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摘 要：目前，高效低耗去除水中氮磷污染物是國內外廣泛關注的環境問題，污水反硝化脫氮除磷技術則是當前的研究熱點。本論文針對反硝化脫氮除磷技術的核心——反硝化除磷菌的微生物學性能進行了研究，以深入理解反硝化除磷現象，也由此才能充分利用其優越性來提高和優化生物脫氮除磷效率和工藝。
到目前為止，國內外學者普遍關注反硝化除磷工藝的試驗及影響因素，但對反硝化除磷脫氮微生物及其種屬的研究較少，尚處于起步階段，而針對反硝化除磷菌種在生理生態方面的特性研究則更少。本論文針對反硝化脫氮除磷技術的核心——反硝化除磷菌開展微生物學研究，更進一步理解反硝化除磷現象，提高生物脫氮除磷效率。
1.反硝化脫氮除磷的微生物機理 Seyoum Yami Gebremariam, Marc W. Beutel, David Christian, et al. Research advances and challenges in the microbiology of enhanced biological phosphorus removal-a critical review. Water Environment Research, 2011, 83(3): 195-219.
1 案例應注重理論與實踐緊密結合
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
我們將過去獨立、互不相關的微生物實驗改為一連續的探索性的大實驗,開設了一門“環境工程微生物綜合訓練”的獨立課程。課程放置在學期結束時的實踐周中進行,集中對學生進行微生物的培養、分離、鑒定和污水處理應用的基本操作的訓練過程,這樣強化了對學生基本技能和動手能力的培養。綜合訓練的主要內容包括:首先在制備各類培養的基礎上,采取不同的環境樣品中進行接種、培養,通過菌落和個體形態觀察,純化細菌、放線菌或霉菌和酵母菌,然后學生以自己分離、純化的菌種為材料繼續進行以后的實驗,在對細菌形態觀察、革蘭氏染色和菌體大小測定基礎上,最后做細菌的生理生化試驗,對細菌做出初步鑒定,并將分離出來的細菌用于生活污水的處理上。環境工程微生物綜合訓練的主要實驗內容和所涉及的知識點見表1。改革后的綜合訓練使原來孤立、不連續的實驗形成一個連續的整體。在微生物的菌種的培養和分離,純種的計數和鑒定等方面強化了學生的實驗技能。各種基本操作技能在微生物綜合訓練中多次操作,反復應用,能大大提高學生的微生物技能的綜合應用能力。
驗證操作性實驗相對較多,設計性、綜合性實驗相對較少是目前實驗課程教學中的突出問題,這對培養實用型人才極為不利,也不利于調動學生的學習興趣和積極性。我們將一些應用性、綜合性和學生感興趣的實驗課題,作為選作實驗,供感興趣的學生通過查閱相關資料,綜合運用不同實驗技術,設計實驗方案,通過教師指導和小組討論確定方案并加以實施。實驗后綜合分析實驗結果,撰寫科創論文。比如,“微生物誘導腐蝕”的選作實驗,主要是研究研究厭氧微生物對金屬腐蝕過程,使同學們擴大對微生物環境作用的了解,增強學生的學習興趣和實踐動手能力。這樣,既能提高學生對實驗的興趣,又能促使他們將所學的理論知識應用起來,從而加深對環境工程微生物課堂教學內容的理解。(如表1)
2?重視視頻實驗教學的應用
微生物個體微小,學生對它的感性認識不多,這使得許多有關微生物的概念變得抽象、難以理解。在實驗教學中,有目的的引入了視頻實驗等多媒體教學的方法,可以增加實驗教學的直觀性和趣味性,并在一定程度上彌補實驗教學經費緊張等問題。我們不僅制作了環境工程微生物的多媒體課件,而且采用視頻教學短片,向學生展示基本的實驗操作,以及相關實驗技術的發展及其在生產或科研中的應用。這些改革以視頻的形式向學生展示實驗的基本過程,具有較強的直觀性,通過屏幕清晰形象準確地展現每一個步驟,使學生掌握實驗操作技能的關鍵所在加深了學生對使微生物的實驗規程和操作技巧理解,如無菌操作技術、微生物的分離和培養技術、消毒滅菌技術、斜面、液體、平板接種培養方法等。采用多媒體進行實驗教學,具有形象、生動、信息量大的優點,結合教師在實驗過程中的講授和示范,有利于學生在腦海里建立每一種實驗操作的標準和規范。因此應該加強多媒體在環境微生物學實驗教學中的應用。
