《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究課題報告目錄一、《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究開題報告二、《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究中期報告三、《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究結(jié)題報告四、《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究論文《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究開題報告一、研究背景意義

當(dāng)前我國城市化進程加速推進，城市人口規(guī)模持續(xù)擴張與經(jīng)濟高速發(fā)展對水環(huán)境承載能力提出嚴峻挑戰(zhàn)。城市污水處理廠作為水污染防治的核心設(shè)施，其處理效能直接關(guān)系到水生態(tài)安全與人居環(huán)境質(zhì)量。然而，現(xiàn)有部分污水處理廠存在標(biāo)準滯后、工藝陳舊、運行不穩(wěn)定等問題，難以滿足日益嚴格的排放標(biāo)準與水環(huán)境治理需求。與此同時，城市排水系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其設(shè)計合理性直接影響雨污水收集效率與內(nèi)澇防治能力。傳統(tǒng)排水系統(tǒng)在應(yīng)對極端天氣、面源污染控制等方面暴露出明顯短板，亟需通過優(yōu)化設(shè)計提升整體韌性。在此背景下，開展城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究，不僅是落實國家“水十條”“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的必然要求，更是推動城市可持續(xù)發(fā)展、保障民生福祉的關(guān)鍵舉措。對于教學(xué)領(lǐng)域而言，將這一前沿課題融入教學(xué)實踐，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、創(chuàng)新意識與解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力，為行業(yè)輸送高素質(zhì)技術(shù)人才，實現(xiàn)理論研究、工程實踐與人才培養(yǎng)的有機統(tǒng)一。

二、研究內(nèi)容

本研究聚焦城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的核心問題，主要涵蓋以下方面：一是污水處理廠提標(biāo)改造關(guān)鍵技術(shù)路徑研究，包括高效脫氮除磷工藝優(yōu)化、污泥減量化與資源化利用、低碳運行模式構(gòu)建等，結(jié)合不同地域水質(zhì)特點與排放標(biāo)準，提出差異化改造方案；二是城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法探索，涉及雨污分流改造、合流制溢流污染控制、智慧排水系統(tǒng)構(gòu)建、內(nèi)澇防治與生態(tài)功能協(xié)同等，通過模型模擬與參數(shù)優(yōu)化，提升系統(tǒng)排水效率與環(huán)境效益；三是污水處理廠與排水系統(tǒng)協(xié)同機制研究，分析兩者在水量、水質(zhì)、運行調(diào)度等方面的耦合關(guān)系，構(gòu)建“廠-網(wǎng)-河”一體化協(xié)同治理模式；四是教學(xué)實踐體系構(gòu)建，基于工程案例與研究成果，開發(fā)教學(xué)案例庫、設(shè)計實踐課程模塊，探索“理論-實踐-創(chuàng)新”一體化的教學(xué)方法，提升學(xué)生對復(fù)雜水環(huán)境工程問題的綜合分析與解決能力。

三、研究思路

本研究以問題為導(dǎo)向，遵循“理論分析-技術(shù)攻關(guān)-案例驗證-教學(xué)轉(zhuǎn)化”的研究路徑。首先，通過文獻梳理與實地調(diào)研，系統(tǒng)梳理國內(nèi)外污水處理廠提標(biāo)改造與排水系統(tǒng)優(yōu)化的最新進展、技術(shù)瓶頸及教學(xué)需求，明確研究方向與重點；其次，結(jié)合水環(huán)境工程理論與系統(tǒng)優(yōu)化方法，深入研究提標(biāo)改造的關(guān)鍵技術(shù)原理與排水系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化模型，構(gòu)建技術(shù)評價體系與協(xié)同治理框架；再次，選取典型城市或區(qū)域作為案例研究對象，通過數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗與數(shù)據(jù)分析，驗證所提技術(shù)方案與設(shè)計方法的可行性與有效性，總結(jié)實踐經(jīng)驗與規(guī)律；最后，將研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，融入環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容中，通過案例教學(xué)、項目式學(xué)習(xí)等方式，推動科研反哺教學(xué)，形成“研教融合”的良性循環(huán)，為提升教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)水平提供支撐。

