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摘要：为了优化大气污染控制工程课程体系的教学，对理论课中影响后续实验、设计教学较大的习题教学进行了改革。加大了习题量并对习题内容进行了改进，主要是增加了联系工程设计和应用实际的内容，使学生更好的掌握从理论知识到实际应用的计算过程，为学生打下坚实的基础。
关键词：大气污染控制工程；习题计算；教学改革
本文引用格式：曹鹏，等.《大气污染控制工程》习题改革探讨[J].教育现代化,2019,6(13):49-51.
Discussion of Exercises in Air Pollution Control Engineering CAO Peng,WU Zhan-sheng,DENG Hui,DANG Yan-yan
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Shihezi Xinjiang)
Abstract:In order to optimize the teaching of air pollution control engineering course system,the exercises tearching in air pollution control engineering was reformed,which was influenced the teaching of follow-up experiments and design.The number of exercises were increased and the contents were improved.The contents of engineering design and application practice were increased,which could strengthen the studuent’s ability of computational process from theoretical knowledge to practical application.
Key words:Air pollution control engineering;Exercise calculation;Reform in education
《大气污染控制工程》是环境工程专业的专业必修课，是一门理论和实践结合紧密、工程性和应用性比较强的课程[1]。各学校通常选用高等教育出版社出版的郝吉明、马广大和王书肖主编的《大气污染控制工程》[2]。这本教材与其他教材相比，内容比较完善，结构安排合理，各方面的知识均有涉及。
但是由于全书知识点较多，而随着大气污染处理工艺的发展，需要教师添加较多的内容；如该书第三版成书时，我国刚刚开始烟气脱硫的建设，而烟气脱硝基本没有进行，因此导致相关内容与现在的污染控制实际情况存在一定的差别。另一方面，随着人才培养方案的改革，各课程的理论教学学时均有所下降，如我校“大气污染控制工程”学时从64学时逐渐降低到目前的48学时，但增加了实验和课程设计等实践性教学环节逐步得到加强，这也符合国家教学指导委员会的要求[3]。经过多次改革，跟大多数高校一样，我校形成了大气污染控制工程理论、大气污染控制工程实验和大气污染控制工程设计“三位一体”的课程体系[4]；按照工程认证的要求，开设“环境工程专业毕业设计”课程后，则是“四位一体”的课程体系。课程体系的改革对“大气污染控制工程”的教学提出了新的要求。
依据教学大纲，“大气污染控制工程”主要教学内容包括：燃烧与污染、大气污染气象学，大气扩散浓度估算模式，颗粒污染物和气态污染物的控制基础、颗粒污染物、硫氧化物、氮氧化物和挥发性有机污染物等气态污染物的污染控制技术与工艺设计计算。一方面，与其他专业课程相比，该课程具有内容繁杂、抽象、难于掌握等特点，且每一部分均涉及较多的计算；而涉及的设备、基本构造以及工艺设计计算内容繁杂、抽象、枯燥，知识点不易理解整合，学生掌握具有较大的困难，而且受限于较短的课时，大多数计算过程授课时均无法做到仔细讲解。另一方面，作为与实际工程联系十分紧密的课程，又需要在教学过程中注重将工程实例和理论教学结合，突出案例教学[5,6]。
在设计的教学环节中，学生也表现出对很多设计工艺的基本原理和计算过程掌握程度不够，课堂理论知识和实际工程应用情况严重脱节，不能将课程学习的理论知识与实际的工艺情况较好的结合[7,8]；另一方面，学生对于计算出来的数据存在较多的疑惑，普遍不相信自己计算出来的数据，通过沟通，学生主要表现为觉得计算出的数据过大，如烟气量达到百万m3/h、布袋个数几千等；但这些数据是正确的，经过分析，发现主要是理论课教学时，并没有经历过相关的计算[9,10]。
针对上述问题，按照工程认证的要求，我们对“大气污染控制工程”的习题教学进行了改革，加大了习题量，并对习题内容进行了补充。
针对教学内容，挑选出必须掌握的计算过程，主要包括：1烟气量及污染物浓度的计算，2.污染物扩散计算，3.颗粒物净化分级效率/总除尘效率与串并联计算，4.电除尘器驱进速度及尺寸计算，5.袋式除尘器布袋个数计算，6.湿法脱硫法物料衡算及工艺尺寸计算[11,12]。通过布置作业、随堂考试等手段，保证每一部分计算均涉及到。