3?強調實驗前的準備工作
傳統的實驗課程教學方法是由實驗教師幫助學生完成很大一部分準備工作,學生只是按教師的講解和實驗手冊的步驟進行操作。我們在微生物綜合訓練中,改變實驗課中講解過多的現象,只是重點講述實驗成功的關鍵并事先提出思考題,讓學生們帶著問題去進行實驗,讓學生通過實驗歸納出結論,從而理解和驗證微生物學的基本原理。教師在實驗中起指導作用,著重培養學生的動手能力。由于綜合實驗涉及的內容很多,所以我們要求學生先復習以前學過的知識并寫出實驗計劃(包括實驗目的、原理、儀器、材料、步驟),然后在課堂上對實驗計劃進行討論,討論后學生再進行修改,最后由教師審定。審定合格后,學生方可開始進行實驗,這是可以提高學生的實驗培訓的主動性。實驗從實驗材料的準備到每一步實驗都由學生自己動手,教師只起檢查和輔導示范作用。讓學生明白每個實驗步驟操作的好壞對后續實驗的進行有直接的影響,培養學生整體的實驗觀念和細心的操作習慣。由于是學生自己進行實驗的準備工作,可以加深對實驗的目的、原理、方法、步驟的了解,實驗效果很好。
4?改革實驗課程的考核形式
綜合訓練的考核是既是課程設置的要求,也是對學生實驗技能學習的一種督促和檢查。在微生物綜合訓練中,我們將學生4~5人分為一小組,同一組的每位學生既有分工又有合作,每位學生都獨立進行無菌操作、接種培養等工作。在材料的準備和實驗完成的整個過程中,任何一個步驟的失誤都將直接影響最終結果,因此我們要求每位學生規范操作,仔細觀察,及時記錄,培養嚴謹的科學態度和獨立操作能力,老師對每位學生的操作和實驗結果都做出客觀的評價。將綜合訓練考核分為預習、操作、實驗報告三部分記分。在實驗過程中,進行現場指導,當場考核,不僅要看實驗報告,更要依據預習、現場實驗操作和實驗結果綜合考核。在操作考核中既有單獨的個人操作考核,也有分組的操作考核。實驗報告要實事求是,嚴格杜絕相互抄襲現象。要求學生在實驗報告中對實驗過程和結果進行詳細記錄和分析,養成一個善于分析問題和總結問題的好習慣。實驗報告中的分析與討論是很重要的內容,我們鼓勵學生在分析討論中自由地寫出自己對實驗的理解,比如哪些操作步驟沒有做好,或者在實驗過程中容易出現什么問題,如何避免等,還可以提出對實驗設計修改的建議。通過對實驗問題和結果的分析、討論,可加強學生對理論知識的理解,大大提高學生分析問題和解決問題的能力。
通過這些改革措施,使學生能夠認識到實驗課的重要性,同時也提高了實驗課的地位和學生的積極性,教學質量有較大的提高,為環境工程專業后續課程教學的展開和將來畢業論文的順利完成打下基礎。
5?培養工程實踐觀念
環境工程微生物學作為一門邊緣學科，它要求學生要將理論與工程實踐緊密結合，是一門實踐性很強的課程。掌握必要的環境工程微生物學實驗技能對于理解和認識環境工程微生物學有關理論，從事環境工程相關研究工作具有重要意義。現代大學教育的目標是培養學時創新意識和能力，將以知識為核心的觀念轉變為以創新為核心，從強調傳授知識到知識與能力并重，培養應用型人才。因此，大量的課程實驗成為鞏固和加深學生對基本知識和基本技能掌握與理解的必然要求。然而，傳統環境工程微生物實驗課中，各部分實驗項目相對獨立，連貫性不強，且內容重復較多，學生在有限的課堂教學中難以系統地把握微生物學實驗操作，不利于實現對培養學生的環境工程微生物操作技能和綜合素養。面對近年來各種實驗課堂教學學時都存在壓縮趨勢，如何在實驗教學過程中綜合設計、合理調整、突出重點顯得非常關鍵。因此，我們可以根據實際需求和條件，適當調整實驗內容，將原有各相對獨立的實驗項目按照器皿包扎、配制、消毒，菌株劃線分純、計數、轉種、保存，革蘭氏染色、菌落觀察及菌體特征顯微觀察等系統串聯在一起，形成一個綜合性實驗。通過該綜合實驗短期而系統的鍛煉，讓學生掌握4種以上實驗項目的實驗技能。
