸性红的吸附能力。当吸附剂的用量为20g/L时，对浓度为460mg/L酸性红溶液的去除率可达98.6％，吸附量为22.68mg/g。
华彬,陆永生,唐春燕,卞华松,胡龙兴[6]以酸性红B染料模拟废水为对象,考察了废水浓度、pH、超声时间、NaCl投加量及曝气等因素对其超声降解效率的影响。实验结果表明:酸性红B降解率与超声时间基本上成线性关系;初始浓度高,降解率大;pH值大,降解率减小;当溶液中NaCl投加量从0增加到1mg/L,降解率从43%增加到近90%;再增加溶液中NaCl的浓度,对其降解率影响不大;水浴温度升高,酸性红B降解率增大;曝气及H2O2 投加量对其降解率的影响不大。
吴坚，扎西[7]采用Fenton试剂处理酸性玫瑰红B染料废水,考察了FeSO4投加量、H2O2 投加量、pH值和反应时间对处理效果的影响,研究了原水的氧化还原电位的变化规律,评价了它的可生化性结果表明,最佳pH值为3, FeSO4的适宜投加量为8mmol/L, H2O2 最佳投加量为50mmol/L,此时COD去除率和脱色率分别为77.1%和92.8%,处理后该染料废水的可生化性大大提高。
1.3 二氧化氯的脱色机理
ClO2处理印染废水主要是氧化破坏染料的发色基团和助色基团，达到显著的脱色效果。在一定条件下，二氧化氯可与DPD(N，N一二乙基对苯二胺)、甲酚红(邻甲酚磺酞)、氯酚红(二氯磺酞)、酸性靛蓝(5，5一靛蓝二磺酸盐或靛蓝三磺盐)、丽丝胺绿B(芳甲烷染料)、罗丹明B(四乙基罗丹明)和亚甲蓝等显色剂发生脱色反应。酸性靛蓝在pH<4时，可以与氧化剂二氧化氯发生断键反应，而生成稳定化合物靛红C8H5NO2。二氧化氯除与酸性靛蓝等染料发生反应外，还与许多直接染料和活性染料反应，而使染料褪色。利用二氧化氯的这一性质，可将二氧化氯用于处理印染废水。目前，利用二氧化氯来处理印染废水已得到一定的进展，尤其在脱色方面去除率高，因而是具有广阔的推广应用前景的[8]。
1.4 二氧化氯的制备方法
本实验采用亚氯酸钠自氧化法：在酸性介质中,亚氯酸钠发生自氧化还原反应生成二氧化氯。反应式为:
5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
该方法的特点是一次性投资少,操作工艺简便,易于控制。不足之处是反应速度慢,酸量大,产生的废酸多。如果是在盐酸介质中反应,产品混合物中会有一定量的盐酸。
1.5 应用概况
制成的稳定性二氧化氯作为一种多功能化工产品，自上个世纪和年代就逐步在纸浆和纺织品漂白、消毒及自来水净化、工业废物处理等行业得到应用，尤其是经ClO2消毒后反应物基本无毒。二氧化氯作为一种强氧化剂,由于其在消毒杀菌、防腐除臭、保鲜及环境污染处理等方面的独特功能已受到国内外有关专家的广泛关注。80年代中期,美国农业部(USDA)和美国环保局(USEDA)确认ClO2可作为食品消毒剂和饮水杀菌剂 [9]。最近,世界卫生组织(WHO)认为该物质完全无致癌,而推荐为安全消毒物质中的A1级产品。目前,越来越多的国家已把ClO2用作饮用水的消毒剂,并对ClO2在医疗卫生、水产品加工、果蔬保鲜及环境污水处理等方面进行广泛的应用研究。
ClO2的研究和应用在我国始于20世纪80年代，生产规模上与国外相比都有一定差距，但是目前发展迅速，已有多家厂家生产，应用领域也很广泛，主要有饮用水处理、废水处理、杀菌灭藻、医疗卫生、造纸工业、油田解堵等几个方面。ClO2作为灭菌消毒氧化剂，具有很好的效果，明显优于常用的Cl2，且具安全可靠、无环保问题等优点，因此，它的应用势必愈来愈广，在我 国的应用亦有广阔的前景。
1.6 二氧化氯在印染废水处理中的应用
王福祥[10]等人曾在南京市大厂区麒麟华洋印染公司进行试验，通过用二氧化氯处理印染废水，脱色率和COD去除率分别达到97.5％和80.3％，处理后的废水指标完全符合国家排放标准。
林大建[11]利用二氧化氯作为强氧化剂对漂染废水中的有机物进行氧化分解，试验结果表明：对COD的去除率>78％，对色度的去除率>95％，水的循环利用率可达72％。
邓丽[12]等人利用C102进行印染废水脱色的试验结果表明：两种活性染料(活性艳红X一3B、活性艳红K一2BP)的模拟废水均极易被C102 氧化脱色，当染料与二氧化氯的摩尔比为1：0.24时，两种活性染料的脱色率均可超过90％ ；在二氧化氯的量足够时，脱色率与染料的初始浓度基本上没有关系；活性艳红-3B的脱色率随pH的变化增幅较小，而活性艳红K-2BP的脱色率随pH的变化增幅很大，pH在7～10这一范围脱色率最高；二氧化氯与染料之间的反应速度较快，反应15min可基本完成；温度对活性艳红X一3B影响不大，但对活性艳红K一2BP的脱色反应有较大的影响。
于德爽[13] 根据某精细化工有限公司染料废水处理的生产性实验研究，提出了采用二氧化氯氧化去除染料废水中苯胺类物质的方法。运行结果表明：当污水中苯胺浓度≥50mg/L时，容易引起活性污泥中毒；当污水中苯胺浓度50mg/L时，采用二氧化氯氧化法可以使出水苯胺浓度降至2mg/L以下，去除率达到95％左右。
李益林[14]用二氧化氯直接氧化处理含疏水性染料的印染废水(COD360mg/L、色度256倍)，经PE精密过滤器过滤，出水水质为COD64mg／L、色度4倍 。某纯棉色织布厂废水，含有硫化、还原、分散染料，pH=8～12，色度=256倍，COD=360 mg/L；每吨废水中投加25g C102 ，接触反应30分钟，采用水射气混合，再经PE过滤器精密过滤，出水COD降到64mg/L，色度为4倍。
赵茂俊[15]等人利用自制高纯二氧化氯对两种常用且结构具有代表性的活性艳红K-2G和分散蓝2BLN染料，进行氧化脱色研究，作了温度、pH值、二氧化氯用量等条件试验，并用实际印染废水进行了实验，取得了良好的效果。在室温时，t=5～7分钟，pH值偏碱性条件下，单一染料溶液及混合染料溶液的脱色率均达到90％以上，实际印染废水的脱色也在90％左右。pH值、温度和C102 用量等多种因素对脱色率均有一定的影响：pH值越高，染料脱色率越高。C102 用量存在一最佳值，与活性艳红K-2G及分散蓝2BLN染料的最佳摩尔比分别为40及20左右。C102 耗量随染料起始浓度的增大而增加(脱色率相同时)。
张春辉[16]等使用二氧化氯对染料和印染废水脱色进行了研究，结果表明：二氧化氯对其有很好的脱色效果，当原水COD为1592 mg/L、色度为781倍的废水在不调节pH 的情况下(原水pH=7.6)，经75mg/L剂量二氧化氯处理4h后，COD去除率为68.4％，色度去除率可达94％以上，水样几乎无色。试验还发现，pH值对C102 的氧化脱色影响较大，在酸性条件下有很好的脱色效果。印染废水多为碱性，直接用C102进行脱色是不利的，需先调节废水的pH值。这是将二氧化氯用于脱色时必须考虑到的不利因素[17]。
2 实验部分
2.1 实验试剂与玻璃仪器
2.1.1 主要原料和试剂
(1)亚氯酸钠
A.R.
(6)硫代硫酸钠
A.R.
(2)淀粉
A.R.
(7)丙二酸 A.R.
(3)盐酸
A.R.
(8)重铬酸钾
A.R.
(4)硫酸
A.R.
(9)酸性红
工业品
(5)碘化钾
A.R.
