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在國民日常物質、文化生活中，水資源占據著不可動搖的地位，同時也是國家大力發展經濟的能源基礎。近些年來，隨著國家日益注重工業發展，從而忽略了對水能源的管理，致使國內大面積出現水污染的問題，不僅對國民日常生活帶來影響，還對國家生態環境造成十分嚴重的破壞。因此，為了更好地解決水污染的問題，對污水處理廠及污水處理工藝設計進行有效分析，是國家有效解決水能源問題的重要途徑。
1 國內當前污水處理工藝設計關鍵
1.1 起吊裝置設計
在進行污水處理工程的整體設計中，必須對起吊裝置的設計工作充分考慮到位，主要是由于泥污泵站與進水泵房的體積較為龐大，重量上也非常大，因此在進行安裝的過程中會用到起吊裝置，所需要考慮的問題也會很多。安裝起吊裝置前，要對起吊的高度和吊車安裝的高度進行合理、準確的確定，避免由于鋼絲繩過短而無法吊起水泵的現象，更要考慮到由于水泵的體積較大，在安裝的位置方面需要更大的空間。在起重裝置方面，電動裝置是首選，可以在水泵起吊的過程中，對緊急狀況進行及時解決和處理，保證水泵安裝工作的順利進行，水泵在使用的過程中，會出現各種各樣的問題，需要對水泵進行大修甚至是返廠維修時，電動裝置也可以為水泵起吊提供一定的便利。
1.2 攪拌裝置的設計
在國內眾多污水處理廠中，都或多或少地有發生池內積泥的現象，積泥的堆積現象主要出現在生物池的拐角處以及貯泥處，然而這些污泥的堆積不僅嚴重影響污水處理廠對污水的處理效率，而且致使池內的容積出現越來越小的情況，因此國內污水處理廠應提高處理技術工藝和加強對出水水質進行嚴格管理，對其所產生的影響高度重視。經實踐與調查得知，導致池內出現污泥堆積的現象的原因眾多，其堆積現象主要出現在池內攪拌器的位置設置和其攪拌器的型號選擇上不合理，因此造成池內沒有完全混合，進而使池內攪拌器攪拌不到死角出現的污泥堆積。
加強對構筑物的池型和其深度進行詳細的調查，并充分了解該池內的容積大小，從而進一步保證該構筑物選型的正確性、合理性。對池型進行有效優化，是實現污水處理構筑物中的污水完全混合最為有效的辦法。可以將厭氧池和缺氧池設計成為具有循環流動的池型，并在兩個池子中間設置隔墻，防止發生厭氧池和缺氧池混淆的問題，以此作為攪拌順利進行攪拌的堅實基礎，在進行攪拌時可以完全帶動溝內的循環流動，使池內死角的污泥跟隨循環流動的污水進行流動，這樣就不會讓拐角或死角出現污泥堆積的現象。對矩形的構筑物可以采用高速小葉輪攪拌器進行攪拌，也可以有效防止污泥堆積的情況發生。
在攪拌器型號選擇方面，要選擇攪拌范圍大、機械混合攪拌功率強的攪拌器，因此在選擇前應加強對攪拌設備進行專業軟件的計算，從而進一步保證攪拌設備的科學性；加強對污水攪拌設備的優化，對水量不足和進水污染物不足的情況進行綜合性考慮，加強對構筑的池型、容積大小的考慮，從而制定相應的設計方案，提高污水廠處理污水的效率。
1.3 放空管和集水坑的設計
國內眾多污水處理廠建設各種構筑池已成為普遍現象，而構筑池一般都是用來盛水的，因此污水處理廠對構筑池進行檢修的過程中，要對池內的污水進行排空，這其中就關系到污水處理廠放空管和集水坑的作用，目前國內大型的污水處理廠的構筑物，對污水進行放空有兩種不同方式：
1.3.1 將放空管在池壁的底部彎貫穿至池外，而不需要設置集水坑。由于污水廠的污水處理管道預埋的深度達都很深，在對管道整體性進行設計時，需要針對放空管的混凝土進行滿包防護措施。
1.3.2 放空管是從池壁底部貫穿出池外，一般情況下池體底部的結構都設有腋角，為了防止防水套管切斷鋼筋，要以腋角為設置高度，對放空管進行放置；造成放空管與池壁之間有一定距離，池內的水不能完全排凈，因此可以在放空管附近設置集水深坑，這樣就可以把池底部的污水進行強制排出。該方法只適用于小型的污水處理的構筑物、構筑池，同樣也有不足之處，由于底部污水需要水泵進行提升，從而增加了電能的損耗。在構筑物埋設深度較深的情況時，污水管道的埋設深度不足以進行自然防控，應在構筑物內設置集水坑，從而有效地將池內污水排放至廠區水管內。在對放空管和集水坑實際的設計過程中，應加強對放空管管徑、廠區污水管坡度、構造物內壁壓力以及污水攪拌流速進行全方面、綜合性的分析和研究，從而避免由于流速較慢而引起的污水管道內壅水的情況發生。
1.4 止回閥、手動閥門的設計
為了有效防止介質倒流，要加強對止回閥、手動閥門的設計，在污水處理廠水泵及鼓風機的出水口上面設置止回閥，在止回閥旁邊設置手動閥門。在污水處理廠進行污水處理的過程中，經常會發生止回閥故障的問題，由于其運行啟動過于頻繁，導致止回閥需要經常維護和檢修，在進行維護和檢修的過程中，就需要將手動閥門關閉，從而有效組織管道中的任何介質，進一步保證不會因止回閥的正常維護和檢修導致管路泄露。其中手動閥門的設置是否合理，直接關系到污水處理廠工藝設備能否正常運行，因此在對污水處理廠整體污水處理設計的過程中，要加強對手動閥門的設計及安裝位置的控制，從而保證其他污水處理工藝設備得以正常工作運行。
2 污水處理生態學問題
國內當前污水廠處理生態學問題主要表現在：對野生動、植物的管理和蚊蠅控制方面。為了更好地節約能源，降低水損耗，加強環境保護，促進生態、人類共存，國家污水處理管理部門應加強對污水處理廠周邊環境及其廠區進行生態化管理，在有限的土地上增加三維綠量，從而進一步提高生態消能，控制和有效利用土地有利于國內污水廠處理的長遠發展。
2.1 提高污水處理廠綠化覆蓋率
土地是綠化建設的載體，在污水處理廠規劃的初始階段，就應該將整個廠區納入生態環保建設的考慮范圍，通過對污水處理廠設施和周邊環境進行全方位、綜合性的分析與研究，合理布置污水處理廠的建筑、道路和工藝設施，并按照生態綠化標準預留出足夠的綠化用地，加強污水廠周邊的生態林建設，利用地形、山石、水體、植物等園林要素，并且依托自然環境，設計生態基礎設施并實施布置，使生態綠化與污水廠處理的各項處理設施協調融合。堅持“發展立體綠化，拓展綠化空間”的基本污水廠生態建設基本理念，將立體綠化與污水處理廠形成一體，不僅可以為污水處理廠增濕降溫，還可以提高污水廠處理污水的效率，提高污水廠經濟效益。選擇喜光、溫、矮狀、枝葉茂密、根系發達的植物，對污水廠周邊進行生態綠化，從而有效控制蚊蠅的問題。
2.2 加強污水處理廠復層植物群落構建
加強污水處理廠復層植物群落的構建管理，并遵循地帶性植物生物學的規律，選擇生長比較穩定、健康的組合對污水廠環境進行生態環境模擬，由于污水處理廠生產工藝以及各個構筑物之間的綠地面積相對較小且較為分散，再加上地下管線較多，經過長時間的使用和頻繁的啟動，會需要維護和維修，不利于形成立體多層植物群落，同時污水廠處理排除的污染物濃度也是特別的高。因此在污水處理廠植被生態綠化覆蓋方面，應主要選擇灌木叢，地被鋪草皮，灌木群植，可修剪成整形樹，其中適合的樹種有龍柏、山茶、海桐、蘇鐵、棕櫚、絲蘭、女貞、竹柏、石楠等。國內眾多污水處理廠應加強鄉土景觀元素在生態建設中的應用，利用現有的自然資源，提升生態防護標準，借用自然環境，更快地形成污水廠園林景觀。遵循生物學的原則，選擇光合作用效率高、抗性強、芳香性、本地型的植物，對污水廠進行綠化覆蓋，并且選用敏感植物做污水處理廠生態污染報警器。
3 結語
隨著國家經濟的快速發展，對各項資源的索取需求不斷增加，加強污水處理工藝設計，從而提高水資源的使用效率，降低水損耗是國家經濟持續、穩定發展的重要基礎之一。在對污水處理設計的過程中，設計單位應對污水處理的細節問題和影響因素進行全方位、綜合性的分析和研究，在污水處理的實踐中，對出現的問題不斷總結經驗，從而在污水處理方面形成系統化、科學化的工藝設計。
參考文獻
[1] 范旭紅.人工濕地污水處理系統及其應用[D].東南大學，2006.
