安全工程专业论文:安全工程专业力学课程开设探讨 1力学课程在建筑工程分支研究方向的作用 建筑工程分支(土木类本科专业)专业除了开设通识课与技术基础课(包括工程制图、工程力学,流体力学等)外,还开设建筑施工设计、结构设计原理、建筑结构设计等专业课程。这些专业课的学习和进一步研究总是以力学类课程为基础的,主要涉及工程力学、结构力学、土力学、流体力学等。如常见的建筑施工过程中的脚手架,其强度和刚度问题都与各部件的可靠安全工作紧密相关。结构设计、工程地质等专业课也都涉及构件的强度、刚度及稳定性问题,这些正是工程力学要研究的主要内容。 2力学课程在安全工程专业建筑工程分支开设探讨 在考虑安全工程专业建筑工程分支研究方向的力学类课程设置时要充分考虑其专业特征,同时要注意处理好安全学科与土建学科的关系。为深入贯彻落实应用型安全工程专业的发展思路,切实做好安全工程与土建类专业在人才培养上的交叉糅合工作,该研究者深入企业和相关高校开展了安全工程专业建筑安全方向人才需求和该领域应用型人才培养调研。从调研情况来看,随着安全事业的发展,建筑行业急需安全工程的专业人才。但在人才培养特别是本科层次人才培养上仍存在一定问题,主要包括: (1)由于安全工程专业人才的紧缺,建筑企业中安全员岗位目前往往不是安全工程专业毕业生担任,可能是建筑工程相关专业毕业生在取得安全行业资格证书后担任。这些安全员安全专业技能缺失,对建筑施工等工程的安全评估缺乏一定的系统性。 (2)从事建筑安全工作的安全工程专业学生,虽是安全工程专业毕业,但缺乏土建类相关专业知识。比如施工和结构设计方面知识的缺乏,对工地现场危险源的判断与工程安全评估处理就缺乏针对性和有效性。这就需要该类学生在从事该方面工作时必须补充施工和结构设计专业知识,但由于安全工程专业力学课程开设无论从学时还是深度上都少于土建类本科专业,导致在进行施工和结构方面知识补充时出现了极大的困难。此外,安全工程专业力学课程一般不开设结构力学,而结构力学是土建类专业必开课程之一,这也是结构类专业知识在补充学习时出现困难的一个重要原因。目前地方本科院校普遍存在理论课程学时压缩的情况,因此在安全工程专业人才培养方案中全面开设力学课程存在一定困难。综上所述,该研究者认为在安全工程建筑工程分支人才培养方案中,力学课程的开设应注意针对性,可采用模块化教学方式。具体而言,该方向力学可开成建筑力学(包括理论力学模块、材料力学模块和结构力学模块),学时在72~98之间。 3结语 随着建筑工程安全问题越来越严重,建筑安全方向的安全工程专业人才培养必将成为社会进一步发展的主题,作为培养建筑安全类专门人才的高等院校任重而道远。安全工程专业建筑工程分支应加强力学课程的开设力度,鉴于地方本科院校目前理论课程严重压缩的情况,可以对力学课程采用模块化教学方式,将传统的理论力学、材料力学和结构力学三大传统力学开设成建筑力学,分为理论力学模块、材料力学模块和结构力学模块三个模块,学时在72~98之间,同时优化力学课程知识点,使其更具针对性。 作者:郭远臣 牟奇建 单位:重庆三峡学院土木工程学院 安全工程专业论文:安全工程专业实践教学体系探讨 1.四元复合实践教学体系的构建 1.1四元复合实践教学体系的组成结构 常熟理工学院作为一所地方院校,安全工程专业从2011年开始招生,在专业创办之初就确定以学校已有的化学、材料类专业为依托,发挥自身优势打造具有化工行业背景的安全工程特色专业,但与老牌工科高校依托传统采矿、冶金等专业发展起来的安全工程专业相比有一定的差距,尤其在实践教学环节还比较薄弱。实践教学有多个环节,包括实验、实习、实训、设计、大学生课外创新活动等内容。本文在借鉴其他高校经验的基础上,提出具有化工行业特色的四元复合实践教学体系,四元复合实践教学体系由基础性实践、专业性实践、综合性实践和创新性实践四个层次的教学内容构成。 1.2基础性实践 基础性实践包括工学基础实验、实训和专业基础实验,工学基础实践内容是指培养学生工程素养的工学通识类实践课程,例如大学物理实验、热工学实验、电工实训、金工实训等。专业基础实践内容是指立足化工行业的基本要求的化工专业基础实验课程和立足安全工程学科基本要求的基础实验课程,包括基础化学实验、化工原理实验、燃烧与爆炸基础实验、安全人机实验等。基础性实践课程的作用是加深对基础理论知识的理解和掌握,为进一步学习专业知识和专业技能奠定基础。 1.3专业性实践 专业性实践是培养基本专业技能、拓宽专业视野、带领学生初步进入专业角色的实践性课程,包括专业基本技能实验、实训、实习。例如消防安全实验、安全监测与监测技术实验、应急救援实训、化工过程见习、专业认识实习、安全管理实习、生产实习等。 1.4综合性实践 综合性实践是培养学生综合利用所学知识解决实际问题的能力的实践课程,包括课程设计、综合实训和毕业论文或毕业设计。例如防火防爆课程设计课程是通过具体工程案例的分析和设计,使学生更好地熟悉和理解防火防爆安全技术的基本理论;化工安全课程设计是综合应用所学知识,完成以化工安全设计为主的一次工程设计实践,使学生掌握化工安全设计的基本程序和方法,并在分析和解决安全问题、查阅技术资料、选用评价方案、用简洁文字和图表表达设计结果等能力方面得到一次全面训练;安全工程仿真模拟是应用挪威船级社开发的SAFETI风险评价软件或其他安全评价软件对石油、化工等涉及危险化学品生产、储存的区域进行火灾、爆炸、泄漏等多种灾难事故的叠加风险分析与定量计算,是以虚拟仿真案例综合培养学生风险分析及风险管理能力,提高学生的岗位适应能力。毕业设计是本科教学的最后环节,也是最为重要的实践环节,由于安全工程专业是实践性很强的专业,所以毕业设计提倡真题真做,要求学生能在导师的指导下独立解决较为复杂的工程实际问题,所以选题应以实际安全设计或安全评价项目为主,需要学生对所掌握知识进行一定程度的扩展、加深并具有一定的创新。 1.5创新性实践 创新性实践主要是学生利用课余时间参与教师的科研项目,做教师的科研助手,或者学生自己组建科技兴趣小组,积极参与各级各类大学生课外学术科技作品竞赛和创业大赛,通过这些创新实践活动培养学生的科技创新能力,拓宽视野,了解专业的发展前沿问题,增强学习兴趣。 2.四元复合实践教学体系的实施保障措施 2.1师资队伍建设 师资队伍建设要引进和培养两手准备,由于近几年安全工程专业的快速发展,许多高校新建了安全工程专业,都迫切需要引进新教师补充师资队伍,而国内安全工程博士学位点较少,所以本专业科班毕业的博士生非常稀缺,新教师引进难度都比较大,因此一方面要积极争取引进具有安全工程专业背景的科班教师,另一方面也要鼓励相近专业的教师转型到本专业任教。对转型教师可以多举措提高其工程素养,一方面鼓励青年教师参与学校“双百工程”和江苏省“教授博士柔性进企业”活动,积极到相关企业甚至安监局等职能部门挂职锻炼,另一方面教师要积极参加安全生产审核、安全风险评价等相关培训,获取“注册安全工程师”“注册安全评价师”等资质并努力为企业服务来丰富工程经验。 2.2实验室建设 根据实践教学课程的需要,对专业实验室进行了科学规划,在学校的重点扶持下先后建设了安全人机实验室、防火防爆实验室、消防安全实验室、安全监测与检测实验室、工业安全实验室、应急救援实训准备室和安全仿真模拟实验室等七个实验室,在满足教学的同时也具备了较好的社会服务条件。 2.3实习基地建设 首先在校内依托已有的应用化学工程训练中心、材料工程训练中心进一步建设完善了安全工程相关实训项目;同时在校外建立了常熟市安全生产监督管理局、苏州市相城区安全生产监督管理局、常熟市永安安全技术咨询公司、常熟三爱富中昊新材料化工有限公司、江苏理文化工有限公司等十多家稳定的实习基地;满足了学生各类各层次的见习实习需要。 2.4实践课程建设 由于安全工程专业在国内还处于发展阶段,各个院校开设的安全工程专业由于行业属性不同,课程设置差异较大,所以缺少成熟的实验实训讲义,所以要鼓励专业任课教师要一边教学一边探索,及时修编整理实践课程讲义,形成一套能较好满足本校人才培养定位的特色讲义教材;另外在依托教师科研项目和社会服务项目的基础上,设计一系列能够提升学生研究、发现、解决问题能力的实验、实践项目,并制定出新的实验指导书与实践讲义。 3结语 安全学科是应用性较强的学科,所以实践教学是培养复合型安全人才的关键环节,实践教学过程中除了培养学生最基本的实践技能外,还要根据学生毕业后的岗位特点培养学生在实际工作中观察、综合分析、研究和解决问题的能力,以及创新精神和创新能力,同时还要培养学生具备一定的组织管理能力,较强的表达能力,人际交往能力及在团队中发挥作用的能力,所以,安全工程专业的实践教学体系一定要能满足以上多层次的训练需求。 作者:刘龙飞 邱竹 杨春海 李爱英 单位:常熟理工学院化学与材料工程学院 常熟理工学院教务处 安全工程专业论文:专业特色实验安全工程论文 一、安全工程专业课程及实验课程设置概况 1.专业课程设置概况 目前全国高校设置的安全工程专业方向覆盖了矿业、化工、核工业、交通、能源、土木、经济等各个领域,专业培养方向一般都与高校的行业背景紧密相关。经过多年的摸索和发展,当前一个相对成熟的安全工程专业课程体系在各高校之间被广泛采用,即把专业课程分为专业基础课和特色专业课。前者通常包括“工程力学”“流体力学”“工程热力学与传热学”“电子电工学”“可靠性工程”“燃烧爆炸学”“安全学原理”“安全系统工程”“安全管理学”“安全检测与监控技术”“安全人机工程学”“安全法规”等课程;后者一般以该校所依托的行业背景、学科优势和就业方向为依据,设置以应用为主的特色课程。如南华大学以核安全为特色开设了“核电安全工程”“核与辐射防护”“原子核物理”等课程;以建筑安全为特色开设了“建筑安全”“建筑消防技术”“基坑与土力学”“建筑材料”等课程;同时考虑学生就业,还开设了“起重机械安全”“压力容器安全”“电气安全”“职业卫生与安全”等课程。 2.实验课程设置概况 通过调研、文献查阅以及结合笔者所在学校的实际情况,发现目前安全工程本科专业实验课程主要由四种类型构成,即公共基础实验课(大学物理实验、大学化学实验)、专业基础实验课(工程力学实验、流体力学实验、工程热力学与传热学实验、电子电工实验)、专业通用实验课(安全监测与监控实验、安全人机实验、防火防爆实验、电气安全实验、机械安全实验)以及专业特色实验课(矿井通风实验、岩石力学实验、土力学实验、化工原理实验、化工工艺实验、人因失误实验、建筑消防实验、辐射剂量测量实验、交通事故调查与案例分析实验)。 二、专业特色实验课程教学中存在的问题 通过对国内部分高校的调查以及结合本校实际情况,发现安全工程专业实验教学中的公共基础实验课和专业基础实验课的教学都已形成规范化的体系,有系统性的教学方案、教材、考核体系等,但是专业特色实验教学普遍存在不足,主要体现在以下几个方面: 1.实验教材不规范 目前由于各个高校所依托的行业背景以及优势学科不同,还没有一本真正意义上的公开出版的且系统性较强的安全工程专业实验教材,各高校安全工程专业使用的实验教材大部分是由理论课教师自行编写,主要存在以下两个问题: (1)实验项目受限 安全工程专业一般牵涉到燃烧爆炸、有毒有害等方面的实验项目,这些实验项目的开设往往受制于实验室的场地条件,同时也具有较大的破坏性和危险性,从学生安全方面考虑,很多高校也都刻意避免开设以上实验项目。为满足必要的实验课时,多以模型参观和演示性实验代替。 (2)实验内容过于简单,缺乏探索性 实验项目大多是采用相关仪器直接进行系统中物理化学参数的检测,如可燃液体闪点燃点的测定、粉尘含量的测定等,综合性、探索性实验偏少,导致学生用理论知识解决实际问题的能力以及创新能力得不到有效锻炼。除此之外,验证性实验步骤的编写过于详细,类似于仪器设备使用说明书,学生可以按照实验教材上的步骤机械地完成实验。这种实验不能激发学生的创造性和探索性,抑制了其对实验课的兴趣,导致学生心理上抵触实验课。 2.实验教学开展效果不佳 (1)实验教学计划不科学 理论课教师根据自己的教学计划来安排本门课程的实验教学计划和实验内容,没有同其他专业教师从专业培养计划的层面上去共同商讨实验项目的设置问题,使得各个实验项目在实验内容上缺乏连续性和系统性。 (2)实验教学考核标准不合理 在安全工程专业的实验教学中,大部分高校都没有设置独立的实验课程,实验课都是与理论课共同组成一门专业课程的教学。例如:一门2个学分的专业课程总计32个课时,一般理论课占28个课时,而实验课只占4个课时,实验课没有独立的考核机制,其成绩以作业的形式作为专业课程的平时成绩折算计入总分,导致学生主观上不重视。教师对学生实验能力的考核,完全依据学生上交的实验报告。而实验报告的参考性比考试显然要低很多,学生相互之间存在抄报告的现象。 3.实验室建设管理不当 (1)实验室建设定位不清晰 很多高校对于实验室的建设没有合理的规划,实验室的建设不是一朝一夕的事情,特别是对于经费一般的非重点高校,实验设备的配置是一个“添砖加瓦”的过程。实验室建设若没有长远规划,没有统一的思路,势必造成采购实验设备时没有针对性,所购置的仪器设备不成体系。导致很多综合设计性实验没有办法开展,而只能做一些简单的验证性实验。 (2)实验室管理体制不合理,管理机制不健全 同时,很多实验室课程由理论课教师和实验室教师共同完成,两者之间的职责划分不明确,导致实验管理存在盲区。 (3)仪器设备管理不当 随着国家对高校资金投入的不断增加,高校的实验室建设经费也在逐年增加,很多高校只管购买仪器,而不管仪器的维护,对仪器设备也没有实行档案化管理,导致设备重复购置,保修期内的设备得不到及时有效的维修。同时大部分高校对大型仪器设备没有设置共享平台,导致其利用率较低,造成设备闲置浪费。 4.实验队伍结构配置不合理 很多高校对实验技术人员存在偏见,主观上认为专业教师比实验技术人员重要,造成实验技术人员在高校中的地位低,在实验室工作缺少荣誉感,这主要体现在晋升职称以及人才配置方面。在很多高校,实验技术人员允许晋升的最高职称是高级实验师,类似于副教授,同时在人员配置方面,往往将年龄较大、学历较低或者职称较低的人员安排在实验室,从而导致实验室师资队伍不稳定,实验技术人员的工作积极性降低,同时导致实验队伍整体素质偏低。 5.实验仪器设备不能满足教学要求 安全工程专业作为一门“年轻”学科,在很多高校得不到应有的重视,学科建设经费少,导致没有足够的资金购买实验仪器设备。一方面,安全工程作为一门工程应用性强的交叉学科,很多实验的开展需要比较先进的进口仪器,比如便携式α、β气溶胶监测仪,测氡仪等,这类仪器一般价格较高,若没有资金购买仪器则相应的实验课没有办法开展;另一方面,由于资金不足,很多实验仪器的台套数不够,因此实验时,分组数少,每一组学生的人数过多,而学生的实践能力和学习能力因个体而异,有些学生根本不动手实验,等到同组同学的实验做完以后,直接照抄实验结果,其实验能力没有得到任何提高,大大降低了实验教学效果。 三、专业特色实验课程教学的思考及建议 1.加强实验课题体系建设 实验项目是实验教学的载体,所开设的实验项目应由验证性实验、演示性实验以及综合设计性实验有机构成,其中以验证性实验和综合设计性实验为主,以演示性实验为辅。综合设计性实验是由学生自己动手完成的一种开放式教学实验,有利于培养学生的自学能力、创新能力、科学的创造性思维能力。考虑到目前国内高校安全工程专业实验课程体系的现状,综合设计性实验数的比重应适当提高。在开发设计实验项目时,可以由教研室牵头,集合各门理论课的师资力量,充分考虑相关专业课之间的联系,在整个专业的层面上进行宏观设计,尽量让实验题目能够涉及几门课程的知识,增强其综合性。 2.加强实验教学管理 无论是理论课程还是实验课程,要想提高教学质量,就必须制订科学合理的成绩评价体系。目前很多高校都把实验当做理论课的一部分,实验成绩类似于课堂作业成绩,直接作为理论课平时成绩的一部分计入理论课总分,且所占比例很少。这不仅降低了教师对实验教学的重视程度,也在很大程度上制约了学生对实验课的积极性。鉴于此,针对专业特色实验,各高校应该设置独立的实验课时和实验学分,结合自身的实际情况制定一套包括考勤、实验操作、实验报告、实验态度、实验创新等全方面考核的成绩考核体系。 3.加强实验队伍的建设 实验技术人员的配置,应该根据实验室的层次、实验教学工作量、实验室的规划发展进行统筹考虑,科学定编,采用公开招聘、平等竞争等措施,建设一支人员性别、年龄、学历、职称以及知识结构合理的实验队伍。此外,学校人事部门还必须根据实验室的发展制定实验技术人员的培训规划,建立健全内部自我提升与外出培训相结合的能力提高机制,实验技术人员的科研奖励制度和年度绩效考评标准以及职称晋升制度等队伍建设管理制度,最大程度地激发实验技术和管理人员的工作积极性。 4.加强实验室的硬件建设 实验室建设主要是硬件和软件两方面的建设。实验室的硬件建设就是资金投入问题,只有保证了足够的资金投入,才能保障实验项目所需的仪器设备。近年来,教育部通过“特色专业”“卓越计划”“综合试点改革”等项目向高校投入了大量的经费,各高校应根据本校实际情况,将国家下拨的专项经费科学合理地用于实验室建设;另外,高校应该采取“走出去,引进来”的措施,加强同企业的合作,利用企业资金充足、理论水平相对缺乏的特点,采取“企业出钱,高校出力”的方式,与企业共建实验室,以此提高实验室的硬件水平。部分高校已在这方面进行了实践,如重庆大学与美国利宝集团共建重庆大学利宝互助职业安全研究生中心,中国矿业大学与神华集团、中煤科工集团等单位共同建设实验室、研发及现场实践基地。 四、结论 实验课程与理论课程一样,是安全工程本科专业课程设置不可缺少的部分,实验教学是锻炼学生的实践能力和创新能力的重要环节。专业特色实验课程教学不能依附于理论课,而要设置独立的实验课时和实验学分,以此提高教师对于实验教学的责任心和学生对于实验教学的重视程度。专业特色实验课程的教学水平应着重从硬件(足够的资金投入)和软件(包括实验课程体系、实验队伍建设以及实验教学管理)两方面提高。 作者:谢超 叶勇军 王淑云 李向阳 蒋复量 单位:南华大学环境保护与安全工程学院 安全工程专业论文:安全工程专业人才培养改革研究 摘要:简述了毕业设计的重要性,针对安全工程专业化工方向毕业设计所反映出的专业基础薄弱问题,分析出其原因为,一培养方案中专业课程设置比例较低、二课程授课效果较差。并针对性提出安全工程专业人才培养改革方案,包括培养模式改革、教学模式改革、考试模式改革等,可以为从事安全工程专业人才培养的同行提供一些思路和参考。 关键词:毕业设计;人才培养模式;教学模式;培养方案 毕业设计是高等教育的重要组成部分,是大学阶段最后一个教学环节[1-2]。通过毕业设计能够培养学生综合运用所学理论基础、专业知识和技能分析并解决问题的能力,以及培养学生文献查阅与利用、沟通及总结能力,能够系统检验学生的综合能力。安全学科是综合学科,包括工学、理学、管理学、法学、医学和社会科学,安全工程专业是应用性和实践性较强的学科,毕业设计环节尤为重要。以工学-化工类安全评价毕业设计为例,除了培养学生的创新、实践、文献检索、数据调研、论文写作及严谨逻辑表达能力外,还可以使学生将所学化学理论知识运用于实际化工生产和工艺设计,从中发现问题并解决问题,对于学生毕业后走向化工类工作岗位起到良好铺垫作用。 1化工类安全评价毕业设计为例探讨安全工程专业人才培养问题 近年来毕业设计的教学质量受到了来自高校内部和社会的高度关注,提高毕业设计质量,进行毕业设计改革的呼声和方案较多。我校在这方面也开展了积极的探索,比如在毕业设计的选题上增设两类题目,一是以企业运行中发生的实际问题为题目,以校企联合的形式开展毕业设计教学工作,以达到检验学生利用知识、方法来解决实际问题的能力;二是以学校科研项目子课题为题目,以学生参加项目组工作的形式,开展毕业设计教学工作,可以检验学生创新能力;通过以上教学形式,亦可同步检验安全工程专业人才培养上的不足之处。目前来看改革效果较好,但也反映出一些现实问题,以安全评价化工类毕业设计方向为例,分析2013-2017年化工安全评价毕业设计情况,反映出学生应用能力较好,但专业基础欠缺。具体见化工方向安全评价毕业设计内容框架体系(详见图1),学生在定性、定量安全评价、对策措施部分完成较好,说明开设的安全系统工程、安全评价、课程设计、专业技能训练等教学环节能够为毕业设计顺利完成奠定必要基础;而系统情况简介和危险有害因素辨识部分,则普遍反映出学生对化学工艺流程、危险物质理化特性、化工设备情况及危险有害因素辨识依据掌握不足,这直接影响后面定性定量评价、对策措施完成质量,导致整体毕业设计完成欠佳。究其主要原因:一是化工类基础课程开设数量少。目前本校人才培养方案设置中,化工类方向只开设了一门化工安全工程,基础薄弱。该培养方案在专业基础课方面主要强调安全基础学科知识平台的构建,虽然符合大安全观的要求,但也导致学生专业基础薄弱。此外,近年来听课效率低,课堂授课质量不好也是导致专业基础薄弱的主要原因,在专业基础课程设置较少,课堂授课质量不好的情况下,学生专业基础能力可想而知。 2安全工程专业人才培养改革方案 针对化工类毕业设计反映出的学生专业基础能力薄弱问题,笔者建议从培养模式、教学模式及考试模式三个方面进行人才培养模式改革。 2.1培养模式改革 目前安全工程专业院校培养模式大体分为行业型培养模式和通用型培养模式[3-5]。为了增强学生的专业基础,建议进行强化行业特色的培养模式改革,将行业基础体现在培养方案的各个方面,从专业基础课、专业方向课一直到专业选修课均强调行业性;例如某高校安全工程专业强调化工行业特色。既在专业基础课方面开设普通化学,又在专业方向课程方面开设化工原理、有机化学、物理化学等,还在专业选修课程方面开设分析化学[3]、化工安全。该培养方案能很好地凸显行业特色。同时针对容易导致学生的安全基础学科知识面窄等问题[6],可在专业基础课方面同时强调安全基础学科知识平台的构建。改革后培养方案既可满足学生行业基础知识培养,又能符合大安全观的要求,达到行业专业基础能力强,学生就业适应面广,较快适应安全工作的目的[3]。 2.2教学模式改革 2.2.1传统教学模式改革为解决大学课堂听课率低问题[7],可依照培养方案课程设置,选用优质教材,思考教材符合哪些人用,达到什么样计划。提倡精英教育,学生适应课程;而非普及大众化教育,课程适应学生。考虑教材不仅是知识堆垒,还要考虑教与学,以前少数人上大学为了求知,现在人数众多上大学是为了工作。不要纠结学术、专业和应用职业,教育在教育过度和教育不足中徘徊,同一专业在不同学校定向不一样,同一门学科在不同学校定向不一样,人才培养需要个性化定制,重视技能和能力,在知识不再垄断时代,技能和能力仍需通过学校培训才能获得。理论知识和直觉知识,教学模式和学习模式看你更强调谁,目前这种传输性教学+教师权威性占大学主导的学习模式应该改变,联合国教改组织目前提倡:①参与式学习,学生积极学习者,而不是旁观者,目前好多学生都是旁观者;②个性化制定学习,人文主义教育核心,教材应体现个性化;③项目/问题导向化学习,项目问题和课程目标相关,引领精神、学习地点应灵活,不局限课堂;④兴趣引导式学习;⑤友爱式教学(最高端的),正确的师生关系。教授对学生的培养应从知识培养转向技能+能力的培养,因为只有技能和人民生活水平成正比,并非知识创造财富,知识应转化成技能才可以服务人民生活,培养后大学生具有以下能力:①批判性思维能力(审辩思维求真思维);②解决问题能力;③协作能力;④沟通领导能力;⑤创业创新能力(企业家精神,包括不依赖,惯性思考,敢于冒风险,创业心理,高阶思维能力);⑥高阶思维能力;⑦数字化公民;⑧多元文化。2.2.2新型教学模式引入大学课程教育多元化已成必然性,中国也将走入这一天,云课堂,无黑板教学,云终端、微课,慕课都终将走入大学课堂。以后的教学将实现教学综合平台,学术综合平台,学生自主式,探究性学习平台等多平台结合,实现高校之间的资源共享,可以使更多大学生享受其他高校的优秀教育资源,也可以避免个别优秀生学习能力强,全体学生授课情况下知识量吃不饱情况,满足他们学习主观性,成为精英教育途径。2.2.3《化工安全》教学模式改革例如《化工安全》教学模式改革,主张让学生积极参与,培养学生自主学习能力和应用能力。教学模式由传统的“以教材为中心”转变成“以问题为中心”;由“以教师为中心”转变成“教师讲授与学生自主学习相结合”的互动模式;由“以课堂为中心”转变成“课堂+课后+文献-论文提交-小组评审”五位一体的综合教学模式。同时进行案例研讨式、情景模拟式、网络在线式、微课式、翻转课堂式等教学模式改革,提高课堂听课率。 2.3考试模式改革 近段时间常有网络微博讨论大学课堂考试成绩该严该松问题[8-9],似乎厌学弃学大学生居多,考试成绩分数低劣,关于应该继续要求还是放水通过的言论此起彼伏。笔者认为导致考试成绩低劣的原因之一还有考试模式问题,目前很多课程都在临近考试前画复习题,考试内容多是记忆名词解释、简答题多半为记忆内容。