2.1.2 主要仪器
(1)可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司 722E型)
(2)恒温水浴缸（上海精密实验设备有限公司 DK-S24型）
(3)恒速搅拌器（上海申胜生物技术有限公司 S212-40型）
(4)二氧化氯发生装置(实验室自搭)
(5)电子天平（北京塞多利斯仪器系统有限公司 BS124S型）
2.2 实验步骤
2.2.1 用亚氯酸钠自氧化法制备二氧化氯
(1)打开恒温水浴调至250C;
(2)待水温稳定后，将装有反应液的三口烧瓶浸入水浴锅，同时打开空气压缩机控制0.14m3/h的气体流量，反应开始;
(3)观察反应过程中物料颜色的变化，反应30分钟，结束反应;
(4)关闭水浴锅和压缩机，整理实验台面，将设备等恢复原状。
2.2.2 用丙二酸法测定二氧化氯总含量
2.2.2.1试剂配制
(1)2mol/L硫酸 取11mL98%浓硫酸加入到89mL水中置于试剂瓶中;
(2)10%碘化钾 10g碘化钾加入100mL水中置于棕色瓶中避光保存于冰箱中，若顔色变黄需重新配制;
(3)0.5%淀粉 取0.5g淀粉置于100mL水中煮沸，冷却后置于棕色瓶中避光保存;
(4)10% 丙二酸 10g丙二酸加无离子水溶解成100mL;
(5)0.1mol/L硫代硫酸钠溶液 取1000mL蒸馏水加入0.1g碳酸钠，煮沸，称取24.80g硫代硫酸钠置于该沸水中，冷却放置于棕色瓶中，避光保存1-2周;
(6)标定0.1mol/L硫代硫酸钠标准溶液 在碘量瓶中移取一定量重铬酸钾标准液加入10%碘化钾4mL及1.5mL的2mol/L硫酸，塞好玻璃塞，摇匀，于暗处置放10min。用上述配制的0.1mol/L硫代硫酸钠溶液滴定。经滴定计算得硫代硫酸钠标准溶液的浓度为0.111mol/L。
2.2.2.2测定
取二氧化氯液10.0mL，置于含100mL无离子水的碘量瓶中，加10% 丙二酸溶液2mL，摇匀。静置反应2min后，加2mol/L硫酸10mL，10%碘化钾溶液10mL后加蒸馏水数滴于碘量瓶盖缘，置暗处5min。打开盖，让盖缘蒸馏水流入瓶内。用硫代硫酸钠标准溶液（装入滴定管中）滴定游离碘，边滴边摇匀。待溶液呈淡黄色时加入0.5%淀粉溶液10滴，溶液立即变蓝色。继续滴定至蓝色消失，记录用去的硫代硫酸钠溶液总量。重复测3次，取3次平均值进行以下计算 。
由于1mol/L硫代硫酸钠标准溶液1mL相当于13.49mg二氧化氯，故可按下式计算二氧化氯含量[12]：
二氧化氯含量(mg/L)=(M*V*13.49/W)*1000
其中：M-------硫代硫酸钠标准溶液的浓度mg/L;
V-------硫代硫酸钠标准溶液在滴定中用去的毫升数mL;
W-------碘量瓶中所含二氧化氯样液毫升数mL（溶液10mL），盖上盖并振摇混匀。
2.2.3 模拟废水
印染车间排出的废水通常浓度在100 mg/L左右，现在用酸性红染料配制模拟废水，用电子天平称取1.000g酸性红染料，加水溶解稀释到1L。做实验时取样体积为10.00mL的配制好的溶液,投加一定量的二氧化氯溶液,保持二氧化氯溶液的过量,使二氧化氯和酸性红染料 摩尔比为4：1，再加水稀释到100mL,使酸性红染料浓度为100.0 mg/L（模拟废水）。
3 实验结果与讨论
3.1 标准曲线的绘制
3.1.1 波长扫描选定最大波峰
取配制好的1000.0mg/L酸性红染料的溶液取出10mL，加去离子水配成100mL，配制成100mg/L(模拟废水)，用分光光度计在不同波长下进行测量，得到以下的最佳波长曲线，结果见图1：
图1 最佳波长曲线
从上图可以看出,波长在496nm时，吸光度达到最大值，即最大吸收峰，以此作为测定波长。
3.1.2 浓度与吸光度关系曲线
取配制好的1000mg/L酸性红染料的溶液，然后分别取出10mL、8mL、5mL、4mL、3mL、2mL、1mL，各加去离子水配成100mL，分别用分光光度计在496nm进行测量，得到以下的浓度标准曲线，结果见图2：
图2 酸性红染料的标准曲线
在以下单因素考察实验中，将吸光度代入上面方程y = 94.474x中，算出反应后酸性红的浓度y，再根据y1=y总-y算出反应的酸性红的量y1，最后根据脱色率= y1/ y总*100%，从而计算出脱色率。
3.2 单因素考察
3.2.1 反应温度对染料脱色效果的影响
温度是影响反应效果的因素之一,从印染车间排出的废水通常具有较高的温度。酸性红染料的模拟废水的浓度为100 mg/L ,取样体积为10mL的配制好的溶液,投加一定量的二氧化氯溶液,保持二氧化氯溶液的过量,使二氧化氯和酸性红染料摩尔比为4：1，但要让总溶液的量保持在100mL以内,然后加水让溶液的体积保持在100mL,这样就保持了染料和二氧化氯的浓度的一致性。在相同的因素前提下,考察不同的温度二氧化氯对酸性红溶液的脱色效果的差异。因此,考察以下几个温度点,确定温度这个单因素的存在,是否对二氧化氯脱色效果有影响.以下是考察15℃,20℃,25℃,30℃,35℃五个温度点时,反应结束后马上取样，然后用分光光度计测定吸光度，最后通过酸性红染料的标准曲线计算脱色率。
在25℃时，没有经过鼓泡除去剩余的二氧化氯，用分光光度计测定吸光度，其吸光度为0.054，而经过鼓泡后其吸光度为0.045，所以每次反应结束后先进行鼓泡，再用分光光度计测定其吸光度。二氧化氯对酸性红染料在不同的温度条件下的脱色能力的大小差异，结果见图3：
图3 温度对染料脱色率的影响
从上图可以看出,二氧化氯对酸性红溶液进行脱色时,温度对其脱色能力的影响并不是非常大,脱色的能力都在95%左右。但是25℃时的温度效果较其它四个来说要略好一些,因此,从图表来看,温度升高时脱色率略有升高,但是以25℃时的温度为分界线,大于25℃时脱色率反而下降。可能的原因是由于温度升高,二氧化氯的活性升高,使转化率提高,但是温度过高,又使二氧化氯有些挥发出来,造成了二氧化氯溶液浓度的下降。这样使得脱色率又有点下降。因此,选取25℃的温度为最佳的单因素之一。
3.2.2 转速对染料脱色效果的影响
在二氧化氯与酸性红染料溶液反应时,由于存在一个混合接触的过程,它们的溶液浓度虽然不变,但是,理论上来说,在混合反应时,加快混合时的速率,可以提高反应的速率。因此,对于搅拌速率来说,应该是越快越好。同理,我们在保持温度,pH,起始料液等各因素保持不变的前提下,来考察不同的搅拌速率是否对二氧化氯的脱色效果有影响，使转速分别控制在100r/min,150r/min,250r/min,300 r/min,350r/min, 考察搅拌速度对染料脱色效果的影响。反应结束后马上取样，鼓泡除去剩余没有反应的二氧化氯，然后用分光光度计测定吸光度，最后通过酸性红染料的标准曲线计算脱色率，结果见图4：
图4 搅拌速度对染料脱色率的影响
从上图可以看出,二氧化氯对酸性红溶液进行脱色时,搅拌速率对其脱色能力基本上没有影响,在不同的搅拌速率下,整个曲线图基本上在同一水平线上。这说明体系是均相，可能是因为二氧化氯参与的脱色反应不需要这样大的搅拌速率,可能是静止的溶液下,就能快速地反应完全,但不排除由于10min的反应时间已经大大超过了二氧化氯对酸性红溶液脱色所需要的时间,使得所有的反应液都能够完全的反应,因而转化率差不多一样。因此,先取这个反应的搅拌速率为250r/min,作为最佳的反应搅拌速率,等接下来的实验再来考证反应时间的影响。
3.2.3 CLO2投加量对染料脱色率的影响
在反应温度25℃，不加酸碱和反应时间10min，转速250r/min不变的情况下，移取10mL配制好的1000mg/L酸性红染料的溶液,加二氧化氯溶液，使加二氧化氯和酸性红染料摩尔分别为5：1、4：1、3：1、2：1、1：1，但要让总溶液的量保持在100mL以内,然后加水让溶液的体积保持在100mL,这样就保持了染料和浓度的一致性。 在相同的因素前提下,考察CLO2投加量对染料脱色效果的差异。 反应结束后马上取样，鼓泡除去剩余没有反应的二氧化氯，然后用分光光度计测定吸光度，最后通过酸性红染料的标准曲线计算脱色率，结果见图5：
图5 CLO2投加量对染料脱色率的影响
由图5可以看出 ,酸性红染料（模拟废水）脱色率随二氧化氯的量的增加而逐渐升高。较低投量时,脱色率的升高幅度较大 ,当投量增加到一定程度后（3：1）脱色率变化趋于平缓，基本上脱色率保持不变。随着二氧化氯投加量的增加 ,模拟废水中的活性染料的浓度减少,脱色率升高，在摩尔比3：1时脱色率就达到95%，这说明二氧化氯对酸性红染料的氧化作用很强。这与其它的方法处理活性染料效果较差形成对比 ,体现了二氧化氯的优越性。由此可见，二氧化氯作为氧化剂染料是有很强的脱色能力的,并且脱色能力也都随着二氧化氯的投加量增加而增强。