针对习题的具体内容，按照设计计算及毕业后工作面临的实际问题，进行了修改和增加，举例如下：
1.污染物扩散计算
污染物扩散的计算牵涉到第三章大气污染气象学、第四章大气扩散浓度估算模式以及第二章污染物排放量等内容；而且牵涉到较多的实际数据，学生掌握起来较困难。
经过多次讨论，设计了如下的题目：以SO2为例，推算在最不利的条件下，石河子市空气污染指数从优到重度污染需多长时间。
主要的考察内容依次为：
a.空气污染指数的浓度计算（第一章）。需要查找最新的环境空气质量标准，教科书上的标准为旧版的，最新版的标准为《环境空气质量标准》（GB3095-2012）；
b.石河子市污染物排放量。通过查找文献或政府公报获得（工程认证要求2，通过文献研究分析复杂环境工程问题的解决方案，获得有效结论），也可以通过燃煤量、燃油量等进行估算（第二章-污染物排放量）；通常没有某一个市或县的排放量，需要进行总的能源消耗量估算和各行业排放量的估算；
c.选取扩散模式-箱式模型（第四章-区域大气环境质量模型）。箱式模型计算数据获得，混合层高度和区域面积（第三章-大气热力过程）；区域面积相对容易获得，但多数同学使用市域面积计算，存在较大偏差，更好的方法是在地图上测量建成区面积；混合层高度则需要查询文献，而且不同季节的差别较大，这也是为什么冬季北方污染较重的重要原因；
d.箱式模型的简化计算（工程认证要求1，具有环境工程所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能用于解决复杂的环境工程问题）。按照教科书箱式模型公式[2]，根据整个箱子大气污染物的输入和输出量，可以写出大气污染物的质量守恒方程：输入量=留存量+输出量+衰减量；通常衰减量可以忽略，则公式变为输入量=留存量+输出量；需要求出留存量才能计算得到空气污染指数。其中输入量为污染物排放量，因此需要计算输出量，而输出量主要跟平均风速有关，需要学生正确理解不同季节的平均风速的差别。
由于题目并不具有完全唯一的正确答案（每名学生选取的数据略有差别），因此有效的避免了相互之间的抄袭；并且由于相关内容就发生在学生身边，有效的提高了学生的积极性。学生计算获得的结果大多在几天左右，有效的提高了学生对北方冬季取暖季节雾霾多发的认识。优秀的同学会根据不同的情况得到不同的答案，如不同的风速下会得到不同的时间，而且差别较大，这就提示冬季影响北方雾霾的最主要因素是风速。
2.湿法脱硫物料衡算
石灰石湿法脱硫技术是现在普遍采用的脱硫技术，具有典型的意义，相关的设计中基本都包含该工艺的计算。“大气污染控制工程”第八章课后习题中包含有相关的内容，但具体的数据中存在一定的缺陷；有的仅计算单位质量煤相关的物料衡算，或者电厂机组的数据与现有的机组数据有一定的差别。如习题8-6（郝吉明、马广大、王书肖主编，第三版）包含三问，分别计算脱除每千克SO2消耗的CaCO3数量、燃烧单位质量煤消耗的CaCO3数量和每吨燃煤排放的污泥量。
针对上述情况，我们在习题8-6（郝吉明、马广大、王书肖主编，第三版）的基础上加了第四问：查证600 MW机组的耗煤量，年利用小时数，计算年脱硫石膏产量。
主要的考察内容依次包括：
a.基础数据获得，包括电厂不同机组的煤耗、发电量等（工程认证要求2，通过文献研究分析复杂环境工程问题的解决方案，获得有效结论）。
不同燃煤机组的单位煤耗差别较大，如300 MW机组在310 g/kW·h，而600 MW机组可以下降到290-300 g/kW·h，相关数据的查询提示学生技术进步对环保带来的影响。同时，很多学生认为一年365天，每天24小时都在发电；实际上，随着清洁能源的开发，火电机组的利用小时数在逐渐下降，另一方面，很多时候，机组也不是满负荷运行，实际计算时需要得到换算为满负荷的发电时间，称为年利用小时数，这才是正确的。相关的计算提示学生在实际应用时与理论计算存在较大的差别。
b.污染物产生量计算（第二章-污染物排放量），可以按单位质量算，也可以换算为全部的；
c.物料平衡计算（工程认证要求1，具有环境工程所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能用于解决复杂的环境工程问题），最终计算得到产生的脱硫石膏量，学生通常会比较惊诧得到的数据。由于600 MW机组的耗煤量巨大，计算获得的烟气量、污染物量、脱硫石膏产量等都较大，有效的提升了学生对于工业生产实际的认识。
通过较多的习题练习，在“大气污染控制工程”课程考试和设计中，均取得了较好的效果，学生在计算方面获得的分数普遍有所提高。
《大气污染控制工程》课堂教学改革涉及到教学理念、教学内容、教学方法及教学手段等诸多方面；但对于学生来说，将课程中学到的大量基本原理、理论与设计方法应用到今后的工作实践是最重要的收获，也是教学最大的目标。通过突出计算，使学生对教学内容掌握的更系统更扎实，对相关知识的应用更灵活、更接近生产实际，为今后从事大气污染控制工程方面的工作树立了信心。
参考文献
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