時間：2023-04-06 18:35:05
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇水處理生物學(xué)論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提高及工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，水環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，地表水及地下水出現(xiàn)了許多新增污染物，給人們身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。為了遏止水環(huán)境繼續(xù)惡化，一些新技術(shù)、新工藝應(yīng)運(yùn)而生。在給排水科學(xué)與工程專業(yè)課程體系中，《水處理新技術(shù)》正是這樣一門重要專業(yè)課[1]，它強(qiáng)調(diào)污水處理的“新技術(shù)”、“新工藝”，具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性，兼具一定的理論知識。該課程涉及范圍廣泛，內(nèi)容較多，但課程學(xué)時較短，如何在短時間內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，是廣大教學(xué)工作者面臨的一個共同難題。筆者嘗試通過案例教學(xué)法讓學(xué)生更好地掌握課程知識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力，并在此與廣大同行探討案例教學(xué)法設(shè)計的要點(diǎn)。
1 案例應(yīng)注重理論與實(shí)踐緊密結(jié)合
理論知識是工程實(shí)踐的基礎(chǔ)，在2012年教育部《高等教育本科專業(yè)》中將“給水排水工程”專業(yè)更名為“給排水科學(xué)與工程”專業(yè)[2]，名稱的更換標(biāo)志著科學(xué)理論基礎(chǔ)在專業(yè)人才培養(yǎng)的重要性。因此在《水處理新技術(shù)》課程教學(xué)的案例選用上，需要理論與工程實(shí)踐并重，同時與教材緊密結(jié)合，通過案例來啟發(fā)學(xué)生思考，并建立理論和實(shí)踐的聯(lián)系。
在生物脫氮新技術(shù)單元，以短程硝化-反硝化工藝（SHARON）工藝為案例進(jìn)行介紹。傳統(tǒng)硝化過程是指氨氮（NH4+）先氧化成亞硝氮（NO2-），再被氧化成硝態(tài)氮（NO3-），兩個步驟分別由氨氧化細(xì)菌（AOB）和亞硝化氧化細(xì)菌（NOB）催化完成（式1和式2）。
NH4+ + 1.5O2――NO2- + H2O + 2H+ （1）
NO2- + 0.5O2――NO3- （2）
這兩個過程是獨(dú)立的，且亞硝酸還原菌能夠以NO2-為底物進(jìn)行反硝化反應(yīng)（式3），而不是傳統(tǒng)觀念認(rèn)為只能以NO3-為底物進(jìn)行反硝化反應(yīng)（式4）。
在案例教學(xué)中通過介紹短程硝化-反硝化的微生物學(xué)理論知識，使學(xué)生更容易理解SHARON工藝的運(yùn)行方式與特點(diǎn)。綜合比較化學(xué)反應(yīng)式1和2，理論上氧氣（O2）可以節(jié)省25%，對應(yīng)工藝過程中可以節(jié)省曝氣量25%；綜合比較化學(xué)反應(yīng)式3和4，甲醇（CH3OH）可以減少40%，對應(yīng)SHARON工藝反硝化過程中可以節(jié)省外加碳源40%。這樣從理論和工藝兩方面進(jìn)行案例分析，加深學(xué)生對SHARON工藝的理解，并增加其對生物脫氮新技術(shù)的認(rèn)識。
2 案例需具有新穎性和典型性
與文獻(xiàn)相比，教材往往具有一定的滯后性。在《水處理新技術(shù)》教材中介紹的新技術(shù)、新工藝，它們的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍可能會隨著實(shí)際工藝研發(fā)而發(fā)生一些變化。為了及時掌握這些變化，需要閱讀最新文獻(xiàn)。案例選用上也要緊跟水處理新技術(shù)的發(fā)展，及時補(bǔ)充新知識，才能避免學(xué)生走出校園后出現(xiàn)知識與實(shí)際情況脫節(jié)的問題。
在厭氧生物處理技術(shù)中，以厭氧顆粒污泥為案例，介紹最新的分子生物學(xué)技術(shù)――熒光原位雜交技術(shù)（FISH）在厭氧顆粒污泥菌群檢測中的應(yīng)用，講解其在厭氧顆粒污泥形態(tài)特征檢測中的應(yīng)用，并介紹厭氧顆粒污泥形成的機(jī)理。通過這些講解，讓學(xué)生了解厭氧生物處理技術(shù)的最新發(fā)展成果與研究技術(shù)。
另外，案例選用要具有典型性與代表性，不能只有一、兩篇文獻(xiàn)的報道，而要得到廣大同行的認(rèn)可，并經(jīng)過工程實(shí)踐的檢驗(yàn)，這種案例才更有說服力。
3 案例應(yīng)與科研緊密聯(lián)系
我校《水處理新技術(shù)》課程是在給排水科學(xué)與工程專業(yè)大四上學(xué)期開設(shè)，很多學(xué)生即將開展畢業(yè)設(shè)計（論文），一些同學(xué)隨后會進(jìn)入研究生階段開展課題研究。因此可以通過案例激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生科研能力。在氧化溝工藝介紹時，以我國的第一座三溝式氧化溝污水處理廠――邯鄲市東污水處理廠為案例，介紹氧化溝工藝運(yùn)行流程圖、各構(gòu)筑物的運(yùn)行參數(shù)及對污染物的處理效果。這樣學(xué)生在做排水方向畢業(yè)設(shè)計，遇見氧化溝工藝的設(shè)計就能與課堂知識聯(lián)系起來；或者學(xué)生在做氧化溝生物脫氮的畢業(yè)論文的時候，課堂所學(xué)知識可以為畢業(yè)論文的開展提供良好的基礎(chǔ)，進(jìn)一步為研究生生物脫氮相關(guān)課題研究奠定基礎(chǔ)。
4 增強(qiáng)與學(xué)生的互動性
教學(xué)過程中，學(xué)生的積極參與是保證教學(xué)效果的重要因素[3]。因此案例實(shí)施過程中，老師需要充分挖掘?qū)W生潛力，調(diào)動他們的積極性，提高其學(xué)習(xí)興趣和主動參與意識，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的能力，達(dá)到提高《水處理新技術(shù)》教學(xué)質(zhì)量的目的。值得注意的是，課堂中往往是幾個表現(xiàn)突出的學(xué)生主動性強(qiáng)，而部分學(xué)生則好像事不關(guān)己，不會積極參加案例的討論[4]。因而在案例教學(xué)過程中，除了關(guān)注表現(xiàn)積極的學(xué)生外，還需要強(qiáng)制性地要求一些不參與討論的學(xué)生發(fā)表觀點(diǎn)，活躍整個課堂氣氛，增強(qiáng)案例法的教學(xué)效果。
論文關(guān)鍵詞:生態(tài)工程;污水生態(tài)處理
論文要:本文闡述了生態(tài)工程的定義及原理,重點(diǎn)介紹了污水處理技術(shù)的要點(diǎn)和意義。
1生態(tài)工程介紹
1.1生態(tài)工程
生態(tài)工程以復(fù)雜的社會——經(jīng)濟(jì)——自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為對象,遵循應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)再生循環(huán)及結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)等原則,以整體調(diào)控為手段,以人與自然的協(xié)調(diào)關(guān)系為基礎(chǔ),以高效和諧為方向,為人類社會及自然環(huán)境雙受益和資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的具有物質(zhì)多層分級利用、良性循環(huán)的生產(chǎn)工藝體系。以期同步取得生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。