這不僅優化實驗教學內容，能夠讓學生在有限實驗教學學時內掌握幾種關鍵的微生物學基礎操作技術，而且使他們對環境工程領域所涉及的微生物學研究途徑有一個完整認識。結合自身特色，設計綜合性實驗。如自建的污水處理廠，環境工程專業實驗室位于污水廠辦公樓內，極大程度上方便了相關實驗課的開展。結合此特點，我們提出了“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”的綜合性實驗。
一、綜合實驗教學方案設計
污水生物處理主要是指利用微生物的新陳代謝作用，分解轉化污水中的污染物，達到凈化水質的目的。生物處理是目前污水處理最有效、最經濟的方法之一。污水處理過程中微生物種類繁多，采用傳統技術方法和鏡檢來分純、計數、觀察其中的優勢菌株，對比其與進水和出水中主要菌株的差異，有助于了解污水生物處理過程中微生物的生長情況，鞏固基本操作技術。長期對不同階段、環境下污水處理中優勢菌株觀察，可以有助于正確判斷污水處理運行情況。綜合性實驗“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”是在綜合實驗準備環節、細菌計數、劃線分純、形態觀察等操作的基礎之上，完成對污水中微生物的劃線分純培養、斜面接種、菌落計數(平板涂布法、傾倒法及顯微鏡直接計數法相比較)、菌落觀察、菌體觀察(革蘭氏染色及鏡檢)等系列分析工作。通過對污水分離菌的菌落和菌體形態觀察，初步判定大致所分主要菌株類型。結合本組的實驗結果，了解所選污水處理的不同階段微生物生長情況。在學習對污水處理過程中微生物生長情況簡單分析的方法的同時，強化了學生的微生物基礎操作能力。
二、實驗教學內容實施
讓學生掌握微生物基礎操作，并嘗試判斷污水處理的前、中、后不同階段細菌生長情況。實驗前，先統一以PPT形式講授整個實驗流程及各部分須注意事項，然后開始分組實驗。
(1)實驗準備環節:配制固體基礎培養基和0．85%生理鹽水，并分裝固體培養基———6支試管(每支5mL)做斜面，剩余裝入錐形瓶中;另外，制作試管、錐形瓶的棉塞，并對試管、錐形瓶、培養皿、移液管進行包扎;然后對以上所有實驗用品進行高壓滅菌。取出后放入無菌操作臺中，并用紫外滅菌。用無菌錐形瓶分別取進水、處理中、出水水樣，備用。
(2)細菌計數:計數之前首先對所取水樣進行梯度稀釋，然后按照平板涂布法、傾倒法及用血球計數板直接計數法分別進行計數，盡量讓學生了解并掌握三種計數方法的特點與差異，以便今后根據實際情況選擇合適計數方法。
(3)劃線分純:取原水樣進行平板劃線，根據微生物菌落特征分別選取分散開的不同菌落進行再次劃線后繼續培養，直到獲得多個不同菌株。此部分工作由于每次劃線培養都需要1天時間，因此若要多次劃線分純，則需學生在課后繼續“自助”進行該實驗，直到獲得純菌株為止。最后，在已準備好的固體斜面上接種所得已分純菌株，培養24小時后取出，4℃下保存。
(4)形態觀察:取出前一天培養的平板，對細菌的菌落形態和菌體形態分別進行觀察。其中菌落形態是觀察培養皿內不同菌落形態，初步分析自己分離微生物的種類，并和其他同學的實驗結果進行對比，大致判斷污水處理不同階段微生物的差異。菌體形態則是分別挑取具有不同特征的菌落，按照已掌握革蘭氏染色方法進行染色，鏡檢觀察。實驗過程中，學會具體操作技能是根本，而對實驗結果的分析判定同樣重要。因此要求學生做詳細記錄，以便根據所屬小組的實驗結果分析所取水樣中細菌情況。可根據各個實驗部分設計不同圖表方便學生記錄，如表1就是用于實驗污水中細菌計數結果記錄用表。要求學生根據實驗結果，分析所屬小組分離出了那些常見菌，以及結合自己實驗，判斷污水處理過程中有沒有哪些菌在不同階段都存在?如果存在，有哪些?
