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      有機垃圾好氧堆肥虛擬仿真實驗

      有機垃圾好氧堆肥虛擬仿真實驗是培養學生實踐能力的重要環節,該實驗所屬課程為固體廢棄物處理與應用實驗,面向環境科學與工程、農業資源與環境、資源環境科學等環境保護類和資源類學生開設,是環境科學與工程專業的主干課程,是本專業學生了解廢棄物無害處理與資化工程實踐的必修課程。


       

       
           
      本實驗將固體廢棄物最具代表性的農村有機垃圾處理與資源化利用相結合,將不同有機廢棄物合理組合、有機垃圾好氧動態堆肥設計與運行監測、有機垃圾好氧靜態堆肥設計與運行監測、堆肥腐熟度檢測、堆肥質量評價等內容綜合為一體,注重專業技能的綜合性和系統性,培養學生工程設計能力。

       

           

        通過對有機垃圾好氧堆肥實施過程中運行參數(如堆肥溫度、反應pH值、氧氣濃度等)的監測,能及時發現可能出現的異?,F象,結合影響微生物代謝機理的相關知識、分析異?,F象產生的原因,并通過調節相關運行參數消除嚴重事故的發生,進而實現堆肥進程順利、堆肥質量穩定。培養學生分析和解決環境科學與工程專業復雜工程問題能力。

           
      通過改變教學理念(由老師主講轉變為學生自主學)、充實教學內容(加大實驗環節、強化工程實踐訓練)和延伸教學方式(由受時間和設備限制拓展為不受時間和設備限制),培養學生的探索意識和創新能力。

        

        

            1)實驗教學虛實結合,提高效率,減少污染、規避風險

            針對該實驗在實際教學中存在實驗周期長、環境污染重和安全隱患多的問題,本實驗遵循能實不虛、虛實結合的教學理念開展虛擬仿真實驗。實驗結合固體廢棄物實驗課程中的其他實驗(如垃圾組分分析、垃圾破碎與分選等),采用虛擬場景展現的方式,讓學生安全、無污染的環境下,短時間內就能對有機垃圾堆肥的工藝流程和實際工程運行過程有所認識,從生產實踐角度加強學生對理論知識的理解能力及工程設計能力。

        

       

          2虛擬實驗無安全隱患。

            “有機垃圾好氧堆肥實驗綜合性強,需求設備多(實際所需設備包括:破碎機、分選機、高溫倉、鼓風機、造粒機等),設備體積大且動力強,實驗中存在諸多安全隱患。本虛擬仿真教學采用計算機網絡教學,學生隨時隨地可以進行線上學習,有效避免了觸電、高溫、強噪音等線下實驗的危險性缺點。使學生在一個無安全隱患的環境下學習。 

       

        

         3虛擬實驗周期短、效率高。

          “有機垃圾好氧堆肥實驗機理為有機垃圾微生物降解過程,主體堆肥工藝需經歷微生物生長繁殖和有機物降解必須經歷的從低溫到高溫直到緩慢降溫的發酵過程,實際連續運行時間至少在兩個月以上,中間需要不間斷的檢測和維護,學生完成實際實驗困難大。本實驗教學在采集大量已有現實堆肥廠相關運行結果的數據下,采用計算機虛擬仿真實驗過程,大大壓縮了生物堆肥反應時間,使學生在課堂較短的教學時間內充分掌握好氧堆肥的實際運行的工藝流程和特點,提高學生的學習效率。

       

        

         4虛擬實驗不產生環境污染。

         實際實驗中,有機垃圾堆肥過程污染環節多,環境污染重。除了原垃圾本身具有強烈惡臭氣味外,有機垃圾降解過程會產生明顯的腐爛氣體、酸臭液體等,加之實驗周期長,在氣溫偏高天氣下惡臭傳播甚遠,嚴重影響周圍的工作和教學環境,師生抱怨頗多。采用虛擬仿真實驗可完全杜絕類似環境污染。因此,非常有必要開展農村有機垃圾好氧堆肥實驗,徹底解決該實驗在實際教學中存在實驗周期長、環境污染重和安全隱患多等問題。

        

         

             本實驗對實際垃圾堆肥廠主體處理工藝進行虛擬運行與仿真分析,突出工程實際認知。實驗將堆肥原料的選擇與配比調整,一級好氧堆肥的啟動與運行監測,堆肥分選,二級好氧堆肥的啟動與運行監測,堆肥腐熟度的分析有效組合再現完整堆肥工藝流程;好氧堆肥的啟動與運行監測環節重點突出為微生物生長營造一個合適的物理環境,包括氧氣、水分、pH、溫度等條件的調節,促進垃圾的生物降解過程快速、順利進行。最后學生能夠根據對虛擬實驗的理解和操作得出相應分數并將分數回傳至網站。

       

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