既然高校教育中不再强调知识的死记硬背,而在于灵活应用,培养技能和能力,那么考试模式也应该进行改革。事实已经证明人的记忆能力远远不如计算机,可目前还有好多教师强调学生背诵定义,这种做法只会事与愿违,学生在手机上、电脑上轻松搜到名词解释,他为何要听课,在教学模式改革重在培养技能和能力的同时,考试模式也应进行改革,重在考核学生的技能和能力。考试内容不再局限名词解释,而重在分析试题,计算试题,应用试题上,甚至可以效仿国外论文考试办法,使学生课下完成考试,在完成论文、完成课题的时候督促学生查阅大量资料进行分析,由被动学习变成自主学习。考试内容由记忆类型向应用类型的转变,考试形式由课上考试向课下论文的转变可很好的配合教学模式改革,提高学生听课率,提高学习热情,促成学生由被动型学习向自主型学习转化。例如《化工安全》考试模式改革,考试为平时考试+期末考试+应用考试三部分之和。其中平时成绩包括考勤+课堂表现+日常测试;期末考试包括计算试题+应用试题;应用能力以近期发生事故(例2015.8.12天津港爆炸事故)的调研分析报告作为考试题目。平时+期末+应用三部分成绩总和作为最终考试成绩,避免“一试成败”现象,重在考核学生的应用能力和分析能力,与教学模式改革相互呼应。 3结语 安全科学与工程学科实践性和应用性较强,探讨安全工程专业人才培养模式,培养出满足社会需求的应用型人才是重中之重。本文结合安全工程专业毕业设计所反映出的问题,研究了安全工程专业人才培养方案专业课程设置中存在的共性问题,在调研及对一些高校常见的听课率低等问题分析基础上,初步提出了人才培养模式改革方案,在课程设置改革、教学模式改革(传统教学模式改革、新型教学模式引入)、考试模式改革等方面进行了初步探索和研究,希望可以为从事安全工程专业人才培养的同行提供一些思路和参考。 作者:魏春荣 孙建华 张迎新 张锦鹏 王亚军 单位:黑龙江科技大学安全工程学院 安全工程专业论文:民航安全工程专业毕业要求分析 引言 目前,工程教育专业认证是高等教育评估体系的重要组成部分,工程教育专业认证明确给出了参加认证的专业必须对毕业要求达成情况进行评价的要求。安全工程专业在中国正处于逐步发展的过程,但是该专业的教育方案尚未成熟,在毕业要求达成度评价方面也缺乏足够的量化证据的支撑。同时,民航安全工程专业同其他院校的安全工程专业存在着较大差异,中国民航大学作为中国民航首个安全工程本科专业所在院校,其在民航安全领域发挥着先锋作用。因此,本研究以中国民航大学安全工程专业为例,研究民航安全工程毕业要求的达成度评价,对提高民航安全工程专业人才培养质量具有积极的促进作用。 一、民航安全工程专业毕业要求达成度调查 依据民航安全工程专业思想道德素质、专业基础知识、国际视野、计算机能力、文献检索与信息获取能力、专业理论知识和技能、专业工作能力、综合分析和创新能力、组织管理能力、危机/突发事件应对能力等10条毕业要求设计此次调查问卷,考虑到民航安全工程的第一届毕业生毕业于2007年,此次调查选取2007年-2016年已毕业的学生,以及在校的大四学生为调查对象,用以调查毕业要求达成度,此次调查通过“问卷星”网站进行。 二、民航安全工程专业毕业要求达成度评价 毕业要求达成度评价是指由专业所有教师和管理人员通过使用一定的评价方法,评价自己负责的毕业要求达成情况,再经过对所有评价数据的分析、比较、综合,得出毕业要求达成情况,评价方式有直接评价与间接评价两种。本文选取间接评价的方法,通过256名已经毕业民航安全工程专业毕业生与108名在校大四学生的调查结果,了解其毕业要求达成度。民航安全工程专业自成立以来分别按2004、2008、2012版培养方案执行,因此将毕业生按照培养方案的不同划分为三组,通过数据处理,得到已毕业学生以及在校大四学生毕业要求达成度,对比结果见图1。由图1可以看出:毕业要求整体达成度存在不均衡性10项毕业要求中,平均达成度超过65%的有3项,平均达成度高于50%的有5项。平均达成度高于65%的要求分别是:思想道德素质,专业基础知识,以及专业理论、知识和技能3项要求;除上述3项,还有专业工作能力和组织管理能力的达成度均高于50%。(2)毕业要求主要在国际视野(25.27%)、综合分析和创新能力(35.71%)、危机与突发事件的能力(32.69%)等3个方面达成度较低(3)不同分组的学生对计算机能力、文献检索与信息获取能力、专业工作能力、综合分析和创新能力4项毕业要求的达成度评价存在明显差距(a)在计算机能力方面:在校大四学生的达成度(31.48%)明显低于已毕业学生(46.5%);(b)在文献检索与信息获取能力方面:16届毕业生(63.27%)与大四在校学生(59.26%)的达成度明显高于其他学生(38.6%);(c)在专业工作能力、综合分析和创新能力方面:07-11届毕业生的达成度(41.2%,29.4%)明显低于其他学生(55.3%,38.1%),16届毕业生的达成度(61.2%,46.9%)明显高于其他学生(49.8%,34.0%)。 三、结论 通过对民航安全工程专业毕业要求达成度的调查分析发现,其毕业要求整体达成度呈现不均衡现象,但主要在国际视野、综合分析和创新能力、危机与突发事件的能力等3个方面达成度较低,且不同分组的学生对计算机能力、文献检索与信息获取能力、专业工作能力、综合分析和创新能力4项毕业要求的达成度评价存在明显差异。 作者:陈芳 郭娜 单位:中国民航大学经济与管理学院 安全工程专业论文:安全工程专业流体力学课程教学探索 摘要为提高安全工程专业“流体力学”课程教学质量,提高学生综合能力的培养,提出了基于CDIO教育理念的流体力学课程教学改革模式,将CDIO理念融入课程教学内容体系优化设计、教学方法的转变及实验教学改革中。教学内容结合专业需求及与后续专业课程之间的关系进行优化设计,增强了与安全工程专业的契合度;以问题学习的形式开展课堂教学,注重各知识点的衔接及其在专业中的应用与拓展;实验教学中通过增加设计性、综合性、开放性实验提高学生的综合能力,使学生在现代工程活动中赖以生存和成长的团队精神、交流能力及系统掌控能力得到发展。 关键词CDIO;流体力学;能力培养;教学改革 1引言 “流体力学”作为理工科的一门专业基础课和必修课,它的重要性是众所周知的,作为力学分支,其在安全工程专业有着广泛的应用,与泄漏、火灾、爆炸、通风等有着密切的关系,是后续工业通风、消防工程等专业课程学习的重要基础。近年来流体力学学科发生深刻变化,对流体运动认识加深,测量手段更为先进,对流体运动分析和处理的能力空前强大,与工程应用结合更加紧密。然而“流体力学”这门课程概念抽象、数学公式多,在以往课程教学过程中更多重视理论知识的传授,人才培养过程中存在着过分偏重理论知识学习,缺乏对学生工程能力的培养等不足之处。因此,本文借鉴国际流行的CDIO工程教育理念,拟对安全工程专业“流体力学”课程进行教学改革,使理论知识服务于后续的安全知识学习及工作实际,将知识教育和能力培养有机地结合起来,增强学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,使学生专业理论知识的学习真正地更好地融入之后的安全工作中。 2CDIO工程教育理念 CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Imple-ment)和运行(Operate)的简称。“C”构思指系统性的构想、思考,明确产业需求。“D”设计是把将要被实现的计划通过视觉的形式描述出来的活动过程;“I”实施是执行、施行实际的行为,指把设计转变为产品的过程;“O”运行是指产品实现之后(即实施之后)使用其来达到想要的价值的过程。从构思、设计、实施到运行的全过程就是产品的整个生命周期,用它来代表工程的范畴[1]。CDIO教育模式提倡培养具有较高专业理论水平和符合产业需求的综合性应用能力并重的高等工程教育专业学生,这种模式在安全工程专业领域具有一定的借鉴意义[2]。CDIO强调在系统和产品构思、设计、实施、运行的真实工程实践环境中培养学生的工程能力,通过引导学生以主动的、实践的、知识之间有机联系的方式培养学生的工程能力,使学生在创新思维能力、终生学习能力、团队合作能力和工程实践能力等方面得到全面的训练和提高。 3基于CDIO理念的流体力学课程实施 3.1优化教学内容 在教学时,教材的选取是非常重要的,首先要选择一本好的教材,然后围绕教材的内容,进行全方位的内容设计。湖南工学院安全工程专业选用的教材为蔡增基、龙天渝主编的《流体力学泵与风机》,该教材详细介绍了流体力学及泵与风机的基础知识,并配有丰富的习题供学生课后练习巩固,另围绕教学大纲,每章设置了思考题。但教材内容多是从供热通风空调类专业角度出发,内容较多。按照安全专业职业能力与素质需求为导向,结合我校安全工程专业对该课程课时安排较少,学生文科生多,理科基础薄弱的特点、安全工程专业需求及其与后续专业课程之间的关系,课程教学内容分为四部分:(1)流体静力学。掌握流体平衡的规律,对其中与安全工程关系不大的小节进行删除。(2)流体动力学。研究流体在运动状态时,作用于流体上的力与运动要素之间的关系,以及流体的运动特征与能量转换等。(3)有关流体静力学和流体动力学在生产和生活中的应用,如孔口与管嘴恒定流、管道恒定流等。注重与工业通风、消防、安全工程中常见的泄漏等问题相结合。(4)泵与风机工作原理及运行知识,重点掌握如何选择泵与风机。由于课时有限,其他知识可通过学生自主学习来完成。内容设置注重培养学生的创新能力、学习能力和分析解决问题的能力,不因课时少而删除其物理背景、力学建模和求解过程等方面的学习,只讲授结果、计算公式、图表等这种短视的做法培养出来的学生只是现成公式的计算机器,面对新的问题将束手无策,学生没有创新能力,没有利用所学知识解决实际问题的能力。只有掌握正确的基本概念和流体运动一般规律,才能认识特殊规律,才能有分析实际问题的能力,才能正确应用和处理流体力学商业软件。 3.2转变教学方法 在课堂教学中注重学生综合思维、系统思维和工程能力的培养。结合传统的教学方法,采用以问题学习的形式,要求学生基于问题学习。(1)首先要讲授该门课程的性质及作用,让学生掌握该课程在整个专业培养中的作用以及工程实践中的具体应用价值,以及该课程与其他课程之间的关系,从而在学生的整体知识架构中建立起清晰的课程逻辑联系[3],培养学生的系统思维能力。(2)各知识点的教学过程采用启发式教学法,先由老师设置问题,让学生带着问题进行学习;学完之后让学生思考学了什么,有什么用;除了基本的教学过程外,在课程中设置一些小专题讨论,培养学生分析问题、解决问题的能力。(3)传统的教学模式由于缺乏对知识的应用,学生通常将通过考试作为学习目标而专注于记忆考试内容。因此在教学中注重相应知识点的讲解的同时,注重对各知识点的应用和拓展,各知识点多方面地与安全工程专业相结合(如在讲述孔口管嘴出留时与危险化学品物质泄漏进而导致火灾、爆炸、中毒事故相结合;讲述流动阻力时与工业通风管道设计、消防水管道设计相结合),强调其对专业的支撑作用,要求理论知识必须服务于安全工作实际,将知识教育和工程能力培养有机地结合起来。 3.3实验教学改革 实验环节是CDIO模式下教学环节的非常重要的组成部分,学生工程能力的培养和综合应用能力的提高,有赖于此环节[4]。实验教学方面通过建设流体力学实验室,将实践教学贯穿于学生的整个学习过程,实现对学生的动手实践能力、技术应用能力、研究创新能力的培养。实验模块分为基础验证类实验模块、综合性实验模块和开放性实验模块。基础验证类实验主要包括雷诺实验、能量守恒验证实验、沿程阻力实验、局部阻力实验、文丘里管实验、流量计实验、离心泵实验等[5]。这些实验过程简单,能帮助学生更好地理解流体力学的基本原理和定律,但缺乏创造性,没有与安全工程专业实际相结合。综合性实验如与工业通风课程相结合,设计一个通风除尘管道模型,学生通过流体力学知识制定实验方案,使用仪器测量风速、压强等相关参数计算通风阻力。让学生把流体力学知识更好地与安全工程专业相结合,解决专业实际问题。综合类型的实验相对较复杂,采用团队协作的方式,通过互相交流讨论解决实验过程中遇到的问题,发散思维,实验结束后进行汇报,培养学生的团队协作能力和沟通能力。开放性实验模块通过建设开放性实验室,为学生参加各类学科竞赛、科技创新活动、自主实验、参与大学生研究性与创新性实验项目、参与教师科研项目提供实践平台。如学生可进行计算机虚拟流体力学实验、利用flunet软件模拟火灾发生时烟气流动过程。开放性实验可锻炼学生创新能力。 4结论 1)安全工程专业“流体力学”课程作为一门学科基础课,其教学改革应以专业能力需求为导向、学生能力培养为目标,引入CDIO理念进行教学改革,可提高学生创新思维能力、系统思维能力、和工程能力的培养,提高学生的工程意识及大工程观。2)基于CDIO理念的“流体力学”课程教学改革应注重学生主体作用的发挥,以学生为主体、教师为主导,采用问题学习的形式进行教学,培养学生用基础理论分析、解决实际问题的能力。3)在“流体力学”课程教学改革中,应注重实验教学环节,实验教学除了基本的基础验证类实验外,组织学生做一些综合性、设计性、开放性实验,教学中注重学生团队协作能力,人际交往能力和创新能力的培养。 作者:易玉枚 王秋衡 黄俊歆 黄宏格 单位:湖南工学院 安全工程专业论文:安全工程专业教学问题及建议 摘要:近年来随着我国国民经济的发展,我国安全生产事故频发,安全生产形势越来越严峻,安全工程技术人才也越来越受到企业的重视。本文介绍了安全工程专业的特点,指出了安全工程专业教学中存在的问题,并提出了相应的对策,以供大家交流学习。 关键词:安全工程;高校;教学 改革开放以来,我国国民经济在得到快速发展的同时,我国的安全生产事故也在频繁发生,安全生产形势不容乐观,在国家的重视和关注下,使得社会对于安全人才的需求大幅增加[1]。2002年11月1日《中华人民共和国安全生产法》开始实施,人们开始逐渐认识安全工程专业,安全工程专业逐渐被社会广泛认可[2]。近年来随着社会对安全人才的需要的大幅增加,国家也越来越重视安全学科的发展。2011年3月8日国务院学位委员会和教育部联合《学位授予和人才培养学科目录》,使得安全学科正式成为一级学科,成为工学门类中38个一级学科之一[3,4]。在高校开展安全工程专业高等教育是我国培养安全工程专业高级人才的重要途径,截止2011年,我国已经有110多所高校开办安全工程本科专业。到2014年,全国开设安全工程专业本科层次院校(包含独立院校)已达154所。随着社会对安全工程人才的大量需求,安全工程高等教育的发展越来越受到重视,越来越多的高校开设了安全工程专业,取得了不少的成绩,积累了不少经验,然而在安全工程专业建设中仍然存在许多的问题。 1安全工程专业的特点 安全工程是一门新兴的综合交叉学科,涉及理、工、管、文、法、医等多种学科,涉及覆盖面宽,实践性强,并具有“复合型”的特点,因此要求安全工程专业的学生既要懂专业,还要拓宽知识面,融合多学科、避免知识结构的片面化和单一化;既要懂技术,又要懂管理。近年来,在国家的重视下,出台了《安全生产法》,明确要求相关生产企业必须有安全工程专业管理人才。由于安全专业管理人才的大量需要,使得安全工程专业得到了较快的发展。 2安全工程专业教学中存在的问题 (1)安全工程专业教材缺乏规划。我国目前市场上安全工程专业教材种类有很多,但是由于安全工程专业教材建设存在缺乏系统规划问题,很多教材之间存在内容存在重复,明显的转抄现象,有些基本概念在定义和理解上也存在混乱现象。因此,需要以学科体系构建为指导,合理规划教材建设。(2)实习基地不稳定。为保证教学效果,学校学校一般要安排认识实习、生产实习和毕业实习等实践教学环节,然而在实际教学过程中,实习效果并不如人意。这主要是因为实习基地不稳定,不联系,涉及的范围比较窄,实习的类型比较单一,学生实践活动不够全面系统,且实习时间不能保障。随着近几年高校的扩招,学生的数量明显增多,能够接受实习生的单位的数量已经无法满足学生的需求,多数学校的实习基地都是靠专业的老师的私人关系联系取得,实习基地缺乏稳定性与连续性,学生的实习时间也就无法满足了。(3)教师队伍薄弱。由于我国安全工程专业发展比较晚,造成我国在这一领域的教师也较少,一线教师就更少。很多高校安全工程专业教师队伍结构不合理,专业背景不均衡,年轻教师偏多,很多教师都是学校接到学校,理论功底扎实而实践能力不足,因此使得教学效果不是很理想。 3提高安全工程专业教学质量的对策 (1)加强教材建设。安全工程专业教材的质量是教学质量的关键,体现的是高等教育和科学研究的发展水平。因此,必须加强安全工程专业教材建设。安全工程专业的教材应集中全国高水平的教师参与编写,对教材内容进行完善和优化,出版高质量的统一教材。为了使学生能学到本专业最新的知识和技术,在教材的建设过程中应该将安全工程领域的新知识、新技术、优秀成果融入教材中。另外,为提高教学效果,各高校在选用专业教材时,尽量应选用高质量教材,如省部级以上优秀教材、“面向2l世纪课程教材”等。(2)加强实习基地建设。目前大部分高校的安全工程专业实习基地由于各种原因,已经远远不能满足安全工程专业学生教学实践要求。因此,高校要高度重视校内外实习、实验、实训基地建设,加大对实习基地的建设力度,增加经费投入,拓宽实习基地领域,为学生综合实践能力的培养搭建良好平台。要通过各种渠道积极拓展建立稳定的实习基地,建立多类型的实习基地,涵盖安全工程专业所涉及的主要学科,同时要保障实习基地的稳定性与连续性。各高校只有建立与学生数量规模相当的多类型的实习基地,才能使学生接触到安全工程不同的领域,才能提高学生的实践能力。(3)加强师资队伍建设。安全工程专业师资队伍建设是高校学科建设的根本保证,也是安全工程人才培养的前提和保证,也是实践教学能否切实取得成效的关键。因此,各高校一方面要大力实施人才强校战略,加强师资队伍建设,吸引优秀人才来学校教书。另外,要鼓励青年教师上进深造,应要求他们多到企业挂职锻炼,了解安全生产的发展动态和前沿技术,积累实践工作经验。 4结语 进入21世纪,随着我国经济的迅猛发展,我国已进入全面建设小康社会的发展时期,快速发展的经济使得社会对安全工程人才的需求不断增加。目前我国安全生产事故仍频发,安全生产形势严峻,安全工程人才需求旺盛,同时也对安全工程类人才的综合素质提出了更高的要求。因此,开设安全工程专业的各高校应高度重视安全工程专业人才的培养,适当增加学科建设资金投入,加强特色教材建设,改善教学设备,建立稳定的实习基地,加大对教师人才队伍的培养,培养符合安全生产需求的人才,增强安全工程专业毕业生的工作竞争力。另外,各高校应依托行业背景,结合地方经济社会发展对人才培养的要求,立足当地,突出自己的专业特色,培养出满足地方需要的安全工程专业人才,只有这样安全工程专业才能得到较快较好的发展。 作者:封华刚 单位:六盘水师范学院 矿业工程系 安全工程专业论文:安全工程专业本科毕业设计教学改革 1毕业设计存在的问题 1.1毕业设计选题不合理 通过对我国部分高校安全工程专业本科教学的调研与考察,安全工程专业本科毕业设计题目一般按照以下三个方面进行选取,即根据学生专业方向及知识体系、结合指导教师科研项目及结合学生就业单位。目前,我校毕业设计选题实施与学生毕业实习相结合的方式,指导教师结合学生实习单位具体情况拟定设计题目,由学生自由选择,坚持做到一人一题。但是,通常毕业实习单位一般是由院系联系指定的为数不多的几家企业,导致学生毕业设计选题缺乏多样性。如我校安全工程2015届毕业生中,矿山方向实习地点均为唐家山煤矿,造成该方向的21名学生的毕业设计题目大多是该矿的通风系统设计,所不同的只是专题设计部分。而且,由于历年实习单位固定,往往会造成毕业设计题目陈旧,学生抄袭现象严重等问题。同时,部分学生的毕业设计题目因与就业方向不吻合,学生的积极性不高,抱着完成任务的态度,影响毕业设计的总体质量。 1.2学生投入精力不足,重视程度不够 我校安全工程专业毕业设计通常安排在大四第二学期进行,该段时间正是学生就业、公务员考试及考研复试的关键时期。由于近几年就业形势不容乐观,毕业生面临就业和择业的压力,使其无法全身心投入毕业设计的撰写中,而把主要精力和时间放在寻找就业单位、准备公务员考试或研究生复试。部分学生对毕业设计的认识不够清晰,重视程度不够,抱着完成任务的态度,对指导教师布置的设计进度安排不以为然。部分学生仅用一个月的时间东拼西凑,或复制其他同学的设计,甚至从网上抄袭别人的论文滥竽充数。同时,由于态度不够端正,部分学生的毕业设计格式、计算过程及CAD绘图不符合规范要求。从以上的分析来看,由于学生投入精力不足和重视程度不够,难以使毕业设计真正达到提高学生设计能力、CAD绘图技能及综合素质的效果。 1.3指导教师投入精力不够 毕业设计是一个综合性实践教学环节,要求指导教师对所指导的学生进行全过程的指导与监督。由于毕业设计的时间过于集中,而指导教师大多承担有部分科研项目,有时需要出差,与学生的联系交流较少,不能很好地指导学生开展毕业设计,影响毕业设计的质量。另外,我校安全工程专业延续原来的矿山特色,指导教师中70%以上主要从事煤矿安全相关的研究,不具备系统的建筑、消防及化工行业安全相关理论知识和工程实践经验,以至于指导该领域的毕业设计质量不够理想。另外,我校安全工程专业青年教师比重较高,他们当中的大多数由博士研究生毕业直接任教,缺乏工程实践经验,对生产现场及规范规程认识不够清晰,不能很好地对学生实行有效的毕业设计指导。 2毕业设计教学改革 为了满足专业发展与服务社会的需要,我校安全工程专业在原煤矿安全基础上进行了拓展,目前共设置了煤矿安全技术及管理、工业技术安全及管理两个专业方向。根据毕业生就业服务行业,我校本科毕业设计共分为三个小组,即矿山组、建筑组与化工组,学生可以根据就业方向或兴趣自由选择。近些年,我校安全工程专业毕业设计已开展了系列改革,如毕业实习与毕业设计根据学生选题方向进行分组,并使毕业实习与毕业设计紧密结合;在成绩核定上采取毕业指导老师打分(30%)、评阅人评分(30%)与答辩成绩(40%)相结合的多环节质量评价体系;毕业设计答辩分组采取导师回避制度,使答辩成绩真正实现公平公正。通过调研与比较,发现我校安全专业在毕业设计环节的管理与考核工作制度方面相对比较完善,上述这些举措也已取得了一定成效,但仍存在上述所列举的诸如毕业设计选题不合理、学生不重视、指导教师投入精力太少等问题。因此,有必要对毕业设计进行教学改革,笔者根据近几年指导毕业设计的经历与亲身感悟,结合我校安全工程特色与条件,对毕业设计改革进行了初步探索。 2.1因材施教与科学选题 为了提高学生参与毕业设计的积极性和热情,可依据学生的职业规划和发展方向,合理拟定毕业设计题目,使其通过完成毕业设计能够为将来的工作或学习打下良好基础。对于已考上研究生的学生或者理论成绩突出的学生,主要可根据指导教师的科研项目进行选题,以培养学生的科研能力和素质,为研究生阶段的学习作铺垫。如笔者指导的2014届本科毕业生中,有1人考上安徽理工大学研究生,计划从事矿井粉尘防治方面的研究工作。经指导教师与学生共同讨论,确定其毕业设计题目为“煤矿井下高压喷雾降尘的实验研究”。目前,通过近几年的尝试已证明该模式可以增强读研学生在研究生期间的竞争力,很多高校如中国矿业大学、西安科技大学、安徽理工大学等均反映我校毕业生的科研能力较为突出。对于确定参加工作的学生,一般要求学生到工作单位实习一个月并选择相关的毕业设计题目,充分调动学生的积极性和创造性。因此,通过因材施教与科学选题,使得毕业设计的内容形式多样化,并且与学生的职业规划和发展方向紧密结合,理论联系实际,让学生毕业后尽快适应新环境。②③ 2.2强化过程管理 毕业设计是一个长时间、多环节的实践教学过程,为确保本科毕业设计的完成质量,强化过程管理是非常有必要的。目前,我校实行以指导教师为主体,实现对学生毕业设计质量管理与过程监督,院系最终通常只以答辩成绩作为考核指标,而缺乏过程的管理与监督。指导教师首先按照各位学生的设计具体情况,制定详尽的毕业设计计划,并组织落实计划实施。院系应该加强对毕业设计开题与中期检查工作的监督与指导,并将完成情况归档作为学生毕业设计成绩考核指标。学生应在选定题目之后的四周内完成开题报告,安全工程系应该组织指导教师进行开题答辩工作,了解学生选题情况,并对研究思路、方案给予指导。指导教师对学生的出勤、进度及设计质量进行实时监控,并要求学生每周进行一次汇报,指导教师对设计中存在的问题及时进行指导与纠正。第八学期10~11周期间,安全工程系组织毕业设计的中期检查工作,检查的项目包括学生考勤记录本、指导教师工作记录本、毕业设计原始资料、已完成设计部分、下一步研究工作计划等。④⑤ 2.3实行“导师制”和导师组相结合,延长毕业设计时间 按照培养计划和教学大纲要求,我校毕业设计安排在大四第二学期,正值学生就业、公务员考试及考研复试的时期,学生真正投入毕业设计的时间相对较少,影响毕业设计的完成质量。