3.2.4 pH值对染料脱色率的影响
移取10mL配置好的1000mg/L酸性红染料的溶液,加二氧化氯溶液，使二氧化氯和酸性红染料的摩尔比为4：1，加水稀释保持溶液总体积100mL，在反应温度25℃,转速250r/min,反应时间10min的条件下，加盐酸或氢氧化钠使pH值分别为4、6、7、8、10、12，考察pH值对染料脱色率的影响，酸性红染料的pH值为6，反应结束后马上取样，鼓泡除去剩余没有反应的二氧化氯，然后用分光光度计测定吸光度，最后通过酸性红染料的标准曲线计算脱色率，得以下曲线，结果见图6：
图6 pH值对染料脱色率的影响
由图6可见,酸性红染料模拟废水经ClO2氧化后,脱色率在酸性条件下,pH值对染料脱色率影响不大，和在不加酸碱情况下，脱色率一样都在95%左右，pH=6时脱色率达到最大。随着pH值的逐渐增大，脱色率逐渐减小，当pH=12时，脱色率就降到了82.7%，所 以pH值对染料脱色率有影响，特别是在碱性条件下。原因可能是二氧化氯和氢氧化钠反应转化为次氯酸根离子，氧化能力减弱，从而使脱色率降低。
3.2.5染料初始浓度对脱色率的影响
在反应温度25℃、不加酸碱和反应时间10min，转速250r/min，加二氧化氯溶液不变的情况下，分别移取20mL、10mL、8mL、5mL、3mL配置好的1000mg/L酸性红染料的溶液，加水稀释保持溶液总体积100mL，使酸性红染料浓度分别为200mg/L、100mg/L、80mg/L、50mg/L、30mg/L。在相同的因素前提下,考察染料起始浓度对脱色率的影响。反应结束后马上取样，鼓泡除去剩余没有反应的二氧化氯，然后用分光光度计测定吸光度，最后通过酸性红染料的标准曲线计算脱色率，结果见图7：
图7 染料起始浓度对脱色率的影响
从上图可以看出,在起始料液浓度发生改变时,二氧化氯对浓度低的溶液的脱色能力要稍微差一些,而对于浓度比较高的溶液的脱色能力相差不多,很接近.可能是浓度低的时候,由于吸光度要小,所造成的误差影响较大。总的来说，脱色率的波动不是非常大,可见,二氧化氯的脱色能力还是很强的。
3.2.6反应时间对染料脱色效果的影响
移取10mL配置好的1000mg/L酸性红染料的溶液,加二氧化氯溶液，使二氧化氯和酸性红染料的摩尔比为4：1，加水稀释保持溶液总体积100mL，在反应温度25℃,转速250r/min, 反应时间分别为1、2、3、5、8、10、20min,考察反应时间对脱色率的影响,反应结束后马上取样，鼓泡除去剩余没有反应的二氧化氯，然后用分光光度计测定吸光度，最后通过酸性红染料的标准曲线计算脱色率，结果如图8：
图8反应时间对染料脱色率的影响
从图8可以看出，酸性红染料（模拟废水）在反应5min前,随反应时间的增加,脱色率迅速增加,说明反应速度很快,几乎瞬间完成,反应5min后,脱色率几乎不再随时间的增加而增加,这说明反应已接近反应完全。酸性红染料随时间的推移脱色率逐渐升高,当反应10min时,脱色率达到95.8%,反应10min后,反应基本完全,染料残余量几乎不再减少 ,脱色率曲线也基本不再上升。
反应时间及由此确立的停留时间是影响脱色进行的状况及实际工程设计时影响反应池规模、造价和净化效果的一项重要因素。若废水在池中停留足够长的时间 ,则可达到较好的脱色效果,但如果时间过长就会使池中停留的废水量及池的规模增加。
3.3 脱色率与时间的关系拟合
根据公式At=A0e-kt即㏑At=㏑A0-kt，再通过时间和吸光度的关系作图，结果如图9：
图9 ㏑At和时间t的关系
从图9可以看出，关联系数k=0.2087，R=0.98，成线性关系，脱色率与时间的关系符合At=A0e-kt。
3.4 染料与二氧化氯反应的摩尔比推算
移取10mL配置好的1000mg/L酸性红染料的溶液,加二氧化氯溶液，使二氧化氯和酸性红染料的摩尔比为4：1，加水稀释保持溶液总体积100mL，保持反应温度25℃,转速250r/min,反应时间10min，反应结束后马上取样，然后用分光光度计测定吸光度，其吸光度为0.045，最后通过酸性红染料的标准曲线计算脱色率，其脱色率为95.479 %，剩余酸性红染料的质量M=1000mg/L*10mL*95.479 %=9.5479mg，酸性红染料的分子式为C17H10CLF3N3NaO4S,分子量468,反应掉酸性红染料0.0204mmol。用丙二酸法测定剩余二氧化氯的含量，用去硫代硫酸钠1.68mL, 二氧化氯含量(mg/L)=(1.68*0.111*13.49/100)
*1000=25.156 mg/L, 剩余二氧化氯质量=25.156 mg/L*100/1000=2.5156mg，反应掉二氧化氯的质量=16.1119mL*440.730mg/L-2.5156mg=7.1010mg-2.5156mg=4.5854 mg=0.0679 mmol。空白实验证明酸性红染料对丙二酸法测定剩余二氧化氯的含量没有影响，酸性红染料与二氧化氯反应的摩尔比为0.0204：0.0679=1：3.328。
4 总结与展望
通过上述的实验，我们以多组实验数据为依据，确定了二氧化氯对酸性红染料脱色的较佳条件：反应温度25℃，反应时间10min，转速250r/min，pH=6，酸性红染料与二氧化氯反应的摩尔比为1：3。
经过近一个学期的努力，论文终于接近了尾声。在整个过程中学到了很多的东西，特别是在解决实际问题方面，让我了解了整个的程序和方法。在实验中也遇到过困难，但是只有在坚持下去的情况下我们才能得出正确的结论从而达到更高的高度。实验过程也让我认识到了理论的重要性,根据实际情况来解决。我们大家都觉得从中成长了许多，提高了许多，并且也知道了一点科研工作的严谨治学态度和知道了探索过程的艰辛不易。
二氧化氯产业已是国际公认的绿色朝阳产业，应用领域和消费量还将大规模拓展，其技术的发展趋势是低耗节能、高效高纯、低副产物的系列生产工艺和针对各个行业而开发的使用便捷、应用成熟的下游产品的应用。就目前而言，稳定性二氧化氯和二氧化氯发生器等系列产品，投资少、见效快，不仅能有效地发挥其本身的特性，还可推动相关产业的繁荣和发展。
二氧化氯在我国刚刚起步，有理由相信，在不久的将来，二氧化氯会成为我们生产和生活中必不可少的日常用品，等待我们的是一个美丽的、前景广阔的市场和明天。
我国与工业发达国家相比，由于生产成本偏高，环境保护法规还不健全而限制了它的广泛使用及开发。因此加强稳定性二氧化氯产品的开发、推动二氧化氯在我国的广泛应用，前景十分广阔。相信随着稳定性二氧化氯制备技术的成熟以及人类对自身健康和生存环境的日益关心，将可实现稳定性二氧化氯的低成本、大规模生产，进而可开发一系列新的应用领域，造福于社会、造福于人民。
二氧化氯分子由一个氯原子和两个氧原子组成,氯原子以两个配位键与两个氧原子结合,其最外电子层上还存在着一个不成对的自由电子,为活泼性自由基,具有很强的氧化作用。二氧化氯不仅能将酚类物质氧化去除，而且不会造成氯化产物—双联氯酚，也不会引起臭味。到目前为止，开展二氧化氯处理工业废水方面的研究不多，二氧化氯作为一种强氧化剂，随着其制造成本的下降及其产生量的增大，在工业废水处理中将会得到越来越广泛的应用。
致 谢
四年的大学生活就这样随着毕业论文的完成而结束了，感谢浙江科技学院所有教过我的和我所熟悉的老师的谆谆教诲，特别是生化学院的老师们的教导将使我终生受益。由衷感谢诸爱士老师，在他的孜孜不倦的指导之下使我顺利完成了毕业课题。诸老师严谨的科学态度使我受益良多，还有在实验过程中给我的谆谆 教诲，以及在四年大年生活中对我关心和照顾，在此衷心感谢您！还有和我同做一组实验的同学，也给了我很多帮助，在这里一并谢过。
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关键词：环境工程专业型硕士教学改革强化实践
“全日制专业型硕士”也叫“工程硕士”，旨在重点培养具有工程创新研究能力，高端应用型人才和工程管理人才。工程硕士专业学位的设立突破了我国研究生培养中单一型的培养模式，解决了学术型硕士专业技能太差，工程研究能力弱，只强调学术研究能力的问题，是推进研究生培养产学研合作的有效途径之一。