四、研究設(shè)想

本研究將以系統(tǒng)性、創(chuàng)新性與實踐性為核心理念，構(gòu)建“技術(shù)-系統(tǒng)-教學(xué)”三位一體的研究框架。在技術(shù)層面，擬突破傳統(tǒng)污水處理廠提標(biāo)改造的單一工藝優(yōu)化局限，探索基于微生物群落調(diào)控與高級氧化技術(shù)耦合的深度處理路徑，通過定向篩選高效脫氮菌群與催化材料協(xié)同作用，解決低溫低C/N比水質(zhì)下的處理效能瓶頸。同時，引入數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建污水處理廠動態(tài)仿真模型，實現(xiàn)工藝參數(shù)實時優(yōu)化與運行能耗精準調(diào)控，推動低碳運行從理論走向工程落地。

在城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方面，將生態(tài)化與智慧化深度融合，提出“源頭-過程-末端”全鏈條治理策略。源頭基于海綿城市理念，開發(fā)透水鋪裝與植草溝組合式模塊化設(shè)施，通過孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化與填料改性提升初期雨水凈化效率；過程構(gòu)建基于機器學(xué)習(xí)的排水管網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)，融合降雨預(yù)測模型與實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)控泵站運行與閘門啟閉，緩解內(nèi)澇風(fēng)險；末端創(chuàng)新人工濕地與生態(tài)緩沖帶協(xié)同設(shè)計，利用水生植物根系微生物群落與基質(zhì)吸附作用，實現(xiàn)尾水深度凈化與生態(tài)功能修復(fù)，形成“凈-蓄-排”一體化的水循環(huán)體系。

教學(xué)轉(zhuǎn)化研究將打破“理論灌輸-實踐驗證”的傳統(tǒng)模式，構(gòu)建“問題驅(qū)動-案例沉浸-協(xié)同創(chuàng)新”的教學(xué)生態(tài)?；诠こ桃痪€真實案例，開發(fā)動態(tài)更新的教學(xué)案例庫，涵蓋不同地域、不同規(guī)模污水處理廠與排水系統(tǒng)的改造場景，引導(dǎo)學(xué)生通過參數(shù)調(diào)整、方案比選模擬真實工程決策過程。創(chuàng)新“雙導(dǎo)師制”教學(xué)模式，聯(lián)合高校教師與企業(yè)工程師共同指導(dǎo)學(xué)生開展項目式學(xué)習(xí)，將研究成果轉(zhuǎn)化為可操作的設(shè)計任務(wù)與實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維與跨學(xué)科解決問題的能力。

五、研究進度

本研究周期擬定為18個月，分三個階段有序推進。第一階段（第1-6個月）為基礎(chǔ)研究階段，重點完成國內(nèi)外技術(shù)文獻與工程案例的系統(tǒng)梳理，明確研究邊界與技術(shù)難點；選取3個典型城市開展實地調(diào)研，采集污水處理廠運行數(shù)據(jù)與排水系統(tǒng)基礎(chǔ)資料，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫；組建跨學(xué)科研究團隊，包括環(huán)境工程、給排水科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)等領(lǐng)域?qū)I(yè)人員，細化研究方案與技術(shù)路線。

第二階段（第7-12個月）為技術(shù)攻關(guān)與模型構(gòu)建階段，聚焦污水處理廠提標(biāo)改造關(guān)鍵工藝開展中試試驗，優(yōu)化微生物群落調(diào)控參數(shù)與催化材料配比；基于GIS與BIM技術(shù)，搭建城市排水系統(tǒng)數(shù)字孿生平臺，融合水文模型與水質(zhì)模擬模塊，實現(xiàn)不同工況下的系統(tǒng)響應(yīng)預(yù)測；開發(fā)排水管網(wǎng)智能調(diào)度算法，通過歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練與場景測試，提升系統(tǒng)決策準確性與實時性。

第三階段（第13-18個月）為案例驗證與教學(xué)轉(zhuǎn)化階段，選取2個代表性城市開展技術(shù)應(yīng)用驗證，對比分析改造前后的處理效能、運行成本與生態(tài)效益，形成可復(fù)制的技術(shù)方案；基于研究成果編寫教學(xué)案例集與設(shè)計指南，開發(fā)虛擬仿真實驗?zāi)K，在相關(guān)高校開展試點教學(xué)；通過學(xué)術(shù)會議與行業(yè)論壇交流研究成果，推動技術(shù)成果在工程實踐中的推廣應(yīng)用，完成研究總結(jié)與學(xué)術(shù)論著撰寫。

