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在国民日常物质、文化生活中，水资源占据着不可动摇的地位，同时也是国家大力发展经济的能源基础。近些年来，随着国家日益注重工业发展，从而忽略了对水能源的管理，致使国内大面积出现水污染的问题，不仅对国民日常生活带来影响，还对国家生态环境造成十分严重的破坏。因此，为了更好地解决水污染的问题，对污水处理厂及污水处理工艺设计进行有效分析，是国家有效解决水能源问题的重要途径。
1 国内当前污水处理工艺设计关键
1.1 起吊装置设计
在进行污水处理工程的整体设计中，必须对起吊装置的设计工作充分考虑到位，主要是由于泥污泵站与进水泵房的体积较为庞大，重量上也非常大，因此在进行安装的过程中会用到起吊装置，所需要考虑的问题也会很多。安装起吊装置前，要对起吊的高度和吊车安装的高度进行合理、准确的确定，避免由于钢丝绳过短而无法吊起水泵的现象，更要考虑到由于水泵的体积较大，在安装的位置方面需要更大的空间。在起重装置方面，电动装置是首选，可以在水泵起吊的过程中，对紧急状况进行及时解决和处理，保证水泵安装工作的顺利进行，水泵在使用的过程中，会出现各种各样的问题，需要对水泵进行大修甚至是返厂维修时，电动装置也可以为水泵起吊提供一定的便利。
1.2 搅拌装置的设计
在国内众多污水处理厂中，都或多或少地有发生池内积泥的现象，积泥的堆积现象主要出现在生物池的拐角处以及贮泥处，然而这些污泥的堆积不仅严重影响污水处理厂对污水的处理效率，而且致使池内的容积出现越来越小的情况，因此国内污水处理厂应提高处理技术工艺和加强对出水水质进行严格管理，对其所产生的影响高度重视。经实践与调查得知，导致池内出现污泥堆积的现象的原因众多，其堆积现象主要出现在池内搅拌器的位置设置和其搅拌器的型号选择上不合理，因此造成池内没有完全混合，进而使池内搅拌器搅拌不到死角出现的污泥堆积。
加强对构筑物的池型和其深度进行详细的调查，并充分了解该池内的容积大小，从而进一步保证该构筑物选型的正确性、合理性。对池型进行有效优化，是实现污水处理构筑物中的污水完全混合最为有效的办法。可以将厌氧池和缺氧池设计成为具有循环流动的池型，并在两个池子中间设置隔墙，防止发生厌氧池和缺氧池混淆的问题，以此作为搅拌顺利进行搅拌的坚实基础，在进行搅拌时可以完全带动沟内的循环流动，使池内死角的污泥跟随循环流动的污水进行流动，这样就不会让拐角或死角出现污泥堆积的现象。对矩形的构筑物可以采用高速小叶轮搅拌器进行搅拌，也可以有效防止污泥堆积的情况发生。
在搅拌器型号选择方面，要选择搅拌范围大、机械混合搅拌功率强的搅拌器，因此在选择前应加强对搅拌设备进行专业软件的计算，从而进一步保证搅拌设备的科学性；加强对污水搅拌设备的优化，对水量不足和进水污染物不足的情况进行综合性考虑，加强对构筑的池型、容积大小的考虑，从而制定相应的设计方案，提高污水厂处理污水的效率。
1.3 放空管和集水坑的设计
国内众多污水处理厂建设各种构筑池已成为普遍现象，而构筑池一般都是用来盛水的，因此污水处理厂对构筑池进行检修的过程中，要对池内的污水进行排空，这其中就关系到污水处理厂放空管和集水坑的作用，目前国内大型的污水处理厂的构筑物，对污水进行放空有两种不同方式：
1.3.1 将放空管在池壁的底部弯贯穿至池外，而不需要设置集水坑。由于污水厂的污水处理管道预埋的深度达都很深，在对管道整体性进行设计时，需要针对放空管的混凝土进行满包防护措施。
1.3.2 放空管是从池壁底部贯穿出池外，一般情况下池体底部的结构都设有腋角，为了防止防水套管切断钢筋，要以腋角为设置高度，对放空管进行放置；造成放空管与池壁之间有一定距离，池内的水不能完全排净，因此可以在放空管附近设置集水深坑，这样就可以把池底部的污水进行强制排出。该方法只适用于小型的污水处理的构筑物、构筑池，同样也有不足之处，由于底部污水需要水泵进行提升，从而增加了电能的损耗。在构筑物埋设深度较深的情况时，污水管道的埋设深度不足以进行自然防控，应在构筑物内设置集水坑，从而有效地将池内污水排放至厂区水管内。在对放空管和集水坑实际的设计过程中，应加强对放空管管径、厂区污水管坡度、构造物内壁压力以及污水搅拌流速进行全方面、综合性的分析和研究，从而避免由于流速较慢而引起的污水管道内壅水的情况发生。
1.4 止回阀、手动阀门的设计
为了有效防止介质倒流，要加强对止回阀、手动阀门的设计，在污水处理厂水泵及鼓风机的出水口上面设置止回阀，在止回阀旁边设置手动阀门。在污水处理厂进行污水处理的过程中，经常会发生止回阀故障的问题，由于其运行启动过于频繁，导致止回阀需要经常维护和检修，在进行维护和检修的过程中，就需要将手动阀门关闭，从而有效组织管道中的任何介质，进一步保证不会因止回阀的正常维护和检修导致管路泄露。其中手动阀门的设置是否合理，直接关系到污水处理厂工艺设备能否正常运行，因此在对污水处理厂整体污水处理设计的过程中，要加强对手动阀门的设计及安装位置的控制，从而保证其他污水处理工艺设备得以正常工作运行。
2 污水处理生态学问题
国内当前污水厂处理生态学问题主要表现在：对野生动、植物的管理和蚊蝇控制方面。为了更好地节约能源，降低水损耗，加强环境保护，促进生态、人类共存，国家污水处理管理部门应加强对污水处理厂周边环境及其厂区进行生态化管理，在有限的土地上增加三维绿量，从而进一步提高生态消能，控制和有效利用土地有利于国内污水厂处理的长远发展。
2.1 提高污水处理厂绿化覆盖率
土地是绿化建设的载体，在污水处理厂规划的初始阶段，就应该将整个厂区纳入生态环保建设的考虑范围，通过对污水处理厂设施和周边环境进行全方位、综合性的分析与研究，合理布置污水处理厂的建筑、道路和工艺设施，并按照生态绿化标准预留出足够的绿化用地，加强污水厂周边的生态林建设，利用地形、山石、水体、植物等园林要素，并且依托自然环境，设计生态基础设施并实施布置，使生态绿化与污水厂处理的各项处理设施协调融合。坚持“发展立体绿化，拓展绿化空间”的基本污水厂生态建设基本理念，将立体绿化与污水处理厂形成一体，不仅可以为污水处理厂增湿降温，还可以提高污水厂处理污水的效率，提高污水厂经济效益。选择喜光、温、矮状、枝叶茂密、根系发达的植物，对污水厂周边进行生态绿化，从而有效控制蚊蝇的问题。
2.2 加强污水处理厂复层植物群落构建
加强污水处理厂复层植物群落的构建管理，并遵循地带性植物生物学的规律，选择生长比较稳定、健康的组合对污水厂环境进行生态环境模拟，由于污水处理厂生产工艺以及各个构筑物之间的绿地面积相对较小且较为分散，再加上地下管线较多，经过长时间的使用和频繁的启动，会需要维护和维修，不利于形成立体多层植物群落，同时污水厂处理排除的污染物浓度也是特别的高。因此在污水处理厂植被生态绿化覆盖方面，应主要选择灌木丛，地被铺草皮，灌木群植，可修剪成整形树，其中适合的树种有龙柏、山茶、海桐、苏铁、棕榈、丝兰、女贞、竹柏、石楠等。国内众多污水处理厂应加强乡土景观元素在生态建设中的应用，利用现有的自然资源，提升生态防护标准，借用自然环境，更快地形成污水厂园林景观。遵循生物学的原则，选择光合作用效率高、抗性强、芳香性、本地型的植物，对污水厂进行绿化覆盖，并且选用敏感植物做污水处理厂生态污染报警器。
3 结语
随着国家经济的快速发展，对各项资源的索取需求不断增加，加强污水处理工艺设计，从而提高水资源的使用效率，降低水损耗是国家经济持续、稳定发展的重要基础之一。在对污水处理设计的过程中，设计单位应对污水处理的细节问题和影响因素进行全方位、综合性的分析和研究，在污水处理的实践中，对出现的问题不断总结经验，从而在污水处理方面形成系统化、科学化的工艺设计。
参考文献
[1] 范旭红.人工湿地污水处理系统及其应用[D].东南大学，2006.