三、“指導+自助”實驗教學模式探討
采用“指導+自助”實驗教學模式，實現課上指導、課下自助。指導老師在課堂上有重點地講授實驗操作技能，學生除課堂學習外，根據自己喜好，或重復練習課堂所學實驗操作，或自己設計實驗進行分析，也可以參與教師的科研項目進行更深入的鍛煉與提高。這種方式不僅是對環境工程微生物課堂實驗教學學時有限的彌補，更是對實驗教學學時、內容的拓展與延伸，能夠充分提高本科實驗室教學資源的利用效率，發揮本科實驗室教學資源的功能，讓學生可以充分利用課余時間熟練實驗操作，鞏固所學實驗知識，增強自主創新技能。在學生自助實驗學習過程中，實驗室指導老師也可以根據學生個人情況適當安排和指導?？梢愿鶕褜W“污水生物處理過程中微生物的簡單分析”實驗進行延展分析，如設計活性污泥法處理污水過程中的“革蘭氏陽性與陰性細菌比例情況分析”、“污水處理中最常見菌體的確定與分純”、“接觸池投加藥物量與殺菌效果的關系”等實驗，促進學生培養自己的創新性思維。#p#分頁標題#e#
四、實施效果總結
(一)集中講授效果
實驗課在理論課結束后集中兩天授課，改變了實驗教學依附于理論教學的從屬地位，既保證了與理論課的銜接，使實驗在理論的指引下按其本身的規律和系統進行，又能系統、合理安排實驗教學內容，使實驗內容連續、有序進行。不僅使學生操作起來認真，更重要的是結合實際、系統講授使得環境工程微生物學實驗課程更有意義。盡管課時有限，但六年來的實驗教學探討發現，95%的學生在實驗學習過程中有良好表現，并對這種集中式綜合設計實驗表示非常滿意。
(二)學生評價結果
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
我國西部地區是經濟欠發達、需要加強開發的地區，也是我國少數民族聚集的地區。民族院校是黨和國家為解決我國國內民族問題而建立的綜合性普通高等院校，經過幾十年的實踐和探索，民族院校已成為培養少數民族高素質人才、研究我國民族理論和民族政策、傳承和弘揚各民族優秀文化的重要基地。西部民族院校迄今為止共有5所，與中東部地區民族院校相比，基礎辦學條件落后，實驗室建設滯后，極大地影響了教學過程和培養目標的實現。以貴州民族大學為例，如何在國家新一輪西部大開發、貴州省工業強省戰略的指導下積極調整學科專業，適應地方經濟發展轉變和產業結構轉型，改進人才培養模式，增強學生實踐能力、創造能力和就業、創業能力，成為新形勢下課程教學改革的新要求。[1]
環境微生物學是環境科學、環境科學與工程專業的重要專業基礎課，該課程知識點多且繁雜，涉及多學科交叉，內容極為抽象，學生對其缺乏感性認識，理解難度加大。在課程教學中我們嘗試了一些改革，著力激發學生本課程的學習興趣，加強專業實踐能力，本文就此談幾點體會，與同行探討。
一、創新思路，優化教學內容。
教學改革的重點之一是教學內容的改革。環境微生物學主要以微生物學學科理論與技術為基礎，重點研究污染環境中的微生物，整個教學課程原理多、概念多、實踐性強，涉及有機化學、生物化學、遺傳學、生態學、水污染控制、大氣污染控制、固廢處理處置、污染物環境中的降解等方面的原理和機理，內容極為抽象，而西部地區學生知識基礎相對東西部地區學生薄弱，加之教學實驗條件有限，學生到污水處理廠、垃圾填埋場、環保機構及與微生物相關的企業、工廠實習、參觀的機會少，學生對本課程缺乏感性認識，理解難度大，上課時往往聽得清但易混淆，記不牢。因此，必須根據本課程特點、人才培養目標和區域特點改革課程內容，確保教學效果，達到預期教學目的。