1.2生態(tài)工程原理
生態(tài)工程涉及生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會等領(lǐng)域,原理眾多。我國學(xué)者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論的基礎(chǔ)上,對生態(tài)工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態(tài)工程原理總結(jié)為整體、協(xié)調(diào)、自生、再生循環(huán)等基本原理。孫鐵珩,周啟星等[2]提出污水生態(tài)工程是指運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理,采用工程學(xué)手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)的物理、化學(xué)等特征對污水中的水、肥資源加以回收利用,對污水中可降解污染物進(jìn)行凈化的工藝技術(shù),是污水治理與水資源利用相結(jié)合的方法。
2主要生態(tài)工程污水處理技術(shù)
2.1污水土地處理系統(tǒng)
污水土地處理系統(tǒng)是一種污水處理的生態(tài)工程技術(shù),其原理是通過農(nóng)田、林地、葦?shù)氐韧寥?-植物系統(tǒng)的生物、化學(xué)、物理等固定與降解,對污水中的污染物實(shí)現(xiàn)凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據(jù)處理目標(biāo)、處理對象的不同,將污水土地處理系統(tǒng)分為慢速滲濾(SR)、快速滲濾(RI)、地表漫流(OF)、濕地處理(WL)和地下滲濾(UG)五種主要工藝類型[4]。
土地處理系統(tǒng)造價低,處理效果佳,其工程造價及運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)工藝的10%~50%。其中污水濕地生態(tài)處理系統(tǒng)又稱人工濕地,目前研究最為深入、應(yīng)用最廣泛。通過人工濕地生態(tài)工程進(jìn)行水污染控制不僅可以使污水中的水得以再生利用,還能使污水中的有機(jī)物、N、P、K等營養(yǎng)物得到利用。整個系統(tǒng)呈自然式良性循環(huán),構(gòu)成了具有自適應(yīng)、自凈化能力的水陸生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)管理簡單,穩(wěn)定后幾乎不需要人的參與,物耗、能耗低,效率高。生態(tài)系統(tǒng)中的植物群體不需要另行施肥與灌溉,還兼有美化環(huán)境的功能,這種生態(tài)凈化方法實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[5]。
以人工濕地處理系統(tǒng)為例,土地生態(tài)處理系統(tǒng)對污水的凈化機(jī)理如下:系統(tǒng)中的填料(介質(zhì))具有巨大的比表面積,易形成生物膜,污水流經(jīng)顆粒表面時,其中的污染物質(zhì)通過沉淀、過濾、吸附作用被截留[6]。
2.2污水生態(tài)塘處理系統(tǒng)
生態(tài)塘系統(tǒng)是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖,建立人工生態(tài)系統(tǒng),,通過天然的生化自凈作用,在自然條件下完成污水的生物處理[7]。有機(jī)物質(zhì)在生態(tài)塘處理系統(tǒng)中得到降解,釋放出的營養(yǎng)物進(jìn)入了復(fù)雜的食物鏈中,產(chǎn)生的水生作物、水產(chǎn)都可以被收獲。生態(tài)塘處理系統(tǒng)能夠有效地處理生活污水及一些有機(jī)工業(yè)廢水,對有機(jī)物和病原體有很好的去除效果,具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行管理簡單的優(yōu)點(diǎn)。但該系統(tǒng)占地面積大、易出現(xiàn)短流、溫度較高時易散發(fā)臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩(wěn)定。近年來,我國生態(tài)塘污水處理工藝研究側(cè)重在兩個方面[8]:篩選、培育高效水生凈化植物;組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個生物處理單元的綜合功能,營建生化一體化水生動植物復(fù)合生態(tài)體系,是污水處理與資源利用的完美結(jié)合,構(gòu)建了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)和良好的內(nèi)部良性循環(huán)系統(tǒng)。
2.3蚯蚓微生物濾池系統(tǒng)
蚯蚓生態(tài)濾池是濾床中建立的人工生態(tài)系統(tǒng),由濾床填料、蚯蚓及布水系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)利用蚯蚓和微生物的協(xié)同作用對污水中含有的各種形態(tài)污染物質(zhì)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化。蚯蚓可對污水和污泥進(jìn)行吸收和分解,清掃濾床,防止堵塞[9]。蚯蚓糞便可以濾除污染物,提高處理效率。蚯蚓的存在可作為家禽飼料。污水中的生物膜污泥微生物通過食物鏈最終被有效地轉(zhuǎn)化為蚯蚓的增長及其排泄物,而蚯蚓的機(jī)體及其排泄物又可成為他微生物的分解利用對象,從而進(jìn)行新一輪的生態(tài)循環(huán)。
3生態(tài)污水新型處理技術(shù)
如利用土壤毛細(xì)管浸潤擴(kuò)散原理,研制成功的地下毛細(xì)滲濾系統(tǒng)(theundergroundcapillaryseepagesystem,UCSS)[11]。地下毛細(xì)滲濾系統(tǒng)(UCSS)的中心部分是地下毛細(xì)滲濾槽,它通過土壤過濾和微生物降解來去除污水中的污染物。在一定程度上解決了常規(guī)土地凈化污水處理系統(tǒng)占地面積和運(yùn)行費(fèi)用問題,還可回收污水和營養(yǎng)物質(zhì)(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。
活機(jī)器(livingmachine)系統(tǒng)是加拿大出生的海洋生物學(xué)家約翰·托德(JohnTodd)發(fā)明的,是利用太陽能以及利用由多種多樣直接或間接從太陽獲得能量的生物組成生態(tài)系統(tǒng),將水產(chǎn)養(yǎng)殖與人工濕地結(jié)合起來并封閉在溫室里,以創(chuàng)造一個高效的污水處理過程[12],包含了沉淀、過濾、凈化、吸收、揮發(fā)、硝化和反硝化、厭氧和好氧分解過程,在獲得高標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的同時避免了自然處理系統(tǒng)占地大、滯留期長、寒冷氣候處理效果欠佳等弊端。
論文要:本文闡述了生態(tài)工程的定義及原理，重點(diǎn)介紹了污水處理技術(shù)的要點(diǎn)和意義。
1 生態(tài)工程介紹
1.1 生態(tài)工程
生態(tài)工程以復(fù)雜的社會——經(jīng)濟(jì)——自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為對象，遵循應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)再生循環(huán)及結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)等原則，以整體調(diào)控為手段，以人與自然的協(xié)調(diào)關(guān)系為基礎(chǔ)，以高效和諧為方向，為人類社會及自然環(huán)境雙受益和資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的具有物質(zhì)多層分級利用、良性循環(huán)的生產(chǎn)工藝體系。以期同步取得生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。