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理论知识是工程实践的基础，在2012年教育部《高等教育本科专业》中将“给水排水工程”专业更名为“给排水科学与工程”专业[2]，名称的更换标志着科学理论基础在专业人才培养的重要性。因此在《水处理新技术》课程教学的案例选用上，需要理论与工程实践并重，同时与教材紧密结合，通过案例来启发学生思考，并建立理论和实践的联系。
在生物脱氮新技术单元，以短程硝化-反硝化工艺（SHARON）工艺为案例进行介绍。传统硝化过程是指氨氮（NH4+）先氧化成亚硝氮（NO2-），再被氧化成硝态氮（NO3-），两个步骤分别由氨氧化细菌（AOB）和亚硝化氧化细菌（NOB）催化完成（式1和式2）。
NH4+ + 1.5O2――NO2- + H2O + 2H+ （1）
NO2- + 0.5O2――NO3- （2）
这两个过程是独立的，且亚硝酸还原菌能够以NO2-为底物进行反硝化反应（式3），而不是传统观念认为只能以NO3-为底物进行反硝化反应（式4）。
在案例教学中通过介绍短程硝化-反硝化的微生物学理论知识，使学生更容易理解SHARON工艺的运行方式与特点。综合比较化学反应式1和2，理论上氧气（O2）可以节省25%，对应工艺过程中可以节省曝气量25%；综合比较化学反应式3和4，甲醇（CH3OH）可以减少40%，对应SHARON工艺反硝化过程中可以节省外加碳源40%。这样从理论和工艺两方面进行案例分析，加深学生对SHARON工艺的理解，并增加其对生物脱氮新技术的认识。
2 案例需具有新颖性和典型性
与文献相比，教材往往具有一定的滞后性。在《水处理新技术》教材中介绍的新技术、新工艺，它们的特点与应用范围可能会随着实际工艺研发而发生一些变化。为了及时掌握这些变化，需要阅读最新文献。案例选用上也要紧跟水处理新技术的发展，及时补充新知识，才能避免学生走出校园后出现知识与实际情况脱节的问题。
在厌氧生物处理技术中，以厌氧颗粒污泥为案例，介绍最新的分子生物学技术――荧光原位杂交技术（FISH）在厌氧颗粒污泥菌群检测中的应用，讲解其在厌氧颗粒污泥形态特征检测中的应用，并介绍厌氧颗粒污泥形成的机理。通过这些讲解，让学生了解厌氧生物处理技术的最新发展成果与研究技术。
另外，案例选用要具有典型性与代表性，不能只有一、两篇文献的报道，而要得到广大同行的认可，并经过工程实践的检验，这种案例才更有说服力。
3 案例应与科研紧密联系
我校《水处理新技术》课程是在给排水科学与工程专业大四上学期开设，很多学生即将开展毕业设计（论文），一些同学随后会进入研究生阶段开展课题研究。因此可以通过案例激发学生兴趣，培养学生科研能力。在氧化沟工艺介绍时，以我国的第一座三沟式氧化沟污水处理厂――邯郸市东污水处理厂为案例，介绍氧化沟工艺运行流程图、各构筑物的运行参数及对污染物的处理效果。这样学生在做排水方向毕业设计，遇见氧化沟工艺的设计就能与课堂知识联系起来；或者学生在做氧化沟生物脱氮的毕业论文的时候，课堂所学知识可以为毕业论文的开展提供良好的基础，进一步为研究生生物脱氮相关课题研究奠定基础。
4 增强与学生的互动性
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1.1生态工程
生态工程以复杂的社会——经济——自然复合生态系统为对象,遵循应用生态系统中物种共生、物质再生循环及结构与功能协调等原则,以整体调控为手段,以人与自然的协调关系为基础,以高效和谐为方向,为人类社会及自然环境双受益和资源环境可持续发展设计的具有物质多层分级利用、良性循环的生产工艺体系。以期同步取得生态环境效益、经济效益和社会效益[1]。
1.2生态工程原理
生态工程涉及生态学、生物学、工程学、环境科学、经济和社会等领域,原理众多。我国学者(马世骏1986、颜京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系统生态学理论的基础上,对生态工程的原理作了精辟论述和提炼。把生态工程原理总结为整体、协调、自生、再生循环等基本原理。孙铁珩,周启星等[2]提出污水生态工程是指运用生态学原理,采用工程学手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物复合系统的物理、化学等特征对污水中的水、肥资源加以回收利用,对污水中可降解污染物进行净化的工艺技术,是污水治理与水资源利用相结合的方法。
2主要生态工程污水处理技术
2.1污水土地处理系统
污水土地处理系统是一种污水处理的生态工程技术,其原理是通过农田、林地、苇地等土壤--植物系统的生物、化学、物理等固定与降解,对污水中的污染物实现净化并对污水及氮、磷等资源加以利用[3]。根据处理目标、处理对象的不同,将污水土地处理系统分为慢速渗滤(SR)、快速渗滤(RI)、地表漫流(OF)、湿地处理(WL)和地下渗滤(UG)五种主要工艺类型[4]。
土地处理系统造价低,处理效果佳,其工程造价及运行费用仅为传统工艺的10%~50%。其中污水湿地生态处理系统又称人工湿地,目前研究最为深入、应用最广泛。通过人工湿地生态工程进行水污染控制不仅可以使污水中的水得以再生利用,还能使污水中的有机物、N、P、K等营养物得到利用。整个系统呈自然式良性循环,构成了具有自适应、自净化能力的水陆生态系统。该系统管理简单,稳定后几乎不需要人的参与,物耗、能耗低,效率高。生态系统中的植物群体不需要另行施肥与灌溉,还兼有美化环境的功能,这种生态净化方法实现了水环境可持续发展[5]。
以人工湿地处理系统为例,土地生态处理系统对污水的净化机理如下:系统中的填料(介质)具有巨大的比表面积,易形成生物膜,污水流经颗粒表面时,其中的污染物质通过沉淀、过滤、吸附作用被截留[6]。
2.2污水生态塘处理系统
生态塘系统是以太阳能为初始能源,通过在塘中种植水生作物,进行水产和水禽养殖,建立人工生态系统,,通过天然的生化自净作用,在自然条件下完成污水的生物处理[7]。有机物质在生态塘处理系统中得到降解,释放出的营养物进入了复杂的食物链中,产生的水生作物、水产都可以被收获。生态塘处理系统能够有效地处理生活污水及一些有机工业废水,对有机物和病原体有很好的去除效果,具有投资少、运行费用低、运行管理简单的优点。但该系统占地面积大、易出现短流、温度较高时易散发臭气和孳生蚊虫、对氮磷的去除效果不稳定。近年来,我国生态塘污水处理工艺研究侧重在两个方面[8]:筛选、培育高效水生净化植物;组合曝气、水生植物、水产养殖多个生物处理单元的综合功能,营建生化一体化水生动植物复合生态体系,是污水处理与资源利用的完美结合,构建了一个完整的生态系统和良好的内部良性循环系统。
2.3蚯蚓微生物滤池系统
蚯蚓生态滤池是滤床中建立的人工生态系统,由滤床填料、蚯蚓及布水系统等组成。系统利用蚯蚓和微生物的协同作用对污水中含有的各种形态污染物质进行处理和转化。蚯蚓可对污水和污泥进行吸收和分解,清扫滤床,防止堵塞[9]。蚯蚓粪便可以滤除污染物,提高处理效率。蚯蚓的存在可作为家禽饲料。污水中的生物膜污泥微生物通过食物链最终被有效地转化为蚯蚓的增长及其排泄物,而蚯蚓的机体及其排泄物又可成为他微生物的分解利用对象,从而进行新一轮的生态循环。3生态污水新型处理技术
如利用土壤毛细管浸润扩散原理,研制成功的地下毛细渗滤系统(theundergroundcapillaryseepagesystem,UCSS)[11]。地下毛细渗滤系统(UCSS)的中心部分是地下毛细渗滤槽,它通过土壤过滤和微生物降解来去除污水中的污染物。在一定程度上解决了常规土地净化污水处理系统占地面积和运行费用问题,还可回收污水和营养物质(包括氮、磷和钾)用于植物生长。
活机器(livingmachine)系统是加拿大出生的海洋生物学家约翰·托德(JohnTodd)发明的,是利用太阳能以及利用由多种多样直接或间接从太阳获得能量的生物组成生态系统,将水产养殖与人工湿地结合起来并封闭在温室里,以创造一个高效的污水处理过程[12],包含了沉淀、过滤、净化、吸收、挥发、硝化和反硝化、厌氧和好氧分解过程,在获得高标准水质的同时避免了自然处理系统占地大、滞留期长、寒冷气候处理效果欠佳等弊端。
结语
污水生态处理技术基本上不涉及化学能的投入和化学品的消耗。根据国情,我国的污水治理必须走生态处理技术的道路[13]。
参考文献
[1]钦佩,安树青,颜京松.生态工程学.南京大学出版社[M],1997.
[2]孙铁珩,周启星,张凯松.污水生态处理技术体系及应用[J].水资源保护,2002,3:6-9.
[3]钱文敏,陆轶峰,普红平,张斌.分散生活污水的土地处理综析[J].云南环境科学.2005,24(4):40-43.
[4]杨文涛,刘春平,文红艳.浅谈污水土地处理系统[J].土壤通报,2007,38(2):394-397.
[5]程璞,李多松,张雁秋.城市小区分散式生态污水处理[J].能源环境保护.2004,18(6):4-10.
[6]郑洁敏,牛天新,宋亮.污水生态处理技术概述[J].杭州农业科技,2008(2):26-28.
[7]黄梅,李小兵.我国生态塘污水处理工艺的研究与应用[J].企业技术开发.2004,23(12):19-21.
[8]种云霄,胡洪营,钱易.大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展[J].环境污染治理技术与设备.2003,(4):36-40.
[9]朱继红,宋碧玉,王启中,邹鹏,刘琳.新型污水生态工程处理技术[J].污染防治技术.2003,16(4):107-110.
[10]杨键,杨健,娄山杰.一种新型环境友好污水处理工艺--蚯蚓生态滤池[J].国资源综合利用.2008,26(1):16-19.
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为培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的跨世纪高级专门人才，一个最为核心的问题就是改革教学内容、整合课程体系、拓宽专业口径、提高创新能力。专业口径拓宽要落实到课程内容的改革上去，而专业拓宽则使课程体系和教学内容的改革具有新的动力和明确的方向。
周济部长在第二次全国普通高等学校本科教学工作会议上的讲话指出[1]，知识来源于实践，能力来自于实践，素质更需要在实践中养成，实验作为一项重要的实践教学环节对于培养学生实践能力和创新能力尤其重要。我国本科教育在世界上是先进的，但是也有严重的不足，最为突出的就是实践能力较差，因此必须加强实习、实验、社会实践等实践教学环节，要积极改革实验教学内容，改进实验教学方法。
在“加强基础，拓宽专业，提高学生综合素质”的思想指导下，我们对给水排水工程专业的专业实验课程在内容、结构体系、教学方法诸方面进行了改革尝试。