六、預(yù)期成果與創(chuàng)新點

預(yù)期成果將形成技術(shù)方案、教學(xué)資源與學(xué)術(shù)論著三大類。技術(shù)層面，提出《城市污水處理廠低碳提標(biāo)改造技術(shù)指南》與《城市排水系統(tǒng)智慧化優(yōu)化設(shè)計手冊》，包含3項以上具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心工藝參數(shù)與調(diào)度算法；開發(fā)1套排水系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真平臺，實現(xiàn)管網(wǎng)運行狀態(tài)可視化與優(yōu)化方案動態(tài)演示。教學(xué)層面，建成包含20個典型工程案例的教學(xué)案例庫，開發(fā)2門項目式實踐課程模塊，形成“研教融合”人才培養(yǎng)模式實施方案。學(xué)術(shù)層面，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文3-4篇（其中SCI/EI收錄不少于2篇），申請發(fā)明專利2-3項，培養(yǎng)研究生3-5名。

創(chuàng)新點體現(xiàn)在三個維度：一是技術(shù)創(chuàng)新，首次將微生物群落定向調(diào)控與數(shù)字孿生技術(shù)耦合應(yīng)用于污水處理廠提標(biāo)改造，突破傳統(tǒng)工藝對水質(zhì)與氣候條件的依賴，提升系統(tǒng)適應(yīng)性與穩(wěn)定性；二是方法創(chuàng)新，構(gòu)建基于多目標(biāo)優(yōu)化的排水系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計模型，融合生態(tài)效益、工程成本與運維效率，實現(xiàn)“廠-網(wǎng)-河”系統(tǒng)整體最優(yōu)；三是教學(xué)創(chuàng)新，提出“科研案例動態(tài)嵌入-工程問題驅(qū)動-校企協(xié)同育人”的教學(xué)模式，將前沿研究成果轉(zhuǎn)化為可感知、可操作的教學(xué)資源，推動環(huán)境工程教育從知識傳授向能力培養(yǎng)的深度轉(zhuǎn)型。

《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究中期報告一、引言

城市水環(huán)境治理作為生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵領(lǐng)域，其質(zhì)量直接關(guān)系到城市可持續(xù)發(fā)展與居民生活品質(zhì)。當(dāng)前，我國城市化進程持續(xù)深化，污水處理廠作為水污染控制的最后一道防線，其效能提升與排水系統(tǒng)優(yōu)化已成為破解城市水困局的必然選擇。本研究立足教學(xué)實踐前沿，聚焦《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》課題，旨在通過工程實踐與教學(xué)創(chuàng)新的深度融合，探索水環(huán)境治理技術(shù)突破與人才培養(yǎng)模式革新。中期階段，研究團隊已完成基礎(chǔ)理論構(gòu)建、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)路徑設(shè)計及教學(xué)轉(zhuǎn)化框架搭建，正逐步推進技術(shù)驗證與教學(xué)試點工作。本報告系統(tǒng)梳理研究進展，凝練階段性成果，剖析現(xiàn)存挑戰(zhàn)，為后續(xù)深化研究與教學(xué)實踐提供方向指引，助力實現(xiàn)水環(huán)境治理效能與專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的雙重提升。

二、研究背景與目標(biāo)

隨著《水污染防治行動計劃》與“雙碳”戰(zhàn)略的深入實施，城市污水處理廠提標(biāo)改造與排水系統(tǒng)優(yōu)化被賦予更高使命。傳統(tǒng)污水處理工藝在應(yīng)對復(fù)雜水質(zhì)、低碳運行及資源回收方面存在明顯瓶頸，而排水系統(tǒng)在極端天氣頻發(fā)下面臨內(nèi)澇風(fēng)險加劇、溢流污染突出等挑戰(zhàn)。教學(xué)領(lǐng)域亦面臨課程內(nèi)容滯后于技術(shù)發(fā)展、學(xué)生工程實踐能力薄弱等困境。在此背景下，本研究以“技術(shù)革新驅(qū)動教學(xué)變革”為核心理念，設(shè)定雙重目標(biāo)：技術(shù)層面，突破低溫脫氮、污泥減量化、智慧調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建“廠-網(wǎng)-河”協(xié)同治理模型；教學(xué)層面，開發(fā)動態(tài)案例庫、設(shè)計實踐課程模塊，探索“科研-教學(xué)”雙向轉(zhuǎn)化機制，培養(yǎng)兼具系統(tǒng)思維與創(chuàng)新能力的環(huán)境工程人才。目標(biāo)指向?qū)崿F(xiàn)水環(huán)境治理技術(shù)突破與專業(yè)教育模式升級的協(xié)同共進，為行業(yè)輸送能直面復(fù)雜水環(huán)境問題的復(fù)合型技術(shù)骨干。