1.2 生態(tài)工程原理
生態(tài)工程涉及生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會等領(lǐng)域，原理眾多。我國學(xué)者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989，Yanetal1992)在系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，對生態(tài)工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態(tài)工程原理總結(jié)為整體、協(xié)調(diào)、自生、再生循環(huán)等基本原理。孫鐵珩，周啟星等[2]提出污水生態(tài)工程是指運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，采用工程學(xué)手段，把污水有控制地投配到土地上，利用土壤-植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)的物理、化學(xué)等特征對污水中的水、肥資源加以回收利用，對污水中可降解污染物進(jìn)行凈化的工藝技術(shù)，是污水治理與水資源利用相結(jié)合的方法。
2 主要生態(tài)工程污水處理技術(shù)
2.1 污水土地處理系統(tǒng)
污水土地處理系統(tǒng)是一種污水處理的生態(tài)工程技術(shù)，其原理是通過農(nóng)田、林地、葦?shù)氐韧寥?-植物系統(tǒng)的生物、化學(xué)、物理等固定與降解，對污水中的污染物實(shí)現(xiàn)凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據(jù)處理目標(biāo)、處理對象的不同，將污水土地處理系統(tǒng)分為慢速滲濾(SR)、快速滲濾(RI)、地表漫流(OF)、濕地處理(WL)和地下滲濾(UG)五種主要工藝類型[4]。
土地處理系統(tǒng)造價低，處理效果佳，其工程造價及運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)工藝的10%~50%。其中污水濕地生態(tài)處理系統(tǒng)又稱人工濕地，目前研究最為深入、應(yīng)用最廣泛。通過人工濕地生態(tài)工程進(jìn)行水污染控制不僅可以使污水中的水得以再生利用，還能使污水中的有機(jī)物、N、P、K等營養(yǎng)物得到利用。整個系統(tǒng)呈自然式良性循環(huán)，構(gòu)成了具有自適應(yīng)、自凈化能力的水陸生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)管理簡單，穩(wěn)定后幾乎不需要人的參與，物耗、能耗低，效率高。生態(tài)系統(tǒng)中的植物群體不需要另行施肥與灌溉，還兼有美化環(huán)境的功能，這種生態(tài)凈化方法實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[5]。
以人工濕地處理系統(tǒng)為例，土地生態(tài)處理系統(tǒng)對污水的凈化機(jī)理如下:系統(tǒng)中的填料(介質(zhì))具有巨大的比表面積，易形成生物膜，污水流經(jīng)顆粒表面時，其中的污染物質(zhì)通過沉淀、過濾、吸附作用被截留[6]。
2.2 污水生態(tài)塘處理系統(tǒng)
生態(tài)塘系統(tǒng)是以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生作物，進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，建立人工生態(tài)系統(tǒng)，，通過天然的生化自凈作用，在自然條件下完成污水的生物處理[7]。有機(jī)物質(zhì)在生態(tài)塘處理系統(tǒng)中得到降解，釋放出的營養(yǎng)物進(jìn)入了復(fù)雜的食物鏈中，產(chǎn)生的水生作物、水產(chǎn)都可以被收獲。生態(tài)塘處理系統(tǒng)能夠有效地處理生活污水及一些有機(jī)工業(yè)廢水，對有機(jī)物和病原體有很好的去除效果，具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行管理簡單的優(yōu)點(diǎn)。但該系統(tǒng)占地面積大、易出現(xiàn)短流、溫度較高時易散發(fā)臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩(wěn)定。近年來，我國生態(tài)塘污水處理工藝研究側(cè)重在兩個方面[8]:篩選、培育高效水生凈化植物;組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個生物處理單元的綜合功能，營建生化一體化水生動植物復(fù)合生態(tài)體系，是污水處理與資源利用的完美結(jié)合，構(gòu)建了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)和良好的內(nèi)部良性循環(huán)系統(tǒng)。
2.3 蚯蚓微生物濾池系統(tǒng)
蚯蚓生態(tài)濾池是濾床中建立的人工生態(tài)系統(tǒng)，由濾床填料、蚯蚓及布水系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)利用蚯蚓和微生物的協(xié)同作用對污水中含有的各種形態(tài)污染物質(zhì)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化。蚯蚓可對污水和污泥進(jìn)行吸收和分解，清掃濾床，防止堵塞[9]。蚯蚓糞便可以濾除污染物，提高處理效率。蚯蚓的存在可作為家禽飼料。污水中的生物膜污泥微生物通過食物鏈最終被有效地轉(zhuǎn)化為蚯蚓的增長及其排泄物，而蚯蚓的機(jī)體及其排泄物又可成為他微生物的分解利用對象，從而進(jìn)行新一輪的生態(tài)循環(huán)。 轉(zhuǎn)貼于
3 生態(tài)污水新型處理技術(shù)
如利用土壤毛細(xì)管浸潤擴(kuò)散原理，研制成功的地下毛細(xì)滲濾系統(tǒng)(the underground capillary seepage system，UCSS)[11]。地下毛細(xì)滲濾系統(tǒng)(UCSS)的中心部分是地下毛細(xì)滲濾槽，它通過土壤過濾和微生物降解來去除污水中的污染物。在一定程度上解決了常規(guī)土地凈化污水處理系統(tǒng)占地面積和運(yùn)行費(fèi)用問題，還可回收污水和營養(yǎng)物質(zhì)(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。
活機(jī)器(living machine)系統(tǒng)是加拿大出生的海洋生物學(xué)家約翰·托德(John Todd)發(fā)明的，是利用太陽能以及利用由多種多樣直接或間接從太陽獲得能量的生物組成生態(tài)系統(tǒng)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖與人工濕地結(jié)合起來并封閉在溫室里，以創(chuàng)造一個高效的污水處理過程[12]，包含了沉淀、過濾、凈化、吸收、揮發(fā)、硝化和反硝化、厭氧和好氧分解過程，在獲得高標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的同時避免了自然處理系統(tǒng)占地大、滯留期長、寒冷氣候處理效果欠佳等弊端。
結(jié)語
污水生態(tài)處理技術(shù)基本上不涉及化學(xué)能的投入和化學(xué)品的消耗。根據(jù)國情，我國的污水治理必須走生態(tài)處理技術(shù)的道路[13]。
參考文獻(xiàn)
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[11]SUN Tieheng，HE Yaowu，OU Ziqing ，et al. Treatment of Domistic Wastewater by an Undergrouder Capillary Seepage System[J].Ecological Engineering，1998，11:111-119.