1.实验内容的重整融合。给水排水工程专业是一个实践性较强的专业，在专业的教学计划中，实验教学是其中一个重要的组成部分。而专业实验课程的教学水平将直接关系到整体教学质量。在专业教学计划中专业实验课程包括水分析化学实验、微生物学实验、水处理试验。这些实验课程分散在不同的学期来开设，但同时又互相关联。其中水分析化学实验和微生物学实验是水处理试验的分析方法和分析手段，所以学生在做水处理试验时又要重复前面的实验过程，占用了大量的课时，已不能适应高校改革压缩专业教学课时的需要，因此，我们考虑将原来几门实验课程的内容进行重整融合，删除一些重复性的内容，并将一些实验内容的性质由验证性提升到综合性。例如，在水分析化学实验中，按当前教材[2]所列的实验项目共包括22项实验项目。其中分析天平的称量实验、滴定分析基本操作、水中嗅阈值的测定、pH值的测定、目视比色法测色度共5项为常用的基本操作实验，其中水中碱度的测定，水中硬度的测定、余氯的测定、溶解氧的测定等共9项实验项目属于滴定实验，而水中浊度、铁、苯酚的测定等6项内容为分光光度法实验，另有2项色谱分析实验。不同类别中的各个实验虽然是针对水中某一种水质指标测定的详细实验过程，但同一类实验都有相同的特点。比如滴定实验，虽然实验项目上可能是分别属于四大滴定分析（酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定）中的一种，但滴定分析的实验操作、实验过程基本上都是一致的，都包括标准溶液的配制、指示剂的选择、溶液的滴加、滴定终点的判断等环节。因此完全可以从这9项中选择一项具有代表性的实验让学生来操作，而其他具体应用滴定分析方法分析水殊的某一种物质的实验项目则可以放在水处理实验中进行。根据以上分析我们不难看出，对于水分析化学实验、微生物学实验这类专业基础课的实验内容我们可以按分析方法的不同对实验项目进行分类，在每一类分析方法中选择有代表性的实验项目进行操作，其他对该分析方法的应用让学生作为课余的时间进行思考，在水处理试验的水质分析中来具体应用。目的在于让学生学会一种分析方法，既达到了系统地加强基础的作用，又可以减少重复的实验内容，精简实验课时，同时又要在水处理试验分析具体水质时由学生思考应用哪种分析方法分析水中的哪项指标，提高学生独立思考问题的能力和创新能力。
2.实验模块体系的构建。在对专业实验内容进行全面综合分析以后，确定了实验内容的相互关系，分析了哪一些内容属于基础，哪一些又属于平行内容，而哪一些内容又属于提高内容。在此基础上，我们构建了实验内容的体系，形成四大实验模块。第一实验模块为基本操作实验，主要包括玻璃仪器的洗涤、使用，常用简单分析仪器如pH计、显微镜、天平等的操作方法，水样的采集方法等;第二实验模块为验证性实验，主要包括各种化学和生物分析方法的典型应用;第三模块为综合性试验，主要包括水处理试验及水的物理化学和微生物学指标的分析，即各种分析方法的应用;第四个模块为应用性实验，这一模块要结合老师的科研，针对具体的科研项目，学生自主设计并完成实验。在前两个模块中学生属于简单劳动，在实验过程中主要是根据课本的实验步骤一步一步的来操作，不需要太多的思考。在这个阶段主要是让学生加深理解基本知识和基本概念，掌握基础知识;在第三个模块中，将水处理试验、水分析化学实验结合到一起，学生要分析的不再是含有单一的某一种待分析物质的水质，而是可能需要对多项水质指标进行分析。同时还要根据原水和出水的水质要求选择水处理方案，然后根据水处理方案选择水质指标和分析方法，从而判断各水处理方案的处理效果。这将具有很强的综合性，在实验过程中可以充分调动学生的思维，学生要积极地去思考，出现问题要积极地面对，想办法去解决。训练学生综合应用知识的能力，进一步提高发现与解决问题的能力;在第四个模块中，要求学生结合老师的科研项目设计并完成实验。在实验过程中由学生根据项目内容的要求提出实验方案，然后由老师确认实验方案可行后方能开展实验，在实验过程中出现问题需要和老师共同探讨，完成实验内容。这主要是为一些学有余力的同学准备的，注重发挥学生潜力，培养学生灵活应用知识和一定的科研能力，训练学生撰写论文的能力，强调培养创新意识和市场观念。在这四个模块中，知识的应用由浅到深，在前面两个模块中注重基础的夯实，使学生牢固掌握各种水质的分析方法，在后面两个模块中注重知识的运用，注重综合性和创新性;学生的思维也由简单的按指令动手操作到自己独立思考选择方法，再到最后自己要根据实验目的设计实验。这可以说是一个逐步递进的过程，符合我们的认知过程，易于接受。
3.实验课程的整合。给水排水工程专业的实验课程主要包括水分析化学实验、微生物学实验和水处理实验，为使其成为一个有机的整体，加强对学生综合能力和创新能力的培养，将其整合为一门水处理与水质分析实验有着重要的意义。目前，专业实验课分别属于四门不同的课程，分别安排在两个不同的学期，课程衔接较差。这样使学生在学习过程中不能很好地将课程有机联系到一起，给综合设计性实验的开展带来困难。甚至是学到后面的水处理实验时，前面水分析的方法已经忘得一干二净，必须再用大量时间来回顾前面的教学内容。另一方面实验课程由于不单独进行考核，成绩只记作其理论课成绩的20%左右，学生的积极性不高，实验效果较差。
同时在实验学时安排上不尽合理，学时量较大，这与专业指导委员会要求尽量减少专业课学时的精神是不吻合的。水分析化学安排理论教学44学时，实验16个学时，微生物学理论教学36学时，实验4个学时，实验学时比重较大。水处理试验18学时。在当前弹性学制的教学条件下，学生每做一个实验，分析一项水质指标，指导老师就需要根据检测项目的不同而配置或采集提供一份水样。在做每个实验时学生只对水样中的某种组份有一个感性认识，而对于整个水质状况不能做出评价，“只见树木，不见森林”，不利于培养学生的综合能力。在水处理实验中，一方面是掌握各种处理工艺的运行过程，另一方面就是分析处理效果，即通过分析原水水样和处理后水中各项指标来判断处理效果。在这个过程中，完全是采用水分析化学和微生物学中的方法对水质进行分析，是在重复进行一次水分析实验，从而造成一种教学上的浪费，因此，必须对专业实验课程内容进行整合。
首先，在内容上，这些课程是能够互相融合的。水分析化学和微生物学是给水排水工程专业主干专业基础课，通过课程的学习，学生能够系统地掌握水质分析的基本概念、基本理论和实验方法，了解水质分析技术在给水排水工程科研和设计中的应用，为本专业后续给水工程、排水工程的学习打下坚实的基础。水处理实验是运用水体净化方法对水进行处理，了解不同工艺的处理过程和效果，水分析化学和微生物学是水处理实验的基础，为分析水质提供方法和手段;水处理实验是水分析化学和微生物学的应用，二者是密不可分的，这必然要求对其进行整合。
其次，通过前面的分析，我们可以看出，通过将其实验内容整合成一门水处理与水质分析实验将有利于整个实验内容的融合与重新分类，划分出合理的实验模块，提高实验的层次感，提高学生的综合能力和创新能力，有利于学生的培养。
另外，专业实验课程的整合有利于老师安排教学工作，减少重复的教学过程，减少总教学课时，提高教学效果。
总之，通过整合使课程能够相互融合，课程衔接更好，教学过程更为合理，制定出更适合培养目标的教学计划，为培养理论知识扎实、实践能力强、创新意识强和能独立分析问题的给水排水工程专业人才奠定坚实的基础。通过整合，使水质分析方法能更好地为水处理服务，水分析化学和微生物学实验部分和水处理实验整合为一门实验课程单独考核，对学生牢固掌握基础理论知识，灵活运用理论知识到生产实践具有重要意义。本项改革体现了理论联系实际的精神，并能够强化学生的记忆，提高学生对专业课的学习兴趣，提高学生独立分析问题和解决问题的能力。
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1.2生态工程原理
生态工程涉及生态学、生物学、工程学、环境科学、经济和社会等领域,原理众多。我国学者(马世骏1986、颜京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系统生态学理论的基础上,对生态工程的原理作了精辟论述和提炼。把生态工程原理总结为整体、协调、自生、再生循环等基本原理。孙铁珩,周启星等[2]提出污水生态工程是指运用生态学原理,采用工程学手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物复合系统的物理、化学等特征对污水中的水、肥资源加以回收利用,对污水中可降解污染物进行净化的工艺技术,是污水治理与水资源利用相结合的方法。
2主要生态工程污水处理技术
2.1污水土地处理系统
污水土地处理系统是一种污水处理的生态工程技术,其原理是通过农田、林地、苇地等土壤--植物系统的生物、化学、物理等固定与降解,对污水中的污染物实现净化并对污水及氮、磷等资源加以利用[3]。根据处理目标、处理对象的不同,将污水土地处理系统分为慢速渗滤(SR)、快速渗滤(RI)、地表漫流(OF)、湿地处理(WL)和地下渗滤(UG)五种主要工艺类型[4]。
土地处理系统造价低,处理效果佳,其工程造价及运行费用仅为传统工艺的10%~50%。其中污水湿地生态处理系统又称人工湿地,目前研究最为深入、应用最广泛。通过人工湿地生态工程进行水污染控制不仅可以使污水中的水得以再生利用,还能使污水中的有机物、N、P、K等营养物得到利用。整个系统呈自然式良性循环,构成了具有自适应、自净化能力的水陆生态系统。该系统管理简单,稳定后几乎不需要人的参与,物耗、能耗低,效率高。生态系统中的植物群体不需要另行施肥与灌溉,还兼有美化环境的功能,这种生态净化方法实现了水环境可持续发展[5]。
以人工湿地处理系统为例,土地生态处理系统对污水的净化机理如下:系统中的填料(介质)具有巨大的比表面积,易形成生物膜,污水流经颗粒表面时,其中的污染物质通过沉淀、过滤、吸附作用被截留[6]。
2.2污水生态塘处理系统
生态塘系统是以太阳能为初始能源,通过在塘中种植水生作物,进行水产和水禽养殖,建立人工生态系统,,通过天然的生化自净作用,在自然条件下完成污水的生物处理[7]。有机物质在生态塘处理系统中得到降解,释放出的营养物进入了复杂的食物链中,产生的水生作物、水产都可以被收获。生态塘处理系统能够有效地处理生活污水及一些有机工业废水,对有机物和病原体有很好的去除效果,具有投资少、运行费用低、运行管理简单的优点。但该系统占地面积大、易出现短流、温度较高时易散发臭气和孳生蚊虫、对氮磷的去除效果不稳定。近年来,我国生态塘污水处理工艺研究侧重在两个方面[8]:筛选、培育高效水生净化植物;组合曝气、水生植物、水产养殖多个生物处理单元的综合功能,营建生化一体化水生动植物复合生态体系,是污水处理与资源利用的完美结合,构建了一个完整的生态系统和良好的内部良性循环系统。
2.3蚯蚓微生物滤池系统
蚯蚓生态滤池是滤床中建立的人工生态系统,由滤床填料、蚯蚓及布水系统等组成。系统利用蚯蚓和微生物的协同作用对污水中含有的各种形态污染物质进行处理和转化。蚯蚓可对污水和污泥进行吸收和分解,清扫滤床,防止堵塞[9]。蚯蚓粪便可以滤除污染物,提高处理效率。蚯蚓的存在可作为家禽饲料。污水中的生物膜污泥微生物通过食物链最终被有效地转化为蚯蚓的增长及其排泄物,而蚯蚓的机体及其排泄物又可成为他微生物的分解利用对象,从而进行新一轮的生态循环。
3生态污水新型处理技术
如利用土壤毛细管浸润扩散原理,研制成功的地下毛细渗滤系统(theundergroundcapillaryseepagesystem,UCSS)[11]。地下毛细渗滤系统(UCSS)的中心部分是地下毛细渗滤槽,它通过土壤过滤和微生物降解来去除污水中的污染物。在一定程度上解决了常规土地净化污水处理系统占地面积和运行费用问题,还可回收污水和营养物质(包括氮、磷和钾)用于植物生长。
活机器(livingmachine)系统是加拿大出生的海洋生物学家约翰·托德(JohnTodd)发明的,是利用太阳能以及利用由多种多样直接或间接从太阳获得能量的生物组成生态系统,将水产养殖与人工湿地结合起来并封闭在温室里,以创造一个高效的污水处理过程[12],包含了沉淀、过滤、净化、吸收、挥发、硝化和反硝化、厌氧和好氧分解过程,在获得高标准水质的同时避免了自然处理系统占地大、滞留期长、寒冷气候处理效果欠佳等弊端。
结语