内蒙古大学环境与资源学院于2009年9月开始招收首批环境工程专业硕士，在头两年的课程学习中，暴露出一些值得重视的问题：如课程设置与培养目标不尽相符；课程设置偏重理论研究，“本科化”色彩比较浓重，课程内容与本科阶段大量重复，在学习难度上也与本科差距不大；前沿性知识比重偏低。特别是水污染控制工程课程所授内容绝大多数都是学术型硕士课程的沿用，缺少体现工程硕士特点所应有的工程性、应用性和前沿性。水污染控制工程作为环境工程专业硕士开设的专业学位课，具有多学科交叉性、实践性、时代性和前沿性等多个方面都很突出的特点，其课程涉及知识面较宽，是实践性很强的学科。加强该门课程的实践教学环节，使之成为一个更加完善的教学体系，已经成为各高校全日制专业型硕士教育的一个重要课题。为了突出环境工程专业型硕士的培养特色，笔者介绍了该课程区别于本科生阶段及学术型硕士的教学内容改革与实践。
一、以往教学中存在的问题
1.课程定位模糊
目前对水污染控制工程课程的地位、作用以及与其他课程之间的相互关系缺乏系统分析，各课程之间不能有机结合，部分课程教学内容重复。水污染控制工程的教学不是由一门课程来完成的，而是具有实践性、综合性、多学科性等特征。它以数学、物理学、无机化学、有机化学及物理化学等课程为基础，以环境仪器分析、环境监测、环境质量评价及水污染控制系统规划等课程为辅助，再辅以实验、实习、设计等一系列实践性教学环节而组成的课程体系来完成。水污染控制是整个课程体系的总目标。
2.教学内容陈旧
在以往的讲授中，水污染控制课程内容与本科阶段大量重复，在难度上也与本科差距不大，前沿性知识比重较低，缺少体现工程硕士特点所应有的工程性、应用性和前沿性。对于学过该门课程的学生来说，这不仅浪费了大量宝贵的学习时间，而且也会使很多学生失去进一步学习的兴趣。老师们很少将自己所研究的项目、课题融会贯通到教学内容中去，致使学生们难以了解该课程最新的前沿进展。
3.教学方法单一
目前，课堂教学仍以注入式为主，学生参与互动较少，其主体地位没有得到充分发挥。个别时候，要求学生做一些课堂发言，但因老师要求不严，学生大多敷衍应付，所准备内容简单泛泛，没能起到激发学生兴趣、开启学生思路、锻炼学生能力的目的。另外，除课堂教学以外，单独的专题与讨论开设较少，没有激发出学生自主学习的热情。
4.实验不足、实践脱节
因环境与资源学院是我校近年来才组建的新学院，实验室仍处于建设及逐步完善的阶段。因此在实验教学环节方面比较薄弱，绝大多数实验仍停留在以演示型为主，开放性和研究型的实验条件还不具备。实践环节仍停留在带领学生进行走马观花式的认知实习为主。因实习基地有限，生产实习未能全面开展。学生毕业论文选题也多与学术型研究生类似，较多集中在理论与科学方面的研究，没有突出工程实践的特色。
二、教学内容的改革与建设
1.明确课程定位，调整培养目标
进一步明确水污染控制工程课程的核心地位，将其作为环境工程专业型硕士课程体系的总目标之一来看待。在教学计划的制订中，大纲、教材的编写中，各教学环节的实践中，都要围绕总目标确定各自的分目标，并使其达到整个课程体系的最优化。具体来说，该课程体系应分为三个层次，第一层次是专业基础课程，包括无机化学、分析化学、物理化学和有机化学。第二层次是技术基础课程，包括环境监测、环境微生物学、化工原理、流体力学、水泵与水泵站、给排水管道工程。第三层次是专业课程，包括水污染控制工程、工业废水处理、水污染控制工程课程设计等。从教学安排上，应先进行系统的专业基础课的培养，然后是技术基础课程的铺垫，最后是专业课程的安排。在总课时少的情况下，要根据各课程的作用和地位，与其他课程有机衔接，将重复的教学内容进行压缩整编。在培养目标方面，应明确以工程应用型人才培养为目标，除使学生具备应有的理论基础，掌握基本的工作方法外，着重培养学生具备获取和更新知识的能力，分析和解决实际问题的能力。
2.更新教学内容，拓展学生知识面
研究生教育比大学本科高一个层次，教学不能仅局限于某一本教科书，设置的课程内容一定要体现高、深、新的特点。高即起点和要求要高，课程内容与本科相比应有明显的知识台阶。深即对问题的讨论要求深入，对本专业的课程应引领学生尽快到达学科发展的最前沿。新即课程内容要新，要包括新技术、新方法、新成果及有重大应用价值的内容。另外，要求教师一定要将自己所研究的项目、课题中的科研思路和研究成果融会贯通到教学内容中去，使学生们及时了解该课程最新的前沿进展，拓展学生的知识面。
3.创新教学方法，提高学生的学习热情
在新的教学实践中，教师讲授基本理论的时间应该只占总课时的1/3，其余时间可以增设专题与讨论。一般可以将专题与讨论的题目圈定在水处理的典型案例分析之中（如养殖废水、含重金属废水、造纸废水、含油废水、制药工业废水等处理工艺设计和设备选型方面），同时鼓励学生将讨论的主题与自身的研究课题相结合，争取使每位学生在课堂上进行演讲、发言并接受老师和全体学生的提问。这种从原来的教师单向灌输式教学向以学生为中心的互动式教学的转变，激发了学生自主学习的热情。积极采用先进的教学技术，完善《水污染控制工程》多媒体教学课件，并配合工艺动画和构筑物实例详细照片，增强教学的生动性和直观性，加深学生对各水处理工艺和构筑物的理解。积极探索双语教学，除中文教材以外，还选用部分英文教材作为教学参考书，如（1）“Water Supply and Pollution Control，8th edition，W.Viessman.Jr&M.J.Hammer et.（2）“Industrial Water Pollution control”，3rd edition， W.W. Eckenfelder。同时在课堂教学中给出主要专业术语的英文单词，争取在专业词汇表述和一般表述上与国际接轨。
4.完善实验条件，加强实践环节
工程硕士大多具有多年的实践工作经验，他们是带着工作中的问题和发展需要来学习的，迫切需要补充和更新必需的理论、技术手段及应用、发展前沿、实用工具、行业相关学科等方面的知识，需要提高获取和处理信息、分析和解决实际问题、不断创新、协调沟通和组织管理、参与社会活动等能力，以适应现代工程发展的要求。因此，加强实践环节是满足这一要求的唯一途径。
教学实验是所有实践环节的基础。包括演示性实验、验证性实验、综合性实验和设计性实验等。在专业型硕士的培养过程中，实验内容应有别于本科生的实验，我们将实验与学生所做的专题结合起来，对专题中遇到的问题通过有效的实验设计来进一步验证或解决，通过这种办法可以加深学生对索引文献或别人研究成果的理解，培养学生动手和解决实际问题的能力。目前，内蒙古大学环境与资源学院正在建设和完善“环境科学”与“环境工程”两个学科的实验室，在近期内便可基本满足水污染控制工程课程的实验要求。
在学生的毕业论文方面，从原来的注重科学理论研究转向与更多地与工程实践相结合，从工程实践所遇到的具体问题中提炼研究题目，发挥学生解决实际问题的能力。在培养机制上，实行双导师制，即校内导师理论指导与校外导师（多为工厂或公司高级管理技术人员）实践指导相结合的模式，这样可以充分发挥高校老师的理论优势与校外导师的实践优势。
在工程实践方面，加强与公司、企业、研究所、污水处理厂等单位的合作，共建实践教学基地，充分利用社会资源，建立稳定的校外工程训练中心，为学生提供良好的实践机会和条件。积极引导学生参加教师的科研工作，如让学生参与教师的煤化工废水膜处理、MBR反应器处理生活污水及回用等研究工作，使学生深刻认识如何将所学知识应用到工程实践中，解决具体问题，改善课堂教学效果。
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【Abstract】In this paper， taking Xiangjiang river basin as the research object， the main ecological problems of the basin are systematically combed. Through the analysis， we found that there are still some ecological problems existing in Xiangjiang river basin， such as serious heavy metal pollution， wetland destruction and serious water pollution and pollution control debts， and some suggestions are put forward， such as increasing the intensity of heavy metal pollution remediation， carrying out wetland ecological management， optimizing and upgrading industrial structure， and improving wastewater treatment methods.