為增強課程的知識性和趣味性，提升學生學習興趣，有必要在教材內容的基礎上適當地增加一些本課程相關的前沿知識和技術方法，適時調整實驗教學模式， 增列最新的、有價值的課外讀物（教材、各種專業網站的研究報告和綜述等），突出專業基礎課的特點，逐步提高教學效果。例如，課間通過多媒體播放Discovery探索頻道―搜索微生物世界、自然科學十大發現第九名―微生物等視頻短片，在課間休息中了解微生物世界;通過嗜酸菌“吃礦石、吐黃金”將廢礦、貧礦變廢為寶的的微生物冶金技術引出古細菌的講述;通過展示遼寧大連的“熒光?！眻D片引出藻類的講述;通過介紹脫水污泥生物產電的最新研究成果引入微生物與廢物資源化的講解;結合民族地區的特色和優勢資源，向學生介紹微生物在民族藥學和民族醫藥資源研究中的巨大作用，課余時間集中參觀民族藥學實驗室，鼓勵學生課后與藥學專業學生相互交流;介紹一些與環境保護與治理、微生物相關的網站，利用學校圖書館網絡資源，知道學生上網查詢相關資料，擴大知識面和信息量。
二、科學設計，改革教學方法
1.上好第一課，幫助學生理清課程思路
緒論課是每一門學科的第一課，是學生對一門新課程的第一印象，緒論課的成功與否直接影響到學生在今后學習中對該課程是否產生興趣，影響到學生對該課程的掌握程度。我們通過“3W”（what，why，how）中的what幫助學生明確微生物學和環境微生物學的相互關系、學科性質、研究對象、研究目的，引入學科定義并形成定義模式，應用于其他學科的學科定義;通過why的問法明確學科的學習、研究價值，幫助學生形成正確的教育觀念，掌握規律，構建專業素養;通過how的提問在第一課時引導學生思考如何學好本門課程，自己有哪些方面的想法，有何預期，在學期課程結束時再引導學生反思是否達到了自己的預期目標，并向教授反饋自己的意見及想法，培養能獨立思考的專業人才。[2]
2. 采用啟發式教學，激發學生學習興趣
啟發式教學可以強化學生對所學知識的記憶，使學生處于主動學習的過程。例如，在講述核酸是遺傳物質基礎時介紹1928年Griffith的肺炎球菌轉化試驗， 啟發學生思考小鼠注射活R菌或死S菌存活、注射活S菌死亡、注射活R菌和熱死S菌死亡心血中可分離出活S菌的原因;再介紹1944年Avery等的轉化試驗，啟發學生思考并回答為何活R菌加S菌DNA或加S菌DNA及S菌DNA以外的酶長出S菌，而加S菌DNA和S菌DNA酶長出R菌，引導學生逐步得出DNA是遺傳物質的基礎。
3. 采用直觀式教學，增強學生對課程的理解
現代教育技術的可以將文字、網絡圖片、視頻等直接展示給學生，具有直觀性，方便學生理解抽象復雜、枯燥乏味的理論知識。例如，通過多媒體教學將網絡下載的污水處理廠3D模型視頻展示給學生，讓學生觀看其整個工藝流程和配置，將已有的水處理知識與環境微生物學中的活性污泥法、生物膜法、生物去氮去磷等知識點結合起來，系統性地回顧和學習;又如，利用動畫展示微生物對營養物質吸收的四種方式，簡要明了地理解單純擴散、促進擴散、主動運輸和基團轉位之間的聯系和區別;再如，利用動態圖片展示DNA與RNA的堿基互補配對、信使RNA在細胞中的合成及蛋白質的合成過程，使學生看一次就能理解該內容。
4. 采用輔助式教學，提升學生獲取專業信息的能力
現代社會是信息化社會，貴州新興的大數據產業也為我們提供了新的教學教育視角，指導學生課后利用校內數字資源平臺查詢國內專業動態和相關資料，擴大知識面，收集有用信息，思考在前人的研究基礎和學院現有條件下我們還可以做的或者創新的東西，提高專業素養;推薦學生利用Endnote文獻管理軟件、SPSS統計軟件、MATLAB軟件等科學合理地管理文獻、分析處理數據，培養專業文獻查閱和數據處理能力;利用QQ群共享專業資料、專業網站鏈接、環?；顒有畔⒌?，指導學生共同學習和相互討論等。