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随着我国经济发展和政府对环境保护的重视，21世纪，环境保护的意识越来越被国民所接受，政府也正在加大对环境治理的力度。社会对环境专业人才的需求也持续增长，环境工程专业人才的需求和环境保护产业的兴起，又促进环境工程专业的发展。这对于环境工程专业来说既是机遇，也是挑战。环境工程专业人才也将面临严峻的人才市场的竞争。环境工程是一个实践性与工程性很强的学科，从根本上说，环境工程学科的主要任务是运用工程手段防止、控制和解决有关环境污染的问题，涉及到供水处理厂、污水处理厂、各种除尘设备与装置、垃圾处理场等的规划、工程设计、运行管理等，要求培养学生具有一定的工程实践能力、运行管理能力、动手能力和一些基本技能。
长期以来在环境工程专业实验教学过程中，重理论轻实践的思想根深蒂固，这导致了环境工程的教学上出现了一定的误区。
1 传统实验教学问题的分析
在传统的环境专业教学中，实验课基本作为理论教学的附属品，一般只开设验证性或者操作性的实验，教师以及学生无法对这些内容简单、容易掌握的实验课引起重视。而且实验教学并没有很紧密的联系环境工程实践，学生难以将所学的知识以及概念系统化。传统环境工程实验有一下几个特点。
（1）现有实验内容单一，测定方法过于陈旧，落后于社会的发展，已不能满足环境保护的需要。而实验类型的单一化，导致学生对上实验课缺乏兴趣，学生对问题的观察能力、分析能力和解决能力得不到锻炼，没有帮助学生掌握环境工程知识，更无从谈起学生创新、创造力的锻炼。
（2）实验教学内容和手段相对陈旧，且落后于理论教学，实验教材已经大大滞后于社会的发展，大部分实验教材很早就编著，并没有及时更新，甚至某些已经被淘汰的实验方案仍在使用。这些情况使环境工程教学远离现实情况，对现代社会的人才培养产生滞后影响。
（3）实验安排缺乏整体性及系统性，环境保护研究发展越来越快，环保的标准被不断更新，然而实验教学中仍在使用配置较低、落后甚至老化的仪器设备，已经大不要所要求的测定结果的准确性和精度。
2 创新实验教学方法
2.1 调整实验课程安排
传统的环境工程试验包括环境监测实验、环境微生物学实验、水污染控制实验和大气、噪声控制实验等，这些试验均依托于理论课程，我们先对这些实验内容进行整合，设立以环境监测实验和环境微生物实验内容为主的环境工程专业实验和以水处理实验、固废处理处置实验和大气控制实验内容为主环境工程专业实验，使之成为独立的实验课程。
以环境监测实验和环境微生物实验内容为主的环境工程专业实验的内容各有侧重。在学生完成规定学时学习外，在开放性实验中，设立两个专业实验的选修实验。环境工程专业实验的选修实验侧重大型仪器的分析和使用，例如：气相色谱、高效液相色谱、紫外分光光度仪、原子吸收光谱仪等。环境工程专业实验的选修实验侧重水处理工程实验、水处理工程综合实验和化工原理实验。这样可以保证学生根据兴趣爱好和专业方向选修实验课程。
2.2 增加综合性专业实验
除了安排传统的综合性专业实验外，充分利用湖南城市学院和益阳市周边资源，在环境工程专业实验中开设南洞庭湖水质监测综合实验，校园及周围地下水水质监测综合实验，长张高速公路（长沙至张家界益阳段）空气质量与噪声监测综合实验。此类实验的开设，不仅使专业实验充分与实际生产生活相结合，而且让学生充分认识到所开实验的实际应用意义，加深了对各项环境指标的认识和理解。
3 建立新实验教学体系
3.1 采用开放式实习模式
任课教师将学生分成多个实习小组（ 每组2～4名成员），确定1名组长，然后根据监测对象及监测项目选择药品、仪器等设备，分别为各个小组制订计划，明确各小组的监测对象、监测项目、采样位置、时间安排及分析方法；也可以预约实验，即根据学生自己的时间和掌握实验的程度，分批完成实验。以小组为单位分发玻璃仪器、试剂药品，实习期间仪器室及实验室全天开放，以电厂废水处理为例，要求学生自己动手配制污水，对污水进行一级处理、二级处理、深度处理后，还要进一步去除水中多余的阳离子和阴离子。在整个过程中，学生要对每步的处理效果进行分析比对，并检测最终的处理结果。一星期内各小组完成实习项目。实习完成后，全班所有小组集中进行交流讨论实习中存在的问题和收获，每个学生提交一份实习报告。实验教师也可以对学生做单独指导，这样也有助于学生对知识的理解和掌握。采用这种教学模式需要注意的是，对大型精密仪器要进行定期培训，帮助学生掌握现代化的分析、测试手段，提高学生的科研能力。
3.2 毕业论文与工程项目相结合
取消综述性研究的毕业论文，规定撰写的论文要有一定的工程研究背景，以工程性实验或综合性实验为基础。学生的毕业（设计）论文可以采用教师自己主持或参与的工程项目和科研项目作为基础，也可以聘请环保公司或者是环保局的工程技术人员做毕业（设计）论文指导教师，把毕业论文与工程项目及实验挂钩，使学生更投入、更有针对性地进行实验研究，从而提高毕业（设计）论文的质量。
4 结语
通过对环境工程实验教学的改革，实验教学内容、方法与手段都获得了改进，实验条件也获得了改善，湖南城市学院环境工程专业本科生在科学研究中试验设计、试验组织、数据进行分析和处理、实验结果分析等方面得到了全面训练，学生的综合素质以及综合解决问题的能力和创新能力都得到很大提高，
参考文献
[1] 安小六，邹小红.加强实验队伍建设增强高校实验室软实力[J].西南师范大学学报：自然科学版，2010，35（1）：229-232.
篇7
实验教学是培养学生实践能力的重要环节。生物技术是21世纪发展最快的学科，生物技术的研究内容、方法及设备日新月异。为了适应生物技术的发展，实验教学要不断地革新。而我校由于师资力量条件的限制，仪器设备年更新率不足5%，致使有些课程的实验内容无法更新。比如，发酵工程及设备的实验有3个：豆酱的生产、酸奶的发酵和固定化酵母细胞及酒精的生产，实验内容仍旧停留在20年前的水平。而发酵工程及设备、酶工程两门课程均有固定化细胞的实验内容，基因工程、分子生物学也存在实验内容重复的问题。实验课内容的陈旧及重复，使培养的学生不能适应社会的发展，竞争力不强。
（二）课程实习实施效果良莠不齐
生物技术专业的课程实习主要涉及三门课，一是生物学基础，在帽儿山进行为期1周的标本采集及鉴定实习，该课程的实习由学生直接参与，加之有丰富经验的老教师带队，历年实施效果较好，得到学生欢迎。另两门是发酵工程及设备、生物工程下游技术专业课，也均有1周的课程实习，但该两门课程的实习均是采用参观实习的形式，由于该部分的实习均是参观发酵车间，噪音大，学生听不清楚，学生在实习过程中走马观花，预计的实习时间很难达到，存在着实习实际学时达不到理论学时及实习效果差的问题。另外，发酵车间均大同小异，选择参观好几个发酵工厂，学习效果差异不大，学生通过实习学到的知识量少。
（三）毕业论文研究不能有效提高学生的动手和创新能力
学生是在指导教师的指导下进行毕业论文的设计、实施和撰写，毕业论文的完成可以培养学生的创新能力和实践能力。但目前存在着老师指导学生数量过多的现象，有的老师会指导10名左右本科生；同时需要老师填写及督促、检查学生完成的表格有选题执行情况统计表、指导教师情况统计表、教师工作总结、毕业论文执行情况检查表、中期检查表、工作进度表、教师指导记录表、工作日志、学生工作总结和优秀论文推荐表等，这些均加重了老师的工作量，使老师平均指导每个学生的精力减少，不可避免地造成学生毕业论文完成质量不高的问题。
（四）毕业实习实施困难
教学计划中安排学生在第八学期的1至15周进行毕业实习，是将四年所学的理论和实践相结合的重要阶段，可促进学生基本理论、基本知识、基本技能的融会贯通，提高学生运用知识解决问题的能力。而目前就业的严峻形势、学校对就业率的要求使学生不能安心去实习，因为利用实习阶段去找工作的学生较多，而学院为了完成就业的任务，也放松了对毕业实习的管理。另外，长期的教学实践表明，由于学生的动手能力差，学生进入实习单位后不能很快适应角色，用人单位也不愿意接收实践能力不强的学生。
二、工程中心建设的实践条件
寒区农业废弃物资源化综合利用工程技术研发中心依托单位为黑龙江八一农垦大学，共建单位为哈尔滨世宏环保工程有限公司。中心目前拥有包括35L-500L-1000L发酵系统、厌氧操作台、大型高速离心机、凝胶成像系统、高分辨率显微镜、蛋白质纯化系统、高效液相色谱等仪器设备100多台套，价值500多万元。中心学术带头人王伟东教授目前为国家“十一五”科技支撑计划项目首席专家、黑龙江省“十一五”重大科技攻关项目首席专家、黑龙江省普通高校新世纪优秀人才、黑龙江省杰出青年基金获得者。研究团队多年来在木质纤维素的微生物分解与转化、畜禽粪便和秸秆资源化处理生产生物有机肥、沼气发酵技术与工程和秸秆微生物发酵生产饲料技术等方面取得了众多的研究成果。共建企业哈尔滨世宏环保工程有限公司是一家环保工程设计及施工、农林废弃物及污水处理的生物技术与生物质能源工程公司。公司涉及农业废弃物处理、环境污染（水、气、固体废弃物）防治厌氧处理工程、大型沼气发电工程、发酵料液制肥工程、环保设备集成、环保产品、环境工程等诸多方面。公司自成立以来，完成了鸡西市梨树区碱厂村、阿城滨圣养殖基地、通河龙口等多处大型沼气工程。公司通过多起大型沼气工程的建设，具备了丰富的建设经验，能够承担大型沼气工程的建设与机械设备的开发、安装、调试等工作。公司不仅致力于沼气工程的建设工作，还致力于先进技术的开发与利用，开展畜禽粪便堆肥化、生物质能源工艺技术及相关工程设备研发、技术熟化、成果转化、技术服务等。
三、依托工程中心的实践教学改革措施
（一）优化实验课设置，整合实验内容
针对实验教学过程中存在的问题，参考国内高校生物技术专业课程实验的设置进行实验项目的整合，把重复的内容进行了归类，开设新的实验项目。每门课程的实验内容、方法及目的均由授课教师进行开会论证，参与者为生物技术专业所有的授课教师及学院主管领导，特别邀请共建企业技术人员进行指导，对实验课的开设实行严格的论证，并对有些课程的实验进行了整合，形成一门课程：生物技术综合大实验课程，总学时为40学时，在第六学期开课；教学内容主要是融会贯通生物与分子生物学、微生物学、发酵培养的实验技能，综合考虑学校的教学条件及今后进入企业进行实习的要求开展实验；教学方式采用学生自行查阅资料、设计方案，由指导老师对实验方案修正后实施。
（二）调整专业课程实习为生产实习
鉴于专业课程实习与毕业实习存在的诸多问题，对生物技术的教学计划进行修订，保留了生物基础课程实习，取消了专业课程实习，在第五学期的开学之初增加4周的生产实习，主要是进入发酵企业进行顶岗实习。为了让学生能在实习单位尽快适应生产单位的条件，充分利用工程中心拥有的发酵设备条件，在工程中心进行1周的操作训练后分散进入实习单位，如大庆志飞生物化工有限公司、肇东日成酶制剂厂、大庆华理能源生物技术有限公司等10多个企业，采用学校教师与企业技术人员共同指导负责制对学生的实习进行指导和管理。
（三）建设“多师结构”的实践教师教学团队
在培养理论与实践兼备教师方面，我院进行了有益的探索。[5]为了进一步提高教师和学生的实践能力，本科毕业论文的指导教师打破完全由教师承担的制度，采用企业技术人员和教师共同指导方式。一方面减轻老师的工作量，另一方面研究的课题在一定程度上也解决了企业的一些问题，同时学生的综合能力也得到了提高。
（四）鼓励学生依据工程中心的条件申请创新训练项目
为推进创新创业人才培养模式改革，强化学生创新创业能力训练，进一步提升大学生的创新能力和创业能力，培养适应创新型国家发展战略需要的高水平创新人才，我省及学校从2012年起设立创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目。获批省级项目，学校支持8000元/项；获批校级项目，学校支持5000元/项。鼓励学生利用工程中心的条件进行创新训练项目申请，申请成功后，工程中心将依据项目的内容提供实验条件。