【关键词】湘江流域；水污染；生态治理
【Keywords】 Xiangjiang river basin； water pollution； ecological management
【中图分类号】X321 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0054-02
1 引言
湘江作为我国长江的重要一级支流，其流域在湖南境内贯穿了永州、郴州、娄底、衡阳、株洲、湘潭、长沙以及岳阳城市，对湖南省的经济社会发展和产业结构调整起到了至关重要的作用，是湖南省经济社会发展的核心地区。然而近年来由于传统的粗放型发展模式尚未得到彻底转变，流域内人口膨胀和工业的迅速发展导致了重金属污染和湿地退化的问题愈加的严重，历史遗留下来的治理设施欠账问题和废水污染问题对生态坏境造成了严重的破坏，流域的可持续发展受到了严峻的考验[1]。
在新的经济发展形势和政策机遇下，湘江流域迎来了新的开发转折点。2013年，面对湘江流域新的发展要求，湖南省政府提出，要将湘江的环境保护与科学开发列为省政府的“一号重点工程”，并做到“新账不能再欠，老账努力去还”。2015年年底，湖南省财政厅根据《湘江流域生态补偿（水质水量奖罚）暂行办法》，对相关县市开出首张湘江生态补偿“罚单”，这一举措引发社会强烈关注。2016年湖南省出台了《长沙市湘江流域水污染条例》，此后湘江流域水质持续好转。基于此背景，本文着重分析了目前湘江流域内的主要生态问题，并结合当前政策为有关部门和机构提供相关建议，以此来推动湘江流域生态发展[2]。
2 湘江流域生态发展存在的主要问题
2.1 河道重金属污染严重
湘江流域的河道底泥重金属污染累积性问题严重，这就导致流域内的危机有许多是潜在性。湘江干支流长期以来重金属污染排放严重，导致河道底泥均有不同程度超标。根据污染程度，从小到大依次为铬、铅、砷、汞、镉，其中镉以超标425倍为最高。在干流的中游、支流集中采选区以及河湾、河道交汇口、集中排污口等为污染物的主要聚集地，郴州三十六湾、娄底锡矿山、衡阳水口山等采选集中区为重点。各干流水系尾砂进入河道，导致底泥积聚在一处，给当地居民饮水安全造成重大威胁。
2.2 湿地保护形势严峻
湘江流域湿地形势严峻，生态系统破坏严重，湿地面积逐渐减少，湿地生态呈现萎缩的态势，湿地的萎缩也会引起生态多样性的减少，野生生物数量下降，竦叵低扯晕廴疚锏那謇砉δ芤菜嬷下降。流域河道周边围湖造田现象严重，湖泊面积的减少导致了河流蓄水能力差，雨季容易爆发洪水。旱季无水可用，对周围生态平衡造成不良影响，同时水域变小、降雨量减少，引发的干旱问题将对局部气候造成影响。
2.3 污染治理欠账多
流域地区内有着诸如食品加工业、金属制造业、建材业等老牌主导产业，这些行业里许多都是有着数十年历史的国企企业和私有企业，由于管理制度的不健全，政府部门不够重视，导致了历史遗留问题多，主要表现为：设备陈旧，治理理念有待革新、原材料及水资源利用率低、治理设施欠账多等，不仅达不到国家制定的排放标准，而且应对污染的措施也十分缺乏。
2.4 水污染问题严重
湘江流域水污染源主要包括三部分：工业污染源、生活污染源和农业面源。其中，工业污染源主要包括各个市的工业企业生产废水排放，据2014年环境统计年报，湘江流域工业废水中汞占全国排放总量的21.8%、镉占全国排放总量的38.5%、铅占全国排放总量的30.0%、砷占全国排放总量的32.7%。湘江流域排放生活污水11.19亿吨，占全省的68.97%；排放COD39.79万吨，占全省总排放量的44.48%[3]。在农业面源污染主要是化肥和农药施用过度所致。湘江流域每年施用的农药5万吨左右，化肥310万吨左右，每年经雨水冲洗带入径流，辗转流入湘江的农药、化肥量分别为700吨和2.2万吨左右。随着未来林业和养殖业的发展，其中森林污染和畜禽养殖污染程度也将不断上升。
3 湘江流域生态治理对策
3.1 加大河流重金属污染的整治力度
加强对受污染河道的综合治理和生态修复，结合河道内障碍的清除、截断污染源、治理污染、清理淤泥、增加堤防建设等，同时加强对湘江的美化，消除城市内河段的黑臭现象，对于市区内污染水质的现象予以惩罚，逐步提高湘江整体水质和生态服务功能。规划好湘江流域重金属污染底泥河段的淤泥清理工作，重点进行治理的重金属污染底泥区域河段有：株洲清水塘工业区、湘潭竹埠港、岳塘工业区、衡阳水口山、临武县香花岭三十六湾、北湖区新田岭矿区、汝城县小垣矿区、苏仙区柿竹园玛瑙山矿等，使流域下游地区市民的饮用水安全问题得到解决。
3.2 开展湿地生态治理
省政府针对于“一号重点工程”湘江保护与治理工作已经展开了退耕还林、还湿试点工作，通过植树造林、湿地修复、拦截农业面源污染，吸纳和降解土壤重金属污染，净化湘江水质，立足于长远，大力发展防护林为净化水源保持水土，发展环境保护林为净化空气和释氧排炭以及发展景观游憩林以提升视觉审美效果和提供旅游观光场。
3.3 产业结构优化升级
淘汰掉落后的产业，将不符合的产业、没有经审批以及存在重大环境安全隐患污染企业视情况予以关闭，对于没有按期完成淘汰任务的企业，地方政府要依法予以清除，做到从源头开始治理污染严重企业，对于政府政策支持的项目，应加大力度发展，所有新增污染物排放量必须经过政府的严格审核，再针对不同企业、区域进行等量削减予以平衡[4]。
3.4 完善废水处理方式
完善废水的处理，其中，对工业企业产生的外排污染废水在其车间排口必须达到政策要求以及国家和地方的标准，进行深化治理，要求控制工业固体废物的露天存放，私自S意堆砌的应进行整改，含重金属的废渣要采取因地制宜的策略，因事制宜。
对于城市生活产生的废水方面，应当完善城镇基础设施建设，生活污水要进行三级处理，对废水进行循环利用，农村普及好农业清洁化生产技术，建立生态农业、有机农业；为了有效解决农业禽畜类产生的水污染，政府要加强畜禽养殖废物的综合治理，采用创新工艺来实现养殖废物的综合利用。对于具有相当规模以上畜禽养殖企业，其产生的废物可以采用循环利用的方式，实现污染“零”排放；对规模以下的畜禽养殖企业的废物，可以采取人工处理的措施，将其使用于农田或林地中，从而实现达标排放。
4 结语
湘江作为我国长江的重要一级支流，其流域在湖南境内贯穿了永州、郴州、娄底、衡阳、株洲、湘潭、长沙以及岳阳城市，对湖南省的经济社会发展和产业结构调整起到了至关重要的作用，是湖南省经济社会发展的核心地区[5]。然而近年来由于传统的粗放型发展模式尚未得到彻底转变，流域内人口膨胀和工业的迅速发展导致了重金属污染和湿地退化的问题愈加严重，流域的可持续发展受到了严峻的考验。在新的经济发展形势和政策机遇下，湘江流域迎来了新的开发转折点。近年来随着工业的快速发展、城市圈的扩大、沿江两岸矿产资源的开发、湘江水污染日趋严重，相关部门采取了一些措施，也取得了一定的成效。
【参考文献】
【1】（贾卫列.生态文明建设概论[M].北京：中央编译出版社，2013.
【2】秦大河.中国人口资源环境与可持续发展[M].北京：新华出版社，2002.
【3】张帆.环境与自然资源经济学[M].上海：上海人民出版社，1998.
论文关键词：城市，水资源，保护与利用，污染，可持续发展
0 引言
水是人类赖以生存和发展的资源，人类文明的起源也可称为流域文明。历史悠久的国家和民族都是在母亲河的哺育下发展起来的，同时水也是城市发展的重要制约因素。我国是一个缺水的国家，2004年度中国科学院在《中国水问题的出路》中指出：“水问题将成为我国21世纪的经济发展最突出的重大问题”。
笔者参与了《安宁市城市总体规划》和《中国太平奥林匹克体育小镇控制性详细规划》（该小镇为安宁市太平镇新区）的市政工程规划设计工作，以下就以云南省安宁市为例，分析我国城市水资源利用的现状与存在问题，并对目前行之有效的解决途径进行归纳总结，目的在于通过从个别到一般的方法，使读者对中国城市水问题有一个清晰的全方位的了解和认识。
1 安宁市给水工程规划简述
安宁市地处滇中高原，滇池的西部，昆明市的西郊，距昆明市中心区32公里。地形呈东南高、西北低，有三个山间盆地，其余均为山区、半山区。市域面积1301平方公里，其中城市建成区主要由两个街道办事处组成，市域常住人口为31.75万人。
1.1 安宁市水资源概况
安宁是一个低纬度高海拔的地区，雨量集中在夏秋两季，春冬少雨，属贫水地区，年平均降雨量881.6毫米。年平均径流深207.9毫米，年平均径流量2.63亿立方米。由于安宁市位于金沙江和红河水系的分水岭地区，水资源相对较少，人均水资源量仅为云南省的五分之一，资源型缺水明显。
安宁市的河流属金沙江水系和红河水系。境内主要河流有螳螂川、马料河、沙河、禄脿河、鸣矣河和邵九河等，并有现状与拟建水库若干宗，具体见图1。其中螳螂川发源于云南滇池，除邵九河属红河水系外，其余河流均汇入螳螂川后流入金沙江。按各河流产水模数折算，可得入境水量约为5.39亿立方米。
安宁市境内有12个地下富水地区，潜水和承压埋藏较浅，深度一般在70～100m。补给条件好，容易更新，具有较好的开采条件。天然补给量7482万立方米/年，现开采能力为2244万立方米/年。泉水55个点，年涌水量1860万立方米。