1.1生態(tài)工程
生態(tài)工程以復(fù)雜的社會——經(jīng)濟(jì)——自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為對象,遵循應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)再生循環(huán)及結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)等原則,以整體調(diào)控為手段,以人與自然的協(xié)調(diào)關(guān)系為基礎(chǔ),以高效和諧為方向,為人類社會及自然環(huán)境雙受益和資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的具有物質(zhì)多層分級利用、良性循環(huán)的生產(chǎn)工藝體系。以期同步取得生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。
1.2生態(tài)工程原理
生態(tài)工程涉及生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會等領(lǐng)域,原理眾多。我國學(xué)者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論的基礎(chǔ)上,對生態(tài)工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態(tài)工程原理總結(jié)為整體、協(xié)調(diào)、自生、再生循環(huán)等基本原理。孫鐵珩,周啟星等[2]提出污水生態(tài)工程是指運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理,采用工程學(xué)手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)的物理、化學(xué)等特征對污水中的水、肥資源加以回收利用,對污水中可降解污染物進(jìn)行凈化的工藝技術(shù),是污水治理與水資源利用相結(jié)合的方法。
2主要生態(tài)工程污水處理技術(shù)
2.1污水土地處理系統(tǒng)
污水土地處理系統(tǒng)是一種污水處理的生態(tài)工程技術(shù),其原理是通過農(nóng)田、林地、葦?shù)氐韧寥?-植物系統(tǒng)的生物、化學(xué)、物理等固定與降解,對污水中的污染物實(shí)現(xiàn)凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據(jù)處理目標(biāo)、處理對象的不同,將污水土地處理系統(tǒng)分為慢速滲濾(SR)、快速滲濾(RI)、地表漫流(OF)、濕地處理(WL)和地下滲濾(UG)五種主要工藝類型[4]。
土地處理系統(tǒng)造價低,處理效果佳,其工程造價及運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)工藝的10%~50%。其中污水濕地生態(tài)處理系統(tǒng)又稱人工濕地,目前研究最為深入、應(yīng)用最廣泛。通過人工濕地生態(tài)工程進(jìn)行水污染控制不僅可以使污水中的水得以再生利用,還能使污水中的有機(jī)物、N、P、K等營養(yǎng)物得到利用。整個系統(tǒng)呈自然式良性循環(huán),構(gòu)成了具有自適應(yīng)、自凈化能力的水陸生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)管理簡單,穩(wěn)定后幾乎不需要人的參與,物耗、能耗低,效率高。生態(tài)系統(tǒng)中的植物群體不需要另行施肥與灌溉,還兼有美化環(huán)境的功能,這種生態(tài)凈化方法實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[5]。
以人工濕地處理系統(tǒng)為例,土地生態(tài)處理系統(tǒng)對污水的凈化機(jī)理如下:系統(tǒng)中的填料(介質(zhì))具有巨大的比表面積,易形成生物膜,污水流經(jīng)顆粒表面時,其中的污染物質(zhì)通過沉淀、過濾、吸附作用被截留[6]。
2.2污水生態(tài)塘處理系統(tǒng)
生態(tài)塘系統(tǒng)是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖,建立人工生態(tài)系統(tǒng),,通過天然的生化自凈作用,在自然條件下完成污水的生物處理[7]。有機(jī)物質(zhì)在生態(tài)塘處理系統(tǒng)中得到降解,釋放出的營養(yǎng)物進(jìn)入了復(fù)雜的食物鏈中,產(chǎn)生的水生作物、水產(chǎn)都可以被收獲。生態(tài)塘處理系統(tǒng)能夠有效地處理生活污水及一些有機(jī)工業(yè)廢水,對有機(jī)物和病原體有很好的去除效果,具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行管理簡單的優(yōu)點(diǎn)。但該系統(tǒng)占地面積大、易出現(xiàn)短流、溫度較高時易散發(fā)臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩(wěn)定。近年來,我國生態(tài)塘污水處理工藝研究側(cè)重在兩個方面[8]:篩選、培育高效水生凈化植物;組合曝氣、水生植物、水產(chǎn)養(yǎng)殖多個生物處理單元的綜合功能,營建生化一體化水生動植物復(fù)合生態(tài)體系,是污水處理與資源利用的完美結(jié)合,構(gòu)建了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)和良好的內(nèi)部良性循環(huán)系統(tǒng)。
2.3蚯蚓微生物濾池系統(tǒng)
蚯蚓生態(tài)濾池是濾床中建立的人工生態(tài)系統(tǒng),由濾床填料、蚯蚓及布水系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)利用蚯蚓和微生物的協(xié)同作用對污水中含有的各種形態(tài)污染物質(zhì)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化。蚯蚓可對污水和污泥進(jìn)行吸收和分解,清掃濾床,防止堵塞[9]。蚯蚓糞便可以濾除污染物,提高處理效率。蚯蚓的存在可作為家禽飼料。污水中的生物膜污泥微生物通過食物鏈最終被有效地轉(zhuǎn)化為蚯蚓的增長及其排泄物,而蚯蚓的機(jī)體及其排泄物又可成為他微生物的分解利用對象,從而進(jìn)行新一輪的生態(tài)循環(huán)。
3生態(tài)污水新型處理技術(shù)
如利用土壤毛細(xì)管浸潤擴(kuò)散原理,研制成功的地下毛細(xì)滲濾系統(tǒng)(theundergroundcapillaryseepagesystem,UCSS)[11]。地下毛細(xì)滲濾系統(tǒng)(UCSS)的中心部分是地下毛細(xì)滲濾槽,它通過土壤過濾和微生物降解來去除污水中的污染物。在一定程度上解決了常規(guī)土地凈化污水處理系統(tǒng)占地面積和運(yùn)行費(fèi)用問題,還可回收污水和營養(yǎng)物質(zhì)(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。
活機(jī)器(livingmachine)系統(tǒng)是加拿大出生的海洋生物學(xué)家約翰·托德(JohnTodd)發(fā)明的,是利用太陽能以及利用由多種多樣直接或間接從太陽獲得能量的生物組成生態(tài)系統(tǒng),將水產(chǎn)養(yǎng)殖與人工濕地結(jié)合起來并封閉在溫室里,以創(chuàng)造一個高效的污水處理過程[12],包含了沉淀、過濾、凈化、吸收、揮發(fā)、硝化和反硝化、厭氧和好氧分解過程,在獲得高標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的同時避免了自然處理系統(tǒng)占地大、滯留期長、寒冷氣候處理效果欠佳等弊端。
結(jié)語
污水生態(tài)處理技術(shù)基本上不涉及化學(xué)能的投入和化學(xué)品的消耗。根據(jù)國情,我國的污水治理必須走生態(tài)處理技術(shù)的道路[13]。
《環(huán)境生物學(xué)》是環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，環(huán)境生物學(xué)的基本理論為《水質(zhì)工程學(xué)》、《固體廢棄物處理與處置》等專業(yè)課程打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)是學(xué)生理解和掌握環(huán)境生物技術(shù)的有效途徑，與理論教學(xué)相輔相成[1]。為了提高環(huán)境生物學(xué)課程的整體教學(xué)質(zhì)量，借鑒了其他院校的教改經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整了現(xiàn)有理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并增設(shè)一周的《環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計》，在該校環(huán)境工程專業(yè)部分學(xué)生和環(huán)境科學(xué)專業(yè)中進(jìn)行了連續(xù)三年的實(shí)踐探索。