四、人才培养效果实验
课程整合后，改变了以往以小的实验为主，实验内容简单，仅仅为理论中某一知识点验证的弊端，将有相关的知识内容有机地结合在一起，对学生系统掌握理论知识起到了很好的诠释作用。生产实习的安排在解决了专业课程实习仅是参观而得不到实际锻炼的问题的同时，还为更好地开展毕业实习奠定了基础，在此过程中工程中心起到了良好的衔接作用。“多师结构”的实践教师教学团队使学生的毕业论文质量得到了进一步提高，解决实际问题的选题内容比例增加。2009级毕业生选题中，针对实际问题的选题占32.4%，虽然比例还不是很高，但比2008级毕业生增加了近10%。2009级毕生中有15人参加到创新研究项目中，有5人次获得优秀毕业论文，投稿论文3篇。
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(1)培养动手操作能力;
(2)培养观察力、注意力、记忆力、思维能力和创造能力;
(3)培养合作、竞争意识;
(4)培养关心集体、团结互助的社会公德意识;
(5)培养自尊、自信、自立、自强的优秀品质;
(6)培养自学能力及资料检索处理能力;
(7)激发学习生物学兴趣，培养学习生物学情感。
1生物活动课的构建原则
为了更好地根据生物活动课特点开展活动，须遵循以下原则:
1.1生物活动课与学科课程内容互补原则。
1.2全面发展与个性培养相统一原则。
1.3自主性和主导性相结合原则。
1.4规定性与创造性相结合的原则。
1.5实效性和因地制宜原则。
1. 6趣味性和多样性原则。
2 生物活动课现状透视
近几年，活动课程的设置受到教育部门及部分学校的重视，但目前许多师范学校生物活动课不同程度偏离活动课的构建原则，存在以下不容忽视的问题。
2.1组织上的自发性
生物活动课虽然强调自愿参加，但总要依赖与一定的组织形式，以保证活动课的正常开展。目前，部分师范学校生物活动课仍处于自发状态，无牵头的组织者、无组织发展的有关程序、无严格的组织纪律、无检查评估的组织部门。这样的自发组织是不稳定、不长久的。
2.2内容上的随意性
活动课内容应根据学科的培养目标，考虑到和教材的衔接，体现有序性。而有些学校或生物教师在安排的内容上随心所欲，没有通盘考虑课程体系，又没有精心设计活动方案，也不参照相应的活动课教材，使活动具有很大的盲目性，收不到实效。2.3形式上的单调性目前部分师范学校开展生物活动课时，忽视了学生的兴趣、爱好的差异，搞简单的一刀切、大呼隆的群众性活动，没有指定有专长的教师作指导。久而久之，把本来有兴趣的学生培养成无兴趣的人，抑制了学生个性的发展，有特长的学生得不到及时发现和接受相应的培养。
2.4开展活动的不经常性
由于活动经费、活动场地设施、活动时间等诸多因素的限制，生物活动课开展的不够正常，前后脱节，缺乏连续性、递进性。
3生物活动课的实践
我校针对开展生物活动课存在的问题，以生物活动课构建原则为指导，结合学科特点，反复实践，总结以下活动方式和操作形式。3.1健全的组织结构
开展生物活动课必须由教务处、教研室主任、班主任组成的健全管理系统。聘请有专长的生物教师任指导，选拔对生物学有兴趣的学生组成活动集体。制定明确的活动计划，包括活动课题、内容、目的、要求、时间、、参加人数、活动形式等，做到有的放矢。并从实际情况出发，因地制宜设计每一个活动方案，既能使学生在活动中学
到技能，还能在一定程度上使教育为当地的经济建设服务。
3.2独特的方案设计
活动课是学生在教师指导下的一种科技活动，优秀的活动方案是学生活动成功的重要前提。在活动中教师应创造条件，引导学生参与一些活动方案的设计，倡导参与意识，把握好学生参与的契机;体现自主性和主导性原则。以“空中绿化调查的活动课，，进程为例，设计活动方案。
活动进程
教师行为
学生行为
空中绿化对城市建设的影响
我市空中绿化的程度
空中绿化对各行业的影响
交代活动目标
明确活动目标
空中绿化的类型有那些
我市空中绿化的程度怎样
空中绿化对交通、旅游有何影响
制约空中绿化的因素有那些
提出问题
引导思考
积极思考
勇于探究
调查居民阳台的绿化
调查马路的栏杆绿化
调查建筑物的屋顶绿化
组织调查
激发动机
亲自实践
动手操作
我市居民阳台绿化率不足10%
马路栏杆、厘顶的绿化率近为零
我市空中绿化还存在着许多问题
总结讨论
解疑释疑
讨论辨析
质疑问难
国内外城市绿化情况
影响环境的因素
引发联想
促进迁移
积极想象
举一反三
提交调查报告或
撰写科研论文
评价分析
自我检测
3.3丰富多样的活动内容
3.3.1参观考察
结合当地的实际，组织学生参观市蟹苗养殖厂、贝雕工艺厂、水族馆、珍稀蝴蝶展、海洋生物标本展，还参观市污水处理厂、市环境检测中心;组织学生看科普电影和录像;考察新海电厂循环水的利用情况。参观考察过程中请有关技术人员现场讲解，参观后组织学生谈收获、写体会，教师作总结。
3.3.2实验探究
根据学校现有的实验条件，开展一定的实验活动;也可以根据日常生活中发现有意义的课题，在教师的指导下进行实验，让学生独立思考，主动探究，亲自实践，动手操作，敢于创造。如《绿蒂王、梧桐等花卉的组织栽培》、《用废弃茶叶、栎叶栽培灵芝高产技术的研究》、《玳瑁的人工饲养试验》、《玉兰种子的芳香油提取试验》等。
3.3.3开展讨论
生物活动课上可就有兴趣的问题开展讨论，如我国是否存在蜂鸟?蜂鸟与雀天娥到底有那些区别?也可就某些重大工程建设展开讨论，如围绕高公岛核电站的建设对我市经济的促进作用和可能对环境产生副面作用开展讨论。讨论中，注意营造自由商讨的气氛，使学生敢于大胆表述，注重培养学生的说理能力，加强语言规范表达的训练，也渗透了环境教育。
3.3.4撰写小论文
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随着社会与经济的越来越快发展，生态环保已经成为越来越重要的话题。生态环保关系到每一个人的生活，影响非常的大。而在生态环保中，最大的问题是水资源污染的问题，随着工业等各种产业生产的需要，有的未经过检测合格就擅自将污水排入河流或是水系里，导致自然水体被破坏，水污染越来越严重，而水污染严重影响着人们的生活。为了改变这一现状，很多地方开始进行污水处理，但是传统的污水治理方法成本太高，难以实行，取得的效果也不是很好，所以本文从生态环保角度出发，提出基于生态环保的污水处理技术。
一、污水致力传统技术与污水生态处理技术简介
污水处理技术有传统的方法和生态处理技术。传统的污水处理技术就是利用物理、化学等原理作用对污水进行净化，物理方法就是利用物理特性将有害物质进行吸收，化学方法就是利用物质之间的化学反应将有害物质反映或是转化为无害物质。而这两种方法都不易实现，能源消耗非常大，而且在技术维护方面难度也比较大，成本比较高，难以进行有力的推广。这也是很多企业冒着违规的风险将污水直接排出的原因。
生态环保的污水处理技术，就是利用生物原理将污水有目的、有控制性的投入到一定的生态系统中，利用这个生态系统中的土壤、动物、植物、微生物等多种资源的符合作用，将污水中的超标物质和有害物质进行利用吸收，使污水中的有害物质进行降解，最后达标的过程。这一过程也可以用循环再生来形容。生态环保的污水处理技术处理污水的最大好处就是操作简单、投资较小、无副污染物出现，同时还可以达到整体优化的效果。
二、污水生态处理技术遵循的原理
1.循环再生原理
生物学中的循环再生原理，指的就是利用生态系统中的生物成分，将非生物成分合成新物质，然后又降解的过程，在这一过程中，通过生成和降解的循环，使整个生态系统保持平衡。在污水生态处理技术方面，也是利用循环再生的原理，将污水排入特定的生态系统，使污水中的非生物组分参与到这个循环再生的过程，加大了循环再生过程的进程和速度。
2.和谐共存原理
和谐共存原理指的是在生态系统中，所有生物与非生物之间的最稳定状态就是和谐共存，如果做不到和谐共存，那么其中一方就会被一方毁坏，直到达到平衡为止。所以在污水处理的过程中，污水引入到一个特定系统中，引起系统的不平衡，这个系统里面的生物就会将污水里面的非生物稀释或是降解，最后达到平衡状态，做到和谐共存。
3.整体优化原理
使用生态学的方法对污水进行处理是一个简单的过程，但是在这个处理过程中，包括很多环节，譬如说污水源控制、修复生态系统的选择、污水布水公艺选择、再生水的利用等等，这些环节都是必不可少的，而且对污水处理整个过程来说非常重要，不能单独的进行考虑。所以，应该将这些环节作为一个整体来考虑，对这个整体进行优化，最后达到使用污水生态处理技术处理污水的同时又对污水中的资源加以利用，变废为宝，达到整体优化的目的。
4.区域分异原理在进行污水生态处理技术上，必须要考虑到地区差异。因为每个地区的生态系统都会因为当地的特殊环境而不一样，所以在考虑应用这种那个方法的时候就必须考虑到这个因素，不能盲目的进行，导致污水生态学处理技术作用不明显。考虑到地区差异，就必须因地制宜，选择不同的修复植物、布水公艺、管理方法等进行管理和运用。并且在开始利用使用污水生态处理技术的时候，应先进行小范围的实验，在取得成功后，在开始大规模的使用这种方法。这样污水生态处理技术的成功率才会比较高。
三、污水生态处理技术的主要方法
污水处理技术主要是应用生态系统天然的资源，来将污水中的污染物质转移或是转化为其他物质，达到消除或是降低水中污染物中的作用。这种方法费用低还能达到整体优化的目的。目前，我国主要采取土地处理系统、蚯蚓滤池处理系统、生态塘处理系统三种方法来进行污水处理，并取得了显著的效果。
1.土地污水处理系统
土地污水处理系统就是利用土地―植物系统的自我调控能力以及生物作用对污水进行处理，从而改善污水的水质，在处理污水的同时植物和土地可以吸收污水中的富营养和水分，从而土地更加肥沃，植物生产的更快，更好。这样在进行污水处理的同时也能带来植物的更好发展，一举两得，实现废水最大化的利用，变废为宝。污水土地处理系统有很多种类型，常见的包括慢速渗透处理系统，还有与之相对的快速渗透系统，地表漫流处理系统以及地下渗透处理系统。使用土地污水处理系统的这几种方法来净化污水，其使用的原理是沉淀、过滤、挥发、生物氧化、土壤吸附、光解等，这几种都是最原始的处理污水的原理，包括物理原理和化学原理。这几种处理方法都可以使污水处理到达标水平，可以直接灌溉或是作为景观水使用。
2.蚯蚓滤池处理系统
蚯蚓滤池处理是人工制造的生态系统，就是将蚯蚓引入常规的滤池内构成。蚯蚓滤池处理系统是利用蚯蚓的消化分解作用以及过滤作用而达到处理污水的目的，所以蚯蚓滤池一般分为三层。第一层为蚯蚓分解层，这一层就是利用蚯蚓的消化分解以及上下钻动的特性来达到分解污水中污染物的过程。这一作用原理就是蚯蚓吃食污染物，和体内的细菌进行反应，排除，蚯蚓粪便的细菌进入环境中后使得有机物的数量增多，杀死微生物，达到处理污染物的效果。第二层是补充层，第三层是承托层。第二层和第三层的最主要作用是过滤作用，使得蚯蚓处理过的污水进一步的过滤。污水从蚯蚓滤池的上部进入，经过处理后的水从下部排出。蚯蚓滤池的整个处理污水的过程操作简单、成本比较低，污水处理效果好，可以方便推广使用。
3.生态塘处理系统
生态塘污水处理系统也是应用较多的生态污水处理技术。主要原理就是将污水引入人工制造的一个生态系统中，这个生态系统包括水产和水禽类生物。生态池塘通过太阳能的光合作用以及各种食物链原理将污水中的有机物进行分解或是转化，然后再通过食物链作用将物质一层一层的转移，使用这种方式将污水净化。这个方法之所以使用较多并且效果不错就是因为采用这种方法，污水得到净化的同时，水生植物和生物等也得到了食物，可以进行回收。这种污水处理方法不仅维护方便、成本低，更大的好处是可以获得经济效益。