为保证毕业设计的有效时间,建议将毕业设计提前至第七学期,并实行“导师负责制”。在本科学习的第七学期一般设置有专业方向的主体课程,此时让学生提早接触指导教师并选定设计题目,有利于学生开展有针对性的专业课程学习。按照时间工作表安排,学生要在第七学期内完成文献检索、选题及开题报告等工作。指导教师应提醒学生按照毕业设计时间安排进行自查,并督促学生按时、按量的完成相应内容。在第七学期开展文献检索、选题与开题报告的工作,有助于学生充分收集资料,为第八学期开展毕业实习与设计方案的实施做准备。通过延长毕业设计时间,缓解了学生就业、考研与毕业设计之间的矛盾和冲突,同时也为学生完成高水平的毕业设计提供时间保障。同时,在毕业设计的过程中推行导师责任制和导师组相结合的办法,由2名青年教师协同资深教师组成导师组,共同指导本组毕业设计,并以责任导师为中心。该方案既增加了青年教师与资深教师的学习交流机会,同时让本组学生能够可以接受几名教师的指导,有利于青年教师教学能力的培养与本科毕业设计质量的提高。⑥ 3结语 毕业设计是一种集学习、实践、探索及创新为一体的综合性教学环节,也是一次对本科教育的综合性考核。本文结合笔者所在高校安全工程专业存在毕业设计选题不合理、学生不够重视及指导教师投入精力不够等问题,从选题、过程管理及指导方式等方面提出了本科毕业设计改革的思路和方法,使得毕业实践教学环节在人才培养中发挥更大的作用,为高校安全工程专业做好本科毕业设计工作提供借鉴。 作者:王鹏飞 单位:湖南科技大学能源与安全工程学院 安全工程专业论文:安全工程专业英语的教学实践 1.引言 本科专业英语的教学目的是提高学生用英语进行专业信息交流能力和翻译能力,所以专业英语教学日益受到人们的关注和重视,但专业英语课程教什么、如何教、学生如何学一直是专业英语教学中存在的难点,也是学者们研究的热点课题[1]。湖南科技大学能源与安全工程学院安全工程专业每届有近百名本科学生,绝大部分同学经过本科的基础英语学习都具有一定的基础,大部分同学都通过了英语四六级考试,已具有较强的阅读能力、初步的口语表达能力以及一定的翻译写作能力,而也有部分同学因入学时的英语基础较差、学习兴趣不足等原因导致英语水平低,因此英语水平参差不齐问题更加突出,如何处理好上述问题并取到较好的教学效果显得尤为迫切。对此,我们进行了多方探讨,结合安全工程专业英语教学的经验、英语水平和专业英语实际需求,对安全工程专业英语进行了教学改革探讨和实践。 2.专业英语学习的作用和目的 在一个知识经济、信息等多元文化交流与融合的时代,信息已经成为知识创新的关键因素,信息素质的高低直接影响着知识信息的掌握和竞争信息的获取能力[2]。在目前国际一体化的国际化大环境下,用英语进行国际化交流也在与国际接轨过程中所需要的重要技能。目前我校进行了部分课程的双语教学,已经开始教学国际化。本科专业英语学习是为了巩固基础英语阶段获得的知识和掌握学生专业英语能力,这里的英语能力包括语言交流能力和文字交流能力。 3.我院安全工程专业英语的教学现状 专业英语作为大学学习阶段的重要课之一[3],我校对基础英语、专业英语的教学予以高度的重视,但从目前来看,专业英语教学效果并不理想,为取得良好的教学效果,经分析,专业英语教学存在以下问题:①教学内容系统性不强,重点不突出。大部分同学认为,教学内容及其安排不能满足专业学习的需要,重在专业词汇及翻译的讲授,而忽视了一些普遍常识的引导。②教学方法陈旧,主要采取阅读与翻译结合的教学方法,教师是课堂的中心,课堂教学以翻译、阅读为主,听说为辅。这种教学方法互动性不强,学生只是被动接受,导致学生积极性不高。③专业基础较差、英语水平参差不齐,多数学生在学习专业英语前对安全工程专业的国内外发展情况了解甚少。④学习积极性差,对安全工程专业英语学习的重要性认识不够;部分学生认为:将来在国内工作,也不考研,即使在工作中需要用到科技论文和文献只要看国内的就足够了;还有一部分学生认为:专业英语的学习主要是为了完成培养计划,修满学分;但大部分同学意识到专业英语学习的重要性,目的性很强,他们认为专业外语学习的主要目的是:通过文献检索与阅读原文以了解把握国际上的相关研究动态,能够进行专业写作,为将来的研究生入学考试、研究生学习和科研工作奠定良好基础。 4.安全工程专业英语的特点 安全工程专业英语作为一门比较独特的课程,既不同于安全工程专业课,也不同于大学基础英语,它有自己的特点,可以概括为以下三方面:①有大量的专业词汇,且组合词和缩略词较多。一部分是通用英语中常见的普通词汇。一部分是具有专业含义的词,这些词汇仅出现于专业文章中,但其所占比例较小。②句子结构复杂,长句较多。由于专业英语用来传递客观事实,拒绝主观性和臆断性,消除歧义;在表达上要求准确、客观、结构严谨、逻辑清晰;因此大量使用含有很多限定和修饰成分的复杂长句及非谓语动词。③安全工程专业英语把英语和专业知识结合起来,具有用词准确、语气正式、专业术语性强的文体风格。这就对专业英语的学习提出了更高的要求,不仅要求学习者要有扎实的语言功底,还要具备坚实的专业知识背景。 5.安全工程专业英语的教学实践 基于以上分析,结合我校安全工程专业培养目标及专业英语的特点,进行了一系列的教学实践。 (1)教学目标和教学宗旨。通过对调查结果及访谈结果的分析,进一步明确了安全工程专业英语的教学目标是:通过学习,使学生能够比较熟练地阅读外文专业文献,并能进行专业交流。在教学过程中注重提高学生的综合能力。基于此,提出了“以本专业为基础,以英语为工具,使学生能够准确获取本专业乃至本学科领域的科学知识,并进行专业交流”的教学宗旨。 (2)教学内容。根据教学目标和宗旨,在教学内容上,注意与科技文献检索技术的交叉[4],培养学生的专业交流能力与信息素质;因为安全工程的专业方向较宽,所以教学内容应分为矿业方向和工业方向进行,把教学的重点主要放在外文文献的检索及翻译工具的运用、英语论文的阅读、专业知识的交流能力培养三个方面。 (3)教学资料。由于学生的英语水平参差不齐,有些同学根本没有接触过本专业的专业词汇,词汇量不够,据此选用《矿山通风与安全专业英语》和《安全工程专业英语》(工业方向)作为教材,要求学生必须掌握常用的专业词汇。此外,为更好地满足学生的需要,本课程所使用的材料主要选自于国外的外文期刊、科技报告、使用手册、相关的网站、网页等。同时,一些国际会议的现场视频及英语科普讲座也融入了教学过程中。 (4)教学方法。在教学过程中,采用传统教学手段与多媒体技术相结合的方式,强调充分发挥学生的自主性,改变传统以教师为中心、单纯的阅读理解和翻译材料的模式,确立学生在教学过程中的主体地位,进一步发展他们独立思考的能力;同时,在语言交流和文字交流中,尽量使用国际英语的通用说法和用法,避兔出现误解。 (5)教学组织。为了减轻教学压力和发挥学生的积极性和主动性,同时促进团队意识,采用集中教学、分组讨论的模式,并注重授课内容与学生专业方向相结合。根据培养方案,专业外语有32个课时;我们结合实际情况,根据可行性原则,整个课程分8次完成,每次4个课时,每次上课分为专题讲座和交流活动两个部分,其中交流环节至少占用1个课时,结合学生的专业兴趣,设计若干个讨论话题。根据学生的兴趣进行分组,课前布置交流话题,以组为单位进行准备,课堂上进行充分探讨,要求每个学生必须英语提问和回答问题,并根据讨论结果形成书面材料。 (6)课程考核。本课程以考查为主,考查环节采用模拟国际会议形式进行,主要检验学生应用专业英语的综合能力,要求每位学生按照期刊论文的具体要求翻译论文,然后制作成幻灯片,最后以国际会议的形式进行学术交流与探讨,视翻译质量、幻灯片制作情况、表达情况等现场评定成绩。 6.结论 结合湖南科技大学安全工程专业英语教学实践,对专业英语教学目标、教学内容、教学方法等进行了探讨,提出了“以本专业为基础,以英语为工具,使学生能够准确获取本专业乃至本学科领域的科学知识,并进行专业交流”的教学宗旨”的教学改革设想。经过近两年的教学改革实践,同学们普遍反映教学内容丰富实在,体验了真正的专业英语课程教学,强化了师生互动的听说交流,在专业学习和英语应用等方面大有收获,为考研入学考试奠定扎实的基础,同时对研究生的科研也有很大的帮助。 作者:叶青 施式亮 田兆君 单位:湖南科技大学能源与安全工程学院 安全工程专业论文:安全工程专业实践教学 一、安全工程专业实践教学体系目前存在的主要问题 随着国家、社会和个人对安全的重视达到了前所未有的程度,对安全工程技术专业人才的需求也大幅增加。在这样的形势下,各高校相继设立了安全工程专业。我国招收安全工程专业本科生的高校由最初的15所发展到现在的152所,作为首批招收安全工程专业本科生的高校,山东科技大学从1999年开始招收第一届安全工程专业本科生,目前总共招收了16届学生,已有千余名毕业生工作于国家的各条生产战线,充实了各行各业安全专业人才队伍。从用人单位反馈情况来看,毕业生总体情况良好,但普遍存在学生刚工作时实践能力较差的问题,缺乏在工程意识平台上对知识进行深入理解、应用的能力,缺乏从书本知识到解决实际问题的应用型能力及创新性思维。分析毕业生实践能力薄弱的主要原因是由于目前我们人才培养体系不完善,尤其是实践教学体系中存在着以下几个方面问题: 1.“重理论轻实践”,对实践教学重视程度有待进一步提高; 2.与学生创新能力培养相适应的实践教学体系尚未建立,实践教学环节与企业应用脱节; 3.学生实习、实验教学经费投入严重不足,导致实验仪器设备更新慢,无法满足企业使用的新设备、新技术的需求; 4.学校与企业缺乏互惠共赢的利益机制,校企合作难以深入持续,目前的实践教学基地基本都流于形式。以上几个方面问题导致目前学生实践能力培养欠缺,从而影响着人才教育培养质量。 二、构建安全工程专业卓越工程师实践教学体系 我校安全工程专业是山东科技大学传统优势专业,在人才培养方面一直在不断地进行探索与实践,该专业2006年获山东科技大学特色专业,2007年首批入选国家级第二类特色专业建设点,2006年在山东省内单独招收煤炭企业定向安全专业本科生,2012年通过专业认证,2013年入选教育部卓越工程师培养计划。依据“卓越工程师教育培养计划”人才标准,针对目前安全工程专业实践教学体系存在的问题,我校安全工程专业对卓越计划进行了分析,提出实践教学体系建设的关键不仅在于校内实践环节,更重要的在于在与企业合作,要变单纯的学校教育为产学合作教育,为了更好地强化卓越计划人才实践能力培养,我校安全工程专业遵循“校企合作、形式多样、重在现场”的原则,加强联合培养,并遵循认知及教育规律,坚持实验、实习、科技创新相结合,明确各阶段实践教学重点,构建了从一年级到四年级在纵向上相互贯通、在横向上相互关联、符合培养目标要求卓越计划实践教学体系。 三、卓越工程师实践教学体系实施 目前,我校与山东能源集团签订校企全面合作协议,强调双方共建利益共同体,与企业共同培养人才,从培养方案的制定、师资队伍建设、考核评价体系建立等都有企业的深度参与,从而实现互惠共赢。 1.突出实践环节,改革卓越工程师人才培养方案。为满足卓越计划的要求,必须加强实践环节尤其是在企业的学习时间,我校安全工程专业将卓越计划培养方案与“3+1”煤炭企业安全定单式人才培养方案相融合,实施校企深度合作,让企业纳入整个人才培养过程,按照企业标准培养安全技术人才。学生三年时间在校重点学习通识课程、人文管理和专业知识,提高综合素质,一年到协议单位进行认识实习、生产实习、工程实践、毕业实习与毕业设计。这一培养方案改革可以有效改变目前工程教育脱离现场的现状,突出了学生工程实践和创新能力培养,又为企业培养了急需的安全工程技术人员,还可有效解决就业问题,一举三得。 2.产学联盟,加强“双师型”师资队伍建设。目前山东科技大学与山东能源集团签订的全面合作培养人才的协议,不仅为学生,也为教师的现场实践提供了可靠的基地,目前安全专业每年将安排2名青年教师到企业工程岗位工作积累工程实践经验;其次,从企业、科研部门聘请工程实践经验丰富的工程技术人员担任兼职教师,安全工程专业已聘请了10名企业高级技术人员担任安全工程专业兼职教师,承担《矿井通风与安全》、《矿山水害防治》、《工程爆破》等专业课程的部分教学任务,担任本科生的现场指导老师,承担毕业设计指导等任务、他们也不定期举办一些与现场结合紧密的专业讲座,受到学生普遍欢迎。如今大学与企业间兼职通道的打通,使更多企业高级技术人员能够参与到学校教学工作,使学校教师普遍取得企业经验,真正做到了产学联盟,不仅是科研联盟,而且是教育联盟。 3.校企共同参与,改革实践教学考核评价体系。由于卓越计划中学生有1年的时间在企业学习锻炼。因此认识实习、生产实习、毕业实习、工程训练、毕业设计等多个环节都需要企业的参与与指导,因此这些环节的成绩考核也将由现场教师和学校教师共同评定,毕业答辩委员会由专业教师和兼职教师共同组成,共同参加毕业答辩。各个阶段的实习和工程训练的考核过程也将传统单一的笔试、实习报告考核方式改为笔试、现场答辩以及设计作业等多种方式共同评定学生的实践综合能力与创新能力。以上改革有效提高了安全工程专业学生的实践能力与创新能力,近几年学生全部积极参加“校大学生创新性实验计划”,在校学生获实用新型专利11项;本科毕业设计(论文)结合科研课题比例100%。毕业生近三年就业率均为100%;企业一线就业人数占就业毕业生总数的88.73%。 四、结束语 推进卓越工程师培养计划,让企业参与全过程人才培养,是目前我国高等教育要与国际工程教育接轨的必然途径。我国安全工程专业虽然起步较晚,但随着社会的不断进步与发展,安全技术人才需求量大。因此应结合专业特点,积极探索“卓越计划”人才培养模式,保持安全工程专业的良好发展势头,为社会培养具有较好的创新精神和实践能力的安全技术人才。 作者:刘音 刘伟韬 黄冬梅 单位:山东科技大学 安全工程专业论文:安全工程专业培养理念探究 一、趋向功利主义,缺乏正能量 不管是安全工程专业还是任何专业,大学毕业后就是我们整个国家整个社会的一员,纵观改革开放之后的中国高校教育,一方面取得了许多成就,另一方面随着社会大机器的运行,我国高校教育模式中的问题也渐渐的显露出来。从近年来社会的方方面面可以看出,我们培养出来的大学生对单位家庭和社会注入的正面能量趋于减少,负面能量越来越多。我们绝不可以将这个责任推给任何人和事,作为一个教育人,作为一所高校,引导国家的青年学习和发扬真善美是不可推卸的责任,当然这仍然关系到我们自身的能力。 二、转型发展需要解决的问题 1.自主提高能力的培养 “师者,传道授业解惑也”,中国自古以来就非常关注个人修养对个人成功以及社会风气造成的影响,这也是中国古代并不注重专业教育的原因,在当代一个合格的大学生必须具备的素质就是自主提升的意识,具备了主动提高自身修养水平、处事能力、抗压能力等等各方面素养的大学生,是有能力解决重大问题的。但纵观此前的普通高校教育,是非常缺乏此一方面的引导的。大学生在高校学习期间是非常希望能真正的学到东西的,但因为缺乏引导,大部分的学生找不到一个合适的正确的方向,反而在迷茫与放纵当中越来越多的被一些不良社会风气影响了。高校“应用型人才”培养必须采取措施,抓住大学生四年具有学习提升意识的宝贵机遇进行正确引导,把没有方向的乱流引到正确的轨道上来,实现社会经济与人文素养共同的提升。 2.自利与利他的关系,服务社会与自身成功的关系 受整个社会不良风气的影响,当代大学生在自利这个问题上已经偏离轨道太远,个人的成功从来都建立在利益他人的基础之上,作为学校领导如果不能尽心尽力的为学校谋发展,是无法长久的在这个岗位上立足的,作为学院领导也同样是这样,乃至于我们社会当中的每一个岗位都是这样,如果不能让别人得到利益,是不可能得到成功的。而我们的大学毕业生就业之后在岗位上越来越多的斤斤计较,怨天尤人,缺少反思和反省,无法客观的看清岗位所需要的付出,只看到个人得失,可恰恰因为这样,个人的能力得不到提升,个人的职位无法提升,也就无从谈起个人的利益和成功了。所以高校转型发展想要培养“应用型人才”,很重要的一方面就是讲明白自利与利他不可分割的关系,才可以让我们的毕业生到了岗位上真正的付出,为单位做贡献,自然也就可以实现自身的成功与社会的进步了。 3.安全工程专业素养提升 虽然大部分学生毕业后从事与专业无关的行业,但当代社会的专业教育也是非常重要的,安全工程专业的大学生在校期间必须通过合适的引导,充分认识到矿山行业的艰苦条件,必须认识到参与到一线生产对事业发展的重要性。只有对矿山生产的每一个环节都了解清楚,才有可能做好安全管理的本职工作,而想要对所要管理的生产安全有客观全面的认识,就必须在参加工作的前期到生产一线,这时也就用到了专业教育所传授的知识。这就要求高校专业教师自身具有较高的专业素养,并在上课时做好方方面面工作。尤其是安全工程专业的实习实践类课程,要避免形式主义,切切实实的把实习实践的教学目的落到实处。 三、转型发展需要采取的措施 1.在课程设置中增加修身类课程 课堂从来都是教育的主战场,将高校教育中最重要的部分推给课外是极度不负责任的。在转型发展培养“应用型人才”的主要阵地——课程设置当中,应针对以上所述问题开设有针对性的课程。在人类历史上真正能解决上述问题而又满足条件可用的文化莫过于以“儒”、“释”、“道”文化为代表的中华优秀传统文化。2014年3月26日,教育部印发的《完善中华优秀传统文化教育指导纲要》明确指出,“鼓励有条件的高等学校统一开设中华优秀传统文化必修课,拓宽中华优秀传统文化选修课覆盖面。面向各级各类学校重点建设一批中华优秀传统文化精品视频公开课,加强中华优秀传统文化相关学科建设。” 2.提升教师的人文修养水平 从教师的聘用到教师的提升培训,尽量提升教师的人文修养水平,最重要的是有针对性的培训指导,让教师充分认识到教育的根本意义所在,明白教育的根本目标,营造一种积极和谐的教师个人对教育事业自发的热爱,从而实现整个高校教育的升华。 3.政策的支持 虽然2014年3月26日教育部印发了《完善中华优秀传统文化教育指导纲要》,但这个政策的落实需要一定的时间和经验,近年来对中华优秀传统文化的大力弘扬,随着时间的推移一定会有显著成效。各级教育管理部门应该充分学习《完善中华优秀传统文化教育指导纲要》精神,在高校教育中把中华优秀文化的基因融合到高校教育的方方面面。 4.教育环境的净化 虽然社会文化发展的趋势大有势不可挡的势头,但作为祖国花朵的培训基地,学校的教育环境需要进一步的净化,才能给“灵魂”教育争取更多的条件,从校内网络的净化,到整个社会的网络环境的净化,包括影响学生和社会作用非常大的电视剧和电影审核,都应该采取一定的措施进行净化。 5.安全工程专业软硬件设施提升 针对安全工程专业教育,硬件方面应该满足教学需要,比如我校针对矿业类学生实习实践地点难解决的问题正在修建的模拟矿井,可以从根本意义上解决大学专业教育理论脱离实际的状况。软件方面应抓好专业教师的个人专业素养和教学能力,做好教学环节的管理。从硬件到软件,从教学管理到学生管理,每一个环节都至关重要,每一个环节都应该齐心协力,把力量集中起来,形成一种强大的合力和凝聚力,让我们的学生真正的学到最想要的,最需要的,最实用的文化和知识,将地方高校转型发展,培养“应用型人才”的口号落到实处。 作者:张辉 魏艳敏 单位:贵州工程应用技术学院 安全工程专业论文:安全工程特色专业建设 1安全工程特色专业建设的重要意义 1.1安全是确保企业生产的根本 对于企业而言,安全与生产管理既相互联系、相互影响,又互相促进、互为因果。生产设备和劳动工具是企业不可或缺的重要物质基础,这两种物质具有非常典型的双面性,它们既能造福社会,同时又会危害到人类,由于人们对客观事物的理解存在一定的局限性,所以当生产活动中人与人、人与物配合不协调,便很难确保劳动者的安全和健康。近年来,随着生产与科技的不断发展,原有的安全隐患已经被基本消除,但是产业的变革、设备和技术的更新换代,导致了新的安全生产问题再度出现。可以说生产的发展其关键在于安全问题的有效解决,若是企业连最基本的安全生产管理条件都不具备,则很难实现顺利生产,想要确保生产顺利开展,企业就必须采取相应的安全技术措施和管理方法,并不断加强安全教育培训工作,借此来消除员工的不安全行为以及物的不安全状态。简单来讲,就是安全才能促进生产,生产也必须建立在安全的基础之上。 1.2安全是企业树立良好形象的保障 在市场经济的背景下,企业只有搞好安全生产,才能树立起良好的企业形象,从而赢得市场,获得更多的经济任务,这对于企业健康、稳定、持续发展意义重大。企业采取安全生产管理的主要目的就是为了促进生产顺利进行,并尽可能降低伤亡事故的发生几率,给员工创造一个良好的工作环境。对于企业而言,一旦在生产过程中,发生安全事故,不但会给当事人的家属带来痛苦,而且还会给企业自身造成非常巨大的损失。通常情况下,企业发生的伤亡事故都会成为新闻媒体追踪报道的热点,也是国家安全生产管理部门彻查的重点,这将会使企业的社会形象受到严重影响。为此,企业想要树立良好的形象并赢得市场,就必须安全生产放在首位。 1.3安全是企业经济目标实现的前提 现如今,企业进行生产经营的最终目标就是经济效益最大化,而想要实现这一目标,就必须始终坚持安全第一的原则,大量的实例表明,为了实现预期的经济目标,而罔顾安全第一的原则,其结果都是得不偿失的。可以说企业的安全效益与经济效益密切相关,一旦发生安全事故势必会对企业经济效益造成影响。为此,只有做好安全生产管理工作,才能使每一名员工都在最安全的环境中创造经济价值。换言之,企业想要实现经济效益增长的目标,就必须不断强化安全生产管理,从而形成以安全求效益,以效益促安全的良性循环。 2安全工程特色专业建设的有效对策 企业在进行安全工程特色专业建设的过程中,应当从以下几个方面着手: 2.1加强安全教育培训工作 企业安全生产教育培训主要包括以下内容:安全意识教育、劳动保护政策和安全生产法律法规教育培训、安全技术知识教育培训等等。(1)安全意识教育培训。这是企业安全培训工作中较为重要的环节之一,也是搞好安全生产的关键之所在。一方面通过安全意识教育能够提高员工对安全生产重要性的认识程度,从而在生产过程中正确处理好安全与生产、安全与效益之间的关系;另一方面通过教育能够使全体员工都树立起敬业精神,有助于提高职业道德水平,从而养成遵章守纪的良好习惯,为安全生产奠定坚实的基础。(2)劳动保护政策与安全生产法律知识教育培训。主要是对企业的领导干部和员工进行党和国家有关劳动保护与安全生产方针、政策、法律法规的宣传教育培训,通过该项培训工作,有利于提高政策水平,从而进一步增强企业全体员工的法律观念。(3)安全技术知识教育培训。该项培训可分为两个方面进行:一方面是一般安全知识教育培训,具体是指对员工进行最起码的安全技术知识培训,如一般的安全要求、劳动防护用品的正确使用方法、现场急救技术等等,借此来使员工了解并掌握最基本的安全常识;另一方是专业培训。主要是对各工作的员工进行专业的安全技术知识培训,如安全生产技术、工业卫生、专业安全技术操作规程等等。 2.2强化安全检查 安全检查是企业安全生产过程中一项最为基本的制度,也是企业安全生产管理的重要内容,为了确保安全生产,企业必须对安全检查工作予以足够的重视。首先,应按照车间、班组的不同要求,建立健全安全生产检查制度;其次,应当进行经常性安全检查,同时企业每年最少应组织不少于四次的定期安全检查工作,并由安全管理部门负责组织,各个相关职能部门积极参与。同时还应按照季节和上级领导的要求对各车间、各部门进行不定期的安全检查;最后,应开展群众性安全检查。可以广泛发动员工群众,以查隐患、查制度为重点开展安全检查工作,并结合检查对员工进行相应的教育。通过安全检查工作的开展,企业能够对当前的安全状况有所了解和掌握,同时还能及时发展各种不安全因素,有助于安全事故隐患的消除,这对于确保安全生产意义重大。 2.3加大现场的安全管理力度 为了给一线员工提供一个良好的工作环境,企业应当不断加大对现场的安全管理力度,具体内容如下:现场定置管理、安全文明生产、消防设施管理等等。通过现场安全管理工作的开展,能够随时提醒并激发员工的个人安全意识,有助于避免因人为失误造成的某些危害。 3结论 总而言之,在当前市场经济的新形势下,企业想要求生存、谋发展,就必须将安全工作当成头等大事来抓,要用安全保生产,用安全促效益。想要实现这一目标,企业应当不断加大安全工程特色专业的建设力度,使安全管理工作有序进行,这有助于推动企业健康、稳定发展。 作者:衣志国 单位:宾县安全生产监督管理局 安全工程专业论文:安全工程专业的化工原理教学探讨 摘要: 安全工程专业化工原理课程存在课时数较少、教学内容多、学生学习难度大问题。根据该专业的专业特色和培养目标,本文分别从筛选教学内容、改进教学方法及优化教学手段等角度进行探讨和实践,以期全面提升该专业化工原理的教学质量和效果。 关键词: 化工原理;安全工程;教学改革 化工原理课程是综合应用数学、物理、化学和物理化学等理论知识来系统介绍石油化工、金属冶炼、轻化工业等生产过程中具有相同特点的各类操作。