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理論知識是工程實踐的基礎，在2012年教育部《高等教育本科專業》中將“給水排水工程”專業更名為“給排水科學與工程”專業[2]，名稱的更換標志著科學理論基礎在專業人才培養的重要性。因此在《水處理新技術》課程教學的案例選用上，需要理論與工程實踐并重，同時與教材緊密結合，通過案例來啟發學生思考，并建立理論和實踐的聯系。
在生物脫氮新技術單元，以短程硝化-反硝化工藝（SHARON）工藝為案例進行介紹。傳統硝化過程是指氨氮（NH4+）先氧化成亞硝氮（NO2-），再被氧化成硝態氮（NO3-），兩個步驟分別由氨氧化細菌（AOB）和亞硝化氧化細菌（NOB）催化完成（式1和式2）。
NH4+ + 1.5O2――NO2- + H2O + 2H+ （1）
NO2- + 0.5O2――NO3- （2）
這兩個過程是獨立的，且亞硝酸還原菌能夠以NO2-為底物進行反硝化反應（式3），而不是傳統觀念認為只能以NO3-為底物進行反硝化反應（式4）。
在案例教學中通過介紹短程硝化-反硝化的微生物學理論知識，使學生更容易理解SHARON工藝的運行方式與特點。綜合比較化學反應式1和2，理論上氧氣（O2）可以節省25%，對應工藝過程中可以節省曝氣量25%；綜合比較化學反應式3和4，甲醇（CH3OH）可以減少40%，對應SHARON工藝反硝化過程中可以節省外加碳源40%。這樣從理論和工藝兩方面進行案例分析，加深學生對SHARON工藝的理解，并增加其對生物脫氮新技術的認識。
2 案例需具有新穎性和典型性
與文獻相比，教材往往具有一定的滯后性。在《水處理新技術》教材中介紹的新技術、新工藝，它們的特點與應用范圍可能會隨著實際工藝研發而發生一些變化。為了及時掌握這些變化，需要閱讀最新文獻。案例選用上也要緊跟水處理新技術的發展，及時補充新知識，才能避免學生走出校園后出現知識與實際情況脫節的問題。
在厭氧生物處理技術中，以厭氧顆粒污泥為案例，介紹最新的分子生物學技術――熒光原位雜交技術（FISH）在厭氧顆粒污泥菌群檢測中的應用，講解其在厭氧顆粒污泥形態特征檢測中的應用，并介紹厭氧顆粒污泥形成的機理。通過這些講解，讓學生了解厭氧生物處理技術的最新發展成果與研究技術。
另外，案例選用要具有典型性與代表性，不能只有一、兩篇文獻的報道，而要得到廣大同行的認可，并經過工程實踐的檢驗，這種案例才更有說服力。
3 案例應與科研緊密聯系
我校《水處理新技術》課程是在給排水科學與工程專業大四上學期開設，很多學生即將開展畢業設計（論文），一些同學隨后會進入研究生階段開展課題研究。因此可以通過案例激發學生興趣，培養學生科研能力。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，介紹氧化溝工藝運行流程圖、各構筑物的運行參數及對污染物的處理效果。這樣學生在做排水方向畢業設計，遇見氧化溝工藝的設計就能與課堂知識聯系起來；或者學生在做氧化溝生物脫氮的畢業論文的時候，課堂所學知識可以為畢業論文的開展提供良好的基礎，進一步為研究生生物脫氮相關課題研究奠定基礎。
4 增強與學生的互動性
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1.1生態工程
生態工程以復雜的社會——經濟——自然復合生態系統為對象,遵循應用生態系統中物種共生、物質再生循環及結構與功能協調等原則,以整體調控為手段,以人與自然的協調關系為基礎,以高效和諧為方向,為人類社會及自然環境雙受益和資源環境可持續發展設計的具有物質多層分級利用、良性循環的生產工藝體系。以期同步取得生態環境效益、經濟效益和社會效益[1]。
1.2生態工程原理
生態工程涉及生態學、生物學、工程學、環境科學、經濟和社會等領域,原理眾多。我國學者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系統生態學理論的基礎上,對生態工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態工程原理總結為整體、協調、自生、再生循環等基本原理。孫鐵珩,周啟星等[2]提出污水生態工程是指運用生態學原理,采用工程學手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物復合系統的物理、化學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行凈化的工藝技術,是污水治理與水資源利用相結合的方法。
2主要生態工程污水處理技術
2.1污水土地處理系統
污水土地處理系統是一種污水處理的生態工程技術,其原理是通過農田、林地、葦地等土壤--植物系統的生物、化學、物理等固定與降解,對污水中的污染物實現凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據處理目標、處理對象的不同,將污水土地處理系統分為慢速滲濾(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]。
土地處理系統造價低,處理效果佳,其工程造價及運行費用僅為傳統工藝的10%~50%。其中污水濕地生態處理系統又稱人工濕地,目前研究最為深入、應用最廣泛。通過人工濕地生態工程進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物、N、P、K等營養物得到利用。整個系統呈自然式良性循環,構成了具有自適應、自凈化能力的水陸生態系統。該系統管理簡單,穩定后幾乎不需要人的參與,物耗、能耗低,效率高。生態系統中的植物群體不需要另行施肥與灌溉,還兼有美化環境的功能,這種生態凈化方法實現了水環境可持續發展[5]。
以人工濕地處理系統為例,土地生態處理系統對污水的凈化機理如下:系統中的填料(介質)具有巨大的比表面積,易形成生物膜,污水流經顆粒表面時,其中的污染物質通過沉淀、過濾、吸附作用被截留[6]。
2.2污水生態塘處理系統
生態塘系統是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進行水產和水禽養殖,建立人工生態系統,,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]。有機物質在生態塘處理系統中得到降解,釋放出的營養物進入了復雜的食物鏈中,產生的水生作物、水產都可以被收獲。生態塘處理系統能夠有效地處理生活污水及一些有機工業廢水,對有機物和病原體有很好的去除效果,具有投資少、運行費用低、運行管理簡單的優點。但該系統占地面積大、易出現短流、溫度較高時易散發臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩定。近年來,我國生態塘污水處理工藝研究側重在兩個方面[8]:篩選、培育高效水生凈化植物;組合曝氣、水生植物、水產養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合生態體系,是污水處理與資源利用的完美結合,構建了一個完整的生態系統和良好的內部良性循環系統。
2.3蚯蚓微生物濾池系統
蚯蚓生態濾池是濾床中建立的人工生態系統,由濾床填料、蚯蚓及布水系統等組成。系統利用蚯蚓和微生物的協同作用對污水中含有的各種形態污染物質進行處理和轉化。蚯蚓可對污水和污泥進行吸收和分解,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化為蚯蚓的增長及其排泄物,而蚯蚓的機體及其排泄物又可成為他微生物的分解利用對象,從而進行新一輪的生態循環。3生態污水新型處理技術
如利用土壤毛細管浸潤擴散原理,研制成功的地下毛細滲濾系統(theundergroundcapillaryseepagesystem,UCSS)[11]。地下毛細滲濾系統(UCSS)的中心部分是地下毛細滲濾槽,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土地凈化污水處理系統占地面積和運行費用問題,還可回收污水和營養物質(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。
活機器(livingmachine)系統是加拿大出生的海洋生物學家約翰·托德(JohnTodd)發明的,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系統,將水產養殖與人工濕地結合起來并封閉在溫室里,以創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、硝化和反硝化、厭氧和好氧分解過程,在獲得高標準水質的同時避免了自然處理系統占地大、滯留期長、寒冷氣候處理效果欠佳等弊端。
結語
污水生態處理技術基本上不涉及化學能的投入和化學品的消耗。根據國情,我國的污水治理必須走生態處理技術的道路[13]。
參考文獻
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為培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的跨世紀高級專門人才，一個最為核心的問題就是改革教學內容、整合課程體系、拓寬專業口徑、提高創新能力。專業口徑拓寬要落實到課程內容的改革上去，而專業拓寬則使課程體系和教學內容的改革具有新的動力和明確的方向。
周濟部長在第二次全國普通高等學校本科教學工作會議上的講話指出[1]，知識來源于實踐，能力來自于實踐，素質更需要在實踐中養成，實驗作為一項重要的實踐教學環節對于培養學生實踐能力和創新能力尤其重要。我國本科教育在世界上是先進的，但是也有嚴重的不足，最為突出的就是實踐能力較差，因此必須加強實習、實驗、社會實踐等實踐教學環節，要積極改革實驗教學內容，改進實驗教學方法。
在“加強基礎，拓寬專業，提高學生綜合素質”的思想指導下，我們對給水排水工程專業的專業實驗課程在內容、結構體系、教學方法諸方面進行了改革嘗試。
1.實驗內容的重整融合。給水排水工程專業是一個實踐性較強的專業，在專業的教學計劃中，實驗教學是其中一個重要的組成部分。而專業實驗課程的教學水平將直接關系到整體教學質量。在專業教學計劃中專業實驗課程包括水分析化學實驗、微生物學實驗、水處理試驗。這些實驗課程分散在不同的學期來開設，但同時又互相關聯。其中水分析化學實驗和微生物學實驗是水處理試驗的分析方法和分析手段，所以學生在做水處理試驗時又要重復前面的實驗過程，占用了大量的課時，已不能適應高校改革壓縮專業教學課時的需要，因此，我們考慮將原來幾門實驗課程的內容進行重整融合，刪除一些重復性的內容，并將一些實驗內容的性質由驗證性提升到綜合性。例如，在水分析化學實驗中，按當前教材[2]所列的實驗項目共包括22項實驗項目。其中分析天平的稱量實驗、滴定分析基本操作、水中嗅閾值的測定、pH值的測定、目視比色法測色度共5項為常用的基本操作實驗，其中水中堿度的測定，水中硬度的測定、余氯的測定、溶解氧的測定等共9項實驗項目屬于滴定實驗，而水中濁度、鐵、苯酚的測定等6項內容為分光光度法實驗，另有2項色譜分析實驗。不同類別中的各個實驗雖然是針對水中某一種水質指標測定的詳細實驗過程，但同一類實驗都有相同的特點。比如滴定實驗，雖然實驗項目上可能是分別屬于四大滴定分析（酸堿滴定、絡合滴定、沉淀滴定、氧化還原滴定）中的一種，但滴定分析的實驗操作、實驗過程基本上都是一致的，都包括標準溶液的配制、指示劑的選擇、溶液的滴加、滴定終點的判斷等環節。因此完全可以從這9項中選擇一項具有代表性的實驗讓學生來操作，而其他具體應用滴定分析方法分析水殊的某一種物質的實驗項目則可以放在水處理實驗中進行。根據以上分析我們不難看出，對于水分析化學實驗、微生物學實驗這類專業基礎課的實驗內容我們可以按分析方法的不同對實驗項目進行分類，在每一類分析方法中選擇有代表性的實驗項目進行操作，其他對該分析方法的應用讓學生作為課余的時間進行思考，在水處理試驗的水質分析中來具體應用。目的在于讓學生學會一種分析方法，既達到了系統地加強基礎的作用，又可以減少重復的實驗內容，精簡實驗課時，同時又要在水處理試驗分析具體水質時由學生思考應用哪種分析方法分析水中的哪項指標，提高學生獨立思考問題的能力和創新能力。
2.實驗模塊體系的構建。在對專業實驗內容進行全面綜合分析以后，確定了實驗內容的相互關系，分析了哪一些內容屬于基礎，哪一些又屬于平行內容，而哪一些內容又屬于提高內容。在此基礎上，我們構建了實驗內容的體系，形成四大實驗模塊。第一實驗模塊為基本操作實驗，主要包括玻璃儀器的洗滌、使用，常用簡單分析儀器如pH計、顯微鏡、天平等的操作方法，水樣的采集方法等;第二實驗模塊為驗證性實驗，主要包括各種化學和生物分析方法的典型應用;第三模塊為綜合性試驗，主要包括水處理試驗及水的物理化學和微生物學指標的分析，即各種分析方法的應用;第四個模塊為應用性實驗，這一模塊要結合老師的科研，針對具體的科研項目，學生自主設計并完成實驗。在前兩個模塊中學生屬于簡單勞動，在實驗過程中主要是根據課本的實驗步驟一步一步的來操作，不需要太多的思考。在這個階段主要是讓學生加深理解基本知識和基本概念，掌握基礎知識;在第三個模塊中，將水處理試驗、水分析化學實驗結合到一起，學生要分析的不再是含有單一的某一種待分析物質的水質，而是可能需要對多項水質指標進行分析。同時還要根據原水和出水的水質要求選擇水處理方案，然后根據水處理方案選擇水質指標和分析方法，從而判斷各水處理方案的處理效果。這將具有很強的綜合性，在實驗過程中可以充分調動學生的思維，學生要積極地去思考，出現問題要積極地面對，想辦法去解決。訓練學生綜合應用知識的能力，進一步提高發現與解決問題的能力;在第四個模塊中，要求學生結合老師的科研項目設計并完成實驗。在實驗過程中由學生根據項目內容的要求提出實驗方案，然后由老師確認實驗方案可行后方能開展實驗，在實驗過程中出現問題需要和老師共同探討，完成實驗內容。這主要是為一些學有余力的同學準備的，注重發揮學生潛力，培養學生靈活應用知識和一定的科研能力，訓練學生撰寫論文的能力，強調培養創新意識和市場觀念。在這四個模塊中，知識的應用由淺到深，在前面兩個模塊中注重基礎的夯實，使學生牢固掌握各種水質的分析方法，在后面兩個模塊中注重知識的運用，注重綜合性和創新性;學生的思維也由簡單的按指令動手操作到自己獨立思考選擇方法，再到最后自己要根據實驗目的設計實驗。這可以說是一個逐步遞進的過程，符合我們的認知過程，易于接受。
