【面向专业】

环境工程，环境科学与工程

【所属课程】水污染控制工程

【实验目标】

（1）掌握A²/O工艺原理、工艺设计及操作等，熟悉主要构筑物、脱水、加药、鼓风等设备的主要工作原理；了解有关机械、泵、阀门的类型和用途；

（2）掌握A²/O工艺在污水处理过程中的开车、正常生产（稳态运行）、典型事故处置和停车等操作过程，以及生产记录等，提高实际污水处理工艺中复杂问题的分析解决能力；

（3）了解A²/O工艺各个处理单元的平面和立面布置，并掌握工艺管道布置方法；

（4）熟知环保与技术安全等要求；

（5）了解实际工程中人员配合和管理模式，提升学生的责任感和团队精神。

【实验类型】

综合设计性实验

【实验意义】

A²/O工艺是污水处理中经典的生物处理工艺之一。学生在实地学习参观此工艺时，往往因为污水处理水厂处于正常运行状态，不能动手操作，无法了解构筑物的详细结构和工艺运行异常管理等，进而给后期的实验实践带来一定的影响。针对该问题，以典型污水处理厂A²/O为主导工艺，建设了一套日处理量为25000立方米/日的A²/O工艺3D仿真实训系统。应用此教学项目，学生可通过网络，远程独立或以班组形式进行仿真巡检工况、正常操作、开车、典型事故处置和停车等协同操作，加深对典型污水处理工艺过程的理解，掌握污水处理工艺操作，并运用所学专业知识，分析和解决仿真实训中遇到的问题

【实验方式】

仿真实验

【实验工具】

硬件：带有独立显卡的笔记本或台式电脑，网络；

软件：典型污水处理厂A²/O工艺3D虚拟现实仿真软件。

【仿真流程】

根据实验课程的学习特点，通过网上自主理论学习，了解工艺流程及工艺过程中的主要原理；3D巡演熟悉工艺过程中各类动设备、静设备、管道、厂区各处理单元布置、安全设施；工艺仿真操作练习开停车过程中操作策略、工艺参数的调节和事故处理。通过由简单到复杂、由易到难、由单一操作到联合协同操作的多层次教学实施过程，使学生掌握解决复杂工艺处理过程问题的能力，提升学生工程实践能力。

（1）网上自主理论学习

学生可通过本仿真实验项目已建设的网络学习平台提前了解仿真实训背景、水厂概况、A²/O工艺组成及其各单元功能及工艺流程；提前了解格栅、初沉池、厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、管道等的工艺设计，查看主要动设备的知识点，了解污水处理厂的相关工作规定和安全章程。

（2）3D巡演

三维工厂虚拟环境中，要求学生通过污水处理走向的单人或多漫游参观，了解典型的A²/O工艺设计方案、熟悉虚拟水厂构筑物分布、典型设备的安装布置方式和厂区布置的基本要素。通过对学生在虚拟环境中多人协作的在线知识点考核，让学生全面掌握典型污水处理厂A²/O工艺。

（3）3D仿真操作

通过3D技术展现出真实的水厂场景，包含了A²/O污水处理工艺流程所必需的构筑物单元、现场路径和设备操作细节。在3D仿真场景中，操作者可控制角色移动、漫游场景、启停设备及开关阀门等。操作结果通过后台数据库与PISP仿真软件关联，经过数学模型运算，将数据变化情况在DCS系统上显示出来。具体实施以下教学过程：

① 巡检工况

巡检工况主要在于对于厂区的设备工艺参数进行现场检查，是否处于正常的状态，对于水厂操作人员而言，日常最主要的工作便是巡检。本工况主要要求学员熟悉巡检的流程以及能够及时应对巡检中可能遇到的故障。具体操作要求学生根据画面右上方的提示到达相应的区域内，会出现提示光圈，即为巡检点，人物进入光圈内判断相应巡检点是否出现问题。巡检过程中可能会遇到一些问题，要求能够及时处理。具体要求如下：

² 巡查地点：粗格栅、旋流沉砂池、初沉池、生化池、二沉池、浓缩池、脱水机房

² 巡检任务提示系统

² 巡检状况记录确认单

②正常操作

正常操作即是水厂正常运行时的状态，正常操作的培训项目中没有加入任何的提示语操作步骤，尽可能的完全还原一个真实的水厂原貌。学员可以在场景里随时且随意查看各项数据，各个设备，也可以自己操作一些阀门设备，更加熟悉和了解水厂的工艺流程。

③开车工况

开车过程需要对工艺有一定的了解，完全掌握工艺中的关键参数点，因此此工况会强化学生的工艺认知与技能。以建成的实际装置中水、电、气等公用工程参数齐备的条件下，通过学员现场仿真画面中的不同阀、机泵的开启顺序、投用操作和DCS中控操作中对各类设备的进水、液位调节、流量调节、出水指标参数的调节，逐步将各单元装置开车成功，使控制参数稳定，增强学生工程实践能力。

④停车工况

水厂的设备需要定期进行检修，不然就会有安全隐患。对于需要进行关键部件检修更换的操作，需要在停车状态下进行。此时需要学员逐步关停设备及阀门，将设备温度与压力降到环境状态，将装置中的气相与液相进行排空后进行吹扫合格后方可检修。

⑤事故工况

事故工况会再现污水处理厂中常见的一些事故，帮助学员分析找到事故原因及学习如何处理这些事故。事故工况主要包括pH过低、DO过低、内回流异常、处理水量过高、外回流异常、DO过高和pH过高。

（4）仿真操作考核

实训考核可在网上实现，包含在线学习时间、知识点考核、虚拟仿真操作考试。其中，在线学习时间由服务器统计，可作为平时成绩计分；在线理论考试主要指知识点测试；虚拟仿真操作考试包含分数统计、电子试卷输出等功能。网上实训考核系统操作简单、人性化，并且实用性强，能方便授课教师的管理和评判。