[1]其在化学工程与工艺专业中作为核心课程,在制药工程、安全工程、环境工程等非化工专业中也作为必修课,学校对该课程的重要性有助于更好地培养学生的工程观念和分析解决实际复杂问题的能力。我校安全工程专业旨在培养具备安全科学与工程专业知识,具备解决工程安全问题的系统性思维与创新性潜质,能够胜任安全工程技术与管理等相关岗位的工程应用型人才。由于化工生产过程经常涉及到易燃易爆和有毒有害物质,且很多反应需要在高温、高压的苛刻条件下进行,因此安全问题至关重要。针对化工而言,安全工程专业涉及的主要内容包括:(1)化工厂的地址选择、图纸设计、施工安全;(2)产品生产中涉及的危化品、易燃易爆品等危险化学品以及高温、高压等生产工艺的安全性;(3)化工生产过程中所涉及的设备安全,主要包括高压容器、机电与特种设备等的安全防护技术;(4)产品生产操作以及产品运输过程中产生的各类安全防护如防火防爆、防雷防静电等以及特种作业安全技术防护措施。[2]学生只有掌握好化工单元操作的基础理论知识,才可能具备解决相关工程安全问题的能力。然而对于安全工程专业的学生来说,化工原理课程学时少,而涉及的知识面又很广,各单元操作都自成体系,设备类型多种多样且结构复杂。因此,如何针对安全工程专业特点调整化工原理课程教学大纲,系统改革教学方式方法,充分调动该专业学生对化工原理课程的兴趣,让学生在较短的学时内掌握课程的基本理论并初步树立工程观念,值得思考。在经过充分研究安全工程专业的培养方案以及专业培养特色之后,本文从筛选教学内容和优化教学方法两方面出发,结合化工原理课程教学过程中的系列实践活动,对面向安全工程专业的化工原理教学改革进行了初步探讨。 一、教学内容的选择 安全工程专业的化工原理教学内容多但是所安排的课时数较少(48学时),涉及到的部分单元操作包括传热、蒸馏、萃取、干燥、吸收等。对于我校化工专业来说,该课程采用多学时(128学时),用一学年来完成教学任务。因此,基于安全工程专业培养方案特点对化工原理教学课程内容进行调整与优化是目前化工原理教学改革的首要任务。理论课教学讲解部分。(1)对教学计划和教学大纲进行修改,同时按照其培养目标和特点,对教材各章节进行精炼并合理分配教学课时。考虑到“三传”原理(动量传递、热量传递和质量传递)统一了各单元操作的基本原理,将“三传原理”作为教学主线,选择具有代表性的章节如传热、吸收、精馏作为主要教学内容详细讲解,而其他章节如过滤与沉降、干燥等仅做简单的介绍。同时在讲解过程中针对安全工程专业学生培养方案与目标,重点讲解该单元操作的基本原理和基本概念,实际应用中的潜在危险及相关典型设备的构造、操作原理、安全注意事项,提高教与学的效果和质量。(2)在教学内容中除了给学生讲解“三传”基本理论外,也要适当介绍革新的生产工艺,新型的容器与设备,引导学生运用所学知识对具体案例进行分析和讨论,培养提高学生分析、解决问题的能力,同时使教学内容与时俱进,使学生视野和时代同步。化工原理实验和课程设计方面。化工原理课程是一门与工程实践紧密结合的教学课程,仅仅从课堂上的教学很难培养学生的工程观念和提高分析解决实际复杂问题的能力。结合化工原理实验与课程设计教学可以使学生更好地理解课堂教学中的理论知识并加以运用。对于安全工程专业的学生,我们挑选的化工原理实验有:离心泵性能测定、换热器传热膜系数测定、精馏等实验。在实验教学中首先要让学生了解实验相关安全知识,比如防火、防触电及相应的应急措施;加强关于设备故障,管线和设备布置等相关安全技术知识的介绍。通过实验中配备的远程控制软件和通用监控系统,引导学生来分析和监测相关化工设备,提高其动手能力;并借此机会学习操作过程的危险性分析方法和设备常见故障的判断、处理方法,培养其安全意识。课程设计方面我们选择典型的精馏塔作为设计对象,根据给定的设计任务,让学生进行课程设计的训练,引导学生综合运用化工原理、机械制图等课程中所学的理论知识来训练学生工程设计以及解决工程安全问题的能力,培养学生的工程观念。 二、教学方法与手段的改革 传统的化工原理课教学过程主要采用课堂理论教学的单一模式,即“填鸭式”教学方法,忽视了学生独立思考的能力和积极参与的热情,达不到应有的教学目标。因此改进教学方法调整教学手段是提高教学质量的重要途径。化工原理课程常用的教学方法有启发式教学和互动教学法等。所谓启发式教学法,就是教师在教学过程中引导学生积极主动地获取和掌握知识的一种教学方法。[3]教师启发是主导,教师通过针对性的点拨、引导来激发学生的积极性,启迪学生的思维。例如在讲流体输送机械这部分的离心泵时,我们先问学生:离心泵为何采用后弯叶轮?学生给出不同答案后,我们可以进一步追问:为何不用扬程大于后弯叶轮的径向叶轮或前弯叶轮?通过一步一步追问,引导学生逐步接近准确答案,加深对教学内容的理解,促进学生积极思考与争论。而互动教学法是指在教学过程中更侧重学生的主体地位,而教师主要起一个引导和总结归纳的作用。例如在教学过程中增加互动讨论的部分,甚至部分授课内容直接采用翻转课堂,让学生上讲台来授课,教师最后对学生的讲解给予鼓励,并进行点评和总结。这种方式充分调动了学生的积极性,使学生直接参与到教学活动中来,把单边教学转变成双边教学。在教学手段上,多媒体可以集图文声像于一身,具有信息量大,表现形式丰富,节省板书时间等众多优点。而安全工程专业化工原理授课中最突出的问题就是学时数少与内容多的矛盾。另外安全工程专业侧重对化工生产设备的安全技术介绍,如果学生不能直观地看到设备,教学就很难达到预期的效果。此时多媒体教学可以有效缓解这些矛盾。它通过图片或动画的形式将化工生产中各种反应和分离设备、机电设备等的构造、操作原理、安全注意事项快速清晰地展示给学生。当然对于一些重要公式的推导,例如流体流动中的柏努利方程、精馏中的操作线方程,若只采用多媒体课件来展示,推导过程中这些公式容易造成学生视觉疲劳,有时学生还没有反应过来,就已经翻到下一页,使学生感到枯燥无味。这些教学内容更适合利用板书边推导边讲解,让学生一步一步跟着教师的思路走,从而加深对传递过程的理解和重要公式的记忆。因此教师应根据教学内容选择合理的教学方法和采用不同的教学手段,正所谓“教学有法而教无定法”。在运用现有的多媒体教学之外,我们以实验装置为基础,研究开发了包括“离心泵”、板框“精馏”、“过滤”、“吸收”、“传热”、“干燥”、“流体流动阻力”等多套装置的3D虚拟实验室平台。该实验室集3D展示、多媒体授课、数据处理于一体,可以使学生灵活利用课余时间通过该虚拟实验室平台进行学习,加深对课堂知识的理解。 三、总结 在安全工程专业的化工原理教学中,我们针对其专业特色和培养目标,对教学内容的改进、教学方法和手段的调整进行了系统的探讨,并在初期教学实践中显著提高了学生对化工原理课程学习兴趣,培养增强了学生的工程观念及创新能力。此外,该教学改革研究对于其他专业化工原理少学时教学改革也具有借鉴和指导作用,具有一定的普适性。我们也在不断完善和发展针对其他非化工专业的化工原理教学研究,并在本校积极推进相应的教学改革,以期全面提升教与学的质量和效果。 作者:徐荣 韶晖 单位:常州大学石油化工学院 安全工程专业论文:安全工程专业实验教学体系构建 高校安全工程专业的目标是培养能够从事安全科学研究、安全监察与管理、安全健康环境检测与监测、安全设计与生产、安全教育与培训等方面的复合型高级工程技术人才。[1]随着工业化进程加快,社会对安全工程类人才需求的结构提出了更高要求,即要求毕业生具备一定的实践能力和创新能力,能够迅速适应工作新环境。实验教学旨在培养学生的动手能力与创新能力,是高校教学不可缺少的重要组成部分。安全工程作为一个实践性很强的工科专业,要培养出高质量的创新性应用型人才,其相应的实验教学体系也必须不断改进,以符合新形势下的就业要求。针对不同专业在开展实验教学过程中普遍存在的问题,许多高校对相应的实验教学体系进行了改革实践。例如李晓东等人提出了车辆工程专业的多层次、开放式实验教学体系;曾惠丹等构建了具有综合科学性、可行性和可操作性等特点的阶梯式实验教学体系;王德利等新建了科研、应用与创新能力培养相融合的药学专业实验教学体系;钱红萍等建立了“一主线、两平台、三层次、四模块”的土木工程实验教学新体系;尹自斌则根据轮机工程专业的人才培养目标要求,构建了分层次、多模块、相互衔接的实验教学体系。这些研究成果在推动高校加强安全工程专业学生实践能力和创新能力的培养,加快实验教学改革和实验室建设等方面发挥了积极的作用。 一、安全工程专业实验教学现状 鉴于近几年日益严峻的安全生产形势,我国安全工程学科得到了迅速发展。截至2014年,全国共有150余所高校开设了安全工程本科专业,大多设置在能源矿业、石油化工、土木建筑、交通运输等行业特色鲜明的工科类院校,且多数高校为省属院校(见图1),主要为地方经济发展或特定行业需求培养安全类专业人才。实验教学作为安全工程专业人才培养过程中的重要实践环节,不断受到各个高校的重视。例如中国矿业大学(北京)建议各院校应基于自身优势、经费和学生就业方向等条件设置实验课程;南京工业大学从本科专业教育认证及国家对注册安全工程师知识结构的要求出发,提出了工业安全方向的实验课程设置及具体实验教学内容;中南大学建议应加强安全工程专业综合性、设计性及研究创新性实验的开设。鉴于安全学科的交叉特性与办学基础薄弱的现状,各高校安全工程专业在实验教学过程中普遍存在如下问题。1.实验教学条件差,仪器配备不足。安全工程作为一个新兴专业,目前尚处于发展阶段。许多高校都是在最近几年才新开办该专业,可能面临实验经费严重不足的困境,从而导致实验仪器数量偏少、实验设备不能及时更新、实验空间有限等问题。尽管部分高校科研经费充足,但主要是用于科研实验平台建设,而非本科教学。2.实验教学模式陈旧,过度依附理论课程。许多高校在教学过程中重理论、轻实验,仅仅将实验教学视为完成理论教学的辅助手段。大部分专业实验仍以演示性实验、验证性实验为主,缺少独立设计、综合分析的训练过程,不利于学生对理论知识的理解。另外,部分实验内容分散,各环节相互独立,缺少有机联系。3.实验考核不严谨,学生积极性差。实验成绩评定主要依据实验报告质量,未建立科学合理的考核体系,不能如实反映学生的实践与创新能力。由于许多实验实行分组操作,导致部分学生不能亲手实验与独立思考。4.实验课时有限,开放性实验偏少。大部分高校主要依据教学大纲设定专业实验教学课时及内容;学生课外科研活动普及率较低,成效不显著;本科生科技创新能力的培养尚未形成体系,学生实践的时间和机会有限,影响学生创新实践能力的训练。5.实验师资队伍相对薄弱。从事本专业实验教学的教师学历普遍偏低,甚至专业不对口;一部分具有博士学位和高级职称的教师在本实验岗位工作时间不长,就会通过各种办法调换岗位,这也导致了实验师资极不稳定。6.实验室管理欠规范。实验室用房与配套设施未及时更新,陈旧落后,学校的安全设施投入不足;部分实验员工未严格执行实验室管理制度,或实验室管理制度不健全;学生实验前的安全意识较薄弱,操作中存在诸多不安全因素。 二、安全工程专业实验教学新体系 福州大学是福建省与教育部共建的“211工程”重点大学,目前已发展成为一所以工为主、理工结合,确立走区域特色、创业型强校之路的高校。福建省作为“海峡西岸经济区域”的主体,拥有石油化工、机械电子、建筑建材、林业、水产业等五大支柱产业。因此,福州大学安全工程专业主要采用“通才式教育”的培养模式,即要求毕业生掌握适用于各个行业的通用安全科学理论和实务处理方法,以满足地方经济发展需求。[12]针对安全工程专业实验教学存在的主要问题,本校积极借鉴其他专业的实验教学经验,紧密围绕创新性应用型人才培养目标,着力培养本专业学生的实践能力、科研能力及创新能力。本校依托公共实验室、专业实验室、教师科研项目、校外实践教学基地等四大平台,拟采取“自主实验、团队协作、教师指导”协同运作的开放式实验教学模式;根据实验性质将实验教学内容区分为基础认识型、实践技能型、综合设计型、科研创新型四个层次;[4]结合福建省地方经济的发展特点,重点建设人机工程实验室、安全检测实验室、火灾爆炸实验室、模拟仿真实验室。新构建的安全工程专业实验教学体系见图2。 (一)实验教学平台建设实验室作为高校开展实验教学的主要场所,为提高大学生的实践与科研创新能力提供了一个重要平台。本校的大学物理实验室、普通化学实验室、电工实验室、机电实践中心、现代测试中心等资源可以作为本专业学生的公共实验平台。其中,福州大学现代测试中心购置了大批先进的仪器设备,是全省仪器设备最齐全、具有先进技术水平的大型精密仪器公共服务基地,可从事物理、化学、材料、安全、环保、机械、电子技术等多学科的研究和测试工作,具备多方面综合测试分析的能力。我们鼓励本专业学生通过定期申请该中心的共享基金,开展大学生创新创业训练项目。本专业结合福建省事故多发的区域性特点,依托中央财政支持地方高校发展专项、高水平大学建设行动计划、2011协同创新中心、优势学科创新平台、校级重点学科等专项经费重点建设四大专业实验平台(见表1),并结合本专业的实验教学,加深学生对安全工程专业知识的理解与运用,进一步培养学生的实践应用能力和创新精神。此外,本专业部分教师以各自的科研项目为依托,将最新的科研成果引入实验教学中。目前,福州大学安全工程专业已经在紫金矿业集团、中海福建天然气有限公司、福建省防雷中心、福州市城市地铁有限公司、福建省安全生产科学研究院、闽侯县消防大队等企事业单位建立了校外实践教学基地,可以借助诸类平台进一步开展综合性、研究性实验教学。基于学校公共实验室、专业实验室、教师科研项目、校外实践教学基地等四大平台,本专业将采取自主实验、团队协作、教师指导的协同模式开展相应的实验教学。[4]自主性指学生可以结合自身兴趣选择实验项目,自主设计、实施、分析数据,不受实验课时限制;团队合作指学生可以自由组建一个项目小组分工合作,旨在培养学生的团队合作精神。此外,学生还可以在专业教师指导下参加各类物理实验竞赛、材料创新大赛、节能减排社会实践与科技竞赛、工程训练综合能力竞赛、结构设计竞赛、安全实践创新作品大赛等。 (二)实验教学内容安全工程专业的实验教学内容可依据其性质分为基础认识型、技能操作型、综合设计型、科研创新型四个层次。基础认识型实验旨在规范学生的基本实验行为,加深专业认识。如让大一学生深入专业实验室参观,通过演示火灾报警系统、自动喷水灭火系统、通风系统模型等,让学生对安全工程的专业方向有一个全面了解。技能操作型实验是为了强化专业知识理解和培养基本的实验技能、动手能力,一般在专业课程学习之后开展。主要包括人机工程实验、工业通风与除尘实验、火灾爆炸实验、安全检测实验、电气安全实验、地下工程安全防治实验等。综合设计型实验旨在培养学生综合运用所学理论和专业知识,分析、处理工程和前沿课题中的安全科学问题。科研创新型实验是本专业实验教学的核心。学生可以自发组成项目研究小组,围绕各类竞赛活动、各类创新实验项目和教师科研课题,通过检索文献、搭建实验平台、分析数据等,主动进行实践训练和科学探索。 (三)开放式实验教学环境开放式实验教学对创新性人才培养的基础作用已被教育界所公认,其对提高大学生的实践能力,把握学科前沿等具有重要意义,已成为各高校实验教学的发展方向。开放性实验室不仅可以用作学生备赛的训练场,而且提高了实验设备的利用率。学生借助该平台选定实验课题,选择仪器设备,拟定实验方案,处理实验数据和分析实验结果。指导老师和实验室管理人员在实验室开放、实验资料查阅、实验问题解答等方面为学生提供全方位服务,给学生创造了一个研究型的学习环境。本专业已从福建省“高水平大学建设行动计划”中提取了专项经费作为实验室开放的专门基金,用于支付开放实验耗材、小型设备维修及开放工作量补贴等开放运行所需费用,进一步完善了实验室开放管理规章制度,包括开放项目的具体实施、指导教师和管理人员的安排落实、开放基金的使用与管理等。此外,我们拟建立专门的网络实验教学平台,推进实验课程网络化建设,以便于学生不受时间和空间限制,借助网络进行实验项目的预约、答疑。 (四)实验师资队伍建设提高实验教学质量离不开实验师资队伍的建设。本专业正在尝试采取专职与兼职相结合的方式,从大型企业、科研院所聘请实践经验丰富的安全工程师兼职本专业的实验教学,以提高实验教师队伍的总体素质;鼓励一些在职实验教师前往兄弟院校学习深造,在职称评聘、岗位定级等方面制定相应的激励政策,稳定和提高现有实验员工的质量。 (五)实验安全管理本专业实验内容较多,操作过程中可能会出现火灾爆炸、中毒窒息、触电、微生物感染、化学腐蚀、物理伤害等多种类型的事故。此外,开放性实验不受时间限制,实验对象的知识结构参差不齐,实验内容不确定等,使得日常安全管理工作更加复杂。因此,我们有必要构建完善的实验室安全管理体系,涵盖组织机构、制度保障、宣传教育、安全检查、技术防范、应急预案等建设内容。 三、结论 为实现新形势下安全工程专业人才培养目标,提高在校大学生的工程实践能力与科技创新能力,改革本专业的实验教学体系已迫在眉睫。1.我们将安全工程专业实验教学内容分为基础认识型、技能操作型、综合设计性、科研创新型四个层次。其中,研究创新型实验是实验教学的核心,在学生自主、多人协作、教师指导等协同教学模式下展开。2.福州大学主要为地方经济建设培养安全工程专业人才,结合海峡西岸区域经济的发展特点,我们拟重点建设人机工程实验室、安全检测实验室、火灾爆炸实验室、模拟仿真实验室。3.依托学校公共实验室、专业实验室、教师科研项目、校外实践教学基地等四个平台,我们全面实行开放式实验教学,在实验时间与实验内容方面向安全工程专业学生全面开放,大力扶持本专业学生参与各类科技创新活动。 作者:阳富强 陈伯辉 杨健 单位:福州大学 环境与资源学院 安全工程专业论文:专业课教学的安全工程论文 1根据专业课特点确定学习课程顺序 对于具体专业的专业课程内容讲,由于专业不同,其专业课程的设置是不同的。当然很难有一本课程能够满足某个专业要求。它是一个系统工程,需要很多相关课程知识。而专业课课程学习顺序应是我们考虑的重点。只有合理地选择学习课程的顺序,才能达到预定的教学效果。学习知识是一个循序渐进的过程且不可拔苗助长。以《安全工程》专业为例。主要专业课有《矿井瓦斯防治》、《矿井火灾防治》、《煤矿安全规程》等等。从各专业课内容来看,专业课授课的先后顺序对教学效果的影响很大。假如,首先开设煤矿安全规程,然后再开设《矿井瓦斯防治》、《矿井火灾防治》等课程,其教学肯定不会很理想。因为我们根据《煤矿安全规程》课程内容可知,其内容主要包括煤矿生产过程中怎样避免各大灾害对人类和生产的威胁。而规程的每一条都是总结事故的经验编写而成的。是用鲜血的代价换来的。《煤矿安全规程》是安全技术及工程专业的专业课综合应用,要想将专业课内容综合运用,必须将各个专业课程学好,这样才能做到综合应用。如:瓦斯是什么?怎样生成的?为什么会发生煤与瓦斯突出?这些都没有弄清楚。试问怎能制定出防止煤与瓦斯突出的各项措施呢? 2专业课理论教学应与实践相结合 大学教育与中学教育存在很大差异,中学主要是基础理论教育和应试教育,而大学生所学知识是为日后工作打下专业基础,归根结底是培养大学生解决问题和分析问题的能力。这也决定了专业课理论学习必须与实践相结合。教师可以将自己的研究成果融入专业课的教学中,介绍给学生们研究方法、研究思路以及最新的研究成果等,让学生们了解教师的科研内容研究方向,同时为学生搭起了理论与实际之间的桥梁,提高了学生学习专业理论课的兴趣,无疑对专业课教学质量具有积极的影响。如在《煤矿安全规程》学习关于防止煤与瓦斯突出的规定时,教师授课的重点应该是各条防突规定的依据是什么,为什么这样规定。这就需要分析大量现场事故案例,事故案例分析生动逼真,激发了大学生学习的积极性,对所学专业知识产生了亲近感,产生了兴趣,兴趣是学习的最大动力,有了兴趣就能更好地学好专业课,从而提高了专业课教学质量。从目前的学生特点来看,很多专业的大学生都没有在厂矿实习的经历,在专业研究方面缺少实践经验,以至于对所学理论的理解和认识不透彻。学校如果在讲授理论知识前,组织学生到厂房或车间实地参观学习,让他们带着学习任务到一线生产去体验工作环境,在实践过程中,针对理论学习中的问题进行自主探索和研究,从而透彻理解各种理论性的概念和学说。回归课堂后再继续学习一整套理论知识,学习效率和对理论知识的运用能力就会大大提高,教学效果也会明显改善。这也是各高校设置大学生认识实习和毕业实习的目的所在。 3注重教师自身专业修养 不同教师之间在知识结构、教育智慧、思维方式、认知风格等方面均存在差异。本科院校应该秉承培养有理想信念、有道德情操、有扎实知识、有仁爱之心的“四有”好老师的要求,建立每个教师师德档案,制定师德管理办法,把师德表现同行政奖惩、职务晋升、职称评聘、竞争上岗等挂钩。另外,作为教师,也应该注重自身的专业修养,要利用各自差异这种资源优势加强交流,激活教学智慧,积极探索教育内容、方法、先进教育理念崭新的呈现方式。要懂得运用教课技巧,不断提高教课水平。要树立终身学习的理念,坚持专业学习,多参加学校组织的教育实践活动,掌握行业动态,力求为学生传达行业前沿的技术和理念。 4教学反思摸索提高专业课教学质量的方法 伴随着素质教育在我国的普及,专业课教师的创造性和教学能力逐渐成为人才培养的关键节点。教学反思作为教师捕捉、活化教学经验,对教学过程赋予实践意义。专业课教师应寻找有效途径达到授课目的。在专业课的讲授过程中,要经常思考自己的授课方法是否能激发学生学习的兴趣。对于自己讲授的每个知识点都要全面反思,寻求最好的方法将专业知识在轻松的氛围中传授给学生。反复思考具体知识点相关扩散知识。只有通过反思才能深厚地积淀专业发展的理论和经验,才能使自己根基更稳,从而加强自我的教学效能感。如在《煤矿安全规程》课程的教学过程中,应分别解释各规定的依据,若教师在授课时不断反思:怎样恰当地引出这些依据?怎样达到趣味学习知识的目的?这也许就是教师能否提高教学效果的关键。只有不断反思才能真正把握制定规程时的真正的用意。只有不断反思才能既使学生充分掌握规定的依据和意义又使得自己在教学的过程中不断学习提高,从而达到教学相长的目的。 总之,作为本科院校专业课教师,就应该以教育为本,时刻钻研如何改进教学质量以提高本科生专业课的教学效果,只要我们注重自身的专业修养,深入研究探索教学理论和教学方法,以积极的态度对待教学活动。热爱自己的专业和事业,将教学作为一项平生最重要而又最光荣的工作来做,在教学过程中不断总结经验,勤学苦练,相信一定能使本科生的专业课教学质量有较大提高,为科技腾飞培养出德才兼备的高级应用型人才。 作者:胡祖祥单位:安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽理工大学能源与安全学院