1 《環(huán)境生物學(xué)》課程現(xiàn)狀分析
（1）課程現(xiàn)狀：我校《環(huán)境生物學(xué)》總學(xué)時為48學(xué)時，其中理論32學(xué)時，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時。由于課時限制，理論教學(xué)內(nèi)容集中在微生物結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)、代謝等基礎(chǔ)內(nèi)容，而微生物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程中微生物的作用等內(nèi)容不能詳細(xì)講授，因此要使學(xué)生深刻理解本課程并熟練地用于實(shí)踐，難度較大。
2 教改思路與目標(biāo)
針對我校《環(huán)境生物學(xué)》課程中存在的問題，在現(xiàn)有理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上，調(diào)整理論教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生視野，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后增設(shè)一周的實(shí)驗(yàn)設(shè)計環(huán)節(jié)，以加深學(xué)生對理論知識的理解，并提高學(xué)生綜合素質(zhì)與科研創(chuàng)新精神及能力。
3 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
在理論教學(xué)內(nèi)容上，針對我校工科背景的特點(diǎn)，改變了以往的一本教材為主的固定教學(xué)內(nèi)容，選取面向21世紀(jì)教材《環(huán)境工程微生物學(xué)》[2]為主講教材，補(bǔ)充了水處理生物學(xué)[3]、環(huán)境生物學(xué)[4]等相關(guān)微生物學(xué)知識。限于學(xué)時限制，在講授內(nèi)容的組織上，既考慮到教學(xué)大綱必須完成的教學(xué)內(nèi)容，講授多數(shù)學(xué)生能夠接受的基礎(chǔ)知識，還深入講解較有深度的內(nèi)容，以滿足報考研究生同學(xué)的求知欲。以此為契機(jī)，購買了一批如《微生物學(xué)》（第5版中文版，普雷斯科特著，沈萍等譯）等一大批優(yōu)秀的微生物學(xué)圖書及電子資料，為拓寬同學(xué)們的微生物學(xué)基礎(chǔ)理論知識打下良好的基礎(chǔ)。
針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容也做了相應(yīng)調(diào)整使其內(nèi)容更貼合我校同學(xué)的工科背景。實(shí)驗(yàn)課程安排在三年級的第一學(xué)期與理論課程同步完成，在完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容后，提供足夠的學(xué)時讓學(xué)生們自行思考，完成一次綜合性實(shí)驗(yàn)，加深對理論課學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。
4 增設(shè)《環(huán)境生物學(xué)》實(shí)驗(yàn)設(shè)計
實(shí)驗(yàn)設(shè)計是實(shí)驗(yàn)研究的重要環(huán)節(jié)，可架設(shè)起理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的橋梁，使學(xué)生能更系統(tǒng)、深刻的理解課程內(nèi)容。為此，理論和實(shí)驗(yàn)課程都完成以后，我們又專門抽出一周時間，讓學(xué)生自主查閱資料、自行設(shè)計、動手完成一個設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，并撰寫提交實(shí)驗(yàn)設(shè)計說明書。學(xué)生們通過親歷實(shí)驗(yàn)，調(diào)動了參與實(shí)驗(yàn)的積極性，拓寬了知識面，提高了動手操作能力，觀察分析問題和解決問題的能力，提高了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。在撰寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計說明書的過程中，學(xué)生能運(yùn)用課程的基本概念和原理，規(guī)范使用專業(yè)術(shù)語，為以后畢業(yè)論文的寫作打下良好基礎(chǔ)。
4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計及預(yù)答辯
為了有充足的準(zhǔn)備時間，上理論課的后期，即給學(xué)生發(fā)放《環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計指導(dǎo)書》，并提前分組，每組3～4人，遵照各組的興趣，每組查閱選擇合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)計題目，并圍繞自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計題目，獨(dú)立動手完成預(yù)答辯課件。實(shí)驗(yàn)設(shè)計周的第一天為預(yù)答辯時間，每組圍繞自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計題目講述5～10 min，主要內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)設(shè)計的原理、內(nèi)容、步驟及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的可行性等，指導(dǎo)教師和學(xué)生同為評委，指出實(shí)驗(yàn)設(shè)計中存在的問題及解決方法，并為講座同學(xué)打分，最后指導(dǎo)教師再總結(jié)。靈活的講授形式，加深了學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的印象，調(diào)動學(xué)生的積極主動性，讓學(xué)生參與教學(xué)，發(fā)揮學(xué)生主體作用和教師的主導(dǎo)作用[5]。
4.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施
實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，打破以往實(shí)驗(yàn)教師為學(xué)生準(zhǔn)備好各種實(shí)驗(yàn)用品的格局。各組根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計內(nèi)容需要，領(lǐng)取藥品，儀器設(shè)備，并獨(dú)立完成標(biāo)準(zhǔn)液配置，玻璃器皿清洗、滅菌、無菌操作、計數(shù)、結(jié)果記錄等一系列實(shí)驗(yàn)過程。指導(dǎo)教師在此期間只是指正學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作存在的問題，不參與任何實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及操作活動。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計的答辯，針對實(shí)驗(yàn)設(shè)計及操作中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)與提高。
4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計總結(jié)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計結(jié)束時，每組提交實(shí)驗(yàn)設(shè)計說明書一份，實(shí)驗(yàn)設(shè)計說明書封面及格式由指導(dǎo)老師統(tǒng)一指定，并要求用黑或藍(lán)黑墨水工整書寫。
4.4 考核方式與評價方法