篇10
随着生态环境污染的加剧，环境污染治理的难度也在加大，目前各高校环境专业对人才的培养提出了更高的要求，学生应进一步加深理论知识、加强实验技能的训练，以培养环境污染治理的专业人才。水污染控制工程是环境工程本科专业一门重要的专业主干课之一，具有极强的工程应用性。积极主动地探索水污染控制工程实验教学，能够使学生们更系统地了解和掌握各种水污染控制技术的原理及其应用，有助于培养学生运用所学理论知识解决废水处理工程问题的基本技能，增强学生的工程实践能力，对于培养水污染控制专业人才具有极为重要的意义。
一 水污染控制工程实验教学中存在的问题
1.实验设计不合理
水污染控制工程是一门多学科交叉的课程，涉及化学、微生物、材料学等学科的相关理论及方法。该课程实验教学的基本任务是对学生进行科学方法和实验技能的训练和培养，使学生能够系统地掌握各种水污染控制技术的原理及其应用方法。目前，所开展的实验多为简单的验证性实验，创新性不强；实验所涉及的知识面窄，没有覆盖微生物、材料等与水污染控制相关的领域。
2.实验教学程序化
水污染控制工程实验教学中，主要由教师提前安排好仪器设备与药品，开展实验前任课教师认真讲解具体的实验方案、注意事项，学生再依据实验指导书中的实验方案和实验步骤逐项开展实验。实验教学过程中基本以教师指导为主，学生通过参考实验指导书来完成实验，没有充分发挥学生的主观能动性，难以达到提高学生的设计能力和动手能力的教学目标。
3.实验条件不完善
专门用于本科生实验教学的场地、仪器、设备有限，教师及研究生从事科学研究的实验室为了方便管理对本科生不开放。教学实验只能安排4～5人一组共同开展实验，导致学生难以在实验过程中独立思考、独立操作，很难保证每个学生的参与度。
针对水污染控制工程实验教学中存在的问题，开展教学改革和创新，以培养适应社会需要的高素质工程技术人才具有重要的意义。本文在实验教学实践的基础上，结合实验教学研究成果，对实验教学方法的改进进行了一些探索与尝试。
二 立足实验教学，培养水污染控制工程专业人才
1.注重设计性实验教学
设计性实验教学由学生查阅文献自主设计，通过与教师开展讨论由教师引导学生精选实验方案，指导其实验操作，帮助其解决在实验中可能碰到的各类问题，并且开展对实验结果的分析与讨论。基于本校环境工程专业特色，结合任课教师正在开展的科研课题，鼓励学生参与其中阶段性实验的设计与实施。学生可以自由组合，多人共同动手来查阅文献、设计方案与研究问题，以求实现最佳实验成效，增强学生的专业能力。例如，针对重金属废水处理的研究方向，在掌握了化学沉淀法、吸附法处理重金属废水基本原理的前提下，开展文献调研，针对水质特征，选择合适的处理方案。这样使学生能够更好地理解化学沉淀法应用于高浓度重金属废水处理的优劣，以及吸附法适用于低浓度重金属废水处理的原因。为了更好地了解条件因素在实验中的影响，要考察pH值、反应时间、温度、沉淀剂/吸附剂投加量等因素对重金属废水处理效果的影响，得到最佳的工艺条件，为实际应用提供技术参数。设计性实验教学能够充分调动学生的主观能动性，更好地培养学生解决实际问题的能力。学生在实验之后撰写报告时可采取论文的形式进行成绩考核，从而帮助其掌握文献检索方法、数据分析方法以及科技论文撰写的方法，为其今后投入科研工作奠定良好的基础。
2.完善综合性实验教学
学生只有具备综合的能力才能满足解决现实环境问题的要求。综合性实验是培养学生综合能力的重要环节。水污染控制工程综合性实验教学将水污染控制涉及的化学、微生物、材料学理论知识融会贯通至一个大实验中，具备了理论知识及实验技能上的综合性。例如，针对水质十分复杂的垃圾渗滤液设计综合性实验，首先开展废水的可生化性测定，再运用生化性能比较好的渗滤液开展活性污泥培养实验及曝气池中活性污泥性质的测定实验，之后，将曝气池中的混合液用竖流式沉淀法进行泥水分离，出水经过混凝之后用于开展吸附实验，吸附实验的出水可用于反渗透实验中。通过链式废水处理综合实验，原本臭不可闻的渗滤液变得清澈透明，使学生对水处理有了直观认识的同时，也系统全面地掌握了水污染控制的理论知识并加深了理解，这样可以提升学生综合分析的能力以及比较能力。
3.尝试开放性实验教学
开放性实验教学在实施过程中，要以学生为主体，由学生自行选择实验，自行确定仪器设备、药品试剂、实验方案、实验步骤并开展数据处理与结论分析。在实验过程中，教师只负责提供资料、协调设备、解答疑问。例如，结合本校环境工程专业特色以及研究前沿，开放研究生实验室，设置“过硫酸盐光化学氧化处理含砷废水”开放性实验，采用SO4-为主要活性物种降解污染物的新型高级氧化技术，利用其氧化废水中的砷并实现深度净化具有一定的优势。实验中，学生利用活性金属氧化物作为原料，对其进行化学改性，从而制备活性较高的催化剂。通过研究改性条件对催化氧化处理的影响，得到最佳的制备条件；并且研究催化剂用于含砷废水光化学氧化处理中的影响因素。当学生在个人的努力下，把亲自制备出来的催化剂用于含砷废水氧化处理之后，发现这样做的效果十分显著，从而产生强烈的自豪感，这样能够调动其学习本专业的主动性。开放性实验教学手段不仅能够调动广大学生的学习热情，使学生增进对理论知识的深入理解，而且还能提升其实验能力，提高其解决实际问题的能力。
4.建设演示性实验教学平台
中南大学环境工程专业在校园内新建污水处理站60m2，用于实验室废水的处理，同时可用于水污染控制工程课程的演示性实验教学，使学生全面了解水处理单元的工艺运行条件、技术经济指标等，从而强化对学生实验操作技能、工程实践能力的培养。污水处理主要采用中南大学环境所自主研发的生物制剂，通过配合、水解、絮凝分离等关键步骤，实现污水的深度净化。另外，还拥有多套水污染控制成套设备，如重金属废水生物制剂深度处理与资源化成套设备、有色冶炼水污染物高效处理回收实验系统（具备高效处理含汞污酸及回用等特殊功能）等。在课程主讲教授或相关负责教师的讲解、带领参观或自由参观下，学生对本专业知识的学习有了更感性的认识，激发了学生的主动学习与创新实践学习的兴趣。
三 水污染控制工程实验教学改革中应注意的问题
第一，在开展设计性实验教学时，应提前给学生启发式的辅导，通过讲解实验的基本原理及领域内的前沿研究，引导学生自己查阅相关文献；在充分调研文献并进行总结的基础上，制订初步的实验方案；经过与指导老师进一步讨论确定具体的实验方案及操作步骤，以便更好地完成实验。
第二，在选定综合性实验时，应该注重并强调各实验之间的互通性以及学生实验技巧培养的连续性。把多门环境工程专业课程，如水污染控制工程、环境工程原理、环境监测、环境微生物学的基本原理及实验操作技能有机地结合在一起，使学生的专业技能和实践能力得到全面的综合训练，为培养面向实际一线工作岗位的实用型人才奠定较好的基础。
第三，开放性实验教学的实施过程中，应根据学生的兴趣结合本专业的特色及研究前沿设置多个实验，供学生选择，切实调动起学生对开展实验的兴趣及主动性，鼓励学生勤于动脑并勇于动手，独立地完成各项实验；逐步开放一部分研究生实验室用于本科生实验。
第四，实验教学的考核，应注重从文献调研、实验设计、实验操作、数据处理、问题分析、撰写论文的全过程考核，采用研究论文的形式撰写实验报告更能体现学生的综合能力。
总的来说，通过实施水污染控制工程实验教学改革，提升了大学生综合运用理论知识来分析与解决具体问题的能力；锻炼了大学生们的实际动手能力，为培养面向实际一线工作岗位的实用型人才奠定了较好的基础；培养了大学生们的创新能力，切实调动其学习的主动性；对于培养水污染控制工程专业人才具有很好的支持与推进作用。
参考文献
[1]王伟祖、郑旭明.建立综合设计实验平台培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2004（8）：74～75、94
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1.我国城市污水处理现状分析
目前我国城市污水处理的面临着重要的考验，现有污水处理系统已经不能满足日益增加的城市污水量。而工业废水、日常生活排放污水在城市内部的流向对流经城市的河流以及浅层地下水也都有着不同程度的污染。这也使得我国多数城市水源受到污染，加大了城市生活用水处理的费用，加剧了我国城市废水污染程度。近年来为了加快我国可持续发展战略目标的实施、促进我国水资源优化、保护环境，我国很多城市已经开始了对城市内污水流向的治理，减少污水在城市内流向对浅层地下水的污染。同时大力应用新的废水处理技术，加快污水处理建设，为我国可持续发展路线的实施打下坚实的基础。
2.城市污水处理新技术分析
2.1曝气生物滤池技术分析
曝气生物滤池是一种经过改良的新一代上向流曝气生物滤池。它既可以用于污水的二级处理，也可以用于处理出水需要回用等其它要求的污水深度处理，并且能够达到很高的排放水质标准。由于曝气生物滤池工艺将滤池和生化反应器结合起来，因此不再需要沉淀池；占地面积小，是常规工艺的1/4～1/5，节省大量征地和地基处理费用；池容小，土建工程量比其它工艺少20％～40％；全部模块化结构，改扩建容易，工期短；上部出水为清水，滤头不易堵塞，检修和更换容易。无需放空滤池中滤料；可对厂区进行全封闭，无臭味污染，视觉和景观效果好；不需要单独的反冲冼水和反冲洗水泵，降低了设备投资和运行费用；穿孔管曝气，节省设备投资和维护费，效率高。而膜式曝气头通常在运行两年后开始丧失其效率；自动化程度高，操作人员少；低温运行稳定，受温度影响很小；由于其具有连续的物理过滤能力，一旦生物反应发生问题，滤池仍可去除绝大部分的悬浮物；而且仅需要几天即可恢复生物处理能力，而活性污泥法需要几个星期才能恢复；由于其具有的众多有点，我国已经在2002年在广东南海新建了一座设计流量为50000m3/d的新型曝气生物滤池污水处理厂，从近6年的处理运行情况来看，运行稳定，处理效果好，是投资较少的一种新技术应用典型。
2.2天然有机化学污水处理技术的分析
天然有机化学在污水处理方面的优势已经被人们认可，也使得其在污水处理中的发展前景越来越好。化学混凝与生物法共同作用污水处理法已经成为了天然有机化学污水处理发展的新方向。该工艺能有效去除水中的颗粒物、磷和氮，使出水水质达到一定的水平。有些国家把化学混凝法加生物处理作为主要的处理方法对城市生活污水进行处理，如挪威、瑞典、丹麦，其70%的污水都用混凝法+生物处理。其它一些国家如美国和香港用一种叫做化学强化一级处理法，该法比化学混凝法需要的混凝剂量更少，但足以去除大部分磷同时大大加快沉降速度。
世界上最常用的混凝剂为铝盐和铁盐，也有一定数量的有机聚合物作混凝剂或助凝剂。水和污水中的污染物去除是通过已知的机械原理即破坏胶体的稳定性而混凝，或者是化学药剂与固体水解产物共同沉降来完成。混凝法的效率是受混凝剂的物理及化学特性、进水及工艺条件等因素的影响。
污水处理无疑是要花钱的。问题是要找到一种不仅投资少而且长期运行费用低的最经济最有效的方法。根据欧洲污水处理经验，要去除95%的BOD和90%以上的磷并且脱除85%氮，则化学强化一级处理+生物处理是最经济有效的。化学处理法特别是在工业污水比例大、污水水质日/年变化大时更显其最经济有效。在快速发展的工业化城市，企业排放的污染物会影响甚至破坏传统的生物处理过程，而化学处理法在这方面具有许多的先进性，能处理很多不同的污水，能承受很大的冲击负荷。对实际污水处理工程而言，首先用化学法进行污水处理研究，不仅能承受冲击负荷，将污水处理到一定的程度，还可以了解污水的组成和变化情况，为较易受污水冲击负荷、毒性物质影响的生物处理提供保护。种种优势预示了天然有机化学污水处理的良好发展前景。
2.3污水生物处理方法分析