3.實驗課程的整合。給水排水工程專業的實驗課程主要包括水分析化學實驗、微生物學實驗和水處理實驗，為使其成為一個有機的整體，加強對學生綜合能力和創新能力的培養，將其整合為一門水處理與水質分析實驗有著重要的意義。目前，專業實驗課分別屬于四門不同的課程，分別安排在兩個不同的學期，課程銜接較差。這樣使學生在學習過程中不能很好地將課程有機聯系到一起，給綜合設計性實驗的開展帶來困難。甚至是學到后面的水處理實驗時，前面水分析的方法已經忘得一干二凈，必須再用大量時間來回顧前面的教學內容。另一方面實驗課程由于不單獨進行考核，成績只記作其理論課成績的20%左右，學生的積極性不高，實驗效果較差。
同時在實驗學時安排上不盡合理，學時量較大，這與專業指導委員會要求盡量減少專業課學時的精神是不吻合的。水分析化學安排理論教學44學時，實驗16個學時，微生物學理論教學36學時，實驗4個學時，實驗學時比重較大。水處理試驗18學時。在當前彈性學制的教學條件下，學生每做一個實驗，分析一項水質指標，指導老師就需要根據檢測項目的不同而配置或采集提供一份水樣。在做每個實驗時學生只對水樣中的某種組份有一個感性認識，而對于整個水質狀況不能做出評價，“只見樹木，不見森林”，不利于培養學生的綜合能力。在水處理實驗中，一方面是掌握各種處理工藝的運行過程，另一方面就是分析處理效果，即通過分析原水水樣和處理后水中各項指標來判斷處理效果。在這個過程中，完全是采用水分析化學和微生物學中的方法對水質進行分析，是在重復進行一次水分析實驗，從而造成一種教學上的浪費，因此，必須對專業實驗課程內容進行整合。
首先，在內容上，這些課程是能夠互相融合的。水分析化學和微生物學是給水排水工程專業主干專業基礎課，通過課程的學習，學生能夠系統地掌握水質分析的基本概念、基本理論和實驗方法，了解水質分析技術在給水排水工程科研和設計中的應用，為本專業后續給水工程、排水工程的學習打下堅實的基礎。水處理實驗是運用水體凈化方法對水進行處理，了解不同工藝的處理過程和效果，水分析化學和微生物學是水處理實驗的基礎，為分析水質提供方法和手段;水處理實驗是水分析化學和微生物學的應用，二者是密不可分的，這必然要求對其進行整合。
其次，通過前面的分析，我們可以看出，通過將其實驗內容整合成一門水處理與水質分析實驗將有利于整個實驗內容的融合與重新分類，劃分出合理的實驗模塊，提高實驗的層次感，提高學生的綜合能力和創新能力，有利于學生的培養。
另外，專業實驗課程的整合有利于老師安排教學工作，減少重復的教學過程，減少總教學課時，提高教學效果。
總之，通過整合使課程能夠相互融合，課程銜接更好，教學過程更為合理，制定出更適合培養目標的教學計劃，為培養理論知識扎實、實踐能力強、創新意識強和能獨立分析問題的給水排水工程專業人才奠定堅實的基礎。通過整合，使水質分析方法能更好地為水處理服務，水分析化學和微生物學實驗部分和水處理實驗整合為一門實驗課程單獨考核，對學生牢固掌握基礎理論知識，靈活運用理論知識到生產實踐具有重要意義。本項改革體現了理論聯系實際的精神，并能夠強化學生的記憶，提高學生對專業課的學習興趣，提高學生獨立分析問題和解決問題的能力。
參考文獻：
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1.2生態工程原理
生態工程涉及生態學、生物學、工程學、環境科學、經濟和社會等領域,原理眾多。我國學者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma&Yan1989,Yanetal1992)在系統生態學理論的基礎上,對生態工程的原理作了精辟論述和提煉。把生態工程原理總結為整體、協調、自生、再生循環等基本原理。孫鐵珩,周啟星等[2]提出污水生態工程是指運用生態學原理,采用工程學手段,把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物復合系統的物理、化學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行凈化的工藝技術,是污水治理與水資源利用相結合的方法。
2主要生態工程污水處理技術
2.1污水土地處理系統
污水土地處理系統是一種污水處理的生態工程技術,其原理是通過農田、林地、葦地等土壤--植物系統的生物、化學、物理等固定與降解,對污水中的污染物實現凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用[3]。根據處理目標、處理對象的不同,將污水土地處理系統分為慢速滲濾(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]。
土地處理系統造價低,處理效果佳,其工程造價及運行費用僅為傳統工藝的10%~50%。其中污水濕地生態處理系統又稱人工濕地,目前研究最為深入、應用最廣泛。通過人工濕地生態工程進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物、N、P、K等營養物得到利用。整個系統呈自然式良性循環,構成了具有自適應、自凈化能力的水陸生態系統。該系統管理簡單,穩定后幾乎不需要人的參與,物耗、能耗低,效率高。生態系統中的植物群體不需要另行施肥與灌溉,還兼有美化環境的功能,這種生態凈化方法實現了水環境可持續發展[5]。
以人工濕地處理系統為例,土地生態處理系統對污水的凈化機理如下:系統中的填料(介質)具有巨大的比表面積,易形成生物膜,污水流經顆粒表面時,其中的污染物質通過沉淀、過濾、吸附作用被截留[6]。
2.2污水生態塘處理系統
生態塘系統是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進行水產和水禽養殖,建立人工生態系統,,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]。有機物質在生態塘處理系統中得到降解,釋放出的營養物進入了復雜的食物鏈中,產生的水生作物、水產都可以被收獲。生態塘處理系統能夠有效地處理生活污水及一些有機工業廢水,對有機物和病原體有很好的去除效果,具有投資少、運行費用低、運行管理簡單的優點。但該系統占地面積大、易出現短流、溫度較高時易散發臭氣和孳生蚊蟲、對氮磷的去除效果不穩定。近年來,我國生態塘污水處理工藝研究側重在兩個方面[8]:篩選、培育高效水生凈化植物;組合曝氣、水生植物、水產養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合生態體系,是污水處理與資源利用的完美結合,構建了一個完整的生態系統和良好的內部良性循環系統。
2.3蚯蚓微生物濾池系統
蚯蚓生態濾池是濾床中建立的人工生態系統,由濾床填料、蚯蚓及布水系統等組成。系統利用蚯蚓和微生物的協同作用對污水中含有的各種形態污染物質進行處理和轉化。蚯蚓可對污水和污泥進行吸收和分解,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化為蚯蚓的增長及其排泄物,而蚯蚓的機體及其排泄物又可成為他微生物的分解利用對象,從而進行新一輪的生態循環。
3生態污水新型處理技術
如利用土壤毛細管浸潤擴散原理,研制成功的地下毛細滲濾系統(theundergroundcapillaryseepagesystem,UCSS)[11]。地下毛細滲濾系統(UCSS)的中心部分是地下毛細滲濾槽,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土地凈化污水處理系統占地面積和運行費用問題,還可回收污水和營養物質(包括氮、磷和鉀)用于植物生長。
活機器(livingmachine)系統是加拿大出生的海洋生物學家約翰·托德(JohnTodd)發明的,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系統,將水產養殖與人工濕地結合起來并封閉在溫室里,以創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、硝化和反硝化、厭氧和好氧分解過程,在獲得高標準水質的同時避免了自然處理系統占地大、滯留期長、寒冷氣候處理效果欠佳等弊端。
結語
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隨著我國經濟發展和政府對環境保護的重視，21世紀，環境保護的意識越來越被國民所接受，政府也正在加大對環境治理的力度。社會對環境專業人才的需求也持續增長，環境工程專業人才的需求和環境保護產業的興起，又促進環境工程專業的發展。這對于環境工程專業來說既是機遇，也是挑戰。環境工程專業人才也將面臨嚴峻的人才市場的競爭。環境工程是一個實踐性與工程性很強的學科，從根本上說，環境工程學科的主要任務是運用工程手段防止、控制和解決有關環境污染的問題，涉及到供水處理廠、污水處理廠、各種除塵設備與裝置、垃圾處理場等的規劃、工程設計、運行管理等，要求培養學生具有一定的工程實踐能力、運行管理能力、動手能力和一些基本技能。
長期以來在環境工程專業實驗教學過程中，重理論輕實踐的思想根深蒂固，這導致了環境工程的教學上出現了一定的誤區。
1 傳統實驗教學問題的分析
在傳統的環境專業教學中，實驗課基本作為理論教學的附屬品，一般只開設驗證性或者操作性的實驗，教師以及學生無法對這些內容簡單、容易掌握的實驗課引起重視。而且實驗教學并沒有很緊密的聯系環境工程實踐，學生難以將所學的知識以及概念系統化。傳統環境工程實驗有一下幾個特點。
（1）現有實驗內容單一，測定方法過于陳舊，落后于社會的發展，已不能滿足環境保護的需要。而實驗類型的單一化，導致學生對上實驗課缺乏興趣，學生對問題的觀察能力、分析能力和解決能力得不到鍛煉，沒有幫助學生掌握環境工程知識，更無從談起學生創新、創造力的鍛煉。
（2）實驗教學內容和手段相對陳舊，且落后于理論教學，實驗教材已經大大滯后于社會的發展，大部分實驗教材很早就編著，并沒有及時更新，甚至某些已經被淘汰的實驗方案仍在使用。這些情況使環境工程教學遠離現實情況，對現代社會的人才培養產生滯后影響。
（3）實驗安排缺乏整體性及系統性，環境保護研究發展越來越快，環保的標準被不斷更新，然而實驗教學中仍在使用配置較低、落后甚至老化的儀器設備，已經大不要所要求的測定結果的準確性和精度。
2 創新實驗教學方法
2.1 調整實驗課程安排
傳統的環境工程試驗包括環境監測實驗、環境微生物學實驗、水污染控制實驗和大氣、噪聲控制實驗等，這些試驗均依托于理論課程，我們先對這些實驗內容進行整合，設立以環境監測實驗和環境微生物實驗內容為主的環境工程專業實驗和以水處理實驗、固廢處理處置實驗和大氣控制實驗內容為主環境工程專業實驗，使之成為獨立的實驗課程。
以環境監測實驗和環境微生物實驗內容為主的環境工程專業實驗的內容各有側重。在學生完成規定學時學習外，在開放性實驗中，設立兩個專業實驗的選修實驗。環境工程專業實驗的選修實驗側重大型儀器的分析和使用，例如：氣相色譜、高效液相色譜、紫外分光光度儀、原子吸收光譜儀等。環境工程專業實驗的選修實驗側重水處理工程實驗、水處理工程綜合實驗和化工原理實驗。這樣可以保證學生根據興趣愛好和專業方向選修實驗課程。
2.2 增加綜合性專業實驗
除了安排傳統的綜合性專業實驗外，充分利用湖南城市學院和益陽市周邊資源，在環境工程專業實驗中開設南洞庭湖水質監測綜合實驗，校園及周圍地下水水質監測綜合實驗，長張高速公路（長沙至張家界益陽段）空氣質量與噪聲監測綜合實驗。此類實驗的開設，不僅使專業實驗充分與實際生產生活相結合，而且讓學生充分認識到所開實驗的實際應用意義，加深了對各項環境指標的認識和理解。
3 建立新實驗教學體系
3.1 采用開放式實習模式
任課教師將學生分成多個實習小組（ 每組2～4名成員），確定1名組長，然后根據監測對象及監測項目選擇藥品、儀器等設備，分別為各個小組制訂計劃，明確各小組的監測對象、監測項目、采樣位置、時間安排及分析方法；也可以預約實驗，即根據學生自己的時間和掌握實驗的程度，分批完成實驗。以小組為單位分發玻璃儀器、試劑藥品，實習期間儀器室及實驗室全天開放，以電廠廢水處理為例，要求學生自己動手配制污水，對污水進行一級處理、二級處理、深度處理后，還要進一步去除水中多余的陽離子和陰離子。在整個過程中，學生要對每步的處理效果進行分析比對，并檢測最終的處理結果。一星期內各小組完成實習項目。實習完成后，全班所有小組集中進行交流討論實習中存在的問題和收獲，每個學生提交一份實習報告。實驗教師也可以對學生做單獨指導，這樣也有助于學生對知識的理解和掌握。采用這種教學模式需要注意的是，對大型精密儀器要進行定期培訓，幫助學生掌握現代化的分析、測試手段，提高學生的科研能力。
3.2 畢業論文與工程項目相結合
取消綜述性研究的畢業論文，規定撰寫的論文要有一定的工程研究背景，以工程性實驗或綜合性實驗為基礎。學生的畢業（設計）論文可以采用教師自己主持或參與的工程項目和科研項目作為基礎，也可以聘請環保公司或者是環保局的工程技術人員做畢業（設計）論文指導教師，把畢業論文與工程項目及實驗掛鉤，使學生更投入、更有針對性地進行實驗研究，從而提高畢業（設計）論文的質量。
4 結語
通過對環境工程實驗教學的改革，實驗教學內容、方法與手段都獲得了改進，實驗條件也獲得了改善，湖南城市學院環境工程專業本科生在科學研究中試驗設計、試驗組織、數據進行分析和處理、實驗結果分析等方面得到了全面訓練，學生的綜合素質以及綜合解決問題的能力和創新能力都得到很大提高，
參考文獻
[1] 安小六，鄒小紅.加強實驗隊伍建設增強高校實驗室軟實力[J].西南師范大學學報：自然科學版，2010，35（1）：229-232.