三、更新理念，加強專業實踐能力培養
1.調動學習積極性，提高學生動手能力
實驗課程是培養學生動手能力、理論聯系實際的重要課程。部分高校在環境微生物學的實驗教學中采用PBL教學法[1] [2]，我們根據實際情況，除基礎實驗外增設了課外自發實驗、綜合實驗和創新實驗。
1.1基礎實驗。按照實驗大綱，學生在實驗課上完成顯微鏡的操作、微生物的染色觀察、培養基的配置和滅菌、無菌操作、空氣中的微生物檢測等基礎性實驗。
1.2自發實驗。教師向學生發放“家用雙歧桿菌菌粉”、“乳酸桿菌菌粉”等微生物制劑，引導學生課后進行自制酸奶和保存菌種等自發實驗，提升學習積極性和動手能力。
1.3綜合實驗。利用與環保公司的培養協議、學院“喀斯特濕地生態監測實驗室平臺”等資源，發展學生參與生態環境治理中的實際課題。例如應用污染環境中的生態修復知識參與污染土壤中微生物碳源源利用實驗，通過微生物對一些典型碳源（如糖類、氨基酸、羧酸類等）的不同利用模式來表征基質利用的動力學特征[3]和微生物群落差異[4] 等，使學生能將課本知識與實際應用統一起來，達到能力提高與素質培養相統一、內容構建模塊化、產學研相結合的高素質人才的培養目標。
1.4創新性實驗。依托學生本科畢業論文和校級科研課題，由學生根據自身興趣與要求提出實驗方案，學院老師指導完成，學生可以自主完成項目設計、項目申請、實驗過程及數據分析，提升文獻搜集和整理、分析問題、解決問題的能力和專業論文撰寫能力。
2. 改革實驗教學內容，提高專業實踐能力
傳統的實驗教學基本依靠實驗指導書籍，由教師制定實驗大綱并講解，學生按部就班地操作，課后撰寫實驗報告。在我們的教學過程中發現學生有主動、深入研究實驗結果的需求，我們認為，作為高校的一門重要的專業基礎課，環境微生物學要適應地方經濟發展轉變和產業結構轉型，改進人才培養模式，注重增強學生實踐能力、創造能力和就業、創業能力。以貴州民族大學為例，“十二五”期間學校依托中央財政專項資金、中央及省級財政資金為“貴州少數民族醫藥資源開發與利用重點實驗室”（國家民委在建重點實驗室，2011年）新購梯度PCR儀、DGGE變性梯度凝膠電泳、熒光倒置顯微鏡、全自動分析熒光化學發光凝膠成像系統等儀器設備，這些分子生物學設備可應用于環境微生物監測;因此，在講解微生物監測技術的新發展時，我們可直接給學生展示這部分設備和研究成果，并系統講解PCR-DGGE技術的原理和操作步驟、16S rRNA的特點等，鼓勵學生參與到教師的科研課題尤其是校地、校企聯合項目中去，在實際問題中鍛煉專業實踐能力。
結語
隨著氣候和環境問題的進一步凸顯，環境保護和可持續發展成為全世界關注的熱點和焦點。國家的西部大開發、區域的經濟發展都離不開環境開發利用和保護，培養環境科學與工程專業人才可向民族地區環保產業的研究與開發輸送新鮮血液。在今后的教學中，我們將繼續學習、探索并不斷總結經驗，為培養民族地區高素質環境專業人才而努力。
參考文獻
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自從1914年Aldern和Lockett首次發明利用活性污泥處理污水技術的方法以來，由于其經濟、高效及可靠的優點得到廣泛的應用，并在此基礎上衍生出一系列工藝，如A/O法、A2/O法、AB法、氧化溝及SBR法等。但無論是哪一種方法，其中活性污泥的沉降性能好壞直接影響到出水水質，在實際運行過程這些工藝都會發生污泥膨脹。因此，污泥膨脹已成為活性污泥法處理污水亟待解決的問題之一。