由于安宁市地域布局特殊性，在整个区域形成几大独立的排水体系。各片区的排水由生活污水、工业废水和雨水构成。排水体制为雨污合流制，主要采用分散排水的方式。生活污水基本未经过任何处理即排入附近水体。工业废水量较大的企业均自备有水处理设施，废水处理达标后排放水体或重复利用。其余较小企业工业废水基本未经过处理就排入水体。排水的主要受纳水体为螳螂川及其支流，由于大量的工业废水和生活污水的排入，水体受到较大污染，水质较差。
螳螂川入境河段水质劣于Ⅴ类，主要超标项目为CODMn、氨氮；鸣矣河上游水质为Ⅰ类，汇入螳螂川前通仙桥断面为Ⅱ类。马料河支流上游龙房坝水库水质为Ⅲ类，汇入螳螂川前大黄塘断面也为Ⅲ类；禄脿河源头入境口水质为Ⅱ类，汇入螳螂川前青龙镇断面也为Ⅱ类。车木河水库、上村箐水库、黑蚂箐水库、普达箐水库水质均为Ⅰ类；张家坝水库水质为Ⅱ类；月字庄水库、明朗水库为Ⅲ类。据相关地下水评价结果表明，地下水水质良好，不存在大面积污染的迹象。
1.2 安宁市水资源利用状况
安宁市域修建了大量的水利工程及设施。至2004年，蓄水工程总库容12923万立方米，工程设计供水能力8554万立方米；引水工程40件，设计供水能力3983万立方米；提水工程238站（含工业提水和地下水），设计供水能力7818万立方米；水利工程总设计供水能力为20355万立方米，实际供水量为17372万立方米。作为集中供水水源地的水库主要有车木河水库等。安宁城市有备用水源一处，在车木河水库供水发生意外的情况下应急启用。
安宁市现有自来水厂1座，目前建成一期，处理能力为4万立方米/天，二期建成后处理能力可达到8万立方米/天。水厂净化水工艺采用常规处理的“絮凝——沉淀——过滤——消毒”工艺。
安宁市现状市政供水区主要为安宁主城区，分别采用不同方式供给用户。大部分采用重力流方式供给，但对地表高程相对较大的地区，则将处理后的水加压送到净化厂附近高位水池，再供给用户。
安宁城市给水管网多沿道路敷设，老区管网为环网、支网相结合，管材多为普通铸铁管，敷设时间较早，使用年限长，锈蚀严重。新区管网为近期建设，基本已连接成环，管材为球墨铸铁管和PE给水管。
1.3 安宁市给水工程规划内容
根据《城市给水工程规划规范》，并结合安宁市实际供水情况以及安宁市可开发水资源情况，至规划期末，市域常住人口达到75万人，确定远期用水量为22.50～26.25万立方米/天。
规划建议提高全市人民的节水意识，努力发展节水工业和节水农业，提倡使用节水器具。对现有管网进行检修维护，供水不畅的输配水管道应进行疏通或更新，以解决跑、冒、滴、漏和二次污染等问题，水质应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》的规定，从水质、水量和水压方面保证居民和企业的用水安全。提高城市污水收集率和处理率，保护水生态环境。规划设立车木河、王家滩、箐门口等水源保护区，严格遵守国家法律法规，并制定相关地方法律法规，保护水源地生态环境。规划保留并扩建安宁市自来水厂，并规划新建三座城市自来水厂，具体见图2。同时大力提倡使用再生水，提高工业用水重复使用率，并采取工程措施，充分利用雨水，在降低对城镇排水管网压力的同时，减少市政供水的需求量。
在国家和地方政策法规允许的前提下，政府应鼓励距离集中供水设施较远的工业水用户，从工业用地附近水源取水自行处理，满足自身用水需求。对集镇现状供水设施予以保留，并加强管理。规划保留现状较大的农业引水设施，不考虑新增农业灌溉水源，坚持近水近用的原则，从农业区附近引水满足灌溉需水要求。集镇供水问题分为三个层次：第一个是“饮水解困”，解决有水喝的问题；第二个是“饮水安全”，解决水量、水质问题，提供清洁饮用水；第三个是“饮水方便”，解决饮水方便的问题。各镇及农村建设较分散，自来水厂统一供水存在较大的难度，规划建议分散供水，采用自备水源供水。根据现有的水厂的实际情况，采用停、并、扩相结合的策略，逐步完善各个镇的供水能力。结合村镇的开发建设，对水源地实施强有力的保护，要绝对保证水源的安全。
2 中国城市水资源及利用存在主要问题
通过对安宁市水资源和利用情况的分析，并结合中国城市水资源现状及利用情况，可以总结得出其中存在以下几个问题：
2.1 水资源匮乏，人均占用量严重不足
中国大陆年平均降水深648毫米，而全球陆地平均降水深为834毫米，亚洲为740毫米，中国的年平均降水明显低于世界和亚洲年平均值。
我国多年平均水资源量为2.8万亿立方米，人均水资源占有量为2200立方米，仅为世界人均平均占用量的1/4，且有逐年下降的趋势，而安宁市人均水资源占用量不足1000立方米。按照国际一般标准，人均水资源占有量少于1700立方米即为用水紧张国家。
2.2 基础设施薄弱，城市供水能力不足
到2002年底，全国城市供水生产能力为2.35亿立方米／天，供水管道总长度31.26万公里，城市年供水总量466.46亿立方米。其中生产用水208.56亿立方米，生活用水257.90亿立方米（包括公共服务和消防用水）。供需比为1.35：1，城市供水普及率：72.3%（2000年为96.7%，2002年统计口径改为按城市总人口，之前按城市非农业人口，故2002年普及率下降），人均日生活用水量213升／人·日。1998年至2001年共完成城市供水固定资产投资619.45亿，相应增加日供水能力2335万立方米／天，增加供水管道73，750多公里。
随着城市的发展，市政供水的不足也越来越显现出来，已经成为制约城市发展的重要因素。
2.3 水资源浪费严重，利用效率低下
城市生活和工农业用水都存在大量的浪费，由于管理不善，工程配套差和工艺技术落后，城市管网和卫生设施的漏水很普遍，是城市生活用水中浪费最大的一项。据统计，美国城市管网漏水量平均达每人每天60升，占全部用水量的10~15%。北京漏水量占总用水量的10~40%，甚至可达70%。工业用水从水源取用的水量远远超过其实际耗水量。农村大水漫灌，利用率很低，而且渠道渗漏很大，不仅浪费水资源，而且引起土壤的次生盐渍化和潜育化，降低土壤质量。由于国民的水危机意识和节水意识淡薄，在城市的发展和产业结构的调整中仍然沿用着“以需定供”的粗放式用水方式，节水器具普及率和工业水重复利用率均较低，普遍存在着用水浪费现象。
2.4 水污染严重，水系功能退化
中国城市现状大多雨污合流排放，大部分污水没有经过处理，对水体污染严重。由于污水直接排放，部分排水渠又采用明渠排水，周围环境也受到严重污染。现状排水干渠设计标准偏低，管渠断面偏小，水力条件差，排水渠道容易淤积。在部分排水明渠段，建筑工地泥沙、垃圾直接排入，对管渠造成严重堵塞，渍水严重。雨水排除系统不完善，下大雨时雨水不能顺利排除，容易形成内涝。
安宁市的众多河流尤其是螳螂川的水质受到了严重污染项目管理论文，使用价值不断下降。在我国的主要江、河、湖等水域，如长江、黄河、淮河、海河、辽河、松花江、第二松花江、黄浦江、沱江、巢湖、滇池和太湖等，或已检测出数百种有机物，或被报道已经受到严重的有机物污染。在被检测出的有机物中一些有毒污染物含量超过了地面水质标准，有些是致癌、致畸和致突变有机污染物。近年来，我国有关部门在水源保护方面作了许多工作，但是，由于各种条件的制约，全国水源污染仍呈发展趋势，有90%以上的城市水域污染严重，近50%的重点城镇水源水质不符合饮用水源的水质标准。
总之，水源污染在我国已经是普遍存在，有机物正在悄悄地污染着我们的周围环境，以至对我们的生存环境构成了严重威胁，这方面现已成为一项急迫需要解决的问题。
3 城市水问题解决途径
3.1 发展节水经济，增强全民节水意识
树立全民节水社会意识，建立节水型社会经济模式。充分运用新技术、新方法和新理论，节约水资源，提高水资源的利用率。通过节水和产业结构调整，建立节水型社会经济运行模式，促进社会经济和水资源的可持续发展。
在城市规划中应采取以下措施，一是在缺水城市如安宁市，调整产业结构及用地结构，限制大耗水工业的发展，提倡实行节水工程与企业新、扩、改工程同时设计、同时施工、同时投产，全面提高工业重复用水率；二是对与城市供水存在一定矛盾的上游农业区应积极发展节水农业，包括调整种植结构、产业结构使之与资源条件相匹配并推行节水灌溉、为下游城市提供丰裕的水资源环境；三是在城市用水规模预测中把工业节水指标考虑进去，将软指标变成硬指标。城市规划从各阶段到具体项目实施，确定其用水量规模是首要内容，规模预测是否符合发展趋势和实际需要，将对水资源的合理利用、工程总体布局、实施步骤和工程费用产生重大影响，因而合理确定用水量规模十分重要。
3.2 加强水资源的统一管理与调控，制定相应的法律法规
在规划中要根据水文水力关系及环境容量，根据《饮水水源地保护区划分技术规范》划分出城市水源的一级、二级保护区以及准保护区，并按照《饮用水源保护区污染防治管理规定》，提出有关治理现有污染源、清除排污口的方法和措施。流域性的水污染问题，应通过城市规划提请上级政府部门会同有关城镇予以综合管治。
加强法制建设，制定和完善相应的法律、法规，依法保护水资源的合理利用。同时成立权威的统一综合管理部门，实行水资源的一体化管理、优化配置和高效可持续利用。
政府管理在加大资金投入，提高设施水平和能力的同时，国家和各级地方政府建设和有关行政主管部门，不断加强对城市供排水行业的管理，制定相应的法规、方针、政策和标准，提高行业管理水平，推进技术进步，实行改革，扩大开放和对外交流与合作，有力地促进了城市供排水事业的发展。