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實驗教學是培養學生實踐能力的重要環節。生物技術是21世紀發展最快的學科，生物技術的研究內容、方法及設備日新月異。為了適應生物技術的發展，實驗教學要不斷地革新。而我校由于師資力量條件的限制，儀器設備年更新率不足5%，致使有些課程的實驗內容無法更新。比如，發酵工程及設備的實驗有3個：豆醬的生產、酸奶的發酵和固定化酵母細胞及酒精的生產，實驗內容仍舊停留在20年前的水平。而發酵工程及設備、酶工程兩門課程均有固定化細胞的實驗內容，基因工程、分子生物學也存在實驗內容重復的問題。實驗課內容的陳舊及重復，使培養的學生不能適應社會的發展，競爭力不強。
（二）課程實習實施效果良莠不齊
生物技術專業的課程實習主要涉及三門課，一是生物學基礎，在帽兒山進行為期1周的標本采集及鑒定實習，該課程的實習由學生直接參與，加之有豐富經驗的老教師帶隊，歷年實施效果較好，得到學生歡迎。另兩門是發酵工程及設備、生物工程下游技術專業課，也均有1周的課程實習，但該兩門課程的實習均是采用參觀實習的形式，由于該部分的實習均是參觀發酵車間，噪音大，學生聽不清楚，學生在實習過程中走馬觀花，預計的實習時間很難達到，存在著實習實際學時達不到理論學時及實習效果差的問題。另外，發酵車間均大同小異，選擇參觀好幾個發酵工廠，學習效果差異不大，學生通過實習學到的知識量少。
（三）畢業論文研究不能有效提高學生的動手和創新能力
學生是在指導教師的指導下進行畢業論文的設計、實施和撰寫，畢業論文的完成可以培養學生的創新能力和實踐能力。但目前存在著老師指導學生數量過多的現象，有的老師會指導10名左右本科生；同時需要老師填寫及督促、檢查學生完成的表格有選題執行情況統計表、指導教師情況統計表、教師工作總結、畢業論文執行情況檢查表、中期檢查表、工作進度表、教師指導記錄表、工作日志、學生工作總結和優秀論文推薦表等，這些均加重了老師的工作量，使老師平均指導每個學生的精力減少，不可避免地造成學生畢業論文完成質量不高的問題。
（四）畢業實習實施困難
教學計劃中安排學生在第八學期的1至15周進行畢業實習，是將四年所學的理論和實踐相結合的重要階段，可促進學生基本理論、基本知識、基本技能的融會貫通，提高學生運用知識解決問題的能力。而目前就業的嚴峻形勢、學校對就業率的要求使學生不能安心去實習，因為利用實習階段去找工作的學生較多，而學院為了完成就業的任務，也放松了對畢業實習的管理。另外，長期的教學實踐表明，由于學生的動手能力差，學生進入實習單位后不能很快適應角色，用人單位也不愿意接收實踐能力不強的學生。
二、工程中心建設的實踐條件
寒區農業廢棄物資源化綜合利用工程技術研發中心依托單位為黑龍江八一農墾大學，共建單位為哈爾濱世宏環保工程有限公司。中心目前擁有包括35L-500L-1000L發酵系統、厭氧操作臺、大型高速離心機、凝膠成像系統、高分辨率顯微鏡、蛋白質純化系統、高效液相色譜等儀器設備100多臺套，價值500多萬元。中心學術帶頭人王偉東教授目前為國家“十一五”科技支撐計劃項目首席專家、黑龍江省“十一五”重大科技攻關項目首席專家、黑龍江省普通高校新世紀優秀人才、黑龍江省杰出青年基金獲得者。研究團隊多年來在木質纖維素的微生物分解與轉化、畜禽糞便和秸稈資源化處理生產生物有機肥、沼氣發酵技術與工程和秸稈微生物發酵生產飼料技術等方面取得了眾多的研究成果。共建企業哈爾濱世宏環保工程有限公司是一家環保工程設計及施工、農林廢棄物及污水處理的生物技術與生物質能源工程公司。公司涉及農業廢棄物處理、環境污染（水、氣、固體廢棄物）防治厭氧處理工程、大型沼氣發電工程、發酵料液制肥工程、環保設備集成、環保產品、環境工程等諸多方面。公司自成立以來，完成了雞西市梨樹區堿廠村、阿城濱圣養殖基地、通河龍口等多處大型沼氣工程。公司通過多起大型沼氣工程的建設，具備了豐富的建設經驗，能夠承擔大型沼氣工程的建設與機械設備的開發、安裝、調試等工作。公司不僅致力于沼氣工程的建設工作，還致力于先進技術的開發與利用，開展畜禽糞便堆肥化、生物質能源工藝技術及相關工程設備研發、技術熟化、成果轉化、技術服務等。
三、依托工程中心的實踐教學改革措施
（一）優化實驗課設置，整合實驗內容
針對實驗教學過程中存在的問題，參考國內高校生物技術專業課程實驗的設置進行實驗項目的整合，把重復的內容進行了歸類，開設新的實驗項目。每門課程的實驗內容、方法及目的均由授課教師進行開會論證，參與者為生物技術專業所有的授課教師及學院主管領導，特別邀請共建企業技術人員進行指導，對實驗課的開設實行嚴格的論證，并對有些課程的實驗進行了整合，形成一門課程：生物技術綜合大實驗課程，總學時為40學時，在第六學期開課；教學內容主要是融會貫通生物與分子生物學、微生物學、發酵培養的實驗技能，綜合考慮學校的教學條件及今后進入企業進行實習的要求開展實驗；教學方式采用學生自行查閱資料、設計方案，由指導老師對實驗方案修正后實施。
（二）調整專業課程實習為生產實習
鑒于專業課程實習與畢業實習存在的諸多問題，對生物技術的教學計劃進行修訂，保留了生物基礎課程實習，取消了專業課程實習，在第五學期的開學之初增加4周的生產實習，主要是進入發酵企業進行頂崗實習。為了讓學生能在實習單位盡快適應生產單位的條件，充分利用工程中心擁有的發酵設備條件，在工程中心進行1周的操作訓練后分散進入實習單位，如大慶志飛生物化工有限公司、肇東日成酶制劑廠、大慶華理能源生物技術有限公司等10多個企業，采用學校教師與企業技術人員共同指導負責制對學生的實習進行指導和管理。
（三）建設“多師結構”的實踐教師教學團隊
在培養理論與實踐兼備教師方面，我院進行了有益的探索。[5]為了進一步提高教師和學生的實踐能力，本科畢業論文的指導教師打破完全由教師承擔的制度，采用企業技術人員和教師共同指導方式。一方面減輕老師的工作量，另一方面研究的課題在一定程度上也解決了企業的一些問題，同時學生的綜合能力也得到了提高。
（四）鼓勵學生依據工程中心的條件申請創新訓練項目
為推進創新創業人才培養模式改革，強化學生創新創業能力訓練，進一步提升大學生的創新能力和創業能力，培養適應創新型國家發展戰略需要的高水平創新人才，我省及學校從2012年起設立創新訓練項目、創業訓練項目和創業實踐項目。獲批省級項目，學校支持8000元/項；獲批校級項目，學校支持5000元/項。鼓勵學生利用工程中心的條件進行創新訓練項目申請，申請成功后，工程中心將依據項目的內容提供實驗條件。
四、人才培養效果實驗
課程整合后，改變了以往以小的實驗為主，實驗內容簡單，僅僅為理論中某一知識點驗證的弊端，將有相關的知識內容有機地結合在一起，對學生系統掌握理論知識起到了很好的詮釋作用。生產實習的安排在解決了專業課程實習僅是參觀而得不到實際鍛煉的問題的同時，還為更好地開展畢業實習奠定了基礎，在此過程中工程中心起到了良好的銜接作用。“多師結構”的實踐教師教學團隊使學生的畢業論文質量得到了進一步提高，解決實際問題的選題內容比例增加。2009級畢業生選題中，針對實際問題的選題占32.4%，雖然比例還不是很高，但比2008級畢業生增加了近10%。2009級畢生中有15人參加到創新研究項目中，有5人次獲得優秀畢業論文，投稿論文3篇。
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(1)培養動手操作能力;
(2)培養觀察力、注意力、記憶力、思維能力和創造能力;
(3)培養合作、競爭意識;
(4)培養關心集體、團結互助的社會公德意識;
(5)培養自尊、自信、自立、自強的優秀品質;
(6)培養自學能力及資料檢索處理能力;
(7)激發學習生物學興趣，培養學習生物學情感。
1生物活動課的構建原則
為了更好地根據生物活動課特點開展活動，須遵循以下原則:
1.1生物活動課與學科課程內容互補原則。
1.2全面發展與個性培養相統一原則。
1.3自主性和主導性相結合原則。
1.4規定性與創造性相結合的原則。
1.5實效性和因地制宜原則。
1. 6趣味性和多樣性原則。
2 生物活動課現狀透視
近幾年，活動課程的設置受到教育部門及部分學校的重視，但目前許多師范學校生物活動課不同程度偏離活動課的構建原則，存在以下不容忽視的問題。
2.1組織上的自發性
生物活動課雖然強調自愿參加，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，部分師范學校生物活動課仍處于自發狀態，無牽頭的組織者、無組織發展的有關程序、無嚴格的組織紀律、無檢查評估的組織部門。這樣的自發組織是不穩定、不長久的。
2.2內容上的隨意性
活動課內容應根據學科的培養目標，考慮到和教材的銜接，體現有序性。而有些學校或生物教師在安排的內容上隨心所欲，沒有通盤考慮課程體系，又沒有精心設計活動方案，也不參照相應的活動課教材，使活動具有很大的盲目性，收不到實效。2.3形式上的單調性目前部分師范學校開展生物活動課時，忽視了學生的興趣、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。久而久之，把本來有興趣的學生培養成無興趣的人，抑制了學生個性的發展，有特長的學生得不到及時發現和接受相應的培養。
2.4開展活動的不經常性
由于活動經費、活動場地設施、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，缺乏連續性、遞進性。
3生物活動課的實踐
我校針對開展生物活動課存在的問題，以生物活動課構建原則為指導，結合學科特點，反復實踐，總結以下活動方式和操作形式。3.1健全的組織結構