《環(huán)境生物學(xué)》和《環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計》分別獨(dú)立進(jìn)行考核。環(huán)境生物學(xué)總成績?yōu)?00分，考試成績包括期末成績（占總成績的80%），實(shí)驗(yàn)課成績（占總成績的10%）和平時成績（占總成績的10%，包括出勤情況，學(xué)習(xí)態(tài)度，課堂紀(jì)律等），期末考試采取閉卷考試形式。
《環(huán)境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計》成績評定一般按五級分制評定。總成績分三部分，設(shè)計成果占60%，實(shí)驗(yàn)動手操作占20%，平時檢查及答辯占20%。
5 課程改革效果
本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計在我校2009級環(huán)境工程專業(yè)，2010級、2011級環(huán)境科學(xué)專業(yè)連續(xù)實(shí)施了三年，經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)教改措施的實(shí)施，有了顯著成效。主要總結(jié)為以下三個方面：
（1）深入理解理論知識：學(xué)生們普遍反映，實(shí)驗(yàn)設(shè)計環(huán)節(jié)的設(shè)立，使他們對理論知識的理解深度有了很大的提升，很多平時沒有注意的知識點(diǎn)，通過查閱資料，自己答辯，傾聽其他組的答辯以及獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)過程，有了很深入的認(rèn)識。
【論文摘 要】：綜述了微生物絮凝劑的研究發(fā)展、微生物絮凝劑產(chǎn)生菌、微生物絮凝的機(jī)理及其在水處理中的應(yīng)用，并預(yù)示了今后微生物絮凝劑領(lǐng)域的研究將出現(xiàn)的重點(diǎn)。
微生物絮凝劑是具有生物降解性和安全性的新型、高效、無毒、無二次污染的水處理劑，可使液體中不易降解的固體懸浮顆粒、菌體細(xì)胞及膠體粒子等凝集、沉淀，在廢水脫色、高濃度有機(jī)物去除等方面有獨(dú)特效果。
一、微生物絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)
目前廣泛應(yīng)用的絮凝劑有以下幾類：
（一）是無機(jī)鹽類物質(zhì)，如鋁鹽、鐵鹽，處理效果不理想。（二）其聚合物處理效果雖良好，但用量大，對環(huán)境有二次污染。（三）有機(jī)合成高分子類物質(zhì)，如聚丙烯酰胺及其衍生物等，具有用量少、絮凝速度快的優(yōu)點(diǎn)，但殘留物不易被生物降解，且其單體有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性和致癌、致畸、致突變效應(yīng)，造成二次污染。
與傳統(tǒng)的絮凝劑相比較，微生物絮凝劑有以下的優(yōu)點(diǎn)：表面積大，轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)，繁殖速度快，易變異，分布廣等特點(diǎn)，來源廣，高效，無毒，可消除二次污染，應(yīng)用范圍廣泛，價格較低。
二、微生物絮凝劑產(chǎn)生菌
至今發(fā)現(xiàn)的具有絮凝性的微生物達(dá)32個種[1，2]，其中細(xì)菌18種，分別為糞產(chǎn)堿菌屬、協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌、渴望德萊氏菌、芽孢桿菌屬、棒狀桿菌、暗色孢屬、草分枝桿菌屬、紅平紅球菌、銅綠假單胞菌屬、熒光假單胞菌屬、糞便假單胞菌屬、發(fā)酵乳桿菌、嗜蟲短桿菌、金黃色葡萄球菌、土壤桿菌屬、環(huán)圈項(xiàng)圈藍(lán)細(xì)菌、厄式菌屬和不動細(xì)菌屬; 真菌9種，分別為醬油曲酶、棕曲酶、寄生曲酶、赤紅曲霉、擬青霉屬、棕腐真菌、白腐真菌、白地霉和栗酒裂殖酵母；放線菌5種，分別為椿象蟲諾卡式菌、紅色諾卡式菌、石灰壤諾卡式菌、灰色鏈霉菌和酒紅鏈霉菌。由它們生產(chǎn)的微生物絮凝劑中，最具代表性的為以下三種：1976年Nakamura J.用醬油曲霉生產(chǎn)的絮凝劑AJ7002；1985年，H.Takagi用擬青霉屬生產(chǎn)的絮凝劑PF101，對啤酒酵母、血紅細(xì)胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土和氧化鋁等有良好的絮凝效果；1986年R.Kurane等人利用紅平紅球菌研制成功微生物絮凝劑NOC-1，對大腸桿菌、酵母、泥漿水、河水、粉煤灰水、活性炭粉水、膨脹污泥和紙漿廢水等均有極好的絮凝和脫色效果，是目前發(fā)現(xiàn)的絮凝效果最好的微生物絮凝劑。
三、微生物絮凝劑在水處理中的應(yīng)用
眾所周知，微生物絮凝劑不僅高效、安全、對環(huán)境不產(chǎn)生二次污染，而且用量少、適用范圍廣、作用條件粗放，是傳統(tǒng)絮凝劑的良好替代品。從目前國內(nèi)外對微生物絮凝劑應(yīng)用范圍的研究看，它不僅可以替代傳統(tǒng)絮凝劑用于給水處理，或者用于醫(yī)藥、食品加工和發(fā)酵等行業(yè)的固液分離，而且在高濃度難降解廢水的除濁、除重金屬、脫色和除油等方面也表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。在上述廢水處理中，投加微生物絮凝劑相當(dāng)于預(yù)處理工序，除去廢水中相當(dāng)一部分有機(jī)物、濁度、色度和油脂等，減輕后續(xù)處理單元的負(fù)荷，提高處理效率和能力。另外，在傳統(tǒng)的活性污泥工藝系統(tǒng)運(yùn)行中常常會出現(xiàn)污泥膨脹或污泥活性不高等現(xiàn)象，微生物絮凝劑可以很好地改善活性污泥的性能。
（一）處理高濃度有機(jī)廢水
畜產(chǎn)廢水是含COD較高的難處理有機(jī)廢水，采用合成有機(jī)絮凝劑雖然有較好的效果，但存在二次污染。微生物絮凝劑可以有效的去除畜牧廢水中的TOC和TN。R.Kurane在80mL畜牧廢水中加入100mL Ca2+溶液(1%的濃度)和5 mL紅平紅球菌培養(yǎng)物，可以使TOC從1420mg/L下降到425mg/L，使TN從420mg/L降為215mg/L，去除率分別為70%和40%。同時廢水的OD660值從8.6降為0.02，出水基本是無色澄清的[5]。豬糞尿廢水采用NOC-1加Ca2+處理10min后，廢水的上清液變成幾乎透明的液體，廢水中的TOC由處理前的8200mg/L變?yōu)?980mg/L，去除率達(dá)63.7%，OD660由處理前的15.7變?yōu)?.86，濁度去除達(dá)94.5%[4]。
（二）給水處理
鄧述波[5]等人利用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝劑處理河水，相比于海藻酸鈉、明膠絮凝劑而言，絮團(tuán)大、沉降快、上清液濁度低，而且處理后COD值最小。
（三）畜產(chǎn)廢水的處理
畜產(chǎn)廢水是含BOD較高的難處理有機(jī)廢水，采用合成有機(jī)絮凝劑雖然有較好的效果，但存在二次污染。
（四）建材廢水的處理
含有高懸浮物的建筑材料加工廢水也是較難處理的一類廢水，例如陶瓷廠廢水，主要包括胚體廢水和釉藥廢水兩種。
（五）消除污泥膨脹
不少工業(yè)廢水在采用活性污泥處理過程中，形成的活性污泥容易發(fā)生膨脹，從而影響處理效率，若添加微生物絮凝劑，會取得良好效果。如甘草制藥廢水生化處理過程中形成的膨脹性污泥，當(dāng)在其中添加 NOC-1微生物絮凝劑后，污泥的 SVI很快從 290下降到 50，消除了污泥的膨脹，恢復(fù)了活性污泥的沉降能力。
（六）水的脫色
現(xiàn)今的活性污泥法技術(shù)除去廢水中的BOD并非難事，但對于脫色幾乎還沒有特效的方法，特別是對于那些可溶性色素很難處理，而采用微生物絮凝劑NOC-1，對墨水、糖蜜廢水、造紙黑液、顏料廢水進(jìn)行的試驗(yàn)表明，處理后上清液變?yōu)闊o色透明。莊源益等[7]，用NAT型微生物絮凝劑直接絮凝黑染料生產(chǎn)廢水，其脫色率可達(dá) 60%。
四、微生物絮凝劑研制開發(fā)中的重點(diǎn)
由于微生物絮凝劑的獨(dú)特優(yōu)越性，今后由它取代傳統(tǒng)的絮凝劑是一個無可阻擋的趨勢。但要達(dá)到這一步，就目前的研究狀況而言，還有很多制約性的"瓶頸"需要克服，具體來說，主要有以下幾點(diǎn):快速尋找、篩選絮凝劑產(chǎn)生菌的方法研究。自然界的微生物很多，能產(chǎn)絮凝劑的也不少。但要找到它們，根據(jù)目前的方法，是比較困難的，效率很低。因此有必要找到一種能快速確定微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的方法。降低培養(yǎng)基的成本。目前，微生物絮凝劑的使用成本是比較高的，主要是受培養(yǎng)基成本的影響。為了微生物絮凝劑的廣泛使用，必須找到價廉物美的培養(yǎng)基。徹底搞清微生物絮凝劑的作用機(jī)理，正確指導(dǎo)它的制備和使用。從分子生物學(xué)的角度弄清微生物絮凝劑的遺傳基因，考慮用基因工程的方法生產(chǎn)微生物絮凝劑。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:活動課;實(shí)踐;發(fā)展;自主性