1.污泥膨脹理論
由于某種原因，活性污泥質量變輕、體積膨大、沉降性能惡化，造成二沉池中泥水分離效果差，污泥隨出水流失，影響出水水質，從而破壞工藝正常運行的現象稱為污泥膨脹。根據其誘因可以分為絲狀菌異常增殖導致的絲狀菌膨脹和因黏性物質大量產生積累導致的非絲狀菌膨脹。
1.1 絲狀菌污泥膨脹
目前可辨識的絲狀污泥膨脹絮體有兩種類型:①長絲狀菌從絮體中伸出,將各個絮體連接,形成絲狀菌和絮體網;②具有更開放(或擴散) 的結構,由細菌沿絲狀菌凝聚,形成細長的絮體。目前在膨脹污泥中發現的絲狀菌有三十余種，常出現的有：微絲菌、0092 型、0961 型、軟發菌、浮游球衣菌、發硫菌等。事實上，所有污泥膨脹現象都是由多種有機體的過度繁殖造成的。
現在主要有下面幾種假設解釋絲狀菌污泥膨脹現象：（1）表面積/容積假說：當微生物處于基質濃度限制時，表面積大的絲狀菌比表面積小的絮凝體菌膠團微生物更易獲取底物中的營養物質和氧，因而絲狀菌占優勢，導致絲狀菌污泥膨脹。（2）積累-再生假說:認為基質被微生物利用要經過細胞內積累、儲存和代謝3個階段。當微生物處于溶解氧限制時，菌膠團積累的大量有機基質得不到氧化，而絲狀菌需要的氧較少，完成積累—再生的循環快，所以再生較快，易形成絲狀菌污泥膨脹。（3）選擇性理論:以Monod方程為理論基礎。當有機物底物的濃度較低時，絲狀菌的生長速率較大，占優勢；反之，有機物底物濃度較高時，菌膠團細菌生長的速率較大，占優勢。另外，Palm認為該理論對于溶解氧對菌膠團和絲狀菌的生長速率影響同樣適用。（4）饑餓假說：進一步將絲狀菌分為兩類：第一類是具有高基質親和力、生長緩慢的耐饑餓的絲狀菌；第二類是對溶解氧有較高的親和力、對饑餓高度敏感的快速生長的絲狀菌。在低基質濃度下，第一類絲狀菌生長占優勢；在高基質低溶解氧情況下，第二類絲狀菌生長占優勢；只有基質濃度適中，溶解氧不是限制因素時，菌膠團細菌才占優勢。（5）廣義Monod方程：進一步提出有機物、溶解氧、營養物及微量物質和環境因素都可以成為控制絲狀菌和菌膠團生長的因素。廣義Monod方程在一定程度上很好地統一了污泥膨脹的理論。
1.2 非絲狀菌污泥膨脹
主要發生在水溫較低而污泥負荷較高時。由于污泥負荷高，細菌吸取了大量的營養物質，但低溫下代謝速度慢，所以在微生物表面積貯大量的高黏性多糖類物質，此類物質具有很強親水性，所以使活性污泥表面附著水大大增加，導致污泥的SVI 值升高，形成污泥膨脹。
2.污泥膨脹的影響因素
2.1 污水性質
2.1.1營養物質
進水有機底物濃度低，絲狀菌的生長占優勢，易導致污泥膨脹；有機底物濃度太高，DO受限制，同樣容易導致污泥絲狀膨脹。Wagnet 研究發現，絲狀菌對N、P等營養物質有較強的親和力,在該類營養物質濃度較低的情況下對其有累積能力，Sawyer通過試驗確定N和P的最少需要量是BOD:N=32:1和BOD:P=150:1。
2.1.2 pH值和溫度
適宜菌膠團生長的pH值范圍是6.5~8.5，當pH值低于6.5時，有利于真菌的繁殖。Daigger等人的研究表明，低溫有利于絲狀菌的生長，這也是大多數活性污泥在冬季會產生污泥膨脹的原因之一。
2.1.3早期消化
污水在預處理區停留時間過長，易發生消化反應,生成H2S，當H2S濃度超過1~2mg/L時易引起硫絲菌的過量增殖，從而導致污泥膨脹。
2.2 運行條件
2.2.1 污泥負荷
由于絲狀菌比菌膠團細菌有更大的比表面積，在低負荷下具有更強的捕食能力，更容易生長繁殖。Pipes發現污泥負荷在BOD5/MLSS為0.25~0.45 kg/ kg·d-1范圍內才不易引發污泥膨脹。