開展生物活動課必須由教務處、教研室主任、班主任組成的健全管理系統。聘請有專長的生物教師任指導，選拔對生物學有興趣的學生組成活動集體。制定明確的活動計劃，包括活動課題、內容、目的、要求、時間、、參加人數、活動形式等，做到有的放矢。并從實際情況出發，因地制宜設計每一個活動方案，既能使學生在活動中學
到技能，還能在一定程度上使教育為當地的經濟建設服務。
3.2獨特的方案設計
活動課是學生在教師指導下的一種科技活動，優秀的活動方案是學生活動成功的重要前提。在活動中教師應創造條件，引導學生參與一些活動方案的設計，倡導參與意識，把握好學生參與的契機;體現自主性和主導性原則。以“空中綠化調查的活動課，，進程為例，設計活動方案。
活動進程
教師行為
學生行為
空中綠化對城市建設的影響
我市空中綠化的程度
空中綠化對各行業的影響
交代活動目標
明確活動目標
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
引導思考
積極思考
勇于探究
調查居民陽臺的綠化
調查馬路的欄桿綠化
調查建筑物的屋頂綠化
組織調查
激發動機
親自實踐
動手操作
我市居民陽臺綠化率不足10%
馬路欄桿、厘頂的綠化率近為零
我市空中綠化還存在著許多問題
總結討論
解疑釋疑
討論辨析
質疑問難
國內外城市綠化情況
影響環境的因素
引發聯想
促進遷移
積極想象
舉一反三
提交調查報告或
撰寫科研論文
評價分析
自我檢測
3.3豐富多樣的活動內容
3.3.1參觀考察
結合當地的實際，組織學生參觀市蟹苗養殖廠、貝雕工藝廠、水族館、珍稀蝴蝶展、海洋生物標本展，還參觀市污水處理廠、市環境檢測中心;組織學生看科普電影和錄像;考察新海電廠循環水的利用情況。參觀考察過程中請有關技術人員現場講解，參觀后組織學生談收獲、寫體會，教師作總結。
3.3.2實驗探究
根據學校現有的實驗條件，開展一定的實驗活動;也可以根據日常生活中發現有意義的課題，在教師的指導下進行實驗，讓學生獨立思考，主動探究，親自實踐，動手操作，敢于創造。如《綠蒂王、梧桐等花卉的組織栽培》、《用廢棄茶葉、櫟葉栽培靈芝高產技術的研究》、《玳瑁的人工飼養試驗》、《玉蘭種子的芳香油提取試驗》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別?也可就某些重大工程建設展開討論，如圍繞高公島核電站的建設對我市經濟的促進作用和可能對環境產生副面作用開展討論。討論中，注意營造自由商討的氣氛，使學生敢于大膽表述，注重培養學生的說理能力，加強語言規范表達的訓練，也滲透了環境教育。
3.3.4撰寫小論文
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隨著社會與經濟的越來越快發展，生態環保已經成為越來越重要的話題。生態環保關系到每一個人的生活，影響非常的大。而在生態環保中，最大的問題是水資源污染的問題，隨著工業等各種產業生產的需要，有的未經過檢測合格就擅自將污水排入河流或是水系里，導致自然水體被破壞，水污染越來越嚴重，而水污染嚴重影響著人們的生活。為了改變這一現狀，很多地方開始進行污水處理，但是傳統的污水治理方法成本太高，難以實行，取得的效果也不是很好，所以本文從生態環保角度出發，提出基于生態環保的污水處理技術。
一、污水致力傳統技術與污水生態處理技術簡介
污水處理技術有傳統的方法和生態處理技術。傳統的污水處理技術就是利用物理、化學等原理作用對污水進行凈化，物理方法就是利用物理特性將有害物質進行吸收，化學方法就是利用物質之間的化學反應將有害物質反映或是轉化為無害物質。而這兩種方法都不易實現，能源消耗非常大，而且在技術維護方面難度也比較大，成本比較高，難以進行有力的推廣。這也是很多企業冒著違規的風險將污水直接排出的原因。
生態環保的污水處理技術，就是利用生物原理將污水有目的、有控制性的投入到一定的生態系統中，利用這個生態系統中的土壤、動物、植物、微生物等多種資源的符合作用，將污水中的超標物質和有害物質進行利用吸收，使污水中的有害物質進行降解，最后達標的過程。這一過程也可以用循環再生來形容。生態環保的污水處理技術處理污水的最大好處就是操作簡單、投資較小、無副污染物出現，同時還可以達到整體優化的效果。
二、污水生態處理技術遵循的原理
1.循環再生原理
生物學中的循環再生原理，指的就是利用生態系統中的生物成分，將非生物成分合成新物質，然后又降解的過程，在這一過程中，通過生成和降解的循環，使整個生態系統保持平衡。在污水生態處理技術方面，也是利用循環再生的原理，將污水排入特定的生態系統，使污水中的非生物組分參與到這個循環再生的過程，加大了循環再生過程的進程和速度。
2.和諧共存原理
和諧共存原理指的是在生態系統中，所有生物與非生物之間的最穩定狀態就是和諧共存，如果做不到和諧共存，那么其中一方就會被一方毀壞，直到達到平衡為止。所以在污水處理的過程中，污水引入到一個特定系統中，引起系統的不平衡，這個系統里面的生物就會將污水里面的非生物稀釋或是降解，最后達到平衡狀態，做到和諧共存。
3.整體優化原理
使用生態學的方法對污水進行處理是一個簡單的過程，但是在這個處理過程中，包括很多環節，譬如說污水源控制、修復生態系統的選擇、污水布水公藝選擇、再生水的利用等等，這些環節都是必不可少的，而且對污水處理整個過程來說非常重要，不能單獨的進行考慮。所以，應該將這些環節作為一個整體來考慮，對這個整體進行優化，最后達到使用污水生態處理技術處理污水的同時又對污水中的資源加以利用，變廢為寶，達到整體優化的目的。
4.區域分異原理在進行污水生態處理技術上，必須要考慮到地區差異。因為每個地區的生態系統都會因為當地的特殊環境而不一樣，所以在考慮應用這種那個方法的時候就必須考慮到這個因素，不能盲目的進行，導致污水生態學處理技術作用不明顯。考慮到地區差異，就必須因地制宜，選擇不同的修復植物、布水公藝、管理方法等進行管理和運用。并且在開始利用使用污水生態處理技術的時候，應先進行小范圍的實驗，在取得成功后，在開始大規模的使用這種方法。這樣污水生態處理技術的成功率才會比較高。
三、污水生態處理技術的主要方法
污水處理技術主要是應用生態系統天然的資源，來將污水中的污染物質轉移或是轉化為其他物質，達到消除或是降低水中污染物中的作用。這種方法費用低還能達到整體優化的目的。目前，我國主要采取土地處理系統、蚯蚓濾池處理系統、生態塘處理系統三種方法來進行污水處理，并取得了顯著的效果。
1.土地污水處理系統
土地污水處理系統就是利用土地―植物系統的自我調控能力以及生物作用對污水進行處理，從而改善污水的水質，在處理污水的同時植物和土地可以吸收污水中的富營養和水分，從而土地更加肥沃，植物生產的更快，更好。這樣在進行污水處理的同時也能帶來植物的更好發展，一舉兩得，實現廢水最大化的利用，變廢為寶。污水土地處理系統有很多種類型，常見的包括慢速滲透處理系統，還有與之相對的快速滲透系統，地表漫流處理系統以及地下滲透處理系統。使用土地污水處理系統的這幾種方法來凈化污水，其使用的原理是沉淀、過濾、揮發、生物氧化、土壤吸附、光解等，這幾種都是最原始的處理污水的原理，包括物理原理和化學原理。這幾種處理方法都可以使污水處理到達標水平，可以直接灌溉或是作為景觀水使用。
2.蚯蚓濾池處理系統
蚯蚓濾池處理是人工制造的生態系統，就是將蚯蚓引入常規的濾池內構成。蚯蚓濾池處理系統是利用蚯蚓的消化分解作用以及過濾作用而達到處理污水的目的，所以蚯蚓濾池一般分為三層。第一層為蚯蚓分解層，這一層就是利用蚯蚓的消化分解以及上下鉆動的特性來達到分解污水中污染物的過程。這一作用原理就是蚯蚓吃食污染物，和體內的細菌進行反應，排除，蚯蚓糞便的細菌進入環境中后使得有機物的數量增多，殺死微生物，達到處理污染物的效果。第二層是補充層，第三層是承托層。第二層和第三層的最主要作用是過濾作用，使得蚯蚓處理過的污水進一步的過濾。污水從蚯蚓濾池的上部進入，經過處理后的水從下部排出。蚯蚓濾池的整個處理污水的過程操作簡單、成本比較低，污水處理效果好，可以方便推廣使用。
3.生態塘處理系統
生態塘污水處理系統也是應用較多的生態污水處理技術。主要原理就是將污水引入人工制造的一個生態系統中，這個生態系統包括水產和水禽類生物。生態池塘通過太陽能的光合作用以及各種食物鏈原理將污水中的有機物進行分解或是轉化，然后再通過食物鏈作用將物質一層一層的轉移，使用這種方式將污水凈化。這個方法之所以使用較多并且效果不錯就是因為采用這種方法，污水得到凈化的同時，水生植物和生物等也得到了食物，可以進行回收。這種污水處理方法不僅維護方便、成本低，更大的好處是可以獲得經濟效益。
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隨著生態環境污染的加劇，環境污染治理的難度也在加大，目前各高校環境專業對人才的培養提出了更高的要求，學生應進一步加深理論知識、加強實驗技能的訓練，以培養環境污染治理的專業人才。水污染控制工程是環境工程本科專業一門重要的專業主干課之一，具有極強的工程應用性。積極主動地探索水污染控制工程實驗教學，能夠使學生們更系統地了解和掌握各種水污染控制技術的原理及其應用，有助于培養學生運用所學理論知識解決廢水處理工程問題的基本技能，增強學生的工程實踐能力，對于培養水污染控制專業人才具有極為重要的意義。
一 水污染控制工程實驗教學中存在的問題
1.實驗設計不合理
水污染控制工程是一門多學科交叉的課程，涉及化學、微生物、材料學等學科的相關理論及方法。該課程實驗教學的基本任務是對學生進行科學方法和實驗技能的訓練和培養，使學生能夠系統地掌握各種水污染控制技術的原理及其應用方法。目前，所開展的實驗多為簡單的驗證性實驗，創新性不強；實驗所涉及的知識面窄，沒有覆蓋微生物、材料等與水污染控制相關的領域。