预处理论文:厌氧预处理对曝气耗氧量的削减作用和机理 摘要:厌氧预处理可削减曝气耗氧量的20%~30%。其机理既不是贮磷菌贮存过量的聚羟基丁酸盐(PHB)随污泥排出,也并非由于产生CH4、H2S的释放。而主要是兼性厌氧菌对糖类发酵作用产生H2、CO2的结果。 关键词:耗氧量 厌氧稳定 非贮磷菌 发酵 PHB 为控制水污染的日益加剧,目前国内正大举兴建城镇污水处理厂。这是一项保证国民经济可持续发展的战略举措,但也是一项只见投入,不见直接产出的公益行为。其不仅需要投入大笔的基建资金,而且还要付出可观的运转费用。一些地方大力筹资建成了污水处理厂,但却因难以承担运转费用而不能充分发挥环境效益。因此,降低能耗,节约运转费用对发展城镇污水处理事业具有举足轻重的作用。 在常规城镇污水处理中,曝气供氧的能耗最大,约占全厂总能耗的50%。因此,降低曝气耗氧量是节约运转费用的首要环节。降低曝气耗氧量的途径有两条:第一,前置预处理设施,削减进入曝气区的耗氧量;第二,优选运行条件和扩散装置,提高氧利用率。本文将就前者作进一步的探讨。 1 厌氧预处理对曝气耗氧量的削减作用 在A/O、A2/O系统中,厌氧区可去除水中大部分有机物。过去,一直将这种现象主要归因于贮磷菌的吸收和贮存PHB的作用。因PHB是过渡产物,在好氧区将作为碳源而被氧化。故这一过程并不削减后续的曝气耗氧量。然而,近年来的理论和实践都证明,厌氧区不仅具有吸收和贮存基质的功能,而且还产生脱氢氧化作用,并可大幅度削减继后的曝气耗氧量。 1.1 早先的发现和实践的证明 早在1983年,Lan等就发现在曝气区前设置一个厌氧区,可降低曝气区50%的耗氧量。继后,Randall等[1](1984~1987年)多次证实了这一发现,并将这一现象命名为“厌氧稳定”。Bordacs等(1988年)在曝气区前加了一只厌氧选择器,平均降低了30%的曝气耗氧量。其降低幅度与F/M(BOD/MLVSS)有关:当F/M为0.2时,降低36%,当F/M为0.8时,降低20%。王凯军等[2](1988年)将初沉池改成厌氧池,厌氧反应1.67~2.5 h后,曝气耗氧量降低约50%。McClintock等[3](1993年)应用A2/O 工艺与常规活性污泥法进行对比研究,前者厌氧、缺氧反应各1h,在同等的除氮效果下,A2/O 工艺所需的曝气时间由3.2h缩短至1.7h,曝气耗氧量降低近1/2。 1.2 氧平衡计算的结果 所谓厌氧稳定是指在厌氧过程中,有机物完全氧化或还原成气态尾产物释放,既不是转化为菌体随污泥排出,也不是转化为潜在的耗氧物在系统内外继续耗氧,是一种脱氢氧化行为。在A/O、A2/O系统中,除厌氧稳定作用而外,还存在两项可削减曝气耗氧量的因素,即:反硝化和排泥。为排除这两项因素的干扰,Randall等[1]应用物料氧平衡法对三项研究成果进行了评估。在氧平衡计算时,用氧当量表示有机物,统一进行量化。从全系统去除的COD氧当量中,扣除反硝化增补的和排泥损失的氧当量,则可计算出厌氧稳定的氧当量,及由此而削减的曝气耗氧量。第一项研究应用A/O工艺,厌氧反应1.7h,曝气3.9h。通过投药法抑制硝化作用的发生,免除反硝化增氧的干扰。扣除排泥带走的氧当量,测算出厌氧稳定削减的曝气耗氧量占23%~48%。第二项研究应用A2/O工艺,厌氧、缺氧、好氧反应的时间分别为1.3h、2.1h、6.9h,扣除反硝化增补的和排泥损失的氧当量,得出厌氧稳定削减的曝气耗氧量为23%~27%。第三项研究A2/O工艺与普通活性污泥法的平行对比试验,A2/O系统的厌氧、缺氧、好氧反应时间分别为2h、2h、4h,普通活性污泥法的曝气时间为8h。结果为:厌氧稳定削减了8%~27%的曝气耗氧量,A2/O工艺比普通活性污泥法降低23.2%~37.3%曝气耗氧量。 2 厌氧稳定削减曝气耗氧量的机理 厌氧预处理可削减曝气耗氧量的发现已得到国内外大量科研成果和生产实践的证明。但对其机理却众说纷纭,认识不一。占优势的说法是,贮磷菌细胞内贮存过量的PHB,未经氧化而以污泥形态排出系统;也有人将其归因于厌氧还原产生CH4和H2S的释放。近年来的研究证明,这两种说法均科学依据不足。 2.1 贮磷菌贮存过量的PHB流失的可能性这方面存在两种观点:第一,认为贮磷菌贮存PHB是厌氧反应的主导作用;第二,认为污泥中含有过量的PHB。在厌氧条件下,吸收并贮存PHB的主要是一类小型阴性短杆菌(Acinetobacter)也称除磷菌。这类菌在厌氧条件下仅能利用醇、酸等低分子有机物合成PHB,而不能直接利用糖类等复杂物。其对乙酸的亲合性特别强,只要水中有乙酸存在,无论在厌氧、缺氧或好氧条件下,也不管污泥处于循环周期的何种状态,贮磷菌就要释放磷而吸收乙酸。此外,必须指出,贮磷菌也是一类活性差、增殖慢、竞争力弱的菌属,其对环境条件有一定的要求和选择性,在A/O、A2/O系统中,将与其他菌种发生竞存和筛选作用。 近年来的研究表明,在厌氧条件下,除贮磷菌而外,还存在另一类能吸收并贮存有机物的非贮磷菌。两类菌既可共存又有竞争。Jakub等[4]曾做了这样一个试验,在葡萄糖和乙酸各50%的基质中,接种非贮磷菌。从0天~23天内,A/O系统的贮磷菌接近于零,但随着时间的推移,贮磷菌逐渐增加,而非贮磷菌相应减少,至131天后,两类菌数量相近。在整个试验过程中,不管两类菌种的比例如何演变,厌氧区出水的可溶性COD均很低,且变幅甚小。结果表明,非贮磷菌同样具有吸收并贮存乙酸等有机物的能力。然而,非贮磷菌以何种形态吸收并贮存有机物,是PHB、PHA、糖类,还是其他物质,目前所知甚少。 基于上述,在厌氧区贮磷菌和非贮磷菌均能吸收并贮存大量有机物。为深究这些贮存物的演变和最终产物,一些学者进行了探索。刘延华等[5]在以乙酸为基质的试验中测出:厌氧终端污泥的PHB高达200mg/L,而在好氧结束时,降至20 mg/L;在以葡萄糖为基质时,污泥的PHB始终处于40 mg/L的低水平,变幅甚小。Randall等对三项研究排泥的氧当量测定值为:第二、第三项研究排泥的氧当量为1.42 mg/(mg MLVSS);第四项研究中,A2/O工艺排泥的氧当量为1.34mg/(mg MLVSS),普通活性污泥为1.30mg/(mg MLVSS)。这些测定值与标准值1.42mg/(mg MLVSS)相等或接近。据此推测,排泥中的PHB等细胞贮存物数量甚微,不足以对曝气耗氧量产生重大的影响。 2.2 产生CH4、H2S所起的作用 在厌氧条件下,必然有甲烷菌存在并产生CH4。但一般的A/O、A2/O系统均在常温下运行,且MCRT较短(10天~20天)。这种环境条件不利于甲烷菌的增殖和代谢活动。虽然甲烷化能消耗一部分有机物,但不可能产生大幅度削减曝气耗氧量的结果。Wable(1992年)曾对一A2/O系统的尾气进行监测,未检出CH4,但该系统仍发生厌氧稳定作用。此外,在Randall等的第二、第四项研究中,虽发现一些还原硫化物,但数量甚微,这一过程消耗的有机物在氧平衡计算中所占比例甚小。 2.3 厌氧稳定的机理 如前所述,厌氧稳定既不能归因于细胞贮存过量的PHB等有机物的流失,也不是由于产生CH4和H2S的释放。其实这是由广泛存在,但被忽视的糖类发酵反应所引起。提起发酵反应,一般认为仅是将复杂的、大分子有机物降解为简单的、小分子有机物,发酵过程产生的氢以降解物或氧化物为受体,不排出系统。因此,发酵产物的COD与原基质相等,不导致削减COD的效果。这种认识只看到了发酵反应的一个侧面,而忽视了更为重要的方面。发酵反应是由多种微生物参与、反应途径多种多样的复杂过程。其中既有脱氢氧化作用,又有加氢还原作用。发酵产物既可能是甲、乙、丙、丁、乳酸,也可能是醇类。发酵途径和产物随着环境条件和优势菌种的变化而变化。近年来的研究证明,在A/O、A2/O系统中,有许多兼性厌氧菌能在降解糖类时释放出H2和CO2,从而削减了系统的COD总量。按经典的EM代谢途径,1 mol C6H12O6首先无氧酵解为2 mol的CH3COCOOH。 3 影响厌氧稳定的因素 影响厌氧稳定的因素主要有:原水含糖比、原水有机物浓度、MCRT、F/M、MLVSS等。 3.1 原水含糖比 发酵反应的对象是糖类等复杂的有机物,原水含糖比对厌氧稳定的影响最大。Randall等在其第二项研究中,曾以乙酸取代葡萄糖为基质,结果引起厌氧稳定效果的急剧下降。在MCRT为3天时,削减的曝气耗氧量接近于零。 3.2 原水有机物浓度 Randall等[1]在研究中发现,原水有机物浓度也对厌氧稳定效果产生重大的影响。应用相对较稀的腐化池出水作试验,当原水COD<190 mg/L时,厌氧稳定效果接近于零。但随着原水COD的提高而直线上升。 3.3 MCRT、F/M、MLVSS 这是三项互相关联的影响因素。Randall等[1]在第四项研究中,将MCRT由5天提高到15天时,厌氧稳定削减的曝气耗量由8%~18%上升至12%~27%,升幅达50%。而与此相应的是:MLVSS由1000mg/L上升至2000mg/L,F/M由0.2kgCOD/kg MLVSS降低至0.1mgCOD /kg MLVSS。结果提示,过低的MCRT将导致MLVSS下降、F/M上升,从而削弱厌氧稳定效果。 4 结束语 厌氧稳定是由一类非贮磷菌属的兼性厌氧菌发酵反应的结果,是一种脱氢氧化行为。厌氧稳定削减的曝气耗氧量可达20%~30%。厌氧稳定对含糖比大,有机物浓度高的污水较为合适。从削减曝气耗氧量的角度出发,厌氧稳定应是一个有利于产生并释放H2和CO2的过程,这个过程应促进NAD的再氧化并避免降解产物的还原。然而,迄今为止,有关厌氧稳定的理论知识仍相当贫乏,实践经验更是不足。如何优化筛选参与厌氧稳定的微生物,如何优化厌氧稳定的运行条件,如何将厌氧稳定与除氮、磷作用有机结合等一系列课题,都有待今后研究和探讨。 预处理论文:含毒有机废水生物处理前的预处理 大量的资料表明,我国目前及今后相当长一段时间内的环境问题主要是水环境问题,水环境问题又主要是有机废水的污染问题。因此,有机废水的治理是环保工作中极其重要的一面。 有机废水无害化处理的首选方法是生物处理。这是由生物处理所具有的处理的相对彻底性( 无二次污染或二次污染较小)以及运行费用低廉等优点决定的。 根据有机废水处理方面的特性可以将其划分为以下3类:①废水中的有机物易于生物降解,同时废水中的毒物含量很少。这类废水主要是生活污水和来自以农牧产品为原料的工业废水等; ②废水中的有机物易于生物降解,同时废水中的毒物含量较多。这类废水主要来自印染、制革废水等;③废水中所含的有机物难于生物降解(生物降解速度极其缓慢),同时,废水中毒物可能较多、亦可能较少。这类废水主要来自造纸、制药废水等。 第①类废水可直接进行生物处理。第③类废水较为复杂,此处不作讨论。本文主要对第② 类废水中的毒物作用机制及应对措施加以讨论。 1、毒物及其作用机制 废水中凡是能延缓或完全抑制微生物生长的化学物质,统称为有毒有害物质,简称毒物。这些毒物,从化学性质上来分可划分为有机物和无机物两大类。从处理的角度又可划分为能被生物处理段去除、转化的物质(如H2S、苯酚等,或称非稳定性毒物)和不能被生物处理段去除、转化的物质(如NaCl、汞、铜等,或称稳定性毒物)两大类。 毒物对微生物的作用机制主要有如下方式: (1)损伤细胞结构成分和细胞外膜。如:70%浓度的乙醇能使蛋白凝固达到杀菌作用;酚、甲酚、表面活性剂作用于细胞外膜,破坏细胞膜的半透性。 (2)损伤酶和重要代谢过程。一些重金属(铜、银、汞等)对酶有潜在的毒害作用,甚至在非常低的浓度下也起作用。这些重金属的盐类和有机化合物能与酶的-SH基结合,并改变这些蛋白质的三级和四级结构。 (3)竞争性抑制作用。当废水中存在一种化学结构与代谢物质相类似的有机物时便会发生。因为二者都能在酶的活性中心与酶相结合,它们的竞争将抑制中间产物的形成,使酶的催化反应速率降低。 (4)对细胞成分合成过程的抑制作用。当某些化学物质的结构类似于细胞成分的结构时,它们便会被细胞吸收并同化,结果是合成无功能的辅酶或导致生长停止。这种作用最典型的例子便是磺胺酸。 (5)抗生素对核酸的抑制作用。不少抗生素能专一地抑制原核生物的蛋白质合成,如链霉素会抑制氨基酸正确结合于多肽上。 (6)抗生素对核酸的抑制作用。如丝裂霉系C会选择性地阻止DNA的合成,从而抑制微生物的生长。 (7)对细胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通过干扰细胞壁的合成从而达到抑制微生物生长的效果。 2、菌种承受毒物的能力及菌种驯化法 需说明的是,微生物中存在不少能耐受常用代谢毒物的菌株,有的甚至能利用它们作为能源。化学物质对微生物的抑制作用与其浓度有直接关系,并随微生物的驯化而发生变化,经过驯化的微生物对有毒物质的适应能力将逐步加强。微生物这种巨大的适应性(变异性)是由它们的小体积决定的。如一个微球细胞仅具有约100 000个蛋白质分子所能容纳的空间,如此小的体积决定了那些近期用不着的酶是不能储备的,许多分解代谢酶类只有当存在合适的基质时才会产生。在某些条件下这类可诱导的酶可占蛋白质总含量的10%.正是微生物的这种变异性,才使生物法处理含毒有机废水成为可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的极限的(此时的浓度叫极限允许浓度),正是这种极限又要求含毒物有机废水在生物处理前需要一定的预处理。 前已说过,微生物由于其体积的细小,而具有巨大的适应性(变异)。因此可以采用人工改变微生物生活环境的方法进行诱导变异,让微生物直接适应原水中毒物浓度或提高微生物对毒物的去除能力。这种方法对稳定性毒物及非稳定性毒物均适用,是处理含毒有机废水的一种基本方法。 在城市生活污水处理厂中,当进水中酚的浓度突然增加到50 mg/L时,便会对生物处理系统产生巨大的破坏作用。严重时,会导致全系统的崩溃。可是,某焦化厂采用适应性变异的方法对菌种进行驯化即菌种驯化法,使微生物内的酶逐步适应了这种毒物的大量存在,便将这种毒物当成其底物而加以分解吸收。实际运行表明,进水中酚的平均浓度为117.5 mg/L时,酚的去除率高达99.6%. 含酚废水处理是应对一种不稳定性毒物的例子,当毒物很稳定时,亦可采用这种驯化方法以提高微生物对毒物的承受能力。但须注意,这种毒物的浓度必须满足最终出水排放标准或另外采取其它措施加以控制。 3、预处理方法 前已说过,驯化是生物处理法中应对毒物的一种基本方法。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的极限的,毒物浓度超过极限允许浓度时就需要一定的预处理。目前,预处理法主要有稀释法、转化法和分离法。 3.1 稀释法 污水中的毒物之所以成为毒物,是与其浓度有关的。当其浓度超过某一极限允许浓度时,毒物就成为毒物;在极限允许浓度以下时,毒物就不表现出毒性甚至成为营养。当废水中毒物浓度超过生物处理的极限允许浓度时,为保证生物处理的正常进行,可采用简单的稀释法,将废水中毒物浓度降低到极限浓度以下。 根据废水中毒物的稳定或非稳定性质,结合实际情况,可采取3种不同的稀释法:污水稀释法,处理出水稀释法,清水稀释法。 (1)污水稀释法。不同的污水中所含的物质不同,将它们混合起来,彼此稀释,可将毒物浓度降低到极限允许浓度以下,这便是污水稀释法。它最简单、最经济,是首选方法,不论毒物的性质是稳定或非稳定均适用。少量的工业废水混入大量的城市污水中,几乎所有的毒物浓度都会被降低到极限允许浓度以下。但是,少量的工业废水彼此间混合后,毒物浓度仍有可能在极限允许浓度以上,仍需继续采取其它措施。 污水稀释法除了上面所说的不同单位所排废水之间的大稀释外,还有同一工厂不同车间所排废水之间的小稀释。比如,制革工厂中,脱毛工段所排的灰碱废水中S2-的浓度高达1 000 mg/L以上,但脱毛工段所排的灰碱废水只占全厂总排水量的5%左右,只要建一较大的调节池(停留时间HRT一般在12 h左右),不同工段所排废水在此搅拌混合后,总出水中S2-的浓度便可降低到100 mg/L以下。这对后续处理非常有利。 (2)处理出水稀释法。这种方法只适用于废水中的毒物为非稳定这一单一情况。处理出水稀释法又有两种:①曝气池池型采用完全混合式;②处理出水回流稀释法。出于经济方面的考虑,方法①应是首选。 实例:制革废水中S2-的存在对生物处理具有极大的危害,生物处理的极限允许浓度为30 mg/L.制革废水经调节池调节稀释后,进入曝气池时S2-仍然在50 mg/L 以上。以前,许多设计单位主张采用分隔处理,即先把灰碱废水单独进行脱S预处理,把进水中的S2-降低到30 mg/L以下,再进行综合处理。有经验表明,可采用处理出水稀释法来消除S2-对生物处理的影响,不需要进行分隔处理,而直接进行综合处理。东南大学设计的南京制革厂废水处理站,采用的处理流程为调节池初沉池生物处理,生物处理采用的是氧化沟,该氧化沟沟宽6 m,有效水深3 m,沟内水流平均流速0.4 m/s,做如下两个假定:①废水进入氧化沟后经过1周的循环,其中的S2-经曝气氧化后全被去除(被氧化成单体硫或硫代硫酸盐);②废水一进入氧化沟后,横向扩散很好,横断面上各点水质完全相同。按S2- 的极限允许浓度30 mg/L进行计算,理论上可得该氧化沟进水S2-的最大允许浓度为 7776 mg/L.从30 mg/L到7776 mg/L可以看出稀释法的巨大作用。当然,在实际运行中①,②两条假定不可能完全做到,故实际进水最大允许浓度远远不能达到7776 mg /L.根据该厂长达12年的稳定运行经验表明,在调节池出水S2-不超过100 mg/L 的情况下,S2-对氧化沟的稳定运行是完全没有影响的,而且氧化沟出水S2-始终在排放标准1 mg/L以下。这是稀释法成功应用的一个例子。 (3)清水稀释法。这种方法只有在废水中的毒物为稳定性毒物,不能采用处理出水稀释,工厂内部及其附近又没有其它废水可以用来稀释它,而且这种毒物又不能采用分离法或转化法去除时才能使用。这是由于①这种方法的不经济性。采用清水稀释本身就要花费大量的水费;原水采用大量的清水稀释后,处理投资和运行费都要增加。②随着环境管理的加强,已由浓度排放控制过渡到排放总量控制。 实例:南京某石化公司化工二厂废水处理站,进水COD为6 000 mg/L,但同时含有CaCl 250 000 mg/L,如此高的盐度将会极大地抑制生物处理的正常运行,所以在生物处理之前必须对盐加以适当处理。考虑到生物处理对CaCl2无去除或转化作用,其它的分离或转化方法又不经济,该厂地处郊区,附近无其它工厂或本厂的另类废水可利用来稀释,故设计单位与甲方商量后采用了清水稀释法,即将原水加清水稀释10倍,将CaCl2浓度降为5 000 mg/L后,再进行深井曝气法处理,取得了满意的效果。 3.2 转化法 化学物质只有在特定的情况下才会表现毒性,比如,硝基苯毒性较大,转化为苯胺后,毒性就大为降低。Cr6+的毒性很大,可是被还原为Cr3+后,毒性就大为降低。所以,可以通过化学方法,将有机废水中的毒物转化为无毒或毒性较低的物质,以保证生物处理的正常进行。这种方法对稳定性毒物或非稳定性毒物均适用。采用这种方法一定要注意两个问题:①转化后,稳定性毒物的浓度必须在生物处理极限允许浓度以下,非稳定性毒物的浓度必须保证生物处理的正常运行;②最终出水中,毒物浓度也应满足排放标准。 实例:化工废水中的硝基苯是一种毒性较大,可生化性较差的物质。直接对它进行生物处理,由于毒物负荷的限制,使得生化曝气池的BOD负荷极低,效率不高。故绝大多数工程在废水进入曝气池之前进行预处理,用化学法(比如亚铁还原)将硝基苯转化为苯胺,苯胺与硝基苯相比,其毒性大为降低,而且可生化性大幅提高,使曝气池BOD负荷大大提高。 3.3 分离法 利用分离的手段,将废水中的毒物转移到气相或固相中去,以保证废水生物处理的正常运转,这便是分离法的原理。此法对稳定性或非稳定性毒物均适用。采用这种方法时应注意如下几点:①分离后,废水中稳定性毒物浓度必须在生物处理的极限允许浓度之下,非稳定性毒物的浓度必须保证生物处理的正常运行;②必须保证最终出水各项指项(包括毒物)达到国家排放标准;③转移到气相或固相的毒物必须进行妥善处理,不允许出现二次污染。 实例:制革废水中S2-是一种毒物,我们可以向废水中投加Fe2+使之形成FeS沉淀去除,出水可以直接进行生物处理而不受S2-的影响,沉淀的FeS可以送去制砖或进行填埋处理;亦可以向废水中加酸,将废水中的S2-形成H2S吹脱到空气中去,用NaOH吸收后形成Na2S再回用于制革生产。 4、结语 为保证生物处理的正常进行,可采用的消除毒物影响的措施是很多的,如何从繁多的方法措施中选择一个最佳方案,是一个全系统优化课题。优化的原则是:①废水中各项指标(包括毒物)必须达到国家排放标准;②必须保证生物处理的正常运行;③在此基础上,应努力追求工艺流程简单、投资省、运行费用低、无二次污染以及管理方便。 实例一:制革工厂中,灰碱废水中含有大量的S2-.为消除S2-的影响,可采用的措施有如下几条:①采用分隔处理,向废水中投加MnSO4,曝气,将废水中的S2- 氧化成单体硫或硫代硫酸盐;②采用分隔处理,向废水中投加Fe2+,使之形成FeS沉淀而去除;③采用分隔处理,向废水中投加酸,使之形成H2S,再用NaOH吸收;④综合处理,向废水中投加MnSO4,曝气,将废水中的S2-氧化成单体硫或硫代硫酸盐;⑤综合处理,向废水中投加Fe2+,使之形成FeS沉淀而去除;⑥其它方法。在这么多的方法中,东南大学经过多年的探索,最终总结出一条最佳工艺方案:不进行分隔处理,直接进行综合处理,调节池的HRT延长到12 h,搅拌混合后,可将废水中的S2-降低到100 mg/L以下,初沉后,曝气池采用完全混和型的氧化沟,可直接消除S2-的影响并将其去除。国内数十项此类工程的实际运行经验表明:这套综合措施是完全可行的。 实例二:南京某炼油厂某股废水中,COD为3000 mg/L,NH3-N 200 mg/L,S2-150 mg/L.S2-的浓度已经超过生物处理的极限允许浓度,故在进行生物处理之前必须先解决好S2-的问题。在确定废水处理工艺流程.这种方法就本段来看是完全可行的,但因该废水中HN3-N浓度较高,必须采用A/O法进行处理,被氧化过的S进入A/O段后,处理池中的厌氧环境又会将S还原为S2-,其毒性又恢复释放出来,必将破坏生物处理的正常运行。故采用这种方法从全流程上来看是不行的。最终选定的方案是采用投加Fe盐沉淀去除的方法。 预处理论文:复合预处理对大鼠肠缺血再灌注的保护作用 【摘要】 目的: 探讨复合预处理(亚低温下缺血预处理)对大鼠小肠缺血再灌注损伤的保护作用及机制. 方法: 将32只大鼠随机分为4组(每组8只):假手术对照组(Sham)、缺血再灌注组(I/R)、缺血预处理组(IP)、亚低温预处理组(MHIP). 比较各组小肠组织湿干质量比、Ca2+Mg2+ATP酶含量及血清乳酸脱氢酶(LDH)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)活力、总抗氧化(TAX)能力的变化,并观察各组肠组织超微结构及Bcl2, Bax蛋白表达. 结果: 肠缺血再灌注后小肠湿干质量比值增高,LDH, MDA含量明显上升(P 0.01),Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显下降,小肠组织Bcl2和Bax蛋白表达吸光度(A)明显增高(P 0.01);IP组与I/R组比较及MHIP组与IP组比较小肠湿干质量比值减小,LDH,MDA含量明显下降,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显上升,小肠组织Bcl2蛋白表达吸光度(A)值增高,Bax蛋白表达吸光度(A)值降低(P 0.01, P 0.05),Bcl2/Bax吸光度(A)比值明显增高. 结论: 亚低温缺血预处理通过增加肠组织自身抗氧化能力、抑制脂质过氧化、上调Bcl2基因的蛋白表达与下调Bax基因的蛋白表达以抑制肠组织细胞凋亡的发生等机制对抗肠缺血再灌注损伤. 【关键词】 小肠;再灌注;亚低温;缺血预处理;基因表达 0引言 亚低温对脑和肝缺血再灌注损伤有保护作用[1,2],但亚低温缺血预处理对小肠缺血再灌注损伤作用的研究尚未见报道. 我们在缺血预处理和亚低温研究的基础上,应用大鼠小肠缺血再灌注损伤模型,观察亚低温缺血预处理对肠缺血再灌注损伤的保护作用,并探讨其可能的机制. 1材料和方法 1.1材料 1.1.1动物选用Wistar健康雄性大鼠32只,体质量230~280 g. 由咸宁医学院动物室提供. 将32只大鼠随机分为4组,每组8只. ① 假手术对照组(Sham):仅暴露肠系膜上动脉(SMA)而不夹闭,共2 h结束实验后取材;② 缺血灌注组(Ischemiareperfusion, I/R):夹闭SMA 60 min后松夹60 min再取材;③ 缺血预处理组(Ischemicpreconditioning, IP):夹闭SMA 5 min和松夹5 min作为预处理,余同I/R组;④ 亚低温预处理组(mild hypothermia ischemicpreconditioning, MHIP):在实施缺血预处理前在小肠周围充填碎冰造成小肠亚低温(33~35℃)[3],余同IP组. 1.1.2药品及试剂乳酸脱氢酶(LDH)、Ca2+Mg2+ATP酶含量、总抗氧化(TAX)能力、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)活性试剂盒均购自南京建成生物工程研究所,Bcl2, Bax免疫试剂盒由武汉博士德生物工程有限公司提供,其他试剂均为国产分析纯. 结果测定按试剂盒提供的说明书严格进行操作. 1.2方法 1.2.1模型制备100 mL・L-1水合氯醛(3.5 mL・kg-1, ip)麻醉后,仰卧固定,取腹部正中切口,暴露SMA,用无损伤动脉夹夹闭其根部导致缺血,松夹即为再灌注,在各设定时相点经髂动脉取血并迅速放血致死,同时取中段小肠匀浆. 1.2.2指标测定① 取定量肠组织制备组织匀浆测定Ca2+Mg2+ATP酶活性,并留取肠组织观察组织湿干质量比值;经髂动脉取血分离血浆,测定LDH活性,SOD, MDA含量,TAX能力;②冰冻切片后,用免疫组化方法,通过DAB显色,观察bcl2 及 bax 蛋白表达,在显微镜下用图像分析系统检测吸光度(A)值(每组选10个视野分别测量,计算均值);③冰冻切片后,光镜下观察并拍片,根据Chiu肠粘膜损伤进行分级,电镜标本严格制片,在日立H600透视电镜下观察并拍片. 统计学处理:所有数据均以 x±s表示,组与组之间采用t检验. 2结果 2.14组动物小肠组织湿干质量比Ca2+Mg2+ATP酶含量以及血浆TAX, LDH, SOD, MDA的变化肠缺血再灌注后小肠湿干质量比值增高,LDH, MDA含量明显上升(P 0.01),Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显下降(P 0.01);缺血预处理组与缺血再灌注组比较及亚低温预处理组与缺血预处理组比较小肠湿干质量比值减小,LDH, MDA含量明显下降(P 0.01, P 0.05), Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显上升(P 0.01, P 0.05, Tab1) . 