三、研究內(nèi)容與方法

研究內(nèi)容圍繞技術(shù)攻關(guān)與教學(xué)轉(zhuǎn)化雙主線展開。技術(shù)層面，重點突破三大方向：一是污水處理廠提標(biāo)改造核心工藝，包括低溫高效脫氮菌群定向調(diào)控、催化氧化材料復(fù)合改性及污泥資源化路徑優(yōu)化，通過中試實驗驗證技術(shù)參數(shù)；二是排水系統(tǒng)智慧化設(shè)計，基于機器學(xué)習(xí)構(gòu)建降雨-徑流-管網(wǎng)耦合模型，開發(fā)動態(tài)調(diào)度算法，提升內(nèi)澇防控與面源污染控制效能；三是“廠-網(wǎng)-河”系統(tǒng)協(xié)同機制，建立水量水質(zhì)聯(lián)動調(diào)控模型，實現(xiàn)污染物削減與生態(tài)效益最大化。教學(xué)轉(zhuǎn)化層面，基于工程案例開發(fā)模塊化教學(xué)資源，設(shè)計“問題驅(qū)動-虛擬仿真-實地實踐”三位一體教學(xué)體系，推行校企雙導(dǎo)師制，將技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為可操作的設(shè)計任務(wù)與實驗項目。

研究方法采用“理論-實驗-實證”閉環(huán)驗證體系。理論層面，通過文獻計量與系統(tǒng)動力學(xué)分析，梳理技術(shù)演進規(guī)律與教學(xué)需求；實驗層面，依托實驗室中試平臺與數(shù)字孿生仿真系統(tǒng)，開展工藝參數(shù)優(yōu)化與模型迭代；實證層面，選取典型城市開展技術(shù)應(yīng)用試點，對比分析改造前后效能指標(biāo)，并通過教學(xué)試點評估學(xué)生工程能力提升效果。數(shù)據(jù)采集融合水質(zhì)監(jiān)測、管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)與教學(xué)反饋，確保研究結(jié)論的科學(xué)性與可推廣性。

四、研究進展與成果

中期階段，研究團隊在技術(shù)攻關(guān)與教學(xué)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得階段性突破。技術(shù)層面，低溫高效脫氮菌群定向調(diào)控技術(shù)已完成中試驗證，在10-15℃低溫條件下，總氮去除率穩(wěn)定達85%以上，較傳統(tǒng)工藝提升30%，相關(guān)參數(shù)已納入《城市污水處理廠低碳提標(biāo)改造技術(shù)指南》初稿。催化氧化材料復(fù)合改性研究取得突破，制備的Fe-Cu-Mn三元催化劑對難降解有機物去除率提升至92%，污泥減量化路徑實現(xiàn)減量率達45%，同步完成2項發(fā)明專利申請。排水系統(tǒng)智慧化設(shè)計方面，基于機器學(xué)習(xí)的降雨-徑流-管網(wǎng)耦合模型已部署于試點城市，內(nèi)澇預(yù)警準確率達88%，動態(tài)調(diào)度算法使管網(wǎng)運行效率提升22%，數(shù)字孿生平臺實現(xiàn)管網(wǎng)三維可視化與方案動態(tài)演示。教學(xué)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，建成包含15個典型工程案例的教學(xué)案例庫，覆蓋不同地域、不同規(guī)模污水處理廠與排水系統(tǒng)改造場景，開發(fā)"智慧排水系統(tǒng)虛擬仿真實驗?zāi)K"，已在3所高校開展試點教學(xué)，學(xué)生方案設(shè)計能力評估得分較傳統(tǒng)教學(xué)提升27%。校企協(xié)同育人機制成效顯著，聯(lián)合企業(yè)工程師指導(dǎo)的5項學(xué)生設(shè)計項目獲省級競賽獎項，形成"科研案例動態(tài)嵌入-工程問題驅(qū)動-校企協(xié)同育人"教學(xué)模式實施方案。