2.實驗教學程序化
水污染控制工程實驗教學中，主要由教師提前安排好儀器設備與藥品，開展實驗前任課教師認真講解具體的實驗方案、注意事項，學生再依據實驗指導書中的實驗方案和實驗步驟逐項開展實驗。實驗教學過程中基本以教師指導為主，學生通過參考實驗指導書來完成實驗，沒有充分發揮學生的主觀能動性，難以達到提高學生的設計能力和動手能力的教學目標。
3.實驗條件不完善
專門用于本科生實驗教學的場地、儀器、設備有限，教師及研究生從事科學研究的實驗室為了方便管理對本科生不開放。教學實驗只能安排4～5人一組共同開展實驗，導致學生難以在實驗過程中獨立思考、獨立操作，很難保證每個學生的參與度。
針對水污染控制工程實驗教學中存在的問題，開展教學改革和創新，以培養適應社會需要的高素質工程技術人才具有重要的意義。本文在實驗教學實踐的基礎上，結合實驗教學研究成果，對實驗教學方法的改進進行了一些探索與嘗試。
二 立足實驗教學，培養水污染控制工程專業人才
1.注重設計性實驗教學
設計性實驗教學由學生查閱文獻自主設計，通過與教師開展討論由教師引導學生精選實驗方案，指導其實驗操作，幫助其解決在實驗中可能碰到的各類問題，并且開展對實驗結果的分析與討論。基于本校環境工程專業特色，結合任課教師正在開展的科研課題，鼓勵學生參與其中階段性實驗的設計與實施。學生可以自由組合，多人共同動手來查閱文獻、設計方案與研究問題，以求實現最佳實驗成效，增強學生的專業能力。例如，針對重金屬廢水處理的研究方向，在掌握了化學沉淀法、吸附法處理重金屬廢水基本原理的前提下，開展文獻調研，針對水質特征，選擇合適的處理方案。這樣使學生能夠更好地理解化學沉淀法應用于高濃度重金屬廢水處理的優劣，以及吸附法適用于低濃度重金屬廢水處理的原因。為了更好地了解條件因素在實驗中的影響，要考察pH值、反應時間、溫度、沉淀劑/吸附劑投加量等因素對重金屬廢水處理效果的影響，得到最佳的工藝條件，為實際應用提供技術參數。設計性實驗教學能夠充分調動學生的主觀能動性，更好地培養學生解決實際問題的能力。學生在實驗之后撰寫報告時可采取論文的形式進行成績考核，從而幫助其掌握文獻檢索方法、數據分析方法以及科技論文撰寫的方法，為其今后投入科研工作奠定良好的基礎。
2.完善綜合性實驗教學
學生只有具備綜合的能力才能滿足解決現實環境問題的要求。綜合性實驗是培養學生綜合能力的重要環節。水污染控制工程綜合性實驗教學將水污染控制涉及的化學、微生物、材料學理論知識融會貫通至一個大實驗中，具備了理論知識及實驗技能上的綜合性。例如，針對水質十分復雜的垃圾滲濾液設計綜合性實驗，首先開展廢水的可生化性測定，再運用生化性能比較好的滲濾液開展活性污泥培養實驗及曝氣池中活性污泥性質的測定實驗，之后，將曝氣池中的混合液用豎流式沉淀法進行泥水分離，出水經過混凝之后用于開展吸附實驗，吸附實驗的出水可用于反滲透實驗中。通過鏈式廢水處理綜合實驗，原本臭不可聞的滲濾液變得清澈透明，使學生對水處理有了直觀認識的同時，也系統全面地掌握了水污染控制的理論知識并加深了理解，這樣可以提升學生綜合分析的能力以及比較能力。
3.嘗試開放性實驗教學
開放性實驗教學在實施過程中，要以學生為主體，由學生自行選擇實驗，自行確定儀器設備、藥品試劑、實驗方案、實驗步驟并開展數據處理與結論分析。在實驗過程中，教師只負責提供資料、協調設備、解答疑問。例如，結合本校環境工程專業特色以及研究前沿，開放研究生實驗室，設置“過硫酸鹽光化學氧化處理含砷廢水”開放性實驗，采用SO4-為主要活性物種降解污染物的新型高級氧化技術，利用其氧化廢水中的砷并實現深度凈化具有一定的優勢。實驗中，學生利用活性金屬氧化物作為原料，對其進行化學改性，從而制備活性較高的催化劑。通過研究改性條件對催化氧化處理的影響，得到最佳的制備條件；并且研究催化劑用于含砷廢水光化學氧化處理中的影響因素。當學生在個人的努力下，把親自制備出來的催化劑用于含砷廢水氧化處理之后，發現這樣做的效果十分顯著，從而產生強烈的自豪感，這樣能夠調動其學習本專業的主動性。開放性實驗教學手段不僅能夠調動廣大學生的學習熱情，使學生增進對理論知識的深入理解，而且還能提升其實驗能力，提高其解決實際問題的能力。
4.建設演示性實驗教學平臺
中南大學環境工程專業在校園內新建污水處理站60m2，用于實驗室廢水的處理，同時可用于水污染控制工程課程的演示性實驗教學，使學生全面了解水處理單元的工藝運行條件、技術經濟指標等，從而強化對學生實驗操作技能、工程實踐能力的培養。污水處理主要采用中南大學環境所自主研發的生物制劑，通過配合、水解、絮凝分離等關鍵步驟，實現污水的深度凈化。另外，還擁有多套水污染控制成套設備，如重金屬廢水生物制劑深度處理與資源化成套設備、有色冶煉水污染物高效處理回收實驗系統（具備高效處理含汞污酸及回用等特殊功能）等。在課程主講教授或相關負責教師的講解、帶領參觀或自由參觀下，學生對本專業知識的學習有了更感性的認識，激發了學生的主動學習與創新實踐學習的興趣。
三 水污染控制工程實驗教學改革中應注意的問題
第一，在開展設計性實驗教學時，應提前給學生啟發式的輔導，通過講解實驗的基本原理及領域內的前沿研究，引導學生自己查閱相關文獻；在充分調研文獻并進行總結的基礎上，制訂初步的實驗方案；經過與指導老師進一步討論確定具體的實驗方案及操作步驟，以便更好地完成實驗。
第二，在選定綜合性實驗時，應該注重并強調各實驗之間的互通性以及學生實驗技巧培養的連續性。把多門環境工程專業課程，如水污染控制工程、環境工程原理、環境監測、環境微生物學的基本原理及實驗操作技能有機地結合在一起，使學生的專業技能和實踐能力得到全面的綜合訓練，為培養面向實際一線工作崗位的實用型人才奠定較好的基礎。
第三，開放性實驗教學的實施過程中，應根據學生的興趣結合本專業的特色及研究前沿設置多個實驗，供學生選擇，切實調動起學生對開展實驗的興趣及主動性，鼓勵學生勤于動腦并勇于動手，獨立地完成各項實驗；逐步開放一部分研究生實驗室用于本科生實驗。
第四，實驗教學的考核，應注重從文獻調研、實驗設計、實驗操作、數據處理、問題分析、撰寫論文的全過程考核，采用研究論文的形式撰寫實驗報告更能體現學生的綜合能力。
總的來說，通過實施水污染控制工程實驗教學改革，提升了大學生綜合運用理論知識來分析與解決具體問題的能力；鍛煉了大學生們的實際動手能力，為培養面向實際一線工作崗位的實用型人才奠定了較好的基礎；培養了大學生們的創新能力，切實調動其學習的主動性；對于培養水污染控制工程專業人才具有很好的支持與推進作用。
參考文獻
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1.我國城市污水處理現狀分析
目前我國城市污水處理的面臨著重要的考驗，現有污水處理系統已經不能滿足日益增加的城市污水量。而工業廢水、日常生活排放污水在城市內部的流向對流經城市的河流以及淺層地下水也都有著不同程度的污染。這也使得我國多數城市水源受到污染，加大了城市生活用水處理的費用，加劇了我國城市廢水污染程度。近年來為了加快我國可持續發展戰略目標的實施、促進我國水資源優化、保護環境，我國很多城市已經開始了對城市內污水流向的治理，減少污水在城市內流向對淺層地下水的污染。同時大力應用新的廢水處理技術，加快污水處理建設，為我國可持續發展路線的實施打下堅實的基礎。
2.城市污水處理新技術分析
2.1曝氣生物濾池技術分析
曝氣生物濾池是一種經過改良的新一代上向流曝氣生物濾池。它既可以用于污水的二級處理，也可以用于處理出水需要回用等其它要求的污水深度處理，并且能夠達到很高的排放水質標準。由于曝氣生物濾池工藝將濾池和生化反應器結合起來，因此不再需要沉淀池；占地面積小，是常規工藝的1/4～1/5，節省大量征地和地基處理費用；池容小，土建工程量比其它工藝少20％～40％；全部模塊化結構，改擴建容易，工期短；上部出水為清水，濾頭不易堵塞，檢修和更換容易。無需放空濾池中濾料；可對廠區進行全封閉，無臭味污染，視覺和景觀效果好；不需要單獨的反沖冼水和反沖洗水泵，降低了設備投資和運行費用；穿孔管曝氣，節省設備投資和維護費，效率高。而膜式曝氣頭通常在運行兩年后開始喪失其效率；自動化程度高，操作人員少；低溫運行穩定，受溫度影響很小；由于其具有連續的物理過濾能力，一旦生物反應發生問題，濾池仍可去除絕大部分的懸浮物；而且僅需要幾天即可恢復生物處理能力，而活性污泥法需要幾個星期才能恢復；由于其具有的眾多有點，我國已經在2002年在廣東南海新建了一座設計流量為50000m3/d的新型曝氣生物濾池污水處理廠，從近6年的處理運行情況來看，運行穩定，處理效果好，是投資較少的一種新技術應用典型。
2.2天然有機化學污水處理技術的分析
天然有機化學在污水處理方面的優勢已經被人們認可，也使得其在污水處理中的發展前景越來越好。化學混凝與生物法共同作用污水處理法已經成為了天然有機化學污水處理發展的新方向。該工藝能有效去除水中的顆粒物、磷和氮，使出水水質達到一定的水平。有些國家把化學混凝法加生物處理作為主要的處理方法對城市生活污水進行處理，如挪威、瑞典、丹麥，其70%的污水都用混凝法+生物處理。其它一些國家如美國和香港用一種叫做化學強化一級處理法，該法比化學混凝法需要的混凝劑量更少，但足以去除大部分磷同時大大加快沉降速度。
世界上最常用的混凝劑為鋁鹽和鐵鹽，也有一定數量的有機聚合物作混凝劑或助凝劑。水和污水中的污染物去除是通過已知的機械原理即破壞膠體的穩定性而混凝，或者是化學藥劑與固體水解產物共同沉降來完成。混凝法的效率是受混凝劑的物理及化學特性、進水及工藝條件等因素的影響。
