【在線連續運行水處理實驗系統】
功能、作用介紹：
在環境實驗教學中，實現實驗教學的信息化不僅成為信息技術與實驗整合、教育手段現代化的一個突破口，而且對培養學生的實踐動手能力、激發學生的學習興趣、提高綜合素質和培養創新思維起著重要作用。
水處理工藝連續運行實驗一般采用以主要含有某一類典型污染物質的水為原水，構建水力學相似的構筑物模型做為容器，進行水介質不間斷流入流出的模仿實際工藝運行狀態的水質處理實驗。水處理工藝連續運行實驗是使學生深入理解水處理工藝原理、培養工程概念的最佳手段，但實驗項目的實施過程具有操作周期長、水質分析工作量大等特點，一個實驗的周期可能是十幾個小時、幾天、幾周甚至更長時間。實驗的完成要求學生要拿出大量的大塊時間和精力投入到實驗室中，這對于有大量理論課學習任務的本科生幾乎是“不可能完成的任務”。因此高校在本科實驗教學中極少開設連續運行的水處理工藝實驗。
為了使連續運行水處理工藝實驗適應于本科生的教學特點，使本科生付出有限的時間和精力就可以在實踐能力、創新能力方面獲得有效培養，達到面對復雜的實際問題、提出可行解決方案并實施操作、在實踐過程中開拓創新能力得到鍛煉的目的，我們設計出在線連續運行水處理實驗系統，學生通過這套系統的實驗使實踐和創新能力得到有效的培養。
實驗系統的構成和功能：
整套系統由水處理構筑物模型、機電裝置動作執行機構、水質在線監測儀表、電氣操控和數據采集發布系統構成。
(一) 目前的水處理構筑物模型按照污水生物處理的CASS工藝和物化處理的高速混凝沉淀池工藝運行原理設計而成;
(二) 機電裝置動作執行機構包括構筑物模型進出水、泥、氣管道上的電磁閥門、水提升泵、加藥泵、氣泵、攪拌機等機械裝置;
(三) 在線監測儀表由布置在水處理構筑物模型中的UVAS在線COD分析儀、LDO熒光法無膜溶解氧分析儀、差分ORP氧化還原電極、NH4D氨氮分析儀、NITRATAX plus硝氮儀、SONATAX污泥界面監測儀、SOLITAX 懸浮物分析儀、1720E濁度儀等儀表探頭和與之連接進行檢測信號處理及顯示的二次儀表組成;
(四) 電氣操控和數據采集發布系統由PLC、計算機、手動盤柜組成，PLC接收各路傳感器二次儀表輸出的數據信號，并向控制柜輸出控制信號，手動盤柜實現手動控制操作功能，計算機將接收的儀表數據和控制參數數據進行存儲、處理和向網絡實時發布。
實驗系統的操作過程：
實驗準備。學生將原水水箱儲滿，將物化處理所需的化學藥劑配制好并裝滿投藥箱;清洗維護水質傳感器，將執行機構調試在正常狀態，正確連接手控盤柜、執行機構、控制主機和傳感器。這部分工作在實驗室中完成。
實驗進行。通過手控盤柜或控制主機或在網絡上的操作啟閉機電執行機構運行整套實驗系統，并能夠在上述不同位置調整系統運行參數。水質數據通過傳感器產生，另外通過影像監視器實時攝錄透明的構筑物模型中物相介質的形態，水質數據和實驗現象視頻傳輸到主機上之后通過主機發布到網絡上，有數據分享權限的學生可以通過登錄網絡獲取數據。實驗系統網上遠程操作權限可以限制在少部分學生范圍，而實驗數據可以在廣大的學生范圍中共同分享。這部分工作既可以在實驗室完成，也可以在教室、圖書館、寢室中登錄網絡完成，甚至可以通過手機、平板電腦登錄網絡實現。
實驗收尾。構筑物模型清理、傳感器和執行機構保養維護、控制主機系統維護，這些工作在實驗室由實驗教師和學生共同完成。
實驗裝置的特點和優越性：
?、逋ㄟ^拓展實驗室空間、縮減實驗時間和工作量，讓連續流水處理工藝實驗成為“可以完成的任務”。
在空間上將實驗室大幅度延伸，準備工作完成后的實驗操作可以在任何能夠上網的空間展開;實驗過程中繁冗的水質檢測工作由各種水質傳感器代替人工來完成，讓學生不必在水質檢測環節耗費大量的時間和精力，從而大大提高了連續運行工藝實驗開展的可行性。
?、鎸嶒瀮热葚S富、數據信息量大,學生在實驗過程中獲得的知識、得到的鍛煉是多層次、全方位的。
實驗內容是圍繞水處理的基本原理展開的，但要圓滿完成實驗還要基本掌握在線儀表的使用和維護、水處理系統運行操作的基本原則、工業控制系統的基本組成和運用等知識技能。實驗系統記錄的多種實驗條件下的實驗結果數據以及肉眼能觀察到的實驗現象為學生提供了大量比教科書更全面、更生動的學習素材，為學生深入細致地掌握工藝原理、鍛煉實踐技能創造了良好的條件。
?、缳N近實際的復雜實驗過程對實踐和創新能力的培養都達到了很好的效果。
實驗的水質、運行參數及其它外部條件都完全模仿實際工藝過程，學生面對一個特定的原水水質和處理目標，要通過查閱文獻、與指導教師和同學討論、制定試驗計劃并進行實施驗證，經歷一個發現問題、分析問題、解決問題的完整過程，實踐能力得到強化培養，同時創新技能和創新思維都得到有效的鍛煉。
?、杈W絡技術的應用使高質量的實驗教學資源實現大范圍共享。
那些沒有參加實驗的同學通過獲得觀察權限也能夠在網絡上得到實時發布的實驗數據和視頻，通過旁觀實驗也能收獲教材上得不到的豐富生動的知識信息，使更大范圍的同學受益，實現優質教學資源使用效益的最大化。
作品名稱：在線連續運行水處理實驗系統
完成單位：同濟大學環境科學與工程實驗教學中心