生物污水处理是用生物学的方法处理污水的总称，是现代污水处理应用中最广泛的方法之一。主要借助微生物的分解作用把污水中有机物转化为简单的无机物，使污水得到净化。按对氧气需求情况可分为厌氧生物处理和好氧生物处理两大类。厌氧生物处理系利用厌氧微生物把有机物转化为有机酸，甲烷菌再把有机酸分解为甲烷、二氧化碳和氢等，如厌氧塘、化粪池、污泥的厌气消化和厌氧生物反应器等。好氧生物处理系采用机械曝气或自然曝气（如藻类光合作用产氧等）为污水中好氧微生物提供活动能源，促进好氧微生物的分解活动，使污水得到净化，如活性污泥、生物滤池、生物转盘、污水灌溉、氧化塘的功能。污水生物处理效果好，费用低，技术较简单，应用比较简单。当简单的沉淀和化学处理不能保证达到足够的净化程度时，就要用生物的方法作进一步处理。生物处理中要特别注意掌握净化污水的微生物的基本特点，满足其要求条件；污水中BOD与COD比值要大于0.3。温度影响较大，冬季一般效果较差。
3.加快分流制排水管网的推进，促进污水处理的实施
我国原有城市排水管网多位合流制排水管网，其是通过在城市中铺设一套排水管网用来排泄污水和径流雨水。这样的排水管网导致后期在进行污水处理时加大了处理量，增加了污水处理费用。而目前较为先进的分流制排水管网，是在城市中设两套独立的排水管网，分别排泄污水和径流雨水。这就使得在后期进行污水处理过程中，可以不对径流雨水进行处理，只针对污水进行处理，大大降低了污水处理费用。铺设分流制排水管网的费用与合流制排水管网污水处理费用相比，分流制虽然一次性投入较大，但是综合比较可以发现，其在管网运行多年后，总体费用只占合流制管网污水处理的42.7％。因此，加快我国老城区合流制管网改革，在建设新城区时积极采用分流制排水管网设计是污水处理发展的必然方向。
结论
城市污水处理新技术的不断涌现，为城市污水处理提供了更过的选择空间。同时也使得我国污水处理技术正在向着国际化的标准迈进。通过新技术的应用及人们对日常生活中无磷清洁用品的广泛使用，减少有害污水的产生，为我国环境保护打下坚实的基础。
参考文献
[1]李笑雯.城市废水处理技术[M].化学工业出版社,2006,7.
[2]梁国庆.城市污水处理生物技术分析[J].农业技术,2007,8.
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2氧化亚铁硫杆菌的氧化机理
自20世纪60年代以来,因为它们具有特殊的生物学功能,吸引了许多学者对T.f和T.t的生理特性进行了研究。许多研究表明,T.t利用单质硫的能力比T.f强,但T.t不能利用硫酸亚铁。Wong和Henry对氧化硫酸亚铁的机理进行了详细的研究,指出能将亚铁氧化成三价铁,三价铁会与硫酸根离子发生反应产生铁矾沉淀,同时产生硫酸而引起pH的下降:
4FeSO4+02+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O
(1)
6Fe3++4SO42-+12H2O2HFe3(SO4)2(OH)6 +10H+(2)
Templellvl和Leathen等人研究发现氧化亚铁硫杆菌能将矿物中的硫化矿物氧化为硫酸和硫酸盐。Bryne等对T.f氧化硫化矿物的机制进行了详细的研究。并提出了一些常见矿物的主要反应机理,如黄铁矿和黄铜矿:
2FeS2+702+2H202FeSO4+2H2SO4
(3)
4FeSO4+02+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H20
(4)
CuFeS2+402CuS04+FeSO4 (5)
2Cu2S+02+2H2 SO42CuS+2CuSO4+2H20
(6)
CuS+202CuS04(7)
3微生物分子生态学研究的一般方法和原理
微生物分子生态学是分子生态学的重要组成部分,是分子生物学、微生物生态学、微生物生理学与遗传学相互结合而产生的一门边缘学科。从目前的发展状况来看,当前的主要研究领域有:采用分子生物学技术研究不同自然环境中微生物的种类组成和群落结构以及它们的数量动态；环境因子对微生物基因表达的影响:自然条件下微生物之间遗传物质的转移:微生物与高等生物相互作用的分子机制,包括共生关系的建立、病原微生物的致病机制等。因此,微生物分子生态学是利用现代分子生物学的基础理论与技术,在分子水平上,研究微生物与其生态环境间相互关系的一门新兴学科。
3.1 一般研究方法
(1)平板涂布分离。
(2)显微镜观察:普通光镜、相差显微镜、透射电镜、扫描电镜。
(3)MPN法,即最大或然值计数法,是平板涂布分离法的一种,但由于广泛应用,被单独作为微生物研究的一种技术。
(4)活菌计数法,常见的用哑咙橙染色,活菌死菌颜色不一样。
3.2 分子研究方法
(1)纯种分离,G+C测定、16SrDNA, ISR测序、比对。
(2)变性梯度凝胶电泳(DGGE),通用引物PCR扩增同样长度的基因,常为16S的一段(300bp～400bp),割胶纯化、克隆测序,比对变性梯度凝胶电泳((DGGE)技术以土壤微生物群体的基因组DNA为研究对象,通过比较不同土壤中各种微生物的16SrRNA基因信息来了解微生物的多样性。
(3)FISH荧光原位杂交,设计不同荧光染料标记的特异探针,检测不同分类界元水平的细菌,可在细胞水平或者核酸水平与目标菌种杂交,在表面荧光显微镜或者CLSM(共聚焦激光扫描显微镜)下监测。
(4)TRFLP,末端限制性长度多态性。
(5)ARDREA.RISA。
(6)流式细胞仪计数。
(7)Real-time实时荧光定量PCR监测技术。
(8)克隆转化法:通用引物扩增从水样、土样中提取得总DNA,获得全长的16S rDNA序列,随机克隆入载体,转化到大肠杆菌,挑取阳性菌落,用不同的限制酶酶切检测不同的克隆,测序、比对。
(9)DNA芯片技术,主要用来研究微生物的功能基因组学。
4本论文的立论依据
AMD的pH通常很低,严重的地方可达pH2.0,富含SO42-离子和Fe3+离子,易浸出废矿石中的有毒元素,如铅、砷、铬、铜等以及氰化物,对矿业生产、生态环境造成严重危害,所以就AMD的研究越来越重要。我国自1959年以来,对微生物处理污水的技术的研究已取得了一定的成果,但重点放在污水菌种的保藏的研究方面,而且就整体情况而言与国外相比要差的远,在污水处理微生物生物学方面的研究相对于前者明显滞后。不仅设备、工艺落后,更主要的是对微生物本身没有作进一步的研究,缺乏对菌种生物学性状较为全面的认识,譬如菌种的生理、生化性状以及分类地位的了解,缺乏对菌种分子水平上的认识及其在污水处理过程中菌种所参与的机理等的研究,因而也就不能很好的指导生产实践。从目前发表的一些较为零碎的文献及几本专著看出,在酸性污水中细菌的研究方面,生物领域的科技工作非常薄弱,主要是一些污水治理方面的专业人员在从事相关研究。
目前,我国对浸矿细菌的资源开发工作做的远远不够,根据国内外文献报道,用于处理酸性污水的细菌有氧化硫硫杆菌(A.Thiooxidans)和氧化亚铁硫杆菌((Acidithiobacillus ferrooxidans);钩端螺菌(Leptospirillum)、中等嗜高温菌,如文献报道的硫化杆菌属(Sulfobacillus),如热氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosuidooxidan)以及一些未确定分类位置的细菌、嗜酸嗜高温古细菌等。就细菌遗传多样性、系统学研究工作来说,目前国内发表的文献主要集中在放线菌、根瘤菌、嗜盐碱的古菌方面,对硫杆菌其他浸矿细菌的多样性及系统发育工作而言,国内尚见较为系统的报道。因此,对硫杆菌及其它浸矿细菌的多样性研究就很有必要。
(1)硫杆菌(Thiobacillus)及其它嗜酸菌分子系统学研究目标及意义。
在地球表面广泛分布有元素硫及其金属化合物而形成的许多特殊环境,如硫铁矿、地表及海底的含硫热泉等。近年来,由于各国微生物学家对极端环境条件中的微生物资源的研究开发成为一个热点,使得硫铁矿、含硫热泉等酸性条件中的微生物多样性的研究取得了较快的进展,发现了许多生理生化性状特殊的细菌,其中有些归属于硫杆菌,有些目前还未确定其系统位置。分子生物学技术在含硫的酸性环境微生物系统学、生态学研究中的广泛应用,不仅发现了许多常规技术不能发现的新细菌,也对这些细菌的分类及系统学地位的确定提供了有力的手段,同时对一些已知细菌的分类及系统位置进行了修订,使得传统意义上的硫杆菌分类更趋合理,尽量可以建立一个亚利士多德所谓的接近于自然的分类体系。对氧化亚铁硫杆菌系统学地位的确定不仅具有重要的理论意义,对指导细菌浸矿等生产实践中优良菌株的选择也具有直接的应用价值。我国地域广阔,各种含硫的矿产资源及自然生态环境非常多样化,蕴含着非常丰富的代谢硫的细菌资源,而倍受国外微生物学家的关注,因此加大这些细菌资源的开发和研究力度,将为这些细菌的生产应用实践奠定理论基础。本课题研究的目标之一就是大量开发我国不同酸矿环境中的微生物资源,尤其是一些硫氧化细菌及其这些细菌的分子系统学的研究。
(2)不同环境中嗜酸菌的遗传多样性研究及其意义。
由于Acidithiobacillusferrooxidans,A.thiooxidans,A.caldus, Leptospirillumferroo xidans这几种细菌能够氧化亚铁、还原性的金属硫化矿,目前被广泛应用于微生物湿法冶金、煤和天然气脱硫、酸性矿区的生态恢复治理、污水处理等技术,使得这些细菌成为微生物学家研究的热点之一。但是由于硫矿的化学组成不同与含硫酸性环境在地球上的生态分布与多样性极其复杂,使得这类细菌同一种不同菌株的生理生化性状表现出显著的不同,形成了表型差异明显不同的菌株,同时造成这些细菌不同菌株的遗传组成差异显著,即所谓的遗传多样性,利用分子生物学技术研究这些细菌的遗传差异,不仅有助于筛选、鉴定出性状明显不同、在浸矿实践中针对不同化学组成的矿体表现高效的菌株,反过来也可以从物种进化上阐明不同环境造成的选择压对细菌进化的作用以及细菌对环境的适应性,进一步对表型差异悬殊、介于相似种之间的菌株的系统学地位重新进行研究修订,并且有助于阐明自然界广泛分布的许多代谢硫、铁有关的细菌的起源及进化关系。目前,虽然微生物冶金基础研究被列为国家973重点基础发展计划,但我国在浸矿细菌的生物学基础研究方面所作的工作几为空白,对这些细菌的多样性有待进一步研究挖掘。从世界各地大量采集分离纯化菌株,进一步阐明这些细菌的分子系统学及进化关系,从遗传多样性的角度选择优良菌株,为应用于生产实践提供理论基础。
由于我国生态环境多样性非常丰富,存在各种各样的富含金属及硫化合物的生态环境,因此有可能分离到生理及遗传差异明显的不同菌种,存在非常丰富的种以上水平和种下水平的多样性。但到目前为止,国内对嗜酸细菌物种多样性和遗传多样性的研究几乎为空白,基于此这两个细菌多样性的研究是本课题的主要目标之一。
5前景展望
在研究的基础上,进行微生物优势群落的生理生化分析和限制多态性分析,可继续进行矿区酸性污水微生物类群多样性的研究,进而研究矿区酸性污水微生物类群的结构和分布的特异性,进而确定这些菌株分类学和系统发育学地位。由于条件有限,本研究许多方法、步骤还有待改进和完善(比如在提取污泥中细菌的方法上我们有待改进),在未分离和测序的种群中,还蕴藏着丰富的微生物资源,需要进行进一步的研究。随着工业污水微生物资源研究理论的发展和研究技术的完善,人们必定从工业污水微生物中获得瞩目成果,更好地为人们的生产生活服务。
参考文献
[1] 布坎南R E,吉本斯 N E(中国科学院微生物研究所译).伯杰细菌鉴定手册(第8版)[M].北京:北京科学出版社,1981:636～637.