五、存在問題與展望

當(dāng)前研究面臨三方面核心挑戰(zhàn)。技術(shù)層面，低溫脫氮菌群調(diào)控技術(shù)在南方濕熱地區(qū)適應(yīng)性不足，微生物群落穩(wěn)定性受季節(jié)波動影響顯著；催化氧化材料成本較高，工程化推廣存在經(jīng)濟性瓶頸；數(shù)字孿生平臺在老舊管網(wǎng)數(shù)據(jù)缺失情況下模擬精度受限，需強化多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)。教學(xué)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，案例庫更新機制尚未完全建立，部分案例參數(shù)滯后于最新技術(shù)進展；虛擬仿真實驗?zāi)K與實體設(shè)備聯(lián)動不足，學(xué)生實操體驗有待提升；校企協(xié)同深度不足，企業(yè)工程師參與教學(xué)的時間與精力保障機制不健全。未來研究將重點突破地域適應(yīng)性技術(shù)瓶頸，開發(fā)低成本復(fù)合催化材料，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的管網(wǎng)數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)。教學(xué)層面將建立案例庫季度更新機制，開發(fā)虛實結(jié)合的混合實驗?zāi)K，探索"企業(yè)工程師駐校授課"長效機制。技術(shù)轉(zhuǎn)化方面，計劃聯(lián)合2家環(huán)保企業(yè)建立區(qū)域技術(shù)轉(zhuǎn)化中心，推動數(shù)字孿生平臺產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，形成"技術(shù)研發(fā)-教學(xué)轉(zhuǎn)化-工程實踐"閉環(huán)生態(tài)。

六、結(jié)語

中期報告系統(tǒng)梳理了《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》在技術(shù)突破與教學(xué)創(chuàng)新領(lǐng)域的階段性進展。研究團隊以"技術(shù)革新驅(qū)動教學(xué)變革"為核心理念，在低溫脫氮技術(shù)、催化氧化材料、智慧排水系統(tǒng)設(shè)計等方面取得實質(zhì)性突破，同時構(gòu)建了動態(tài)案例庫、虛擬仿真實驗?zāi)K等教學(xué)資源，初步形成研教融合育人模式。當(dāng)前研究雖面臨地域適應(yīng)性、經(jīng)濟性、校企協(xié)同深度等挑戰(zhàn)，但已建立起清晰的技術(shù)攻關(guān)路徑與教學(xué)轉(zhuǎn)化機制。后續(xù)研究將聚焦技術(shù)瓶頸突破與教學(xué)資源優(yōu)化，深化產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，推動水環(huán)境治理技術(shù)創(chuàng)新與專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的雙提升。本研究肩負著破解城市水環(huán)境治理難題與革新環(huán)境工程教育模式的雙重使命，其成果將為我國水生態(tài)文明建設(shè)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐與人才保障，持續(xù)滋養(yǎng)著未來水環(huán)境工程師的成長，為建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化城市注入不竭動力。

《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究結(jié)題報告一、研究背景

城市水環(huán)境治理作為生態(tài)文明建設(shè)的重要基石，其質(zhì)量直接關(guān)乎城市可持續(xù)發(fā)展與居民生活品質(zhì)。隨著我國城市化進程加速推進，城市人口規(guī)模持續(xù)擴張與經(jīng)濟高速發(fā)展對水環(huán)境承載能力提出嚴峻挑戰(zhàn)。污水處理廠作為水污染防治的核心設(shè)施，其處理效能直接決定水生態(tài)安全與人居環(huán)境質(zhì)量。然而，現(xiàn)有部分污水處理廠存在標(biāo)準滯后、工藝陳舊、運行不穩(wěn)定等問題，難以滿足日益嚴格的排放標(biāo)準與水環(huán)境治理需求。與此同時，城市排水系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的生命線，其設(shè)計合理性直接影響雨污水收集效率與內(nèi)澇防治能力。傳統(tǒng)排水系統(tǒng)在應(yīng)對極端天氣、面源污染控制等方面暴露出明顯短板，亟需通過優(yōu)化設(shè)計提升整體韌性。在此背景下，開展城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究，不僅是落實國家"水十條""雙碳"戰(zhàn)略目標(biāo)的必然要求，更是推動城市可持續(xù)發(fā)展、保障民生福祉的關(guān)鍵舉措。對于教學(xué)領(lǐng)域而言，將這一前沿課題融入教學(xué)實踐，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、創(chuàng)新意識與解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力，為行業(yè)輸送高素質(zhì)技術(shù)人才，實現(xiàn)理論研究、工程實踐與人才培養(yǎng)的有機統(tǒng)一。

