有机垃圾好氧堆肥虚拟仿真实验

2020-05-18

   

  有机垃圾好氧堆肥虚拟仿真实验是培养学生实践能力的重要环节,该实验所属课程为固体废弃物处理与应用实验,面向环境科学与工程、农业资源与环境、资源环境科学等环境保护类和资源类学生开设,是环境科学与工程专业的主干课程,是本专业学生了解废弃物无害处理与资化工程实践的必修课程。


 

 
     
本实验将固体废弃物最具代表性的农村有机垃圾处理与资源化利用相结合,将不同有机废弃物合理组合、有机垃圾好氧动态堆肥设计与运行监测、有机垃圾好氧静态堆肥设计与运行监测、堆肥腐熟度检测、堆肥质量评价等内容综合为一体,注重专业技能的综合性和系统性,培养学生工程设计能力。

 

     

  通过对有机垃圾好氧堆肥实施过程中运行参数(如堆肥温度、反应pH值、氧气浓度等)的监测,能及时发现可能出现的异常现象,结合影响微生物代谢机理的相关知识、分析异常现象产生的原因,并通过调节相关运行参数消除严重事故的发生,进而实现堆肥进程顺利、堆肥质量稳定。培养学生分析和解决环境科学与工程专业复杂工程问题能力。

     
通过改变教学理念(由老师主讲转变为学生自主学)、充实教学内容(加大实验环节、强化工程实践训练)和延伸教学方式(由受时间和设备限制拓展为不受时间和设备限制),培养学生的探索意识和创新能力。

  

  

      1)实验教学虚实结合,提高效率,减少污染、规避风险

      针对该实验在实际教学中存在实验周期长、环境污染重和安全隐患多的问题,本实验遵循能实不虚、虚实结合的教学理念开展虚拟仿真实验。实验结合固体废弃物实验课程中的其他实验(如垃圾组分分析、垃圾破碎与分选等),采用虚拟场景展现的方式,让学生安全、无污染的环境下,短时间内就能对有机垃圾堆肥的工艺流程和实际工程运行过程有所认识,从生产实践角度加强学生对理论知识的理解能力及工程设计能力。

  

 

    2虚拟实验无安全隐患。

      “有机垃圾好氧堆肥实验综合性强,需求设备多(实际所需设备包括:破碎机、分选机、高温仓、鼓风机、造粒机等),设备体积大且动力强,实验中存在诸多安全隐患。本虚拟仿真教学采用计算机网络教学,学生随时随地可以进行线上学习,有效避免了触电、高温、强噪音等线下实验的危险性缺点。使学生在一个无安全隐患的环境下学习。 

 

  

   3虚拟实验周期短、效率高。

    “有机垃圾好氧堆肥实验机理为有机垃圾微生物降解过程,主体堆肥工艺需经历微生物生长繁殖和有机物降解必须经历的从低温到高温直到缓慢降温的发酵过程,实际连续运行时间至少在两个月以上,中间需要不间断的检测和维护,学生完成实际实验困难大。本实验教学在采集大量已有现实堆肥厂相关运行结果的数据下,采用计算机虚拟仿真实验过程,大大压缩了生物堆肥反应时间,使学生在课堂较短的教学时间内充分掌握好氧堆肥的实际运行的工艺流程和特点,提高学生的学习效率。

 

  

   4虚拟实验不产生环境污染。

   实际实验中,有机垃圾堆肥过程污染环节多,环境污染重。除了原垃圾本身具有强烈恶臭气味外,有机垃圾降解过程会产生明显的腐烂气体、酸臭液体等,加之实验周期长,在气温偏高天气下恶臭传播甚远,严重影响周围的工作和教学环境,师生抱怨颇多。采用虚拟仿真实验可完全杜绝类似环境污染。因此,非常有必要开展农村有机垃圾好氧堆肥实验,彻底解决该实验在实际教学中存在实验周期长、环境污染重和安全隐患多等问题。

  

   

       本实验对实际垃圾堆肥厂主体处理工艺进行虚拟运行与仿真分析,突出工程实际认知。实验将堆肥原料的选择与配比调整,一级好氧堆肥的启动与运行监测,堆肥分选,二级好氧堆肥的启动与运行监测,堆肥腐熟度的分析有效组合再现完整堆肥工艺流程;好氧堆肥的启动与运行监测环节重点突出为微生物生长营造一个合适的物理环境,包括氧气、水分、pH、温度等条件的调节,促进垃圾的生物降解过程快速、顺利进行。最后学生能够根据对虚拟实验的理解和操作得出相应分数并将分数回传至网站。