表1大鼠肠组织湿干质量比、Ca2+Mg2+ATP酶含量、血浆TAX, LDH, SOD活性及MDA含量 (略) 2.24组动物小肠组织Bcl2, Bax和Bcl2/Bax蛋白表达吸光度(A)值的变化肠缺血再灌注后小肠组织Bcl2和Bax蛋白表达吸光度(A)值明显增高,与假手术对照组有显著性差异(P 0.01);缺血预处理组与缺血再灌注组比较及亚低温预处理组与缺血预处理组比较小肠组织Bcl2蛋白表达吸光度(A)值增高(P 0.01, P 0.05),Bax蛋白表达吸光度(A)值降低(P 0.01, P 0.05),Bcl2/Bax吸光度(A)比值明显增高 (Tab 2 ). 2.34组动物肠组织学改变光镜下,将各组肠粘膜损伤进行比较:假手术对照组肠粘膜基本正常,损伤均为0级;缺血再灌注组肠粘膜损伤(Ⅱ级2只,Ⅲ级3只,Ⅳ级3 只)明显高于假手术对照组(P 0.01);缺血预处理组肠粘膜损伤(Ⅰ级2只,Ⅱ级4只,Ⅲ级2只)明显低于缺血再灌注组(P 0.01);亚低温预处理组肠粘膜损伤(0级1只,Ⅰ级3只,Ⅱ级4只)低于缺血预处理组(P 0.05). 电镜下,假手术对照组肠粘膜上皮微绒毛排列整齐,各细胞器形态正常;I/R组肠粘膜上皮微绒毛稀疏、变短、脱落,线粒体明显肿胀,空泡变性,内质网排列紊乱、肿胀;缺血预处理组肠粘膜上皮微绒毛排列基本整齐,线粒体内质网轻度肿胀;而亚低温预处理组肠粘膜上皮微绒毛排列整齐,线粒体内质网肿胀不明显. 表24组小肠组织Bcl2、 Bax和Bcl2/Bax蛋白表达吸光度(A)值的比较 (略) 3讨论 1986年Murry等[4]提出预处理(preconditioning, PC)这一概念,他们在动物实验中,发现心脏经历多次短暂缺血后,紧接一个较长时程的心肌缺血,不仅没有“累积性损伤”,而且心肌对随后较长时间缺血产生更大的耐受力,这一现象称为缺血预处理的保护作用. 近年来,IP对脑、肾、肝I/R损伤的保护作用已有大量报道,并从内源性细胞保护物质、膜受体信息传递及细胞代谢因素等方面探讨其保护机制. IP对组织的保护作用毕竟有限,目前有研究表明,亚低温对脑[5]、肝[3]I/R所致氧自由基损害有保护作用. 我们在大鼠小肠I/R损伤模型上观察亚低温对IP的增强效应和亚低温缺血预处理即复合预处理对小肠I/R损伤的保护作用. 实验结果显示,I/R组肠组织湿干质量比值、LDH, MDA含量明显上升,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显下降,表明肠I/R后,产生大量的氧自由基,作用于生物膜发生脂质过氧化,造成组织细胞损害. IP组肠组织湿干质量比值、LDH, MDA含量明显低于I/R组,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显高于I/R组. 表明IP能提高小肠组织的抗氧化能力,抑制肠组织脂质过氧化反应,减轻I/R产生氧自由基所致的损伤. 但IP只能减轻不能避免这种损伤,限制了临床应用. 本实验在IP前对小肠实施亚低温处理,以期增强IP的保护作用. 实验结果显示,MHIP组与IP组比较,小肠湿干质量比值减小,LDH, MDA含量明显下降,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能明显上升,肠粘膜损伤程度及肠组织超微结构异常也明显减轻. 提示亚低温能增强IP的保护作用. 其机制可能是亚低温进一步抑制小肠因I/R所致的肠组织脂质过氧化反应,提高小肠的抗氧化能力,减轻氧自由基所致的损害,维护细胞的正常能量代谢及细胞器形态和功能的完整性. 我们发现,肠I/R后,小肠组织Bcl2和Bax蛋白表达吸光度值明显增高,与对照组有显著性差异;MHIP组小肠组织Bcl2蛋白表达吸光度值明显高于I/R组,Bax蛋白表达吸光度明显低于I/R组,Bcl2/Bax吸光度值比值也明显高于I/R组. Bcl2是一种细胞凋亡的抑制基因,Bax是一种细胞凋亡的促进基因,二者相互作用调控细胞凋亡[6,7]. 我们认为MHIP对抗I/R损伤的机制可能是诱导了Bcl2的表达,抑制了Bax的表达,从而抑制肠组织细胞凋亡的启动,减轻肠I/R损伤. 本实验结果的意义就是在基因水平上观察到复合预处理对肠移植的供体小肠血供复流时的再灌注损伤保护作用,为临床应用提供有效方法和理论依据. 预处理论文:选择性钠/氢离子交换抑制剂预处理对未成熟心肌的保护作用 摘要:目的 研究选择性Na+/H+ 交换抑制剂HOE642(Cariporide)预处理对未成熟心肌缺血/再灌注损伤的保护作用及机制。方法 20只健康新西兰幼兔(3~4周龄),利用Langendorff左室做功模型灌注其离体心脏,建立全心缺血/再灌注模型。KH液自主动脉逆行灌注心脏,向球囊缓慢注入生理盐水,调整至左室舒张末压(LVEDP)为10mmHg, 做功20 min,随机分为两组,组Ⅰ: 对照组,继续灌注15min;组Ⅱ:HOE642预处理组,用加入HOE642的KH液(浓度为5μmol/L)继续灌注15min。然后两组心脏均以St.Thomas停搏液诱导停跳,常温(37℃)缺血45min(保湿保温),再灌注60 min。记录冠脉流量(CAF),多导生理记录仪记录左心功能指标, 原子吸收分光光度计测定心肌细胞内钙(Ca)含量,自动生化分析仪测量冠脉流出液中磷酸肌酸激酶(CK)、磷酸肌酸激酶同工酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)漏出量含量,计算心肌含水量,透射电镜观察心肌超微结构改变。结果 CAF、左室发展压(LVDP)、左室压力微分(±dp/dtmax)恢复率,心肌组织内Ca 及心肌含水量,心肌超微结构变化,HOE642预处理组明显优于对照组(P 0.05)。结论 HOE642预处理通过减少细胞内钙超载,模拟缺血预处理的心肌保护效果,对未成熟心肌缺血/再灌注损伤有明显的保护作用。 关键词:Na+/H+ 交换;预处理;未成熟心肌;缺血再灌注损伤;钙超载 随着心血管外科、体外循环及围术期处理水平的提高,越来越多的先心病患儿在婴幼儿期、新生儿期进行早期手术治疗。术中良好的心肌保护是术后存活的关键,与未成熟心肌生理功能相适应的、有别于成熟心肌保护措施的寻求是小儿心脏外科关注的焦点[1]。这也为将来胎儿体外循环的心肌保护提供依据。 防治心肌缺血/再灌注损伤是心肌保护的关键,药物预处理是防治心肌缺血/再灌注损伤的有效措施。近年,心肌细胞钠氢通道(Na+/H+ exchanger,NHE1) 介导缺血/再灌注损伤的机制逐渐受到重视,有研究报道Na+/H+ 交换抑制剂对成熟心肌有保护作用[2] 。HOE642(cariporide)是第一个进入临床研究的NHE1拮抗剂,本实验探讨了HOE642预处理防治未成熟心肌缺血/再灌注损伤的作用及机制。 1 材料与方法 1.1 实验药品及仪器 HOE642(Cariporide)(德国Aventis Pham公司惠赠), Langendorff灌流装置,Powerlab多导生理记录仪(Bridge AD Instrument PTY Ltd, Australia ,Chart v5.0),P-300生理压力传感器(北京金三江传感技术有限公司),滚压泵(Stockert,德国),混合气(O2:CO2=95%,北京普莱克斯公司),超纯水(SZ-93自动双重纯净水蒸馏器,上海亚容生化仪器厂),Krebs-Henseleit重碳酸盐缓冲液(KH液)(mmol/L):NaCl 118.5、NaHCO3 25.0 、KH2PO4 1.2 、KCL 4.8 、 MgSO4・7H2O 1.2、 CaCl2・2H2O 1.8 、葡萄糖11.0 ,pH (7.4±0.5)。 1.2 建立实验模型 健康纯种新西兰大耳白兔,3~4周龄,雌雄不限,体重300~350g(阜外心血管病医院实验动物中心提供)。以戊巴比妥钠(30mg/kg)腹腔麻醉,经耳缘静脉肝素化(150IU/kg),由剑突剪开胸腔,迅速剪开壁层心包,快速摘取心脏并浸入4℃KH液中,主动脉修剪及轻挤心脏排尽心腔余血后立即将心脏悬挂于Langendorff灌流装置上,用恒温循环器预先恒温到37℃、95%O2+5%CO2混合气平衡20min的KH液,自主动脉根部逆行灌注心脏,冠脉流出液不参与循环,主动脉灌注压(CPP)为70 cmH2O,剪开肺动脉根部以利冠脉回流通畅。剪开左心耳,将与多道生理记录仪相连的小乳胶囊经左心耳放于左室,通过Powerlab压力换能器的换能作用,多道生理记录仪能记录心脏左室功能参数:左室发展压(LVDP)、左室压力微分(±dp/dtmax)。向球囊缓慢注入生理盐水,调整至左室舒张末压(LVEDP)为10mmHg,建立左室做功模型。 1.3 实验分组 37℃KH液平衡灌注心脏,做功20 min,将20枚幼兔心脏随机分为两组,组Ⅰ:对照组, 继续灌注15min; 组Ⅱ:HOE642预处理组,用加入HOE642的KH液(浓度为5μmol/L)继续灌注15min。两组心脏均以常温St.Thomas停搏液20ml诱导停跳(灌注压为80 cmH2O),常温(37℃)缺血45min(保湿保温),再灌注60 min,建立全心缺血/再灌注模型。 1.4 监测指标 心脏做功20 min时,记录冠脉(CAF)、 LVDP、±dp/dtmax作为基础值,再分别记录其再灌注10min、30min、60min测定值,计算其对基础值的恢复率。取再灌注5 min的冠脉流出液,以自动生化分析仪测定磷酸肌酸激酶(CK)漏出量、磷酸肌酸激酶同工酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)漏出量。再灌注毕,快速取下心脏,滤纸吸尽心脏表面水分,取心尖部心肌置于戊二醛固定做透射电镜观察心肌超微结构。切取左室心肌,电子天平(精度1×10-5)称量心肌湿重,置于60烘箱烘烤24h后称量其干重,心肌含水量为(1-干重/湿重)×100%,以百分比表示。留取干标本,用原子吸收分光光度计测定心肌细胞内钙含量(Ca)。 1.5 数据表达和统计分析 数据均以±s表示,采用SPSS 11.0统计分析软件,组间比较采用t检验, P 0.05为组间差异有显著性意义,P 0.01为差异有非常显著性意义。 2 结果 2.1 基础值及恢复率 心脏做功20 min时,两组心功能的基础值和冠脉流量测定结果比较无统计学差异。再灌注后10 min、30min 、60min,组Ⅱ的LVDP、 ±dp/dtmax的恢复率较组Ⅰ显著性增高(P 0.05 或P 0.01)。见表1。表1 两组心功能缺血前基础值及再灌注10min、30min、60min恢复率(略)注:与同时点Ⅰ组比较 * P 0.05,* *P 0.01 2.2 心肌酶 再灌注5min后冠脉流出液中心肌酶值于组Ⅱ较组Ⅰ明显降低(P 0.05 或P 0.01),见图1。 2.3 心肌细胞钙含量 见图1。组Ⅱ细胞内含钙量(9.9±3.4μmol/g.dry wt)明显低于组Ⅰ(16.4±4.8μmol/g.dry wt)(P 0.01)。 2.4 心肌细胞内含水量 组Ⅰ、组Ⅱ心肌细胞内含水量分别为85.(41±6.1)%、(82.3±7.5)%,组Ⅱ明显低于组Ⅰ(P 0.01)。 2.5 心肌组织透射电镜 观察结果见图2,3。组Ⅰ(图2):肌节长短不一,肌原纤维排列紊乱,收缩不规则;心肌细胞灶性肌浆凝集、灶性肌丝溶解坏死,有大泡形成;多数线粒体肿胀、空泡化,线粒体嵴断裂,嵴减少;肌浆网扩张、空泡化;细胞核染色质凝集;糖原颗粒明显减少;内皮细胞肿胀明显。组Ⅱ(图3):肌细胞结构正常,肌节清晰,I带、A带、M线、Z线清晰,少数肌丝灶性溶解;线粒体无肿胀,嵴清晰;少数肌浆网扩张;糖原颗粒较组Ⅰ明显多。 3 讨论 预处理是防治缺血/再灌注损伤的重要措施,可分为缺血预处理(ischemic preconditioning ,IPC)和药物预处理。IPC往往具有一定的致损性,临床应用是通过对IPC保护机制的理解,利用能激动IPC信号传导某一阶段的药物来模拟其作用。IPC对心肌保护机制可归纳为内源性保护物质的释放和离子及离子通道的变化,其中缺血/再灌注期间有害Ca2+内流的减少是一重要途径[3]。 Ca2+是调节心肌细胞收缩和舒张所必须的因素。心肌细胞浆内Ca2+浓度主要由肌浆网、线粒体、质膜上钙泵的调节来维持其动态平衡。在成熟心肌,胞浆中Ca2+浓度主要靠肌浆网的释放与隔离作用来调节。未成熟心肌细胞钙调节系统尚未成熟,肌浆网稀疏,钙泵活性低,但其质膜面积和细胞容积之比值较大,钙通道数量及敏感性较成熟心肌高,与成熟心肌相比,未成熟心肌细胞内Ca2+浓度的维持和调节更依赖于质膜上钙通道数量及敏感性[1]。传统的钙通道阻断剂通过阻断质膜上慢钙通道使细胞外钙的内流减少,减轻细胞内钙超载,对成熟心肌有明显的保护作用,然而对未成熟心肌则会因为减少质膜上钙通道数量及降低其活性而引起心肌细胞内Ca2+降低,导致心肌收缩功能下降。固此,针对未成熟心肌缺血再灌注时钙超载,有必要寻找传统钙通道阻断剂以外的能减轻钙超载药物。 哺乳动物钠氢通道[4](Na+/H+ exchanger,NHE)有7种亚型,分别称之为NHE1~7,而存在心肌细胞主要是NHE1,NHE1每排出一个H+就有一个Na+进入细胞。在正常情况下,心肌细胞NHE1 对调节心肌细胞内pH和细胞内Na+浓度具有十分重要的作用。当心肌细胞缺血时,糖酵解增加,产生大量H+,细胞内酸度提高,NHE1被激活;再灌注时,细胞外液H+浓度迅速下降,造成细胞内外H+浓度梯度增大,这会再度激活NHE1。NHE1激活后,大量Na+流入细胞内,[pH]i 迅速恢复;与之伴随的是细胞内Na+浓度升高及细胞肿胀,Na+跨质膜梯度降低和[pH]i 的升高又迅速 使Na+/K+-ATP酶和Na+-Ca2+通道激活,以便更好地清出细胞内过高的Na+[4,5];由于心肌缺血时ATP合成减少,Na+/K+-ATP酶活性降低,无法通过正常的Na+/K+交换将过多的Na+排出细胞外,Na+-Ca2+交换便活跃起来[5]。Na+-Ca2+通道以3个Na+交换1个Ca2+的方式进行, 引起Ca2+内流增加,最终造成心肌细胞内钙超负荷 。 正常心肌细胞的钙稳态主要依靠质膜钙转移系统、内质网 /肌浆网钙转移系统、线粒体钙转移系统[5]。质膜上有两个钙通道:高亲和力低容量的Ca2+泵(Ca2+-Mg2+ATP酶)和低亲和力高容量的Na+-Ca2+通道,前者需要分解1分子ATP。未成熟心肌肌浆网稀疏,肌浆网钙摄取与释放功能在缺血再灌注损伤钙超载机制中不起主要作用[1];而缺血再灌注期,ATP合成减少,Ca2+-Mg2+ ATP酶 活性受到抑制,故NHE1激活这一始动环节是激活Na+-Ca2+通道从而导致未成熟心肌细胞内钙超载的重要途径。鉴于未成熟心肌细胞糖原颗粒含量丰富和钙稳态调节的特点[1],特异性NHE1抑制剂抑制NHE1的激活,间接地抑制质膜上Na+/Ca2+交换,既能防治钙超载,又不影响质膜上未成熟心肌钙泵数量和活性,理论上是未成熟心肌保护的理想的药物,但尚无研究深入证实这一点。 本实验研究结果表明,NHE1拮抗剂HOE642预处理能模拟IPC的心肌保护作用,抗缺血/再灌注损伤的作用明显。其主要机制是(1)降低缺血/再灌注后Ca2+内流,进而防止细胞内Ca2+过度增加引起细胞挛缩、坏死、心律失常,本实验HOE642预处理组细胞内钙含量明显低于对照组;(2)维持细胞内Na+平衡,减轻微血管内皮细胞肿胀和组织水肿[6],本实验HOE642预处理组细胞内含水量明显低于对照组;(3)调节细胞内pH,调节心肌能量代谢,利于细胞内糖原储备,HOE642预处理组透射电镜显示,HOE642预处理组糖原颗粒含量明显较对照组多。 NHE1拮抗剂HOE642预处理是否可以激发未成熟心肌其它内源性保护物质如G蛋白、蛋白激酶C、KTAP离子通道、热休克蛋白等有待更进一步研究探讨。 预处理论文:高浓度粉丝废水预处理方法的研究 摘要:对高浓度粉丝废水的预处理方法作了实验研究。采用调节等电点酸沉的方法回收蛋白质,然后用聚合硫酸铁化学混凝处理上清液以降低COD的含量。实验证明了方法的可行性并得出了最佳实验条件。 关键词:粉丝废水 蛋白回收 混凝剂 聚合硫酸铁 废水处理 粉丝厂排出的废水可分为高浓度有机废水和泡豆、洗豆及粉丝洗涤废水两类。前者不仅COD含量很高,而且蛋白含量占原料质量的20%左右,若当作废水排掉,既污染环境又浪费了宝贵的蛋白质。废水中的蛋白质含量大,也增加了后续废水处理的成本。国内蛋白回收有的用气浮法但此设备结构较复杂。采用酸沉法工艺简单,运行成本低。 化学法废水处理是选用混凝剂使废水的胶体破坏,使分散状态的有机物脱稳、凝聚,形成聚集状态的粗颗粒从水中分离出来,达到降低废水中COD含量的目的。聚合硫酸铁因其高效、廉价已广泛用于水和废水处理中。即使同一混凝剂处理同一的废水,不同的条件下的混凝效果也不同,它受到水样的pH、温度、搅拌速度以及混凝剂投加量、废水的浓度、温度的影响,需具体问题具体分析,优化选择。 实验中所用聚合硫酸铁为液体型:碱化度B=0.4;pH=1.5;铁含量 0.5 mol/L。 实验中所用废水取自烟台粉丝厂。粉丝原料为豌豆。水质主要指标:浆黄色;pH 4.2;COD含量为7000~20000 mg/L。 1 主要实验仪器与试剂 7200可见分光光度计;JJ-3型六联定时变速搅拌机;TG-32A型电光分析天平;PHS-2C精密酸度计及其他常规仪器;TL-1型COD测定仪;COD测定专用氧化剂、催化剂;Ferron试剂(AR,进口)及常规试剂。 2 实验方法 2.1 实验流程图 2.2 粗蛋白的回收实验 2.2.1自然沉降 直接从现场取1 L高浓度粉丝废水置于大型透明玻璃容器中,间隔一定时间分别测量上清液高度和上清液中COD的含量。COD的测量采用重铬酸钾法在COD消解仪上进行。由于COD残余量的大小与蛋白回收率的大小成反比,实验中用COD残余量间接反映蛋白回收量(下同)。 2.2.2 酸 沉 实验发现自然沉降所得清液残余COD值仍较大,蛋白回收量必小。考虑到蛋白质的酸碱两重性,在其等电点附近溶解度最小提出酸沉的方法:通过调节水样pH来强化沉降,一方面可增加粗蛋白的回收量,另一方面可减轻后续水处理的负担。实验中分别取一定量的水样,调节其pH到指定值,静沉2 h,分别测定上清液COD值。对于最优pH,采用2.2.1的方法测定清液层高度和上清液的COD值。 由pH-COD曲线可得最优沉降所需的pH。 2.3 混凝实验 分别取500 mL水样,调节pH到指定值,控制水样温度恒温25℃,加入一定量的PFS,在六连搅拌机上快速搅拌1 min,转慢速5 min,静止沉降2 h。然后在液面下1 cm处取上清液在COD消解仪上测定COD。在该实验测定条件下,COD的标准曲线近似为COD=14700A mg/L (A为吸光度) 2.3.1最优混凝 pH的确定 分别取500 mL水样,调节pH分别为6.0、7.0、7.95、8.9、9.9,分别加入150 mg/L(以Fe计)PFS,做混凝试验。COD值最小时对应的pH应为最优pH。 2.3.2 最优混凝剂投加量的确定 分别取500 mL水样,均调节pH为最佳絮凝pH,分别投加不同量的PFS,混凝后,测定上层清液的残余COD值。作COD-混凝剂用量曲线图,找出混凝剂最佳用量。 3 实验结果与分析 3.1自然沉降与酸沉时清液中COD含量和清液层高度随沉降时间的变化 图 1 沉降清液层高度随时间的变化 由图1可以看出,沉降的时间在大于24 h后,清液高度不再变化。 图2 自然沉降与快速沉降时COD值随时间的变化 由图2可看出,在12 h左右,COD值变化已不明显。考虑到沉降后期主要是沉渣压紧的过程,清液高度在沉降后期变化很慢,因此可取12 h为pH=4.7条件下的沉降时间。 两种沉降曲线可以看出:当调节pH后,沉降所得清液的残余COD值更小,即蛋白回收量较大。 3.2 酸沉时清液中残余COD量随pH的变化 由图3可知,酸沉时的最优pH为4.7。从废水处理的角度看,COD值的减少量有限(由图1、2也可看出)。因此,蛋白回收后的清液仍需作进一步处理。 图3 酸沉时水样pH对残余COD值的影响 图4 水样pH对混凝效果的影响 3.3 水样pH对混凝效果的影响 由实验结果图4可知,聚合硫酸铁在粉丝废水中的最优pH为9.0。 3.4 混凝剂投加量对混凝效果的影响 选择不同的聚合硫酸铁投加量,测定混凝后的COD残余量,结果见图5。 图5 投加量对混凝效果的影响 由图5可看出,最优投加量为3 mL,折合Fe为85 mg/L。 4 结 论 (1)酸沉优于自然沉降。酸沉时水样的pH为4.6,沉降时间为12 h。 (2)聚合硫酸铁(PFS)在粉丝废水中的最佳混凝条件为:pH=8.9,絮凝剂投加量为85 mg/L。 (3)经过以上方法的处理后废水指标:pH=7~8;COD含量为500~1000 mg/L。基本接近泡豆、粉丝洗涤废水的指标,与其他废水混合处理后,完全可用于车间洗刷等。 预处理论文:简论植物油脂废水预处理技术 摘 要:随着国民经济的逐步发展,我国植物油脂的年产量也在不断增加,有相关数据显示截至目前全国范围内已有五千多家不同规模的植物油脂加工厂,油脂的年产量也已经超过了四千万吨,其中精制油脂的比例占到五分之一,就按每一吨的油脂产量,排放的污水也为一吨计算,每年由于生产植物油脂而排放的废水数目也是非常的惊人。 关键词:植物油脂;油脂废水;预处理技术 植物油脂生产中所产生的油脂废水,其成分中含有乳化油、溶解性油、有磷脂、皂脚等物质,如果这些废水不经过任何处理就排放,将会给大自然的水资源造成很严重的污染。对于植物油脂废水的处理工艺有很多种,本文将对这些处理工艺做简单的介绍,希望能对同行人士有所帮助。 1 植物油脂废水简介 植物油脂废水,主要是指植物油脂生产企业排放出来的蒸煮废水、水洗废水、冲地面废水、脱色、脱水、脱臭的真空蒸汽喷射装置冷凝器排出的含油含酸废水和废酸废碱水。有机物和乳化油等油脂的含量极高、金属和有毒物质含量低是植物油脂废水的特点,此特点使得油脂废水比较适合生化处理。我国目前存在的植物油脂企业大多为中小型,油脂废水的排放多为间歇排放,水质水量的波动较大,PH值也不稳定,给生化处理过程带来了一定难度。 2 油脂厂废水预处理技术 2.1 隔油 隔油池一般有三种型式:平流、平行板、倾斜板,其工作原理是利用油脂废水中悬浮物与水的不同比重而对其分离,属于依靠比重自然浮上分离装置。隔油池主要去除废水中上浮分散油,可能除去的最小油滴粒径为100-150μm。通常进入隔油池的废水,油的含量比较高,油粒径越大,利用隔油池处理的效果就越好。虽然隔油池对分散油的去除效果非常好,但是对乳化油的处理效果就相对较差,所以要向油脂废水中投入破乳剂,将乳化油转变为分散油再进行处理,就可达到理想的效果。 2.2 气浮 气浮与隔油的最大区别是,隔油是依靠自然上浮,而气浮则是利用微气泡,实行强制上浮。气泡所起到的作用是粘附在油滴上,由于气泡比重远远小于水的比重,所以有很大的浮力,使油滴迅速上浮,从而实现废水中油脂与水的分离。气浮也有三种型式:溶气气浮、电解气浮和机械碎气气浮。三种方式中电解气浮的设备最为简单,操作容易,在不需充气和加混凝剂的情况下,去除废水中乳化油和分散油的效率就可高达90%,但是电解气浮需耗用较大的电量,再加上电极材料等的原因,使得电解气浮多是停留在试验研究阶段,未能得到大的实际应用。机械碎气气浮在电能消耗上比另外两种方式都要低,并且设备投资资金也相对较低,但是目前在植物油脂废水处理中应用的很少。植物油脂厂中目前采用的废水预处理方式多为溶气气浮。植物油脂厂采用气浮技术进行油脂废水预处理,还必须注意以下几点: a.选用合理气浮工艺;植物油废水气浮工艺一般选用处理后废水部分回流加压溶气气浮工艺较为合适;b.选取合理的PH值;进水PH值试验表明,PH=7时单位体积内微气泡个数最多,平均粒径最小,气浮效率最高,所以在废水进入气浮前要进行中和处理,使PH为7;c.选择合理的释放器类型;当植物油脂废水预处理选择气浮方式时,为了达到理想的处理效果,要选用高效且不易被油粒和悬浮物堵塞的释放器;d.加入适当的破乳剂;油脂废水中的乳化油,自身带有负电荷,并且化学性能非常稳定,因此要在油脂废水中放入适当的破乳剂,将乳化油破解,以实现理想的气浮效果。 2.3 混凝破乳 混凝破乳常采用的工艺方法是盐析法,此法的作用原理为,将盐类电解质放入到植物油脂废水当中,使油滴与废水面的电层被压缩,从而实现预处理效果。常用的盐析剂有钙、镁、钠的氯化物及钙、镁硫酸盐。