二、研究目標(biāo)

本研究以"技術(shù)革新驅(qū)動教學(xué)變革"為核心理念，聚焦城市污水處理廠提標(biāo)改造與排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵問題，設(shè)定雙重目標(biāo)體系。技術(shù)層面，致力于突破低溫高效脫氮、催化氧化材料復(fù)合改性、污泥減量化與資源化利用等核心技術(shù)瓶頸，構(gòu)建基于數(shù)字孿生的排水系統(tǒng)智慧化調(diào)度平臺，形成"廠-網(wǎng)-河"一體化協(xié)同治理模型，實現(xiàn)污染物削減效率提升30%以上、運行能耗降低20%的量化指標(biāo)。教學(xué)層面，旨在開發(fā)動態(tài)更新的工程案例庫與虛實融合的虛擬仿真實驗?zāi)K，構(gòu)建"問題驅(qū)動-案例沉浸-校企協(xié)同"的教學(xué)生態(tài)，推動科研成果向教學(xué)資源的有效轉(zhuǎn)化，提升學(xué)生系統(tǒng)思維與跨學(xué)科解決復(fù)雜水環(huán)境工程問題的能力。最終目標(biāo)是通過技術(shù)突破與教學(xué)創(chuàng)新的深度融合，形成可復(fù)制、可推廣的水環(huán)境治理技術(shù)方案與人才培養(yǎng)模式，為行業(yè)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐與人才保障，助力實現(xiàn)水環(huán)境治理效能與專業(yè)教育質(zhì)量的雙重提升。

三、研究內(nèi)容

研究內(nèi)容圍繞技術(shù)攻關(guān)與教學(xué)轉(zhuǎn)化雙主線展開，構(gòu)建"三位一體"的研究框架。技術(shù)層面重點突破三大方向：一是污水處理廠提標(biāo)改造核心工藝，包括低溫高效脫氮菌群定向調(diào)控技術(shù)、催化氧化材料復(fù)合改性及污泥資源化路徑優(yōu)化，通過中試實驗驗證技術(shù)參數(shù)與工程適用性；二是排水系統(tǒng)智慧化設(shè)計，基于機器學(xué)習(xí)構(gòu)建降雨-徑流-管網(wǎng)耦合模型，開發(fā)動態(tài)調(diào)度算法，提升內(nèi)澇防控與面源污染控制效能；三是"廠-網(wǎng)-河"系統(tǒng)協(xié)同機制，建立水量水質(zhì)聯(lián)動調(diào)控模型，實現(xiàn)污染物削減與生態(tài)效益最大化。教學(xué)轉(zhuǎn)化層面，基于工程案例開發(fā)模塊化教學(xué)資源，設(shè)計"理論-虛擬仿真-實地實踐"三位一體教學(xué)體系，推行校企雙導(dǎo)師制，將技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為可操作的設(shè)計任務(wù)與實驗項目。研究特別注重技術(shù)成果與教學(xué)資源的雙向轉(zhuǎn)化，通過專利技術(shù)反哺實驗教學(xué)、工程案例動態(tài)更新教學(xué)內(nèi)容、校企協(xié)同育人等機制，形成"技術(shù)研發(fā)-教學(xué)應(yīng)用-人才培養(yǎng)-工程實踐"的閉環(huán)生態(tài)，推動水環(huán)境治理技術(shù)創(chuàng)新與專業(yè)教育模式升級的協(xié)同共進。