生物活動課是生物課堂教學(xué)的延伸，是提高學(xué)生素質(zhì)的重要手段，是集知識體、思維鏈、能力鍵、與再生力(學(xué)會學(xué)習(xí)的能力)為一體的重要課程。生物活動課服從與生物教育目標(biāo)，又必須滲透下列各項(xiàng)具體目標(biāo):
(1)培養(yǎng)動手操作能力;
(2)培養(yǎng)觀察力、注意力、記憶力、思維能力和創(chuàng)造能力;
(3)培養(yǎng)合作、競爭意識;
(4)培養(yǎng)關(guān)心集體、團(tuán)結(jié)互助的社會公德意識;
(5)培養(yǎng)自尊、自信、自立、自強(qiáng)的優(yōu)秀品質(zhì);
(6)培養(yǎng)自學(xué)能力及資料檢索處理能力;
(7)激發(fā)學(xué)習(xí)生物學(xué)興趣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)生物學(xué)情感。
1生物活動課的構(gòu)建原則
為了更好地根據(jù)生物活動課特點(diǎn)開展活動，須遵循以下原則:
1.1生物活動課與學(xué)科課程內(nèi)容互補(bǔ)原則。
1.2全面發(fā)展與個性培養(yǎng)相統(tǒng)一原則。
1.3自主性和主導(dǎo)性相結(jié)合原則。
1.4規(guī)定性與創(chuàng)造性相結(jié)合的原則。
1.5實(shí)效性和因地制宜原則。
1. 6趣味性和多樣性原則。
2 生物活動課現(xiàn)狀透視
近幾年，活動課程的設(shè)置受到教育部門及部分學(xué)校的重視，但目前許多師范學(xué)校生物活動課不同程度偏離活動課的構(gòu)建原則，存在以下不容忽視的問題。
2.1組織上的自發(fā)性
生物活動課雖然強(qiáng)調(diào)自愿參加，但總要依賴與一定的組織形式，以保證活動課的正常開展。目前，部分師范學(xué)校生物活動課仍處于自發(fā)狀態(tài)，無牽頭的組織者、無組織發(fā)展的有關(guān)程序、無嚴(yán)格的組織紀(jì)律、無檢查評估的組織部門。這樣的自發(fā)組織是不穩(wěn)定、不長久的。
2.2內(nèi)容上的隨意性
活動課內(nèi)容應(yīng)根據(jù)學(xué)科的培養(yǎng)目標(biāo)，考慮到和教材的銜接，體現(xiàn)有序性。而有些學(xué)校或生物教師在安排的內(nèi)容上隨心所欲，沒有通盤考慮課程體系，又沒有精心設(shè)計活動方案，也不參照相應(yīng)的活動課教材，使活動具有很大的盲目性，收不到實(shí)效。2.3形式上的單調(diào)性目前部分師范學(xué)校開展生物活動課時，忽視了學(xué)生的興趣、愛好的差異，搞簡單的一刀切、大呼隆的群眾性活動，沒有指定有專長的教師作指導(dǎo)。久而久之，把本來有興趣的學(xué)生培養(yǎng)成無興趣的人，抑制了學(xué)生個性的發(fā)展，有特長的學(xué)生得不到及時發(fā)現(xiàn)和接受相應(yīng)的培養(yǎng)。
2.4開展活動的不經(jīng)常性
由于活動經(jīng)費(fèi)、活動場地設(shè)施、活動時間等諸多因素的限制，生物活動課開展的不夠正常，前后脫節(jié)，缺乏連續(xù)性、遞進(jìn)性。
3生物活動課的實(shí)踐
我校針對開展生物活動課存在的問題，以生物活動課構(gòu)建原則為指導(dǎo)，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，反復(fù)實(shí)踐，總結(jié)以下活動方式和操作形式。3.1健全的組織結(jié)構(gòu)
開展生物活動課必須由教務(wù)處、教研室主任、班主任組成的健全管理系統(tǒng)。聘請有專長的生物教師任指導(dǎo)，選拔對生物學(xué)有興趣的學(xué)生組成活動集體。制定明確的活動計劃，包括活動課題、內(nèi)容、目的、要求、時間、、參加人數(shù)、活動形式等，做到有的放矢。并從實(shí)際情況出發(fā)，因地制宜設(shè)計每一個活動方案，既能使學(xué)生在活動中學(xué)
到技能，還能在一定程度上使教育為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。
3.2獨(dú)特的方案設(shè)計
活動課是學(xué)生在教師指導(dǎo)下的一種科技活動，優(yōu)秀的活動方案是學(xué)生活動成功的重要前提。在活動中教師應(yīng)創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生參與一些活動方案的設(shè)計，倡導(dǎo)參與意識，把握好學(xué)生參與的契機(jī);體現(xiàn)自主性和主導(dǎo)性原則。以“空中綠化調(diào)查的活動課，，進(jìn)程為例，設(shè)計活動方案。
活動進(jìn)程
教師行為
學(xué)生行為
空中綠化對城市建設(shè)的影響
我市空中綠化的程度
空中綠化對各行業(yè)的影響
交代活動目標(biāo)
明確活動目標(biāo)
空中綠化的類型有那些
我市空中綠化的程度怎樣
空中綠化對交通、旅游有何影響
制約空中綠化的因素有那些
提出問題
引導(dǎo)思考
積極思考
勇于探究
調(diào)查居民陽臺的綠化
調(diào)查馬路的欄桿綠化
調(diào)查建筑物的屋頂綠化
組織調(diào)查
激發(fā)動機(jī)
親自實(shí)踐
動手操作
我市居民陽臺綠化率不足10%
馬路欄桿、厘頂?shù)木G化率近為零
我市空中綠化還存在著許多問題
總結(jié)討論
解疑釋疑
討論辨析
質(zhì)疑問難
國內(nèi)外城市綠化情況
影響環(huán)境的因素
引發(fā)聯(lián)想
促進(jìn)遷移
積極想象
舉一反三
提交調(diào)查報告或
撰寫科研論文
評價分析
自我檢測
3.3豐富多樣的活動內(nèi)容
3.3.1參觀考察
結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際，組織學(xué)生參觀市蟹苗養(yǎng)殖廠、貝雕工藝廠、水族館、珍稀蝴蝶展、海洋生物標(biāo)本展，還參觀市污水處理廠、市環(huán)境檢測中心;組織學(xué)生看科普電影和錄像;考察新海電廠循環(huán)水的利用情況。參觀考察過程中請有關(guān)技術(shù)人員現(xiàn)場講解，參觀后組織學(xué)生談收獲、寫體會，教師作總結(jié)。
3.3.2實(shí)驗(yàn)探究
根據(jù)學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，開展一定的實(shí)驗(yàn)活動;也可以根據(jù)日常生活中發(fā)現(xiàn)有意義的課題，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生獨(dú)立思考，主動探究，親自實(shí)踐，動手操作，敢于創(chuàng)造。如《綠蒂王、梧桐等花卉的組織栽培》、《用廢棄茶葉、櫟葉栽培靈芝高產(chǎn)技術(shù)的研究》、《玳瑁的人工飼養(yǎng)試驗(yàn)》、《玉蘭種子的芳香油提取試驗(yàn)》等。
3.3.3開展討論
生物活動課上可就有興趣的問題開展討論，如我國是否存在蜂鳥?蜂鳥與雀天娥到底有那些區(qū)別?也可就某些重大工程建設(shè)展開討論，如圍繞高公島核電站的建設(shè)對我市經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)作用和可能對環(huán)境產(chǎn)生副面作用開展討論。討論中，注意營造自由商討的氣氛，使學(xué)生敢于大膽表述，注重培養(yǎng)學(xué)生的說理能力，加強(qiáng)語言規(guī)范表達(dá)的訓(xùn)練，也滲透了環(huán)境教育。
3.3.4撰寫小論文
指導(dǎo)學(xué)生撰寫小論文也是生物活動課的一項(xiàng)重要內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的年齡、認(rèn)知水平可以布置一些“課題”或讓學(xué)生自己選題，進(jìn)行論文的撰寫，以提高寫作能力。題材可源于學(xué)習(xí)書本知識的心得、體會，如“為什么有的黃瓜吃起來很苦"、“大象的生殖能力到底有多大”；也可源于日常生活及生產(chǎn)實(shí)際的總結(jié)體會，如“豆蟲的人工飼養(yǎng)"、“藥用昆蟲的調(diào)查"、“煙臺百里香的香料提取"等，然后，由師生共同組成的評審組從科學(xué)性、創(chuàng)造性、應(yīng)用性對論文進(jìn)行評審，給優(yōu)秀者以獎勵。
關(guān)鍵詞：環(huán)境工程微生物學(xué)；教學(xué)案例庫；工程碩士
中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）48-0235-02