单靠使用盐析法对油脂废水预处理,常遇到的问题是需使用大量盐析剂,聚析以及沉降分离的时间都很长,设备占地面积大等,为了改善上述问题,很多植物油脂生产企业在研究尝试使用铝、铁盐混凝剂破乳,对铝、铁盐的使用出使得以上提到的问题被有效解决外,还可以使增宽最优PH值。 2.4 生物预处理 2.4.1 活性污泥法 活性污泥法处理油脂废水的原理是,在有氧条件下,向油脂废水中连续的通入空气,使得大量好氧性微生物能够连续、循环生长,此类微生物具有超强的吸附能力,并且在生长中可降解油脂废水中的油粒和悬浮物,转化为自身的有机成分,从而实现水油分离,达到废水预处理的效果。为提高溶解氧的浓度,常采用渐进曝气法、深井曝气法。 2.4.2 生物膜法 生物膜法与活性污泥法类似,都是一种好氧性生物预处理工艺。但是在型式上与活性污泥法还是有所区别,活性污泥法主要利用的是以菌胶团为主的微生物群进行废水预处理,而生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物(即生物膜)实现废水预处理,其附着的固体介质被称作滤料或载体。生物膜法对油脂废水预处理的工作原理是,生物膜首先附着在载体上,由好氧微生物将其分解,之后进入到厌气层进行厌气分解,随着新生物膜的生长,老化的生物膜会被流动的水层冲掉,重复此过程就可以对油脂废水进行预处理。生物膜法具有以下特点:(1)对水量、水质、水温的变化有极强的适应能力;(2)处理效果显著;(3)污泥量小且易于固液分离;(4)节省费用。 2.4.3 水解法 生物水解法是对油脂废水厌氧预处理工艺,主要用于处理浓度较高的油脂废水。生物水解法能够去除油脂废水中的有机负荷,该工艺将有机物的厌氧分解中的水解、酸化、酸性减退,甲烷化阶段始终控制在水解、酸化段,利用水解菌和产酸菌将废水中的大分子、难降解的有机物降解为小分子有机物。对油脂废水预处理时,在水解池中加入以光合细菌为主的高效降解菌和产酸菌,将油脂废水中长链脂肪酸类大分子有机物分解成小分子挥发性脂肪酸。目前该工艺已被广泛应用于植物油脂废水的预处理。 结语 对植物油脂废水除了采用上述生化处理工艺外,目前我国正在大力研究应用微生物选育技术和膜生物处理技术对油脂废水进行处理,此项研究工作,重点是朝着无污染的方向努力。然而不可忽视的是,各种油脂废水处理工艺都会存在一些这样那样的不足,这些还需要莘莘学子的努力改造,以保护水资源环境不被油脂废水所污染。 预处理论文:缺血预处理对大鼠肝移植缺血再灌注损伤后CyclinD1和CyclinE表达的影响 作者:裴旭东,叶启发,肖建生,明英姿,牛 冰 【摘要】 目的 探讨缺血预处理(IP)对大鼠肝移植缺血再灌注(IR)损伤后肝CyclinD1和CyclinE表达的影响,以了解移植肝再生能力和功能不良的影响因素。方法 将SD大鼠90只随机分为缺血预处理组(IP组)、对照组(OLT组)和假手术组(SO组)3组;用全自动生化分析仪来检测肝功能;通过免疫组化S-P法来测定移植肝CyclinD1和CyclinE的变化。结果 对照组中大鼠移植肝缺血再灌注损伤后血清中丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)明显升高,CyclinD1和CyclinE的百分含量较低,提示移植肝细胞再生不良;实验组经缺血预处理后血清中ALT、AST稍升高,幅度 对照组,CyclinD1和CyclinE的百分含量很高,提示移植肝细胞再生活跃。结论 缺血预处理能够启动内源性保护移植肝的相应机制,可促进肝CyclinD1和CyclinE的合成,激发肝细胞的增殖和再生。 【关键词】 大鼠肝移植;缺血再灌注;缺血预处理;CyclinD1;CyclinE 缺血再灌注(IR)损伤普遍贯穿于肝移植始终,它是临床上肝移植术后原发性移植物无功能的首要因素。Sasaki等证实IR损伤可使鼠移植肝细胞凋觯?],近年来的研究也表明肝脏再生能力的大小也是IR损伤后移植肝功能恢复的关键环节。缺血预处理(IP)是公认的对肝脏IR损伤有保护作用[2]。为研究移植肝IR损伤程度与肝细胞再生能力的关系,本实验以移植肝IR损伤后CyclinD1和CyclinE的表达作为细胞增殖指标,以检测IP对IR损伤后移植肝细胞增殖的影响,从而进一步探讨肝移植术后肝功能不良的原因。 1 材料与方法 1.1 实验动物与分组 纯系Wistar雄性大鼠90只,体重280~320mg,由湖南农业大学实验动物研究中心提供。普通喂养,自由进食,术前12h禁食,将大鼠随机分为3组:(1)取样缺血预处理组(IP组):即在供肝冷转灌注前缺血处理10min,10min再灌注,循环2次,然后行双袖套法原位肝移植术。术后2h、6h、24h各时间点取肝脏标本和经下腔静脉采血4ml待测。各时间点分别取样6只。(2)对照组 (OLT组):即单纯行双袖套法原位肝移植术,术后2h、6h、24h各时间点取肝脏标本和经下腔静脉采血4ml待测。各时间点分别取样6只。(3)假手术组(SO组):即血流阻断与复流及原位肝移植外,其余处理同上。分别取样6只。 1.2 实验器械与试剂 肝功能检测用全自动生化分析仪(AU800 Olympus)。免疫组化试剂CyclinD1单克隆抗体(兔抗大鼠),购于北京中杉金桥生物技术有限公司;CyclinE单克隆抗体(兔抗大鼠),购于上海长岛生物技术有限公司;DAB显色试剂购于福州迈新生物技术有限公司。 1.3 方法 1.3.1 原位肝移植模型的建立 按照Kamada[3]和孙君泓[4]报道的术式建立大鼠原位肝移植模型:即不重建肝动脉的双袖套法大鼠肝移植术。 1.3.2 标本的制备和测定方法 取移植肝组织用4%的复合甲醛固定待制石蜡标本,行光镜学检查及行免疫组化S-P法检查,同时将所采静脉血2ml,11000r/min离心5min取血清置于-70℃深低温水箱保存检测转氨酶。 1.4 结果判断标准 由两位病理医生在光镜200倍视野下,每张切片取5个视野,用HPIAS—1000型彩色图像分析仪系统测定CyclinD1和CyclinE表达情况,结果用阳性细胞率来表示:阳性细胞率(%)=视野中阳性细胞数/视野中总细胞数× 100%。 1.5 统计学方法 所有数据以均数±标准差(x±s)来表示,以SAS统计软件包分析处理,多个样本均数间比较用重复测量设计方法分析和单因素方差分析,IP组与OLT组比较用t检验。 2 结果 2.1 一般情况 该部分供肝手术时间、血管袖准备时间和受体手术时间分别为(30±3.30)min、(11±3.83)min和(31.5±3.20)min。其中无肝期为18~22min,平均(19.67±1.63)min,手术成功率94.1%。未处死的大鼠1周存活率达88%,最长存活72天。 2.2 各组血清ALT、AST含量 见表1。OLT组各时间点ALT、AST较SO组显著升高,且随再灌注时间延长而逐步升高,以移植肝再灌注2h升高最为明显,以后升高幅度降低。IP组各时间点ALT、AST升高幅度远低于OLT组,与之相比较,P 0.01。 2.3 移植肝细胞周期蛋白CyclinD1、CyclinE标记阳性细胞率 SO组CyclinD1、CyclinE均未发现阳性表达。IP组各时间点CyclinD1、CyclinE阳性细胞率均高于OLT组,尤以6~24h升高明显;而IR组6h细胞凋亡显著升高,增殖低下,24h仍维持很低水平。24h CyclinD1与CyclinE阳性细胞率分别为0.47±0.23、0.44±0.21与OLT组0.21±011、0.20±0.08比较,差异具有非常显著性(t=7.57,P 0.01),见表2。笔者还发现CyclinD1表达时限等同于CyclinE的表达,阳性细胞表达率高于CyclinE的表达率。 表1 移植肝IR损伤后血清ALT、AST含量变化 (x±s,u/L) 注:同时间点IP组与OLT组相比较,P 0.01 表2 移植肝IR后细胞周期蛋白CyclinD1、CyclinE阳性细胞率表达 (x±s) 注:IP组与OLT组相比较,P 0.05;IP组与OLT组相比较,*P 0.01 2.4 光镜下肝脏病理组织学变化与SO组肝脏组织相比较 OLT组(见图1、图2)中肝脏细胞广泛水肿,以中央静脉周围为主,肝组织结构混乱可见小滴样脂肪变性,肝窦内大量中性粒细胞浸润;灌注后24h可见部分肝窦狭窄,并有红细胞残片,界板破坏。而IP组(见图3、图4)仅有轻度肝细胞水肿,肝窦内有少许中性粒细胞散在,小叶结构基本完整。 3 讨论 IR引起损伤已在多种组织器官缺血再灌注模型中得到证实。Borghi[5]等观察16例临床原位肝移植术后细胞凋亡情况,发现IR后肝细胞发生一系列代谢、结构和功能的改变, 导致转氨酶升高,酶泄漏的发生,线粒体功能受损,活性氧化剂的增多,由此认为肝细胞的凋亡与肝IR损伤有关。本实验血生化结果证实了这种变化,并观察到OLT组随着再灌注时间的延长, 转氨酶(ALT、AST) 呈进行性升高。6h血清ALT、AST迅速升至最高,提示细胞严重受损,酶泄露严重;24h ALT、AST升高幅度开始回落,细胞修复能力加强;组织病理学检查有明显变化,并随灌注时间延长而加重。说明肝缺血再灌注损伤引发的细胞凋亡为一种动态过程,其原因可能是在不同阶段参与损伤的因素不同,是由多种因素综合作用的结果所致。Schlossberg[6]等观察小鼠肝IR损伤后细胞凋亡和组织修复的相关指标时发现细胞凋亡在肝叶IR后6h达峰值,且持续升高到20h以上,并在IR损伤急性期(1~3h)和亚急性期(6~20h)由不同的受体途径介导。在实验中,OLT组中CyclinD1、CyclinE的表达达最低值。 IP减轻肝IR损伤后肝细胞凋亡和增强细胞再生能力,目前已广泛证实,但其机制十分复杂;它与腺苷、一氧化氮、热休克蛋白、蛋白激C酪氨酸激酶依赖性信号系统、K+ ATP通道的激活等诸多因素有关[7]。本实验发现IP可通过上调(肝细胞抗凋亡基因bcl-2)活性来下调Fas凋亡途径中Fas-mRNA的表达和抑制caspase-3的活性[8],使细胞内容物(如DNA)避免氧化损伤,促使细胞周期中G1/S的转化启动,从而完成细胞再生[9]。Kuo[10]观察临床肝移植术后细胞凋亡情况时发现肝细胞凋亡与IR造成的生化损伤及病理学损伤参数改变呈正相关。实验中IP组肝移植前给予10min缺血,10min再灌注2次,血清转氨酶幅度较OLT组明显降低(P 0.01),病理变化显示肝细胞轻度水肿,小叶结构完整,超微结构变化示细胞膜结构完整,酶泄露少。再灌注后24h作为细胞周期正性调节蛋白CyclinD1与CyclinE在IP组24h的阳性表达率显著高于OLT组,提示移植肝细胞凋亡机制受限,肝细胞增殖机制活动增强。 增殖性细胞周期分为DNA及蛋白质合成准备期G1期、DNA合成期S期、有丝分裂准备期G2期、有丝分裂期M期。凋亡细胞的细胞周期常阻滞于G1/S期和(或)G2/M期,尤其G1末期限制性调控点“R”点的阻滞[11]。IP能够增加bcl-2活性,并于IR损伤后6h达高峰[8],bcl-2能够保护细胞避免各种形式释放NO诱导的凋亡,下调P53基因,干扰caspase-3活性(caspase-3是细胞凋亡效应分子,是Fas凋亡途径下游操作底物酶解的关键酶,被称为“凋亡执行者”);增加细胞周期基因及生长因子的调控能力[12]。作为细胞周期正性调节蛋白CyclinD1是肝细胞进入细胞周期G1期的显著标志,并随着细胞生长因子的增减而增减。CyclinD1能与CDK4和(或)CDK6(细胞周期依赖性激酶,与调节因子合称细胞周期引擎)特异性结合,形成CyclinD1-CDK4/CDK6复合物在G1中期激活,可使细胞周期中“R”限制点附近的抑制蛋白(如P503、Pb)磷酸化而失活,并释放转录因子E2F致使G1期缩短,同时加速G1/S的转换[13]。E2F又协同DP1启动G1/S转换相关基因的表达(如:CDK基因、CyclinE),在G1后期CyclinE与CDK2结合并激活CDK2形成CyclinE-CDK2复合物,使细胞通过“R”限制点,进入S期;同时减少细胞对生长因子的需要量,推进DNA复制和细胞的2倍增殖。由于细胞周期领带CyclinE的表达受转录因子E2F介导,而后者通过PRb被 CyclinD1依赖性激酶超磷酸化而激活,故CyclinE的表达依赖于CyclinD1依赖性激酶的活性,同时还受myc、Ras等基因调控。在本实验中笔者发现CyclinE的表达程度低于CyclinD1的表达,但表达时限基本相同[14]。据Meujoe[14]等报道,BACA/C大鼠肝IR损伤后12h CyclinD1RNA表达开始升高,在24~48h达最高峰,但术后2h比较差异无显著性,可能与细胞周期启动因子INF-α、IL-6、EHGF等调控在IR损伤术后4~6h才开始启动有关[15]。 IR 损伤和IR后的肝细胞增殖涉及到许多复杂的机制,从以上实验结果来看:IP作为移植肝IR损伤的内源性保护机制,增强bcl-2活性,抑制caspase-3及Fas-mRNA的表达,提高正性调节蛋白CyclinD1、CyclinE的调控能力,抑制细胞凋亡,促进再灌注早期肝细胞再生能力增强,从而使移植肝在灌注后肝脏功能迅速启动,为临床上预防肝移植术后原发性移植肝无功能及功能不良提供了新的理论依据。但IP如何使细胞增殖顺利通过G2/M期的机制尚需进一步研究阐明。 预处理论文:肺表面活性物质在缺血预处理肺保护中的作用 【摘要】 目的: 探讨肺表面活性物质(pulmonary surfactant, PS)是否参与了肺缺血预处理(IPC)对肺缺血/再灌注损伤(I/R)的保护作用. 方法: 建立兔在体I/R损伤模型,实验分为对照组(Control),I/R组和IPC组. 通过阻断左肺门造成兔在体I/R损伤,检测各组动脉血氧分压(PaO2)、肺通透性指数、支气管肺泡灌洗液(BALF)中白细胞数和中性粒细胞百分比;采用Bartlett法、Mason法和Lowery法检测BALF中总磷脂(TPL)、胞和卵磷脂(SatPC)和总蛋白(TP)含量,PS活性以SatPC/TP和SatPC/TLP来表示. 结果: 肺I/R损伤后,PaO2较正常对照组显著降低(P 0.01),肺通透性指数及BALF中白细胞数和中性粒细胞百分比亦明显升高(P 0.01);IPC组上述指标较I/R组均有显著改善(P 0.01). I/R损伤组SatPC/TP(ng/g)和SatPC/TLP(%)分别为124±23和36.5±4.9,明显低于对照组(P 0.01),IPC组上述两指标分别为159±28和44.7±6.8,显著高于I/R组. 结论: 缺血预处理可通过维持PS的分泌和功能而对肺I/R损伤有显著的保护作用. 【关键词】 肺; 缺血/再灌注; 缺血预处理; 肺表面活性物质 0引言 肺缺血/再灌注(ischemia reperfusion, I/R)损伤常见于肺动脉袖状切除、肺移植术,可致肺动脉高压、肺水肿及呼吸衰竭等,严重影响患者术后肺功能的恢复. 因此,对肺I/R损伤保护作用的研究具有十分重要的意义. 1986年,Murry等[1]首次报道了心肌缺血预处理(ischemic preconditioning, IPC),即短暂缺血后恢复血流再灌注,心肌对随后出现更长时间的严重缺血产生耐受的状态. 此后在多种脏器均发现IPC现象,已有报道IPC对肺I/R损伤也具有保护作用,但是其作用机制尚未明确. I/R损伤可导致内源性肺表面活性物质(pulmonary surfactant, PS)异常,而引起呼吸功能下降[2],IPC对PS活性有无影响鲜见报道. 我们在兔I/R损伤模型的基础上,探讨IPC对肺I/R损伤的保护作用及其对内源性PS活性的影响,为临床上肺I/R损伤的防治提供新的思路和理论依据. 1材料和方法 1.1材料 新西兰大白兔36只(第四军医大学实验动物中心提供,合格证号陕动字08015号),体质量(2.0±0.2)kg,牛血清白蛋白购于美国Sigma公司. 1.2方法将大白兔在无特殊病原体(SPF)的条件下随机分为3组,每组12只,即对照组(Control),I/R组和IPC组. 1.2.1制作兔原位肺缺血/再灌注模型手术前肌注阿托品0.1 mg,经耳缘苯巴比妥钠麻醉后(30 mg/kg, iv)仰卧位固定于手术台上,气管切开插管,接动物呼吸机,呼吸频率30次/min,潮气量10 mL/kg,吸入氧浓度1 L/L,股动脉插管监测动脉压. 胸骨正中切口,开胸后,肝素1 mg/kg iv. IPC组为阻断左肺门5 min,开放5 min,反复3次,然后阻断左肺门60 min,再灌注120 min. I/R组为直接阻断左肺门60 min,再灌注120 min. 对照组为开胸后仅游离肺门而不进行其他处理的假手术组. 1.2.2氧分压(PaO2)测定实验结束时,取半数动物用肝素化抗凝空针自主动脉取血2 mL, 保持密闭,测PaO2. 1.2.3肺通透指数测定实验结束后抽取半数动物肺动脉血制备血清;以Hanks液经左主支气管灌洗,收集支气管肺泡灌洗液(BALF),采用Lowery法检测BALF上清及血清中蛋白浓度,BALF中蛋白浓度与血清蛋白浓度之比为肺通透性指数. 1.2.4BALF中白细胞分类计数取BALF离心沉渣涂片,瑞氏染色,光镜下计数BALF中的白细胞数量,并进行细胞分类. 1.2.5PS测定用生理盐水10 mL/kg对其余半数动物经左主支气管灌入左肺,进行支气管肺泡灌洗,然后灌洗液流出,再注入与前次流出量相等的生理盐水,同法操作,共灌洗3次. 灌洗液经双层纱布过滤后计算回收量,然后于4℃下1500 r/min离心10 min,取上清分装后保存于-70℃低温冰箱中. 采用Lowry法检测BALF中总蛋白(total protein,TP)含量;Bartlett法测定BALF中总磷脂(total phospholipid,TPL);Mason法检测BALF中饱和卵磷脂(saturated phosphatidylcholine,SatPC)的含量. PS的活性以SatPC/TP和SatPC/TLP来表示. 统计学处理:所有数据均以x±s表示,组间比较采用SPSS 11.0软件进行方差分析及LSDt检验. 2结果 2.1PaO2肺I/R损伤后测PaO2为(11.65±2.34)kPa,较对照组(15.63±2.79)kPa显著降低(P 0.01);IPC组动脉血PaO2为(14.84±1.67)kPa,较I/R组明显增高(P 0.01). 2.2肺通透指数检测I/R组肺通透指数显著高于对照组(P 0.01),IPC组较I/R组显著降低(P 0.01, Tab 1).表1肺通透性指数和BALF中白细胞数和中性粒细胞百分比(略) 2.3BALF中白细胞计数及分类I/R组白细胞总数、中性粒细胞数显著高于对照组(P 0.01);IPC组较I/R组均显著降低(P 0.01, Tab 1). 2.4PS磷脂含量I/R组SatPC/TP和SatPC/TLP均显著低于对照组(P 0.01);IPC组上述两指标明显高于I/R组(P 0.01, Tab 2).表2肺表面活性物质磷脂含量(略) 3讨论 IPC作为一种机体内源性的保护机制,其对I/R损伤的保护作用超过了目前已知的任何药物,现在已越来越为人们所重视. 我们建立了兔在体I/R损伤模型,由于肺毛细血管通透性增高是肺I/R损伤后的基本病理改变,表现为血管内液渗出增多,有大量蛋白漏出,BALF与血清中蛋白浓度之比即肺通透性指数增高,因此,我们以肺通透性指数作为评价肺I/R损伤的指标. 我们在肺I/R损伤后检测到肺通透指数较对照组明显增高,而反复3次5min的短暂缺血即IPC使肺通透指数显著下降,表明肺IPC可减轻I/R导致的肺血管通透性增高而起到肺保护作用. PS是磷脂和蛋白质的混和物,由肺泡Ⅱ型细胞合成和分泌. 在肺泡腔内的液气界面提供磷脂形成单分子膜,降低肺泡表面张力,维持肺泡膨胀,对于维持肺的正常功能起着重要作用[3]. 而PS中的磷脂含量是决定PS功能的关键因素,它能有效降低肺泡表面张力及改善肺的顺应性[4]. 我们检测了肺I/R损伤时肺PS中磷脂含量的变化,结果表明,I/R时,内源性PS含量、成分和功能均有下降,使小气道和肺泡易于萎陷,肺顺应性下降,加重了通气障碍,I/R损伤时检测PaO2较正常组明显下降,导致组织缺氧. 而IPC可使PS含量较I/R组显著增高,磷脂含量明显增加,检测PaO2基本正常.以上结果表明,IPC可能通过影响PS的分泌而对肺I/R损伤具有保护作用. 肺泡Ⅱ型上皮细胞在肺损伤、肺泡修复和逆转肺纤维化的过程中起关键作用,它具有合成、分泌PS,以及PS相关蛋白的作用[5]. I/R损伤时,中性粒细胞浸润、激活并附着于肺毛细血管内膜上,释放大量的氧自由基、蛋白水解酶、炎症介质, 使细胞膜损伤和细胞自融,损伤肺泡Ⅱ型上皮细胞,致使PS 的合成和分泌减少. 我们检测了BALF中白细胞总数及中性粒细胞百分比,结果在I/R组白细胞数和中性粒细胞百分比均显著高于对照组;而IPC组白细胞数和中性粒细胞百分比较I/R组均明显减低. 因而,IPC可能通过显著抑制I/R时中性粒细胞的浸润、激活,减轻肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤程度,保护了其分泌PS的功能而发挥肺保护作用. IPC对肺泡Ⅱ型上皮细胞有无直接的促增殖作用尚有待进一步研究证实. IPC作为一种强有力的机体内源性保护方法,开辟了组织器官保护的新领域,对肺IPC现象及机制的研究将加速其在临床上的应用. 预处理论文:气管插管前地卡因和地塞米松预处理对术后咽喉疼痛的影响 【关键词】 地塞米松 【摘要】 目的 评价气管插管前应用地卡因混合地塞米松声门表面麻醉对气管插管后咽喉疼痛的影响。方法 将190例病人随机分为试验组和对照组,试验组在气管插管前后用1%地卡因2ml加地塞米松5mg对声门区及声门下进行表面喷雾麻醉,然后气管插管,对照组常规气管插管对照,术后24h随访,用纤维喉镜检查咽喉红肿情况并记录声音嘶哑和喉痛发生率。结果 试验组声音嘶哑和喉痛发生率为4.2%,对照组为20.2%,两组术后咽喉纤维喉镜检查水肿发生率,试验组3.1%,对照组17.1%。结论 地卡因混合地塞米松气管插管前声门表面麻醉可减轻气管插管后的声音嘶哑和喉痛发生率。 关键词 地卡因 地塞米松 气管插管 疼痛 在危重病人的抢救、呼吸道疾病的治疗、全身麻醉和ICU治疗中目前大量使用气管插管技术,气管插管最常见的并发症是术后声音嘶哑、喉痛,严重者可发生上呼道梗阻,因此对其并发症的防治受到普遍关注。地卡因是一种快速、强效的常用粘膜表面麻醉剂,较利多卡因起效快和作用持久,本文采用1%地卡因混合地塞米松进行声门表面麻醉后行气管插管,拔管后用纤维喉镜观察声门及咽喉部,了解喉头水肿发生情况,以探讨地卡因和地塞米松预防气管插管并发症的效果,为防止气管插管并发症提供临床研究依据。 1 对象与方法 1.1 对象 本研究对象来自本院2001年1月~2002年12月我院外科收治的190例全麻手术患者。纳入标准:术前全身情况附合美国麻醉医师联合会分级标准ASAⅠ~Ⅱ级,年龄18~45岁之间,全麻气管插管下择期手术治疗患者。排除标准:喉炎及慢性咽喉炎症,有小颌畸形、张口度 3cm及颈短粗影响顺利气管插管者。将190例患者随机分为试验组和对照组。试验组96例,年龄(37.6±5.4)岁,男/女为65/31。对照组94例,年龄(36.2±4.5)岁,男/女为59/35。两组年龄和性别构成差异无显著性。 1.2 方法 试验组气管插管前用1%地卡因2ml混合地塞米松5mg对声门及声门下表面喷雾麻醉,然后将气管导管插入声门,对照组不用声门表面麻醉行常规气管插管。诱导均用维库溴铵和异丙酚,麻醉维持采用芬太尼和安氟醚静吸复合麻醉。气管导管均用德国产RUSH乳胶螺纹气管导管,导管选择按年龄进行计算,防止过粗和过细,术后清醒后拔除导管。两组气管插管均为主治医师以上人员操作以控制插管不熟练造成人为操作损伤。 1.3 测量指标 患者拔管后送入重症监护室监护24h,然后进行术后随访和纤维喉镜声门咽喉部检查,随访和检查均由重症监护病房医师担任以防止选择性偏倚,病房医师不知试验分组情况。记录两组患者的声音嘶哑和喉痛发生率,声门及咽喉部红肿、溃汤发生情况。 1.4 统计学处理 采用卡方检验,成组t检验,P 0.05认为有统计学意义。 2 结果 (1)两组患者气管导管留置时间:试验组为(4.5±1.5)h,对照组为(4.2±1.3)h,两组间比较t=1.34,P 0.05。(2)试验组术后声嘶、喉痛发生率为4.2%,对照组为20.2%,卡方检验显示两组声嘶、喉痛的发生率差异有显著性χ 2 =9.72,P 0.01,见表1。证明1%地卡因混合地塞米松预处理组声嘶、喉痛和喉水肿的发生率明显低于对照组。(3)纤维喉镜观察:对照组术后24h有16例患者咽部、会厌和喉腔有红肿,少数患者出现点、片状小溃疡,试验组仅3例出现咽喉腔红肿。两组患者术后喉镜检查咽喉腔水肿情况见表2。 