[2] Zheng SM (郑士民),Yan WM (颜望明).Autotrophic Bacterium.Beijing (北京):Beijing Science Press(北京科学出版社),1983:56～60.
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1．2确立创新能力培养模式
为适应学科发展和社会服务的要求，南京大学环境科学与工程实验教学中心在实验教学过程中，以学生为本，以培养学生综合素质、调动学生潜能、提高学生自主创新能力为目标，不断改进实验教学方法和手段［8］，摸索出了一套创新能力培养模式。该模式可归纳为“顶天”、“立地”式，即:一方面依托国家重点学科、国家重点实验室、国家工程中心等高水平教学科研平台和环境学院高水平的师资队伍，将实验教学与科研相结合，鼓励学生早期进入实验室进行科研训练，实现“顶天”;另一方面将实验教学与工程应用和社会实践相结合，加强暑期学校的生产实习和实践教学活动，建立稳定的校外实习基地和中试基地，开展多种形式的社会实践活动，鼓励学生走出象牙塔、关爱自然、服务公众、回报社会，锻炼学生切实解决实际问题的能力，实现“立地”。
2实验教学与科研相结合的方式
2．1科研成果转化为实验内容
南京大学环境科学与工程实验教学中心坚持实验教学内容与我国环保形势和国际学术前沿接轨，鼓励实验教师积极开展科学研究和实验改革研究，将自己的科研成果转化为实验教学的内容。如:早在上世纪90年代，当时的实验室主任孔令仁教授就将自己的“光化学氧化降解有机污染物”的研究成果转化到专业实验课“环境化学实验”中，开发了“萘水溶液中的光化学氧化实验”、“产生柱法测定萘水的溶解度”等新实验，近年还把新开发的“多功能光降解仪器”应用到教学实验中;杨柳燕教授把国家自然科学基金项目研究成果转化成“环境微生物学实验”中“有机污染物的微生物降解—高效脱酚菌的分离和筛选实验”，并将Ames试验转化为“鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物肝微粒体致突变性实验”;孙成教授把新技术“双波长与导数光谱法”应用到专业基础实验课“环境监测实验”中，开发了新实验“双波长与导数光谱法测定废水中苯酚与2，4－二硝基苯酚”;高士祥教授将其主持的国家自然科学基金项目“环糊精对难降解有机污染物的降解机理研究”的部分内容编写成研究性实验———“增溶实验”，应用于低年级学生的开放性实验中，等等。
2．2本科生创新性实验计划
南京大学自2007年4月起全面启动了大学生创新训练计划，由本科学生个人或创新团队在指导教师的指导下，自主选题、自主设计并完成实验。环境科学与工程实验教学中心在学校投入专项经费、设立创新训练指导中心的基础上，追加投入经费和人员指导，构建了完整的国家、省、校、院系四级大学生创新训练体系，积极组织学生申报，学生也展现出较高的科研热情和良好的实践能力。3年来累计申报通过65项，支持总经费26．7万元。其中2007年获得国家级、省级重点支持的7项，校级项目8项;2008年获得国家级、省级重点支持的7项，校级项目15项;2009年目前已获得省级1项，校级14项。迄今已结题16项，获得国家级优秀3项。
2．3开放性实验
南京大学环境科学与工程实验教学中心根据低年级学生主要接受化学、生物、物理等基础实验训练的特点，依据学校“优化课内”，“强化课外”的教学原则，为浦口校区一二年级学生开放实验室，设置开放性实验，提高低年级学生对专业的认识。开放实验的内容及手段均综合了多门学科，是集基础知识、学科前沿动态与实际应用为一体的综合性实验。其中包括:小麦受重金属胁迫实验研究、工业废水实验室模拟多级处理实验、浦园室内外环境空气污染检测与控制研究、浦园水体富营养化检测与控制研究等12项实验项目。参加学生120人次/年，并提交相应实验报告及论文［9-10］。
2．4本科生导师制度
为强化科研与教学的相互渗透，鼓励学生早期进入实验室进行科研训练，环境学院设立了本科生导师制度，吸纳本科生在二三年级即可自主选择导师、参与导师承担的重大课题的研究，并对本科生开放重点实验室、资料室，提倡本科生和研究生合作进行实验和研究活动，鼓励本科生学研结合，积极撰写和发表学术论文。在本科学习阶段，很多学生受益于创新性实验计划和本科生导师制度，发表了学术论文，参与了专利申请。近年来，本科生37篇，其中SCI论文10篇。
2．5本科毕业论文和设计与导师科研课题挂钩
多数本科生毕业论文和设计均从导师承担的课题中选题，使学生有机会接触学术前沿。根据近3年的统计，41%的本科生毕业论文选题来自指导老师承担的国家级课题，29%来自省部级项目。
3实验教学与工程应用和社会实践相结合的方式
环境科学与工程是应用性极强、与社会密切相关的学科，承担着解决经济发展中必然伴随而来的环境问题的重任。因此，实验教学中心突出理论教学与实际工程和社会应用的结合，鼓励学生走出象牙塔［11-12］，通过多种方式达到关爱自然、服务公众、回报社会的目的。
3．1暑期学校
南京大学自2003年起实行3学期制，在暑期举办5周时间的暑期学校，着力培养学生综合素质。中心承担了环境学院“暑期学校”的教学任务，通过聘请国内外学者开设专题课及讲座、安排研究型实验、组织数学建模等竞赛培训、建立稳定的校外实习基地、以及开展多种形式的社会实践活动，锻炼学生的实践能力，并通过指导学生完成实习报告、小学期总结或撰写学术小论文等，提高综合能力。
3．2教学实习
中心与多家科研院所、企业、环保管理部门建立了长期的合作关系，拥有稳定的教学实习基地，为学生提供接触工程和社会的机会。这些基地包括:南京地理与湖泊研究所太湖生态系统实验站、中石化扬子石化水厂、南京大学宜兴环保科技研发中心、江苏泗洪洪泽湖湿地自然保护区、江苏省环境科学研究院、江苏省环境监测中心站、南京市环境监测中心站、常州市环境保护局、江苏戈德环保科技有限公司、江苏三强环境工程有限公司等。这些实习基地均有良好的设施、稳定的指导教师队伍，教学实习工作规范化、制度化，能满足不同专业教学实习的要求。其中南京大学宜兴环保科技研发中心为环境工程专业的学生提供中试基地，成为实验教学中重要的组成部分。
3．3暑期社会实践
暑期社会实践是锻炼学生能力、培养学生人文素养的重要手段，学生经过社会实践的洗礼后能达到“长见识，增才干”的锻炼效果。中心在学生实践方面给予了很高的支持力度，连续3年被评为“南京大学暑期社会实践先进集体”，多支团队和个人受到省级和校级表彰。以2008年为例，成功申请暑期社会实践团队9个，都非常成功地完成了实践任务，取得了优异的成绩，其中“湿地使者行动”、“绿色蒲公英”等实践团均引起了当地公众和媒体的关注和称赞。
3．4环保协会活动
中心通过支持南京大学环境保护协会的活动，在学生中开展各类环境主题活动，同时加强学生对外交流，服务于社会。如开展各类环保知识讲座;组织“绿色”系列活动———与南京大学青年志愿者协会合作在校内以及紫金山开展垃圾清理志愿服务;在南京市梅花山以及扬州市开展环境风险与人身健康调研系列活动;组织绿色活动、湿地使者行动等品牌活动。
3．5实验教学开到海外
为拓展人才培养视野，中心致力于本科生国际交流合作，将实验教学的课堂开到海外。
(1)本科生赴海外著名大学插班学习。每年均有人数不等的学生派到美国、澳大利亚、日本、芬兰和香港等地学习和生活，直接接受国外著名大学的熏陶，培养实验能力和国际化的眼光。
(2)赴美科学实践之旅。联合美国自然科学研究院和美国圣约瑟夫大学于2008年8月共同组织了一支包括2名教授、2名博士生、2名硕士生和8名本科生的学习交流团队，赴美国费城等地参加了为期20天的活动，以引导学生走出校园、迈出国门、接触世界、开拓视野，在理论联系实际的基础上深入探究环境问题的根源和本质，努力探求解决当前环境问题的有效途径。