2000年9月，国务院召开了全国城市供水节水和水污染防治工作会议，这是建国以来第一次以国务院名义召开全国性会议解决城市水问题，充分体现了水在国民经济发展中的重要地位，同时也进一步体现了国家对城市水问题的高度重视。会后，国务院颁发了〔2000〕36号文件，即《国务院关于加强城市供水节水和水污染防治工作的通知》，对解决今后一个时期的城市水问题提出了一系列的方针政策和目标，这也是今后中国城市供排水行业发展的一个重要指导性文件。
3.3 提高污水收集率和处理率，保护水生态和水环境
在第三届国际水务研讨会，建设部副部长仇保兴所做演讲《近期我国城镇水务发展若干重大机遇》，明确阐释了城镇污水处理所面临的良好社会环境和机遇，国家将对城镇污水处理从法律、资金、技术等方面给予大力支持。根据相关资料，到2010年，我国设市城市和县城所在的建制镇均应规划建设污水集中处理设施，全国设市城市的污水处理率不低于70%。其中，省会以上城市要平均达到80%，地级市平均达到60%，县级市平均达到50%，缺水城市再生水利用率达到20%以上。截污、治污要从源头抓起，要通过政治、经济、法律、行政等手段多管齐下，实施长效管理。强化城市排水设施建设，并结合流域特点，更科学合理地规划、建设排水系统，采用先进的技术和工艺流程。制定城市排水发展规划，应远近结合，以近期为主。像类似于安宁这样的缺水地区城市，应积极推行净化污水再生回用，要显著提高城市公共排水及污水处理在城市水环境综合治理中的功能。
3.4 积极开发利用新水源，保持水资源可持续发展
对类似于安宁这样缺水的城市，单纯考虑取用本区内淡水资源远远不够，应对大量过境水、再生水等水资源进行有效利用。
3.4.1 开发新的淡水资源
城市积极主动地开发水源，不仅符合水资源开发的趋势和规律，而且往往还与水利部门的开发计划不谋而合。由于取用过境水所具有的多功能性及其影响面的广泛性，因此在考虑对城市供水效能予以论证外，还应认真仔细地进行环境影响评价工作。协调处理好城市供水与防洪、发电、航运、灌溉、旅游、养殖等各方面的关系，有主有次，综合平衡，趋利避害，实现国民经济各部门间的全面发展，共同繁荣。
城市建设的进行和城市的发展，使得区域内雨水径流系数大大增加，雨水肆意排放，这不仅对城市排水系统造成了冲击，而且浪费了大量的淡水资源。随着水源匮乏的日益显现，必须对雨水进行充分有效地利用。对于贫水城市，利用雨水缓解城市水资源紧张的做法，更有其巨大的现实意义。雨水利用产业在许多发达国家已经普遍开展，并取得了显著的经济效益，同时也大大缓解了城市防洪排涝的压力。雨水利用的普遍做法，是充分利用城市建筑的屋顶、道路、庭院等收集雨水，用于冲厕所、洗车、浇灌绿地或回补地下水。雨水利用系统的流程见图3。
随着城市的开发建设，应同时上马雨水利用工程。根据较成熟的实例分析，地块自身收集的雨水量完全可以满足冲厕、洗车、浇绿地和消防用水的需求。分散的雨水利用开发方式，在实际建设过程中灵活机动、便于操作，减少了给水工程投资。
3.4.2 再生水回用
再生水也称为中水，就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水(不含粪便和厨房排水)、杂排水(不含粪便污水)以及生活污(废)水经集流再生处理后回用，充当地面清洁、浇花、洗车、空调冷却、冲洗便器、消防等不与人体直接接触的杂用水。
近年来再生水开发与回用技术得到了迅速发展，在美国、日本、印度、英国等国家(尤以日本为突出)得到了广泛的应用。在我国，这一技术已受到各级政府及有关部门重视并对建筑再生水回用做了大量理论研究和实践工作，与再生水工程相关的国家规范《污水再生利用工程设计规范》、《建筑中水设计规范》、《城市污水再生利用分类》等也及时由相关部门颁布实施，在全国许多城市如深圳、北京、青岛、天津、太原等开展了再生水工程的运行。再生水系统的流程图见图4。
再生水工程的优点有：一方面，污水是一种稳定可靠的水源。污水资源化利用是实现城市水资源可持续利用的一条重要途径。只要城市在用水，就有水源，城市污水量稳定，易于收集，不受旱涝影响。另一方面，发展污水处理再生水回用具有不可替代的环境效益和社会效益。
再生水处理也存在短期内难以避免的缺点，其一，目前，我国再生水回用的工程建设主要依靠政府投资，缺少动力；其二，我国再生水使用技术还不是很完善，再生水处理费用及维修费用较高，另外我国水价一直处于较低水平，使得再生水使用与自来水使用在经济上相比缺少优势；其三，我国再生水工程的运行还处于初级阶段，对再生水运行管理及处理技术等都还不成熟。
污水资源化已经越来越引起社会的普遍重视，有关再生水的标准规范已经颁布实施，搞好再生水回用，对水资源多次开发，对于促进城市经济的持续、健康、快速发展具有重大的战略意义。
3.4.3 海水利用
海水对沿海城市而言，不失为一种稳定可靠的水源。一般而言，海水有以下两种应用方式：一是以海水淡化水作为城镇居民用水的重要水源；二是在重点行业（如电力、化工、石化等行业）大力推广直接利用海水作为原水，替代淡水作为工业冷却用水。
开发利用海水资源，对缓解我国缺水形势所具有的战略意义，在我国尚未引起足够重视。海水直接利用的用水量很大，对缓解沿海工业城市缺水起着重要作用。据统计，沿海城市用水总量的80%以上是工业用水，而工业用水的80%以上是工业冷却水。
目前，发达国家沿海城市中的电力、冶金、化工、石油、煤炭、建材、食品等工业，以海水做冷却水已达90%以上。我国的大连、青岛、天津、上海等沿海城市企业也已开始用海水冷却、冲洗、印染、化盐了，但还远不及发达国家。利用海水冲厕，我国香港特区已有近40年的历史，而我国沿海缺水城市中，还没有一个城市利用海水冲厕。
海水作工业冷却水，目前国内外都仍以直流冷却为主，且主要用于滨海火电、核电、化工和冶金等企业。海水直流冷却技术具有深海取水温度低、冷却效果好和系统运行管理简单等优点；但也存在取水量大、工程一次性投资大、排污量大和海体污染明显等问题。海水循环冷却技术在国外已有应用实例，最大的海水循环量达22000立方米/时，在我国尚处于研究阶段，千吨级示范工程正在进行中。
根据目前海水利用的特点和我国拥有的技术水平，可以预言在不远的将来，无论是海水淡化，还是海水作为工业冷却水，从生产成本和生产技术的角度应该都不成问题。
通过对过境水、雨水、再生水、海水等多种水源的综合开发利用，可以有效地减轻城市取水工程的压力，这对城市的供水安全有积极的意义。
4 结语
随着城市化进程的加快，城市发展中所面临的“水资源紧缺、水环境恶化、水灾害加剧”等问题日益严重。在面对这些问题时，我们应该树立科学的发展观，认真分析问题产生的根源，并提出针对性的解决方案，把增强全民节水意识、水资源保护与利用、水污染的治理和开发利用新水源结合起来，作为现代城市建设与发展的一项重要内容，实现城市的可持续发展。
参考文献
1董光器.城市总体规划.东南大学出版社，2003年3月第一版
2杨光明，孙长林.中国水安全问题及其策略研究.灾害学，2008年6月第23卷第2期
关键词：卓越工程师；给水排水专业
中图分类号：G619.21 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0082-03
一、引言
为适应我国工业化发展进程，培养和造就创新能力强、适应我国经济社会发展需要的工程技术人才，2009年教育部开始实施“卓越工程师教育培养计划”。同济大学是第一批参与试点的高校，环境科学与工程学院（以下简称我院）给水排水专业是第一批试点专业。为适应改革的需要，我院给水排水专业在本科人才的培养上进行了大胆的创新，在课程体系上形成了鲜明的工程特点，产学研结合紧密，积极开展复合型、创新性人才培养，在人才模式方面也进行了探索。
二、专业背景简介
（一）历史沿革
我院给水排水专业成立于1952年，并于当年招收第一届上下水道专业本科和专科生，1957年开始招收研究生，1981年获准国内第一批“市政工程”硕士学位授予权和“市政工程”博士学位授予权，并于1983年开始招收第一批博士研究生。1985年获准建立国内首批“市政工程”博士后流动站。1988年成立环境工程学院，于1998年改名为环境科学与工程学院，2004年首批通过全国高等学校给水排水工程专业（本科）评估，2007年成为国家二级重点学科。
（二）师资
承担给水排水专业本科核心课程教学任务的主要是市政工程系的22位老师，其中教授9人，副教授8人，讲师5人，均有博士学位，具有扎实的专业基础和进取及敬业的品质。其中两位老师分别于2009年、2011获得学校青年教师讲课竞赛的二等奖和一等奖，一位老师获得2011年学校本科生学科竞赛“优秀指导教师”。
专业基础课的大部分教学任务由我院环境工程系和环境科学系的相关教学团队承担，化学类、力学类教学任务分由学校化学系、航空和航天力学和土木工程等学院承担。
（三）学科方向
经过半个多世纪的发展，给水排水专业已形成了在国内外具有影响力的水资源与给水排水工程设计运行最优化、水处理理论与技术方向（含建筑给水排水及消防技术）、污水和废水处理理论与技术三个学科方向，是我国水处理工程问题的重要研究基地和水处理设备的研究开发中心之一。
三、特色培养模式
（一）培养目标和课程体系