表1 两组患者术后24h声嘶、喉痛发生情况 略 表2 两组患者术后24h纤维喉镜检查喉头水肿情况 略 3 讨论 气管插管的主要并发症是喉头水肿,表现为术后声音嘶哑,吞咽时咽喉部疼痛及喉部有发紧不适,病理改变主要为咽喉、会厌下和声门区肿胀,术后24h是发作高峰。并发症主要与(1)插管过粗;(2)插管后麻醉不平稳,呛咳;(3)插管困难,反复试插或插管用力过猛;(4)长时间置管;(5)术中头过度后仰,过多扭动颈部。此类并发症发生率3%~40%不等 [1] ,主要治疗为术后雾化吸入激素和抗生素类药物,预防上未见有关报道。本研究采用气管插管前声门区1%地卡因混合地塞米松表面喷雾麻醉以预防术后喉水肿,临床发现使用1%地卡因混合地塞米松组声音嘶哑、喉痛和咽喉部红肿发生率明显低于对照组(P 0.05),其机制可能是:(1)地卡因声门区表面麻醉后,声带松驰,可以减少声带对气管导管的磨擦而降低术后声带损伤;(2)地塞米松通过增高血管对儿茶酚胺的敏感性,抑制致炎活性物质的产生和激活,减少炎性介质的释放,稳定溶酶体膜,抑制趋化因子和移动抑制因子对炎性细胞的作用,使机体对炎症的耐受性增加以及炎症的血管反应和细胞反应降低,如 炎症早期的毛细血管扩张、渗出、水肿、白细胞浸润及吞噬反应 [2] ,从而缓解全麻气管插管操作引起的并发症。 Braughler等 [3] 认为地塞米松可明显抑制炎症反应,对组织有保护作用。其机理是:(1)抑制膜的脂质过氧化(lipid peroxidation,LPO);(2)增加损伤区血流量;(3)稳定细胞膜的离子通道;(4)作用于特异性糖皮质激素受体,抑制磷脂酶A 2 ,从而抑制花生四烯酸的产生。 也有人认为地塞米松可减轻术后疼痛介导的精神心理反应 [4] 。术后镇痛作用与激素抑制前列腺素合成及抗炎效果有关 [5] 。组织损伤可激活并释放炎性介质,地塞米松可抑制创伤部位的氧化酶活性和前列腺素合成,而发挥其镇痛作用 [6] 。研究结果显示,1%地卡因混合地塞米松组和对照组术后喉痛分别为6.9%和21.6%,试验组术后喉痛发生率显著低于对照组。 由于地卡因毒性较大,临床上使用时应当注意用药量,在显露声门区后,对声门区喷雾3次即可,本研究中未见地卡因过量中毒现象。试验表明气管插管前应用1%地卡因和地塞米松声门区喷雾表面麻醉可预防因气管插管造成的术后喉头水肿。 预处理论文:垃圾渗滤液中NH4-N的吹脱预处理实验 摘要:为了降低垃圾渗滤液中高浓度NH4-N对生物处理的影响,采用吹脱法预处理垃圾渗滤液中的NH4-N,对影响吹脱的因素进行了研究。试验结果表明:最佳实验条件为pH=8.5,曝气强度为180m3/(m2h),在最佳实验条件下,经24h吹脱NH4-N去除率可以达到55.6%,出水NH4-N不会对后续生物处理产生抑制。 关键词:垃圾渗滤液 吹脱 生物处理 垃圾渗滤液成分复杂、含有高浓度的氨氮和重金属等有害成分,其处理技术主要为生化法,但该废水中普遍存在的高浓度氨氮制约了生化法对其的处理应用和效果[1]。有研究结果表明,垃圾渗滤液中高浓度的氨氮对微生物活性有抑制作用,会降低生化系统对有机污染物的降解效率,从而导致处理出水难于达标排放[2]。因此在生物处理工艺之前,采用有效的方法预除去高浓度的氨氮尤为必要。工程中常见的的几种脱氮方法有:微生物法、氨吹脱法、折点加氯法、离子交换法、土地处理法等[3]。但对于高氨氮的垃圾渗滤液,较为经济有效的方法是吹脱法。而且渗滤液经吹脱后,不仅脱掉了大量的游离氨,还去除了部分苯酚、氰化物、硫化物及其他难生化的,对生化处理有抑制作用且毒性大的挥发物质,对后续处理较为有利[4]。吹脱法又包括空气吹脱和蒸汽吹脱,其中蒸汽吹脱效率较高,但能耗大,设备复杂,应用前景不大。本次实验采用空气吹脱进行静态实验。 对影响吹脱的各种因素进行研究,并得出最佳吹脱条件,为工程提供依据。 1 实验运行条件 1.1 渗滤液水质 渗滤液取自长春市某垃圾填埋场,其水温为18℃-23℃,pH为8.0-8.8 ,COD为2000-5000mg/L, BOD为600-1500mg/L,氨氮为1800-2300 mg/L。 1 --曝气头2 --吹脱池3 --空压机 图1 试验装置图 1.2 实验装置 实验装置如图1所示,实验装置为容积1L的吹脱池,这样可以保证气水在容器中的充分混合。曝气采用曝气效率为3L/min的曝气泵。曝气强度通过曝气头的个数来控制,每个曝气头的曝气强度为m3/m2.h, pH值用硫酸或氢氧化钠调节。在连续曝气的情况下,我们在不同的时间对各个反应条件下的水样进行取样测试,测试内容主要是NH4-N。 2 实验结果与分析 2.1 pH值对吹脱效果的影响 为了研究渗滤液pH值对吹脱后NH4-N去除率的影响,采用NaOH 和H2SO4溶液调节渗滤液的pH值为7.0、8.5和10,采用一个曝气头曝气,对NH4-N去除效果进行了研究。试验结果如图2所示,随着吹脱时间的增加,不同pH值条件下的去除率都不断增加,在同一吹脱时间下,pH=10的条件下去除率最高,其次是pH=8.5, pH=7时去除率最低。这说明NH4-N的去除率随原液pH值的升高而增大,pH 值越高越有利于渗滤液中的氨氮充分虽然转化为游离氨, 但是过高的pH 值不仅要求在调节时投入大量NaOH,而且在吹脱处理后,还要将过高的碱性用酸调节到接近中性,才能进入后续生化处理系统,这一系列的操作无疑会增加运行费用[5]。从图2可知,pH=10条件下NH4-N去除率高于pH=8.5条件下的去除率不是很多,由于该垃圾渗滤液中重碳酸盐碱度很高,对渗滤液的pH值有很强的缓冲作用,因此吹脱过程中,经酸碱调节过的渗滤液的PH值有向原始值接近的趋势,即在原渗滤液pH=8.0-8.8条件下,可以达到相对较高的去除率。如图pH=8.5时,吹脱时间24h,NH4-N的去除率为35.3%,吹脱后NH4-N为1195 mg/ L。所以本次实验pH值可以不经调节直接进行吹脱,吹脱后的pH值可以满足后续生物处理的中性范围要求,节省调节装置和运行费用,同样可以脱过延长吹脱时间可以进一步提高去除率。 2.2 曝气强度对吹脱效果的影响 为了研究曝气强度对吹脱效果的影响,分别在一个曝气头,两个曝气头和三个曝气头的条件下对垃圾渗滤液进行吹脱实验,实验的pH=8.5。试验结果如图3所示,随着曝气时间的增加,不同的曝气头条件下的去除率都不断增加,而在相同的曝气时间下,三个曝气头的曝气效果最好,曝气头的个数越多,曝气强度越大,曝气强度反映的是空气对渗滤液的扰动程度,随着强度的增加,游离氨从水中逸出到大气中速率增加,去除率也相应增加。根据实验结果,采用3个曝气头对渗滤液进行吹脱能达到较好的效果,在吹脱时间为24h的条件下,NH4-N的去除率为55.6%,吹脱后NH4-N为820 mg/ L。 2.3 曝气时间对吹脱效果的影响 如图4所示,去除率随曝气时间的增加不断增加,但当曝气时间增加到一定程度时,吹脱效率的增加不显著随着曝气时间的增加,即不同的时间段增加的速度是不一样的,在24h以内增加的速度较快,而在24h以后,增加的速度明显降低。这说明去除率随时间不是呈线性变化,曝气时间达到一定程度去除率的增加受到一定限制.这和NH4-N本身的浓度有关,在吹脱的初期去除率增加快是由于初期NH4-N浓度较高,有利于吹脱的进行,而吹脱达到一定时间后,渗滤液中NH4-N浓度降低,吹脱去除率增长缓慢。 2.4 最佳条件下的吹脱实验 经上述实验得出最佳实验条件为,pH=8.5,采用三个曝气头。试验结果如图5所示,最佳条件下NH4-N去除率与吹脱时间成二次函数关系,吹脱时间达24h,去除率可以达到55.6%,出水NH4-N值为820 mg/ L,根据后续生物处理的要求,可通过调节吹脱时间来改变吹脱后的NH4-N值,以达到后续生物处理能承受的限度。 3 结论 (1)试验的影响因素为渗滤液pH、曝气强度和曝气时间,其中是曝气时间易于调节,可用来控制出水NH4-N浓度,以适应后续生物处理的要求。 (2)最佳实验条件为pH=8.5,曝气强度为180m3/(m2h)(三个曝气头),在该条件下经24h吹脱,NH4-N去除率可以达到55.6%,出水NH4-N浓度不会对后续生物处理产生抑制。 预处理论文:CL多小波预处理方法在故障数据压缩中的应用 摘 要:在介绍CL(Chui-Lian)多小波基本理论的基础上,探讨了CL多小波的预处理方法及其对CL多小波原有滤波器响应的影响,分析后认为Haar和平衡预处理方法是CL多小波最有效的预处理方法。文章还做了将具有这两种预处理方法的CL4多小波应用于电力系统正弦信号和故障暂态信号数据压缩的仿真实验。仿真结果表明,基于Haar和平衡预处理方法的CL4多小波具有较GHM多小波和传统db4小波更好的数据压缩效果。 关键词:CL多小波;预处理方法;数据压缩;电力系统故障 1 引言 多小波分析是一种基于小波理论的近几年发展起来的新理论,多小波可同时具有对称性、正交性、短支撑性、高阶消失矩等属性,而这些属性是传统实系数小波不能同时具有的[1]。多小波有许多构造方法,如Geronimo等人[2]应用分形插值方法构造了具有短支撑、正交性、对称性和二阶消失矩属性的GHM多小波,Chui等人[3]利用多小波的正交性、紧支撑性、对称性和插值性构造了CL(Chui-Lian)多小波,Jiang[4]利用时频分析中的窗函数性质构造了具有最优时频分辨率的Jiang系列多小波,Mariantonia Cotronei等人[5]利用Hurwitz块矩阵和Gram矩阵构造了半正交多小波。本文在介绍CL多小波理论的基础上,深入探讨了CL多小波的预处理方法,并将其应用于电力系统正弦信号数据和故障暂态数据的压缩,还比较了GHM多小波与CL多小波的数据压缩效果。 2 CL多小波的基本理论 小波分析中的多分辨率即是将平方可积信号f∈L2(R) 的逐级逼近视为采用低通平滑函数φ(t) 对f(t) 作平滑滤波的结果,且逐级逼近时平滑函数φ(t)也作逐级伸缩。一个多分辨率分析由一个尺度 函数生成,且包含一个经平移与伸缩构成L2(R) 空 间基的小波函数。类似地,多小波分析中也存在多分辨率分析,一个多分辨率分析由多个尺度函数生成,且包含多个经平移与伸缩构成L2(R) 空间基的 小波函数,这些小波函数即称为多小波[6]。 多小波的多尺度函数φ(t)和多小波函数Ψ(t)满足以下二尺度矩阵方程[3] 式中 0≤k≤L ,Hk 和Gk 为r×r维系数矩阵;L为多小波滤波器长度;r为多小波维数。根据多小波的多分辨率分析,有如下快速多小波分解与重构公式[7] 式中 为多小波分解和重构的低频系数; 为多小波分解和重构的高频系数; 分别为Hk 和Gk 的复共轭矩阵。 位于区间[0,2]上的CL多小波的两个尺度函数φ1(t)、φ2(t)和两个小波函数Ψ1(t)、Ψ2(t)的支撑区间均为[0,2];位于区间[0,3]上的CL多小波的两个尺度函数φ1(t)、φ2(t)和两个小波函数Ψ1(t)、Ψ2(t)的支撑区间均为[0,3]。为方便起见,作者根据Daubechies系列小波的定义方式,将上述两种CL多小波暂称为CL3多小波和CL4多小波(即它们的滤波器长度分别为3和4),CL4多小波的滤波器系数矩阵[3]为 式中 H0 、H1 、H2 、H3 为低通滤波器系数矩阵;G0 、G1 、G2 、G3 为高通滤波器系数矩阵;下标0、1、2、3表示系数矩阵的次序,与传统小波的滤波器系数序列相同;S=diag[1,-1] 。 根据多小波的尺度矩阵方程绘出CL4多小波的尺度函数φ1(t)、φ2(t)和小波函数Ψ1(t)、Ψ2(t)的时域波形和频域响应波形分别如图1和图2所示。 与传统小波相比,CL多小波具有更为优良的属性:CL多小波的尺度函数和小波函数均具有紧支撑属性,使其具有良好的局域性;两个尺度函数分别与两个小波函数对称和反对称,保证其具有线性相位;CL多小波是正交的,使其变换后保持能量衡定;CL3多小波具有二阶逼近阶,CL4多小波具有三阶逼近阶,使其具有良好的逼近性能,GHM多小波与CL4多小波相似,滤波器长度均为4,但其逼近阶仅为二阶。 3 CL多小波的预处理方法 3.1 采用预处理方法的必要性 与传统小波相比,多小波在实际应用中必须解决的关键问题是对原始信号的预处理。预处理的关键问题是:①由于多小波的尺度函数和小波函数是多维的,而需处理的信号一般是一维的,必须对所有多小波的原始信号进行预处理;②不同的预处理方法对多小波应用性能的影响非常大,怎样根据应用需要选择相应的最优预处理方法是多小波应用的关键问题。 如不采用预处理方法,简单的方法是将一维信号分解为其多相形式 式中 z=ejω 。CL4多小波的低通滤波器响应H1(ω)和H2(ω)分别为 同理可求出其相应的高通滤波器响应G1(ω)和G2(ω),如图3所示。 由图3可见,CL4多小波的低通滤波器和高通滤波器响应均表现出带通和带阻两种不相同的属性,其他多小波也有类似属性,这种现象易导致多小波的低通和高通频带相互混叠,不利于分解和重构信号,即如不采用有效的预处理方法,多小波不能像传统小波那样对信号很好地进行去噪和压缩等处理。 目前多小波的预处理方法主要分为两类:预滤波(prefilter)法[8]和采用平衡多小波(balanced multiwavelet)法[9]。 3.2 预滤波法 对于预滤波方法的研究主要集中在GHM多小波的预滤波,本文将文[5]提出的odd/even、deriv.、Haar、mod.Haar预滤波法和文[10]提出的预滤波法应用于CL4多小波。经大量仿真分析后,作者认为采用Haar法可取得较好的滤波效果,图4为Haar预滤波方法对CL4多小波原有滤波器响应的影响。 由图4可见,Haar预滤波法在一定程度上改善了CL4多小波两个低通滤波器和两个高通滤波器的响应。 3.3 平衡多小波法 多小波低通部分如有不同的频谱属性,会使通道不平衡和复杂化矢量化过程,矢量化过程的多相方法产生了混合粗细分辨系数,仅用粗分辨系数重构信号时将产生强烈的振荡,称为不平衡现象[9]。消除多小波不平衡现象的方法是构造平衡多小波,主要有两种构造方法:采用复Daubechies小波系列滤波器构造平衡多小波和平衡已有的不平衡多小波(简称平衡法)。 以下采用平衡方法来平衡CL4多小波,平衡算子为 ,平衡后CL4多小波的低通和高通滤波器分别为 CL4多小波的低通合成算子LT 和高通合成算子TT 满足等式 式中 u1=[...,1,1,1,1,...]T ,即矢量 在低通支路 保持不变,在高通支路被取消,这时CL4多小波即是平衡的多小波[9]。图5为平衡法对CL4多小波原有滤波器响应的影响。 由图5可见,对CL4多小波采用平衡法不仅可使两个低通滤波器和两个高通滤波器的响应分别重合,还可较好地改善系统本身的低通、高通滤波器的响应性能。 4 CL多小波的应用 本文采用不同预处理方法的CL4多小波、GHM多小波和db4小波来实现对数据的压缩, GHM多小波和db4小波与CL4多小波非常类似,且具有正交性和紧支撑性,滤波器长度均为4。关于传统小波在电力系统故障数据压缩中的应用可参见文[11]。 采用电力系统的正弦信号和500kV高压输电线路单相接地短路故障相的电压信号(故障点距输电线首端的长度与输电线总长度的百分比分别为2.5%、12.5%、25%、37.5%、50%、75%、87.5%)作为原始信号,采样点为1024个,分解层数为6层。对CL4多小波采用Haar法和平衡法两种预处理方法;对GHM多小波采用GHM.init预处理方法(GHM.init是GHM多小波的所有已知预处理方法中综合效果最好的预处理方法之一);对db4传统小波采用直接处理采样点的方法。本文采用保留多小波分解后的若干最大系数的数据压缩方法。该方法的原理是:对原始信号进行小波尺度的扩展,保留绝对值最大的系数,这种情况下,可仅用全局阈值来压缩信号,以实现信号的压缩或相对均方差赋范信号的恢复,该方法可先确定数据的压缩比。定义信号重构后的赋范均方误差为 式中 f(n)、 分别为原始信号与恢复信号。 表1为采用该方法时,采用不同多小波对相应信号数据的压缩结果。 计算出其他故障点信号数据压缩的赋范误差、平均误差和均方差,得到压缩比为20:1时随不同故障地点变化的赋范误差曲线如图6所示。50%处故障的暂态信号随不同压缩比变化的赋范误差曲线如图7所示。 由表1、图6和图7中压缩效果参数可知: (1)GHM多小波及CL多小波对平稳信号(正弦信号)或暂态信号(故障信号)的数据压缩效果均比db4传统小波的好; (2)采用Haar和平衡法预处理方法的CL4多小波的压缩效果均明显比采用GHM.init预处理方法的GHM多小波的压缩效果好; (3)CL4多小波采用平衡预处理方法时,压缩效果总体上比Haar预处理方法的好一些。 5 结论 本文介绍和分析了CL多小波及其不同的预处理方法,采用保留分解后若干最大系数的数据压缩方法,对采用不同预处理方法的CL多小波在故障数据压缩中的效果与GHM多小波及传统db4小波进行了比较。综合各种压缩性能指标后认为,基于Haar法和平衡法的CL4多小波比基于GHM.init法的GHM多小波压缩效果优越,更适用于对电力系统信号的数据压缩。 预处理论文:水源水中微囊藻毒素预处理方法研究进展 近几十年由于富营养化水平的加剧,包括水源水库水在内的淡水水体经常发生蓝藻水华,蓝藻水华可导致水源水中微囊藻毒素(Microcystins,MC)含量升高,而水中MC对人类的健康构成潜在危害。MC对人体重要调节酶(蛋白质磷酸酶1和2A)有潜在的抑制作用〔1〕,被证实可导致人类、家畜和野生动物的死亡。许多国家根据世界卫生组织推荐值〔2〕建立了饮用水中MC-亮氨酸精氨酸(LR)限制标准,最高允许含量为1?0μg/L。我国的“生活饮用水卫生规范”〔3〕和“城市供水水质标准”〔4〕中都规定MC-LR最高浓度为1?0μg/L。MC的化学性质非常稳定,常规水处理工艺对其去除率较低。因此,在常规处理之前寻求有效去除MC的预处理方法,对于饮用水的安全保障具有重要意义。本文对去除水源水中藻毒素的预处理方法研究进展作一综述。 1 去除藻毒素的预氧化法 1?1 预加氯 自从20世纪,氯已被用来作为水处理试剂。20世纪初,美国就应用氯作消毒剂来代替砂滤。预加氯是应用最早和目前应用最广泛的氧化除藻方法,它常用于水源水的预处理工艺中以杀死藻类,使藻类及藻毒素易于在后续常规水处理工艺中去除。Tsuji等〔5〕的研究证实,MC的去除效果主要决定于水中自由氯含量, 观察了NaClO对MC-LR和MC-双精氨酸(RR)的去除效果,发现毒素易被降解且依赖于自由氯的剂量,用浓度为0?7mg/L的自由氯经60min处理后,水中仅有35%的MC被去除,当自由氯浓度增大到2?8mg/L时接触30min后,MC的去除率达99%。另外,MC的去除效果还依赖于pH值的大小,Nicholson等〔6〕发现,在高pH值条件下,NaClO和Ca(ClO)2的杀毒效果低。当pH值升高时,毒素的去除率大大降低,由pH值7时的79%降至pH值10时的0?4%。分析认为是由于氯溶于水中生成次氯酸,在pH值超过5后开始分解形成次氯酸根离子,pH值超过10后完全离解,而次氯酸是一种比次氯酸根离子更有效的氧化剂,因而随pH值增大,次氯酸浓度的降低影响了有效氯的氧化作用。氯化提供了一个有效的去除饮用水中MC的方法,它对MC的去除效果依赖于有效氯的投加量和足够的余氯。但有关氯化去除MC的机制和经氯化后MC的降解副产物的特征至今尚未清楚。 1?2 预加高锰酸钾 自20世纪60年代,欧美等地区开始大规模的将高锰酸盐应用于水处理技术中。高锰酸钾作为一种强氧化剂能氧化大量有机化合物,其对有机物分子中多键功能团的破坏能力非常强,甚至可以分裂苯环。在与MC水溶液作用时,它可以破坏MC分子中3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯基癸-4,6-二烯酸(ADDA)上的不饱和双键,因此,在消除MC毒性方面十分有效。有文献指出〔7〕,1mg/L的高锰酸钾30min内可去除浓度为200μg/L的溶液中95% MC-LR。对用氯和高锰酸钾作氧化剂(浓度均为2mg/L)氧化MC-LR的实验〔7〕比较显示,2种氧化条件下毒素有相似的衰减曲线。但观察到高锰酸钾在去除MC上表现更迅速,且保持恒定的氧化还原电位。 1?3 预加臭氧(O3) 臭氧的氧化能力极强,氧化还原电位为2?07V,在酸性溶液中仅次于氟。1886年法国最早进行臭氧技术研究,20世纪60年代末臭氧开始用于原水预氧化,主要用途为改善感官指标、助凝、初步去除或转化污染物等,目前它已被广泛应用于饮用水处理中。臭氧可以通过与有机物双键的迅速氧化反应生成羰基化合物。当臭氧作用于MC时,MC中ADDA的双键被氧化打开而使其毒性消失。早期的研究表明,1mg/L的O3对浓度为60μg/L的MC溶液的去除效果可达到100%。Rositano J〔8〕等研究发现,用0?05mg/L的O3处理15s后,99%的MC被去除掉。O3比Cl2、H2O2、高锰酸钾等能更有效地去除MC-LR,这与O3具有更高的氧化电位有关。研究证实,臭氧是一种去除饮用水中MC的有效方法。虽然关于臭氧分解MC的副产物的危害性方面仍需做进一步的研究,但臭氧氧化作为一种有效的净水方法,仍然具有很好的应用前景。 2 粉末活性炭法 粉末活性炭(PAC)在水厂最初应用的目的是为了去除水中的色、嗅、味等〔9〕。20世纪70年代以来,随着水源污染的日益严重以及消毒副产物(DBP)的检出,研究人员发现PAC对饮用水源中的酚类、农药、消毒副产物及其前体物等也有很好的去除效果〔10〕。因此,PAC在水处理中得到了普遍的应用,且有逐年递增趋势。Hoffmann等〔11〕应用PAC去除藻毒素的实验研究发现,PAC能去除蓝藻产生的MC,MC的去除效果依赖于PAC的投加量,要去除掉MC-RR和LR,PAC的投加量高达800mg/L(一般给水处理中PAC投加范围为5~30mg/L),Falconer等〔12〕的报道也证实了这一点。在对活性炭去除MC-LR的研究中发现,影响活性炭吸附的主要因素是孔的体积而不是比表面积,对MC-LR吸附最好的是中孔体积(孔径1?2~2?6nm)的活性炭。另外,竞争吸附同样影响PAC对MC的去除效果,在对高纯水和原水中MC去除率的比较中发现,由于原水中有机物对活性炭吸附点的竞争导致了MC去除效率的下降,天然有机物(NOM)的浓度尤其影响MC的去除。大量文献证实,PAC可成功应用于MC的去除,但在常规的水处理工艺中其性能会降低,另外MC是否吸附到活性炭上也不明确,它有可能被活性炭表面的生物膜降解而表现出安全性,也有可能被再次释放到水体中对健康造成危害。 3 生物预处理法 目前采用生物预处理工艺净化受污染原水,主要考察对有机物、氨氮、藻类、亚硝酸盐氮、浊度、铁、锰等污染物质的去除效能,而关于生物法去除MC方面的研究报道相对较少。吕锡武等〔13〕以人工配制的含微囊藻水为试验对象,在静态条件下考察生物接触氧化工艺对MC的去除效率,表明氧化工艺对MC的生物降解远比缺氧有效,氧化处理24h时3种MC去除率均超过90%,处理72h后水中已检测不到MC。关于生物法去除MC的机制被一致认为是生物降解作用,有学者〔14〕发现,MC-LR经生物降解后其ADDA侧链的共轭双键被破坏,从而证明ADDA侧链是生物降解的攻击靶位,正是由于其结构的变化才导致MC-LR毒性的降低或丧失。Harada等〔15〕分离一种菌种(Sphingomonas strain,B-9),它靠体内的3种水解酶(MlrA,MlrB,MlrC)来降解MC,首先环状MC在MlrA作用下转变为线型MC,MlrB进一步将其降解为四肽化合物,而水解酶MlrC又将这种化合物水解成更小的缩氨酸和氨基酸,从而使MC的毒性丧失。朱光灿等〔16〕采用三阶生物膜反应器预处理含MC的富营养化湖水,停留时间2h时,藻类的去除率 90%,细胞外MC-LR和MC-RR的去除率分别达到86?7%和81?7%以上,总MC-LR和MC-RR的去除率分别达到71?5%和80?5%以上。证明三阶生物膜工艺可作为水厂含MC富营养化原水高效、安全的生物预处理工艺。 4 结语 预氯化的高投加量和较长的接触时间限制了它在去除MC上的应用,而且还需考虑氯化后副产物的潜在危害;而关于高锰酸钾对MC破坏机制的研究还很少,因此,高锰酸钾预氧化去除MC效果需进一步研究。PAC去除MC不破坏其结构,因此,不需考虑副产物的生成,去除效果较好,但对截留或吸附后MC的处置应高度重视,它的应用必须采取安全严密的监控措施,以确保能达到预期的效果。预加臭氧是一种去除水源水中MC很有效的预处理方法,该方法运行简单,产生有害副产物的概率小,去除率一般可达到95%以上,是一种经济上较为合理的净化技术。近年来,生物降解有毒蓝藻及其毒素的研究表明,生物预处理法也是去除水源水中MC的重要途径之一,该方法安全简便,无须特殊的设备,投资较少,且对MC有较高的去除率,有望在水源水的预处理中得到广泛的应用。