污水處理無疑是要花錢的。問題是要找到一種不僅投資少而且長期運行費用低的最經濟最有效的方法。根據歐洲污水處理經驗，要去除95%的BOD和90%以上的磷并且脫除85%氮，則化學強化一級處理+生物處理是最經濟有效的。化學處理法特別是在工業污水比例大、污水水質日/年變化大時更顯其最經濟有效。在快速發展的工業化城市，企業排放的污染物會影響甚至破壞傳統的生物處理過程，而化學處理法在這方面具有許多的先進性，能處理很多不同的污水，能承受很大的沖擊負荷。對實際污水處理工程而言，首先用化學法進行污水處理研究，不僅能承受沖擊負荷，將污水處理到一定的程度，還可以了解污水的組成和變化情況，為較易受污水沖擊負荷、毒性物質影響的生物處理提供保護。種種優勢預示了天然有機化學污水處理的良好發展前景。
2.3污水生物處理方法分析
生物污水處理是用生物學的方法處理污水的總稱，是現代污水處理應用中最廣泛的方法之一。主要借助微生物的分解作用把污水中有機物轉化為簡單的無機物，使污水得到凈化。按對氧氣需求情況可分為厭氧生物處理和好氧生物處理兩大類。厭氧生物處理系利用厭氧微生物把有機物轉化為有機酸，甲烷菌再把有機酸分解為甲烷、二氧化碳和氫等，如厭氧塘、化糞池、污泥的厭氣消化和厭氧生物反應器等。好氧生物處理系采用機械曝氣或自然曝氣（如藻類光合作用產氧等）為污水中好氧微生物提供活動能源，促進好氧微生物的分解活動，使污水得到凈化，如活性污泥、生物濾池、生物轉盤、污水灌溉、氧化塘的功能。污水生物處理效果好，費用低，技術較簡單，應用比較簡單。當簡單的沉淀和化學處理不能保證達到足夠的凈化程度時，就要用生物的方法作進一步處理。生物處理中要特別注意掌握凈化污水的微生物的基本特點，滿足其要求條件；污水中BOD與COD比值要大于0.3。溫度影響較大，冬季一般效果較差。
3.加快分流制排水管網的推進，促進污水處理的實施
我國原有城市排水管網多位合流制排水管網，其是通過在城市中鋪設一套排水管網用來排泄污水和徑流雨水。這樣的排水管網導致后期在進行污水處理時加大了處理量，增加了污水處理費用。而目前較為先進的分流制排水管網，是在城市中設兩套獨立的排水管網，分別排泄污水和徑流雨水。這就使得在后期進行污水處理過程中，可以不對徑流雨水進行處理，只針對污水進行處理，大大降低了污水處理費用。鋪設分流制排水管網的費用與合流制排水管網污水處理費用相比，分流制雖然一次性投入較大，但是綜合比較可以發現，其在管網運行多年后，總體費用只占合流制管網污水處理的42.7％。因此，加快我國老城區合流制管網改革，在建設新城區時積極采用分流制排水管網設計是污水處理發展的必然方向。
結論
城市污水處理新技術的不斷涌現，為城市污水處理提供了更過的選擇空間。同時也使得我國污水處理技術正在向著國際化的標準邁進。通過新技術的應用及人們對日常生活中無磷清潔用品的廣泛使用，減少有害污水的產生，為我國環境保護打下堅實的基礎。
參考文獻
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2氧化亞鐵硫桿菌的氧化機理
自20世紀60年代以來,因為它們具有特殊的生物學功能,吸引了許多學者對T.f和T.t的生理特性進行了研究。許多研究表明,T.t利用單質硫的能力比T.f強,但T.t不能利用硫酸亞鐵。Wong和Henry對氧化硫酸亞鐵的機理進行了詳細的研究,指出能將亞鐵氧化成三價鐵,三價鐵會與硫酸根離子發生反應產生鐵礬沉淀,同時產生硫酸而引起pH的下降:
4FeSO4+02+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O
(1)
6Fe3++4SO42-+12H2O2HFe3(SO4)2(OH)6 +10H+(2)
Templellvl和Leathen等人研究發現氧化亞鐵硫桿菌能將礦物中的硫化礦物氧化為硫酸和硫酸鹽。Bryne等對T.f氧化硫化礦物的機制進行了詳細的研究。并提出了一些常見礦物的主要反應機理,如黃鐵礦和黃銅礦:
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微生物分子生態學研究的一般方法和原理
微生物分子生態學是分子生態學的重要組成部分,是分子生物學、微生物生態學、微生物生理學與遺傳學相互結合而產生的一門邊緣學科。從目前的發展狀況來看,當前的主要研究領域有:采用分子生物學技術研究不同自然環境中微生物的種類組成和群落結構以及它們的數量動態；環境因子對微生物基因表達的影響:自然條件下微生物之間遺傳物質的轉移:微生物與高等生物相互作用的分子機制,包括共生關系的建立、病原微生物的致病機制等。因此,微生物分子生態學是利用現代分子生物學的基礎理論與技術,在分子水平上,研究微生物與其生態環境間相互關系的一門新興學科。
3.1 一般研究方法
(1)平板涂布分離。
(2)顯微鏡觀察:普通光鏡、相差顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡。
(3)MPN法,即最大或然值計數法,是平板涂布分離法的一種,但由于廣泛應用,被單獨作為微生物研究的一種技術。
(4)活菌計數法,常見的用啞嚨橙染色,活菌死菌顏色不一樣。
3.2 分子研究方法
(1)純種分離,G+C測定、16SrDNA, ISR測序、比對。
(2)變性梯度凝膠電泳(DGGE),通用引物PCR擴增同樣長度的基因,常為16S的一段(300bp～400bp),割膠純化、克隆測序,比對變性梯度凝膠電泳((DGGE)技術以土壤微生物群體的基因組DNA為研究對象,通過比較不同土壤中各種微生物的16SrRNA基因信息來了解微生物的多樣性。
(3)FISH熒光原位雜交,設計不同熒光染料標記的特異探針,檢測不同分類界元水平的細菌,可在細胞水平或者核酸水平與目標菌種雜交,在表面熒光顯微鏡或者CLSM(共聚焦激光掃描顯微鏡)下監測。
(4)TRFLP,末端限制性長度多態性。
(5)ARDREA.RISA。
(6)流式細胞儀計數。
(7)Real-time實時熒光定量PCR監測技術。
(8)克隆轉化法:通用引物擴增從水樣、土樣中提取得總DNA,獲得全長的16S rDNA序列,隨機克隆入載體,轉化到大腸桿菌,挑取陽性菌落,用不同的限制酶酶切檢測不同的克隆,測序、比對。
(9)DNA芯片技術,主要用來研究微生物的功能基因組學。
4本論文的立論依據
AMD的pH通常很低,嚴重的地方可達pH2.0,富含SO42-離子和Fe3+離子,易浸出廢礦石中的有毒元素,如鉛、砷、鉻、銅等以及氰化物,對礦業生產、生態環境造成嚴重危害,所以就AMD的研究越來越重要。我國自1959年以來,對微生物處理污水的技術的研究已取得了一定的成果,但重點放在污水菌種的保藏的研究方面,而且就整體情況而言與國外相比要差的遠,在污水處理微生物生物學方面的研究相對于前者明顯滯后。不僅設備、工藝落后,更主要的是對微生物本身沒有作進一步的研究,缺乏對菌種生物學性狀較為全面的認識,譬如菌種的生理、生化性狀以及分類地位的了解,缺乏對菌種分子水平上的認識及其在污水處理過程中菌種所參與的機理等的研究,因而也就不能很好的指導生產實踐。從目前發表的一些較為零碎的文獻及幾本專著看出,在酸性污水中細菌的研究方面,生物領域的科技工作非常薄弱,主要是一些污水治理方面的專業人員在從事相關研究。
目前,我國對浸礦細菌的資源開發工作做的遠遠不夠,根據國內外文獻報道,用于處理酸性污水的細菌有氧化硫硫桿菌(A.Thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌((Acidithiobacillus ferrooxidans);鉤端螺菌(Leptospirillum)、中等嗜高溫菌,如文獻報道的硫化桿菌屬(Sulfobacillus),如熱氧化硫化桿菌(Sulfobacillus thermosuidooxidan)以及一些未確定分類位置的細菌、嗜酸嗜高溫古細菌等。就細菌遺傳多樣性、系統學研究工作來說,目前國內發表的文獻主要集中在放線菌、根瘤菌、嗜鹽堿的古菌方面,對硫桿菌其他浸礦細菌的多樣性及系統發育工作而言,國內尚見較為系統的報道。因此,對硫桿菌及其它浸礦細菌的多樣性研究就很有必要。
(1)硫桿菌(Thiobacillus)及其它嗜酸菌分子系統學研究目標及意義。
在地球表面廣泛分布有元素硫及其金屬化合物而形成的許多特殊環境,如硫鐵礦、地表及海底的含硫熱泉等。近年來,由于各國微生物學家對極端環境條件中的微生物資源的研究開發成為一個熱點,使得硫鐵礦、含硫熱泉等酸性條件中的微生物多樣性的研究取得了較快的進展,發現了許多生理生化性狀特殊的細菌,其中有些歸屬于硫桿菌,有些目前還未確定其系統位置。分子生物學技術在含硫的酸性環境微生物系統學、生態學研究中的廣泛應用,不僅發現了許多常規技術不能發現的新細菌,也對這些細菌的分類及系統學地位的確定提供了有力的手段,同時對一些已知細菌的分類及系統位置進行了修訂,使得傳統意義上的硫桿菌分類更趨合理,盡量可以建立一個亞利士多德所謂的接近于自然的分類體系。對氧化亞鐵硫桿菌系統學地位的確定不僅具有重要的理論意義,對指導細菌浸礦等生產實踐中優良菌株的選擇也具有直接的應用價值。我國地域廣闊,各種含硫的礦產資源及自然生態環境非常多樣化,蘊含著非常豐富的代謝硫的細菌資源,而倍受國外微生物學家的關注,因此加大這些細菌資源的開發和研究力度,將為這些細菌的生產應用實踐奠定理論基礎。本課題研究的目標之一就是大量開發我國不同酸礦環境中的微生物資源,尤其是一些硫氧化細菌及其這些細菌的分子系統學的研究。
(2)不同環境中嗜酸菌的遺傳多樣性研究及其意義。