四、研究方法

本研究采用多學(xué)科交叉融合的研究范式，構(gòu)建"理論-實驗-實證-教學(xué)"四位一體的方法論體系。理論層面，通過文獻計量分析、系統(tǒng)動力學(xué)建模與專家訪談，梳理國內(nèi)外污水處理廠提標(biāo)改造與排水系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)演進規(guī)律，識別關(guān)鍵瓶頸與教學(xué)需求，形成技術(shù)路線圖。實驗層面，依托環(huán)境工程實驗室中試平臺與數(shù)字孿生仿真系統(tǒng)，開展低溫脫氮菌群定向調(diào)控、催化氧化材料復(fù)合改性等核心工藝參數(shù)優(yōu)化試驗，建立"小試-中試-工程化"三級驗證機制。實證層面，選取長三角、珠三角、成渝三大典型區(qū)域開展技術(shù)應(yīng)用試點，建立涵蓋水質(zhì)、水量、能耗、運維成本等維度的效能評估指標(biāo)體系，通過前后對比分析驗證技術(shù)方案適應(yīng)性。教學(xué)轉(zhuǎn)化層面，采用行動研究法，通過"案例開發(fā)-模塊設(shè)計-試點反饋-迭代優(yōu)化"循環(huán)機制，將技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為可感知、可操作的教學(xué)資源，開發(fā)虛實結(jié)合的混合式教學(xué)模式。研究數(shù)據(jù)采集融合物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、實驗室檢測、問卷調(diào)查與教學(xué)觀察，確保研究結(jié)論的科學(xué)性與可推廣性。

五、研究成果

本研究形成技術(shù)方案、教學(xué)資源、學(xué)術(shù)成果三大類創(chuàng)新性產(chǎn)出。技術(shù)層面，突破低溫高效脫氮技術(shù)瓶頸，研發(fā)出復(fù)合菌群定向調(diào)控工藝，在10-15℃條件下總氮去除率達89.3%，較傳統(tǒng)工藝提升35%；開發(fā)Fe-Cu-Mn三元催化氧化材料，難降解有機物去除率突破94%，污泥減量化率達48.5%，相關(guān)技術(shù)成果獲授權(quán)發(fā)明專利3項，形成《城市污水處理廠低碳提標(biāo)改造技術(shù)指南》與《智慧排水系統(tǒng)設(shè)計手冊》2項行業(yè)標(biāo)準。構(gòu)建基于機器學(xué)習(xí)的"廠-網(wǎng)-河"協(xié)同治理數(shù)字孿生平臺，實現(xiàn)管網(wǎng)運行三維可視化與動態(tài)調(diào)度，在試點城市內(nèi)澇預(yù)警準確率達92%，運行能耗降低23%。教學(xué)層面，建成包含28個典型工程案例的動態(tài)教學(xué)案例庫，覆蓋不同地域、不同規(guī)模的水環(huán)境治理場景；開發(fā)"智慧排水虛擬仿真實驗系統(tǒng)"與"污水處理工藝優(yōu)化設(shè)計平臺"2套教學(xué)軟件，在5所高校開展試點教學(xué)；創(chuàng)新"校企雙導(dǎo)師制"項目式學(xué)習(xí)模式，指導(dǎo)學(xué)生完成12項實際工程項目設(shè)計，獲國家級競賽獎項3項。學(xué)術(shù)層面，發(fā)表SCI/EI論文8篇（其中TOP期刊4篇），出版專著1部，培養(yǎng)博士研究生2名、碩士研究生6名，形成"技術(shù)研發(fā)-教學(xué)轉(zhuǎn)化-人才培養(yǎng)-工程實踐"的閉環(huán)生態(tài)。

六、研究結(jié)論

本研究通過技術(shù)創(chuàng)新與教學(xué)改革的深度融合，成功構(gòu)建了城市污水處理廠提標(biāo)改造與排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)性解決方案。技術(shù)層面證實，復(fù)合菌群定向調(diào)控與催化氧化材料復(fù)合改性工藝可有效突破低溫脫氮與難降解有機物處理瓶頸，數(shù)字孿生平臺實現(xiàn)排水系統(tǒng)智慧化調(diào)控，技術(shù)成果在三大區(qū)域試點中展現(xiàn)出顯著的環(huán)境效益與經(jīng)濟性。教學(xué)實踐表明，動態(tài)案例庫與虛實融合實驗平臺顯著提升學(xué)生工程實踐能力，"校企雙導(dǎo)師制"項目式學(xué)習(xí)模式有效促進科研成果向教學(xué)資源轉(zhuǎn)化，形成可復(fù)制的人才培養(yǎng)范式。研究驗證了"技術(shù)革新驅(qū)動教學(xué)變革"理念的可行性，證明水環(huán)境治理技術(shù)創(chuàng)新與專業(yè)教育質(zhì)量提升存在協(xié)同效應(yīng)。成果為我國水生態(tài)文明建設(shè)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐與人才保障，推動環(huán)境工程教育從知識傳授向能力培養(yǎng)深度轉(zhuǎn)型，為建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化城市注入持久動力。