结合学校人才培养要求，即培养面向未来国家发展需要，适应未来科技进步，德智体全面发展，知识、能力、人格协调统一，知识面宽、基础厚重、素质高、能力强、具有国际视野和领导意识，有理想抱负、有社会责任感和职业操守的高级专门人才和拔尖创新人才。给水排水专业提出的培养目标是，掌握城市水系统良性循环，水安全技术专业基础理论和专业知识，获得专业工程师基本能力训练，有水资源开发利用、水的输配、处理、收集与再生利用等领域，胜任规划、设计、管理、施工、咨询、教育和研究开发等方面的技术与管理工作，具有持续学习能力、开拓创新能力的创新型市政工程学科高级工程技术人才。
在这目标下设置的课程体系，包括自然科学（数学、物理学、化学、生物学等）、人文与社会科学（哲学、社会学、法学、文学、艺术、心理学、军事学、思想道德等）、经济管理（经济学、管理学）、工具性知识（英语、计算机应用、文献检索、科技写作等）、专业核心知识（结构力学、水力学、工程力学、环境微生物学、水质工程学、建筑给水排水工程、工业废水污染防治、水资源规划与管理、水工程施工、环境监测、给水排水工程仪表与控制等）与社会发展和相关领域的科学知识（职业和行业的生产、设计、研究与开发的法律法规和规范、本专业的前沿发展现状和趋势等）。
通过四年的培养和训练，使学生具备发现和解决给水排水工程问题的能力，给水排水工程技术研发、设计、管理及系统思维和开拓创新的能力。
（二）课程建设
1.卓越课程。根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要》，为落实同济大学“十二五”人才培养规划，学校依托“985工程”三期建设项目，组织实施本科卓越课程（专业核心课程改革）行动计划。经学院（系）推荐申报，学校组织专家评审，共有150门专业核心课程立项为同济大学本科卓越课程（专业核心课）。给水排水专业的《建筑给水排水工程》、《水质工程学（上）》、《给水排水管道工程》、《环境微生物学》于2011年被立项为本科卓越课程，参与课程教学方式、教学手段、教学内容的改革与建设，同时接受学校的教学监督，进行课程自查、学生评教、督导检查等，以检查改革的实施及落实情况，对教学效果进行多维或多系统的评价，以提高课程的教学质量。
卓越课程所使用的教材为国家十一五规划教材，为严煦世、刘遂庆的《给水排水管网系统》、范瑾初、金兆丰的《水质工程》、李树平、刘遂庆的《城市排水管渠系统》等。编者均为学院具有丰富工程经验的、资深的给水排水专家、教授。通过教学过程，实现了理论传授和实践展示，使学生更能理解后续实践教学内容。
与课程相对应的是一系列的课程设计，如《建筑给排水课程设计》、《给水处理课程设计》、《污水处理课程设计》、《给水管网课程设计》、《排水管网课程设计》、周群英、王士芬的《环境工程微生物学》和章非娟、徐竟成的《环境工程实验》等，使学生在理论学习的基础上接受动手能力的训练，理论充分联系实际，强化所学。
2.实践课程。
（1）实验教学。依托我院的国家级实验教学示范中心，《环境监测实验》、《环境微生物学实验》、《水处理实验技术》等实验教学任务都由该示范中心承担。实验示范中心规范的管理、科学的内容选择和设计、严谨的教学态度，很好地保证了给水排水专业本科生的实验教学质量。
（2）校企联合培养。创立高校和企业联合培养机制，落实教学安排。为了加强校企联系，我院与知名企业签订“卓越工程师教育培养计划”联合培养协议，如上海市城市建设投资开发总公司，中国海诚工程科技股份有限公司、珠海水务集团有限公司，并成为国家第一批工程实践教育中心建设单位，其他协作单位还有吉博力（上海）贸易有限公司、同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司环境工程设计研究分院等，以落实认识实习、毕业实习及毕业设计等实践教学内容，提高学生对工程、设计、规划的认知。
2012年，我院首次聘请15名工程实践经历丰富的企业工程师为校外导师，传授企业的先进技术和先进企业文化，深入开展工程实践活动，参与企业技术创新和工程研究与开发，培养学生的职业精神和职业道德。
参与毕业设计的学生要求一人一题。2012年，由学院外聘导师或校外企业指导教师合作带毕业设计的学生多达15人，占总毕业设计人数的近20%，使受训的学生能真正了解实际工作对专业知识和能力的要求。
（3）创新实验。我院2004年起，通过《环境科技创新实验》课程与本科生创新能力培养整合起来，规定本科生在第六学期初，由学院集中动员、系里组织，根据学生自愿选择的原则，进入教师的课题组和实验室，观摩老师的科研活动，进行为期一年的专业学习和训练，最后完成课题实习报告，使学生能近距离与专业教师接触，无论在科学研究思维方面还是动手能力上得到切实的锻练，受到学生普遍的欢迎。在试行二年后，该课程即纳入培养计划，作为每个在校生的必修课程，成为学生创新能力培养的一个重要环节。
（三）质量保证
同济大学对所入选的卓越工程师教育培养计划的专业有相应的政策倾斜和管理措施，对入选计划的专业在国际交流上予以优先考虑，增加研究生的录取名额，在毕业设计的优良率上，提高了5%，对核心课程可以申请立项成为卓越课程加以重点建设。同时参与学校每个学期的质量监督和评估，以检查培养方案、教学大纲的落实和执行情况，分析研究实施过程中出现的新问题，研究共性问题，提出政策建议。
对培养方案要求开设的所有课程，由学校本科教学质量管理办公室进行一学期一次的教学质量检查，由学生参与全部课程的评价，校、院二级领导和督导不定期听课，学生毕业前还须对所有课程进行问卷调查，以监测课程的教学质量和完善培养体系。
（四）管理措施
为了保证学生的质量，实现专业培养目标，学院还建立了一系列保障措施。
专业培养计划每四年进行一次修订。修订前广泛听取学生、教师和企业的意见反馈，由系提出修订意见或方案，经学院教务指导委员会讨论审核后定稿，报学校审批，以确保课程体系与培养目标的一致性，并能适应社会需要。
教学过程是实现培养目标的又一重要环节。除学校常规的教学监督外，学院和系领导不定期地对课程的教学方法、教学手段和教学效果进行课堂检查。对教学效果好的，尤其是在学校每年举行的青年教师讲课竞赛中获奖的教师，在全院大会上进行表扬，并鼓励青年教师前去观摩学习；对所呈现的问题予以交流，以逐步提升教学质量。
青年教师都拥有很高的学历，其中有些人是毕业后就来学校工作的，他们的工程经验需要得到提高。为丰富他们的知识结构，学院决定由党委书记领衔，对如何提升青年教师的工程能力和水平进行研讨，然后制定相应的政策，与相关企业签订青年教师的培养协议，每年选派若干名高学历的青年教师带薪、全职到协议单位进修，保证他们在企业的学习时间、质量及经济收入。同时，学院每年举行青年教师讲课竞赛，由师生公认的资深教授现场点评，共同探讨教学教法。通过这些措施，任课教师在知识结构和教学水平上都得到全面的发展。
学生是实现培养目标的主体。学生成绩优异、综合能力强的，可以被推荐保送免试研究生或出国交流，有机会获得学校、学院和企业设立的各类奖学金，优先获得推荐给用人单位的机会。每个班级都配备了经验丰富、负责任的教师担任班主任，全面负责学生的管理工作。每二周一次班会课，对学生的学习和思想动态进行了解，发现问题及时解决。学院对班主任进行工作量补贴。
四、卓越人才培养
（一）生源
我院生源质量较好，近几年来入学新生高考分数超过生源地重点本科分数线50分以上的均达到83%。这些学生大都毕业于当地的重点高中，其中很多同学在高中阶段也获得了众多奖项，如2011级学生高中阶段获得国家级比赛名次的有11人共获奖13项，占到11级总人数的8.4%。
我院实行环境科学类招生，2010年以后，将原来大类学习时间由一年半改为一年，旨在强化专业学习和指导。大类分专业（给水排水、环境工程、环境科学）由学生自主选择，各专业人数历年保持基本稳定，给水排水专业学生人数略多。
（二）毕业情况
四年的培养和训练，学生的知识得到扩展，能力得到提高。07级给水排水工程五位同学获得“立升杯”全国高校给水排水专业本科生优秀毕业设计（论文）奖。
给水排水专业近五年共毕业338人，仅有5人没有取得毕业资格，毕业率达98.5%。
给水排水专业的就业情况历年较好，但随着社会和个体需求的多样化，就业的去向也呈多元发展的趋势，由原来的以直接就业占优、少量出国的状况，逐渐改变为以直接工作、考研和出国齐头并进的态势，在2012年，出国人数占优，也有毕业生进行自主创业。近三年来的就业形势见图1。
（三）国际交流
同济大学进入21世纪后，以本科国际合作办学为重要特色的国际化战略步入快车道。我院先后与美国波特兰大学和伊利诺伊大学香槟分校、澳大利亚莫纳什大学、法国多芬大学和图卢兹国立科学应用研究院等签订了学生交流的合作协议。项目有短期、中期、3+2和双学位等种类，交流人数逐年上升。自2008年开展国际交流项目以来，给水排水专业出国交流学生已有11人，占学院总交流学生人数的30%。这对于培养具有国际视野、能知晓国际规则、能够参与国际竞争的高级专门人才和拔尖创新人才起到了很好的作用。
五、结语
卓越工程师教育培养计划正在实施过程中，培养的方式方法有待于进一步的研究和完善，学生成长的规律也有待于继续探索，尤其是结合“90后”青年人的个性特点及成长成才规律。另外，培养的学生是否能切实满足社会需要，还有待于社会、企业的检验。