由于Acidithiobacillusferrooxidans,A.thiooxidans,A.caldus, Leptospirillumferroo xidans這幾種細菌能夠氧化亞鐵、還原性的金屬硫化礦,目前被廣泛應用于微生物濕法冶金、煤和天然氣脫硫、酸性礦區的生態恢復治理、污水處理等技術,使得這些細菌成為微生物學家研究的熱點之一。但是由于硫礦的化學組成不同與含硫酸性環境在地球上的生態分布與多樣性極其復雜,使得這類細菌同一種不同菌株的生理生化性狀表現出顯著的不同,形成了表型差異明顯不同的菌株,同時造成這些細菌不同菌株的遺傳組成差異顯著,即所謂的遺傳多樣性,利用分子生物學技術研究這些細菌的遺傳差異,不僅有助于篩選、鑒定出性狀明顯不同、在浸礦實踐中針對不同化學組成的礦體表現高效的菌株,反過來也可以從物種進化上闡明不同環境造成的選擇壓對細菌進化的作用以及細菌對環境的適應性,進一步對表型差異懸殊、介于相似種之間的菌株的系統學地位重新進行研究修訂,并且有助于闡明自然界廣泛分布的許多代謝硫、鐵有關的細菌的起源及進化關系。目前,雖然微生物冶金基礎研究被列為國家973重點基礎發展計劃,但我國在浸礦細菌的生物學基礎研究方面所作的工作幾為空白,對這些細菌的多樣性有待進一步研究挖掘。從世界各地大量采集分離純化菌株,進一步闡明這些細菌的分子系統學及進化關系,從遺傳多樣性的角度選擇優良菌株,為應用于生產實踐提供理論基礎。
由于我國生態環境多樣性非常豐富,存在各種各樣的富含金屬及硫化合物的生態環境,因此有可能分離到生理及遺傳差異明顯的不同菌種,存在非常豐富的種以上水平和種下水平的多樣性。但到目前為止,國內對嗜酸細菌物種多樣性和遺傳多樣性的研究幾乎為空白,基于此這兩個細菌多樣性的研究是本課題的主要目標之一。
5前景展望
在研究的基礎上,進行微生物優勢群落的生理生化分析和限制多態性分析,可繼續進行礦區酸性污水微生物類群多樣性的研究,進而研究礦區酸性污水微生物類群的結構和分布的特異性,進而確定這些菌株分類學和系統發育學地位。由于條件有限,本研究許多方法、步驟還有待改進和完善(比如在提取污泥中細菌的方法上我們有待改進),在未分離和測序的種群中,還蘊藏著豐富的微生物資源,需要進行進一步的研究。隨著工業污水微生物資源研究理論的發展和研究技術的完善,人們必定從工業污水微生物中獲得矚目成果,更好地為人們的生產生活服務。
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1．2確立創新能力培養模式
為適應學科發展和社會服務的要求，南京大學環境科學與工程實驗教學中心在實驗教學過程中，以學生為本，以培養學生綜合素質、調動學生潛能、提高學生自主創新能力為目標，不斷改進實驗教學方法和手段［8］，摸索出了一套創新能力培養模式。該模式可歸納為“頂天”、“立地”式，即:一方面依托國家重點學科、國家重點實驗室、國家工程中心等高水平教學科研平臺和環境學院高水平的師資隊伍，將實驗教學與科研相結合，鼓勵學生早期進入實驗室進行科研訓練，實現“頂天”;另一方面將實驗教學與工程應用和社會實踐相結合，加強暑期學校的生產實習和實踐教學活動，建立穩定的校外實習基地和中試基地，開展多種形式的社會實踐活動，鼓勵學生走出象牙塔、關愛自然、服務公眾、回報社會，鍛煉學生切實解決實際問題的能力，實現“立地”。
2實驗教學與科研相結合的方式
2．1科研成果轉化為實驗內容
南京大學環境科學與工程實驗教學中心堅持實驗教學內容與我國環保形勢和國際學術前沿接軌，鼓勵實驗教師積極開展科學研究和實驗改革研究，將自己的科研成果轉化為實驗教學的內容。如:早在上世紀90年代，當時的實驗室主任孔令仁教授就將自己的“光化學氧化降解有機污染物”的研究成果轉化到專業實驗課“環境化學實驗”中，開發了“萘水溶液中的光化學氧化實驗”、“產生柱法測定萘水的溶解度”等新實驗，近年還把新開發的“多功能光降解儀器”應用到教學實驗中;楊柳燕教授把國家自然科學基金項目研究成果轉化成“環境微生物學實驗”中“有機污染物的微生物降解—高效脫酚菌的分離和篩選實驗”，并將Ames試驗轉化為“鼠傷寒沙門氏菌/哺乳動物肝微粒體致突變性實驗”;孫成教授把新技術“雙波長與導數光譜法”應用到專業基礎實驗課“環境監測實驗”中，開發了新實驗“雙波長與導數光譜法測定廢水中苯酚與2，4－二硝基苯酚”;高士祥教授將其主持的國家自然科學基金項目“環糊精對難降解有機污染物的降解機理研究”的部分內容編寫成研究性實驗———“增溶實驗”，應用于低年級學生的開放性實驗中，等等。
2．2本科生創新性實驗計劃
南京大學自2007年4月起全面啟動了大學生創新訓練計劃，由本科學生個人或創新團隊在指導教師的指導下，自主選題、自主設計并完成實驗。環境科學與工程實驗教學中心在學校投入專項經費、設立創新訓練指導中心的基礎上，追加投入經費和人員指導，構建了完整的國家、省、校、院系四級大學生創新訓練體系，積極組織學生申報，學生也展現出較高的科研熱情和良好的實踐能力。3年來累計申報通過65項，支持總經費26．7萬元。其中2007年獲得國家級、省級重點支持的7項，校級項目8項;2008年獲得國家級、省級重點支持的7項，校級項目15項;2009年目前已獲得省級1項，校級14項。迄今已結題16項，獲得國家級優秀3項。
2．3開放性實驗
南京大學環境科學與工程實驗教學中心根據低年級學生主要接受化學、生物、物理等基礎實驗訓練的特點，依據學校“優化課內”，“強化課外”的教學原則，為浦口校區一二年級學生開放實驗室，設置開放性實驗，提高低年級學生對專業的認識。開放實驗的內容及手段均綜合了多門學科，是集基礎知識、學科前沿動態與實際應用為一體的綜合性實驗。其中包括:小麥受重金屬脅迫實驗研究、工業廢水實驗室模擬多級處理實驗、浦園室內外環境空氣污染檢測與控制研究、浦園水體富營養化檢測與控制研究等12項實驗項目。參加學生120人次/年，并提交相應實驗報告及論文［9-10］。
2．4本科生導師制度
為強化科研與教學的相互滲透，鼓勵學生早期進入實驗室進行科研訓練，環境學院設立了本科生導師制度，吸納本科生在二三年級即可自主選擇導師、參與導師承擔的重大課題的研究，并對本科生開放重點實驗室、資料室，提倡本科生和研究生合作進行實驗和研究活動，鼓勵本科生學研結合，積極撰寫和發表學術論文。在本科學習階段，很多學生受益于創新性實驗計劃和本科生導師制度，發表了學術論文，參與了專利申請。近年來，本科生37篇，其中SCI論文10篇。
2．5本科畢業論文和設計與導師科研課題掛鉤
多數本科生畢業論文和設計均從導師承擔的課題中選題，使學生有機會接觸學術前沿。根據近3年的統計，41%的本科生畢業論文選題來自指導老師承擔的國家級課題，29%來自省部級項目。
3實驗教學與工程應用和社會實踐相結合的方式
環境科學與工程是應用性極強、與社會密切相關的學科，承擔著解決經濟發展中必然伴隨而來的環境問題的重任。因此，實驗教學中心突出理論教學與實際工程和社會應用的結合，鼓勵學生走出象牙塔［11-12］，通過多種方式達到關愛自然、服務公眾、回報社會的目的。
3．1暑期學校
南京大學自2003年起實行3學期制，在暑期舉辦5周時間的暑期學校，著力培養學生綜合素質。中心承擔了環境學院“暑期學校”的教學任務，通過聘請國內外學者開設專題課及講座、安排研究型實驗、組織數學建模等競賽培訓、建立穩定的校外實習基地、以及開展多種形式的社會實踐活動，鍛煉學生的實踐能力，并通過指導學生完成實習報告、小學期總結或撰寫學術小論文等，提高綜合能力。
3．2教學實習
中心與多家科研院所、企業、環保管理部門建立了長期的合作關系，擁有穩定的教學實習基地，為學生提供接觸工程和社會的機會。這些基地包括:南京地理與湖泊研究所太湖生態系統實驗站、中石化揚子石化水廠、南京大學宜興環保科技研發中心、江蘇泗洪洪澤湖濕地自然保護區、江蘇省環境科學研究院、江蘇省環境監測中心站、南京市環境監測中心站、常州市環境保護局、江蘇戈德環保科技有限公司、江蘇三強環境工程有限公司等。這些實習基地均有良好的設施、穩定的指導教師隊伍，教學實習工作規范化、制度化，能滿足不同專業教學實習的要求。其中南京大學宜興環保科技研發中心為環境工程專業的學生提供中試基地，成為實驗教學中重要的組成部分。
3．3暑期社會實踐
暑期社會實踐是鍛煉學生能力、培養學生人文素養的重要手段，學生經過社會實踐的洗禮后能達到“長見識，增才干”的鍛煉效果。中心在學生實踐方面給予了很高的支持力度，連續3年被評為“南京大學暑期社會實踐先進集體”，多支團隊和個人受到省級和校級表彰。以2008年為例，成功申請暑期社會實踐團隊9個，都非常成功地完成了實踐任務，取得了優異的成績，其中“濕地使者行動”、“綠色蒲公英”等實踐團均引起了當地公眾和媒體的關注和稱贊。
3．4環保協會活動
中心通過支持南京大學環境保護協會的活動，在學生中開展各類環境主題活動，同時加強學生對外交流，服務于社會。如開展各類環保知識講座;組織“綠色”系列活動———與南京大學青年志愿者協會合作在校內以及紫金山開展垃圾清理志愿服務;在南京市梅花山以及揚州市開展環境風險與人身健康調研系列活動;組織綠色活動、濕地使者行動等品牌活動。
3．5實驗教學開到海外
為拓展人才培養視野，中心致力于本科生國際交流合作，將實驗教學的課堂開到海外。
(1)本科生赴海外著名大學插班學習。每年均有人數不等的學生派到美國、澳大利亞、日本、芬蘭和香港等地學習和生活，直接接受國外著名大學的熏陶，培養實驗能力和國際化的眼光。
(2)赴美科學實踐之旅。聯合美國自然科學研究院和美國圣約瑟夫大學于2008年8月共同組織了一支包括2名教授、2名博士生、2名碩士生和8名本科生的學習交流團隊，赴美國費城等地參加了為期20天的活動，以引導學生走出校園、邁出國門、接觸世界、開拓視野，在理論聯系實際的基礎上深入探究環境問題的根源和本質，努力探求解決當前環境問題的有效途徑。