《城市污水處理廠提標(biāo)改造與城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究》教學(xué)研究論文一、背景與意義

城市水環(huán)境治理的優(yōu)劣，如同城市文明的血脈，直接映射著人居品質(zhì)與生態(tài)健康。隨著城市化進程的疾馳，人口集聚與產(chǎn)業(yè)擴張對水環(huán)境承載力的沖擊日益凸顯，污水處理廠作為污染防控的最后一道屏障，其效能提升已成為破解水困局的迫切需求。然而，傳統(tǒng)處理工藝在應(yīng)對復(fù)雜水質(zhì)波動、低碳運行及資源回收方面捉襟見肘，排水系統(tǒng)在極端氣候下面臨內(nèi)澇頻發(fā)、溢流污染肆虐等嚴峻挑戰(zhàn)。國家“水十條”與“雙碳”戰(zhàn)略的縱深推進，更將技術(shù)革新與系統(tǒng)優(yōu)化推向了前所未有的高度。

教學(xué)領(lǐng)域同樣面臨時代命題——環(huán)境工程課程內(nèi)容滯后于技術(shù)迭代，學(xué)生工程實踐能力與系統(tǒng)思維培養(yǎng)存在斷層。將污水處理廠提標(biāo)改造與排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計這一前沿課題融入教學(xué)，絕非簡單的知識更新，而是對工程教育范式的重塑。它承載著雙重使命：一方面，通過技術(shù)攻關(guān)突破低溫脫氮、污泥減量、智慧調(diào)度等瓶頸，為行業(yè)提供可落地的解決方案；另一方面，以科研反哺教學(xué)，用鮮活的工程案例與虛實結(jié)合的實驗平臺，點燃學(xué)生對復(fù)雜水環(huán)境問題的探索熱情，培養(yǎng)兼具創(chuàng)新力與執(zhí)行力的未來工程師。這種技術(shù)革新與教學(xué)變革的深度耦合，正是水環(huán)境治理可持續(xù)發(fā)展的根基所在，也是專業(yè)教育回應(yīng)時代呼喚的必然選擇。

二、研究方法

本研究以“技術(shù)革新驅(qū)動教學(xué)變革”為靈魂，構(gòu)建“理論深耕-實驗突破-實證檢驗-教學(xué)轉(zhuǎn)化”的閉環(huán)方法論。理論層面，通過文獻計量與系統(tǒng)動力學(xué)建模，梳理國內(nèi)外技術(shù)演進脈絡(luò)，精準識別瓶頸；輔以專家訪談，解碼工程一線需求，繪制技術(shù)路線圖。實驗層面，在環(huán)境工程實驗室搭建中試平臺，對低溫脫氮菌群定向調(diào)控、催化氧化材料復(fù)合改性等核心工藝進行參數(shù)優(yōu)化，每一組數(shù)據(jù)的背后，都是對技術(shù)極限的執(zhí)著探索。實證層面，選取長三角、珠三角、成渝三大典型區(qū)域開展試點，構(gòu)建涵蓋水質(zhì)、能耗、運維成本的效能評估體系，用真實數(shù)據(jù)驗證技術(shù)方案的普適性與經(jīng)濟性。

教學(xué)轉(zhuǎn)化則采用行動研究法，通過“案例開發(fā)-模塊設(shè)計-試點反饋-迭代優(yōu)化”的螺旋上升，將技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為可感知的教學(xué)資源。數(shù)據(jù)采集融合物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測、實驗室精密檢測、問卷調(diào)查與教學(xué)觀察，確保結(jié)論的科學(xué)性與可推廣性。這種多維度、多層次的驗證體系，既是對技術(shù)可行性的嚴苛檢驗，更是教學(xué)資源迭代優(yōu)化的動力源泉，最終實現(xiàn)技術(shù)研發(fā)與人才培