工程碩士專業(yè)學(xué)位自1997年首次設(shè)立以來發(fā)展迅速[1]，在2011年，教育部提出了“服務(wù)國家特殊需求人才培養(yǎng)項(xiàng)目”，著重培養(yǎng)工程碩士專業(yè)人才。上海第二工業(yè)大學(xué)在2011年獲批“服務(wù)國家特殊需求人才培養(yǎng)項(xiàng)目”，開展環(huán)境工程（電子廢棄物資源化方向）碩士學(xué)位專業(yè)研究生的培養(yǎng)[2]。學(xué)校自2012年首次招收環(huán)境工程領(lǐng)域工程碩士，截至目前共招收143名學(xué)生，其中已有60名學(xué)生畢業(yè)。
環(huán)境工程微生物學(xué)作為一門以微生物技術(shù)處理環(huán)境問題的課程，以其技術(shù)的廣泛性被納入到環(huán)境工程領(lǐng)域工程碩士培養(yǎng)中。本文根據(jù)3年多來給工程碩士講授環(huán)境工程微生物學(xué)這門課程的經(jīng)歷，以上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程領(lǐng)域工程碩士培養(yǎng)為例，談?wù)勓芯可n程環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例庫建設(shè)設(shè)計思路及其體會。
一、教學(xué)案例庫的概述及類型
教學(xué)案例庫是指教師為了更好的指導(dǎo)學(xué)生、實(shí)施案例教學(xué)而建立的用于存放所有案例的一個集合，其案例的來源及形式可以是多樣的。對于本文提到的環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例，可以選擇微生物技術(shù)在土壤、水體環(huán)境中的應(yīng)用。通過這些不同案例的分析，可以加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和提高運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)效率。
基于上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程領(lǐng)域（電子廢棄物資源化）工程碩士的培養(yǎng)目標(biāo)，環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例類型分為兩類：一類是以研究生開展研究所需的思路模式，即選擇已解決某一具體問題，從研究工作角度來說該項(xiàng)目已經(jīng)完成；另一類是面向?qū)嶋H工程研發(fā)過程解析類的案例，選擇采用本課程相關(guān)學(xué)科方向的技術(shù)，解決某個具體的工程問題，能說清楚從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究到實(shí)際工程應(yīng)用的全過程。
二、教學(xué)案例庫中的實(shí)際案例
（一）微生物與電子廢棄物方向
上海第二工業(yè)大學(xué)開展的環(huán)境工程碩士學(xué)位專業(yè)研究生培養(yǎng)的方向，本就是電子廢棄物資源化方向，在微生物應(yīng)用于電子廢棄物中金屬資源化方向有著較為深入的研究，其與廣東惠州某公司合作開發(fā)的項(xiàng)目“微生物法回收廢線路板中有價金屬成套工藝與裝備”已經(jīng)完成半工業(yè)化試驗(yàn)。該項(xiàng)目可以很好的展示微生物技術(shù)從最初的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)菌種篩選、菌種馴化、浸出條件優(yōu)化、工藝控制參數(shù)、進(jìn)一步放大試驗(yàn)、工業(yè)化運(yùn)行等階段，因此將它納入到環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例庫可以使得今后教師在該方向上的教學(xué)更加形象，并讓學(xué)生了解微生物技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用相結(jié)合時如何走完一個從實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究到工業(yè)應(yīng)用的全過程。
（二）微生物與土壤污染方向
土壤中重金屬和有機(jī)物污染越來越受到人們的關(guān)注，微生物技術(shù)以其廣泛的適用性、經(jīng)濟(jì)性被應(yīng)用于污染土壤的修復(fù)中，不管是重金屬污染還是有機(jī)物污染，理論上總能找到一種或一類微生物遷移、轉(zhuǎn)化或降解土壤中的這類污染。將這類微生物與土壤污染方向納入到環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例庫中，可以形象地說明微生物是如何在實(shí)際工程應(yīng)用中進(jìn)行土壤污染治理的。此外，由于在電子廢棄物拆解地會產(chǎn)生場地土壤污染，因此這也是上海第二工業(yè)大學(xué)“服務(wù)國家特殊需求人才培養(yǎng)項(xiàng)目”環(huán)境工程領(lǐng)域工程碩士研究生培養(yǎng)中必須要關(guān)注的內(nèi)容。
（三）微生物與污水處理方向
與土壤污染一樣，在電子廢棄物拆解產(chǎn)地也會造成水體污染。以重金屬鉈為例，鉈元素對人體的最小致死量為12mg/kg[3]，因此污水中必須控制鉈的含量，地方標(biāo)準(zhǔn)中含鉈廢水處理后鉈濃度需低于5μg/L，對于類似超低痕量級的鉈來說，很難利用純粹的化學(xué)或物理法將污水中鉈的含量降低至標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)室研究表明，利用微生物的代謝產(chǎn)物和配合一定量的化學(xué)試劑可以達(dá)到上述要求，將微生物與污水治理方向納入到環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例庫中，對于該領(lǐng)域工程碩士的培養(yǎng)同樣重要，它可以使學(xué)生在課堂上就能清晰了解到相關(guān)微生物技術(shù)在電子廢棄物領(lǐng)域的全方位應(yīng)用概況。
（四）微生物與現(xiàn)代生物技術(shù)方向
現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展使得人們可以隨心所欲的改造微生物，以達(dá)到為人們服務(wù)的目的。在以電子廢棄物資源化為主要方向的環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)過程中，將微生物與現(xiàn)代生物技術(shù)方向納入到環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例庫中，可以使學(xué)生及時掌握最新生物技術(shù)前沿及科學(xué)合理的研究方法。
三、教學(xué)案例庫評估及運(yùn)行效果
環(huán)境工程微生物學(xué)案例庫是由學(xué)校和企業(yè)雙方共同完成的，這可以充分利用學(xué)校的科研優(yōu)勢及企業(yè)的工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際工程，可以真正做到理論與實(shí)際相結(jié)合。教學(xué)案例庫的評估是以先對研究生進(jìn)行一段時間的案例教學(xué)，后以研究生的相關(guān)反饋意見，最后以學(xué)校和企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人依據(jù)研究生的反饋意見進(jìn)行評估，標(biāo)準(zhǔn)是通過該系列功能完備的案例，讓研究生在開展相關(guān)類型研發(fā)工作時從思路和模式上獲得研究型與工程應(yīng)用型兩方面的啟發(fā)，便于后續(xù)開展研究工作時少走彎路。目前，環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例庫教學(xué)獲得了研究生的認(rèn)可。在實(shí)際授課過程中，不僅可以激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)熱情，而且能提高教師的教學(xué)效率。
四、結(jié)論
環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)案例庫由研究生開展研究所需的思路模式類、面向?qū)嶋H工程研發(fā)過程解析類兩種類型案例組成，具體包括微生物與電子廢棄物方向、微生物與土壤污染方向、微生物與污水處理方向、微生物與現(xiàn)代生物技術(shù)方向。最終評估是由學(xué)校、企業(yè)、全體工程碩士研究生共同參與。該類型的教學(xué)案例庫既可以激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)熱情，又可以提高教師的教學(xué)效率。
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