2.2.2 溶解氧濃度
一般認為，由于絲狀菌比菌膠團細菌有更高的溶解氧親合力和忍耐力，因此在低氧條件下絲狀菌比菌膠團細菌有更強的競爭力，因此在溶解氧濃度低的情況下易造成污泥膨脹。但Benefield等人的試驗表明DO在8~9mg/L之間也會發生污泥膨脹。Palm等人在研究中找到了對應F/M值下的“安全溶解氧濃度值”，這一研究結果表明，只要DO成為限制，在任何負荷下都能發生膨脹，同樣在任何DO的條件下，只要負荷足夠高也可能發生膨脹。
2.2.3 工藝方法
不同的工藝方法對污泥膨脹現象的影響也不同。完全混合的工藝方法比傳統的推流式處理方法更易發生污泥膨脹；而間歇運行的曝氣池最不易發生污泥膨脹；不設初沉池的活性污泥法不易發生污泥膨脹；葉輪式機械曝氣較鼓風曝氣易發生污泥膨脹等。
3.污泥膨脹的防治方法
由于產生膨脹的原因不同，因此在防治污泥膨脹時，可按膨脹類型、誘因與性質采取相應的措施加以消除。論文參考網。目前主要有以下幾種防治和消除污泥膨脹的方法：（1）投藥處理：投加能殺滅絲狀菌的藥劑如氯、臭氧、過氧化氫等。對已產生大量球衣菌屬的活性污泥，用濃度為50 mg/L 的硫酸銅，保持5 mg/L的殘留濃度，能夠抑制球衣菌屬的繁殖。論文參考網。（2）改善、提高活性污泥的絮凝、沉降性：在曝氣池的入口處投加硫酸鋁、三氯化鐵、粘土、消石灰、生污泥、高分子混凝劑等絮凝劑提高污泥絮凝能力。（3）避免高黏性膨脹：通過加大回流污泥量，降低高黏性膨脹的致因物質—多糖類物質，另外可考慮改變水溫，水溫在15℃以下易發生高黏性膨脹，絲狀菌膨脹則多發生在20 ℃以上。保證BOD:N:P=100:5:1的要求，當失去營養平衡時，往往會發生高黏性膨脹。論文參考網。（4）防治H2S積累：采取預曝氣，吹脫硫化氫等有害氣體，防止形成厭氧狀態，避免貝代硫菌的增殖。另外可降低污泥在二沉池內停留時間，防止形成厭氧狀態。（5）調整污泥負荷：運行經驗表明，如果污泥負荷超過0.35 kg BOD/kg MLSS·d，易發生絲狀菌性污泥膨脹。
4.結論
泥膨脹現象是自活性污泥法問世以來一直困擾人們的難題。由于原因復雜，沒有一種解釋適用于所有膨脹現象，因此只能結合不同的水質和運行條件，做出有針對性的解釋和采取有效的控制措施。隨著活性污泥法進一步發展，對污泥膨脹的研究必將進一步深入。
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生物活動課是生物課堂教學的延伸，是提高學生素質的重要手段，是集知識體、思維鏈、能力鍵、與再生力(學會學習的能力)為一體的重要課程。生物活動課服從與生物教育目標，又必須滲透下列各項具體目標:
(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?；蛏锝處熢诎才诺膬热萆想S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?，F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
2、將生物學科教學與低碳生活相關知識相融合的改進方法
2.1將低碳生活理念與生物教學內容有機結合
從生物學科的教材內容上看,教材原有的各類動物、植物的知識已經涵蓋了一部分低碳生活的要素,教師應該根據現有的教學內容進行改進,適當突出含有低碳生活知識的部分、緊跟新聞時事,根據學生的興趣使生物教學更加系統化與層次化。例如在生物與環境章節融入環境對生物物種生長發育及分布的影響、生態環境危機及低碳發展的相關理論,在現代生物技術等題教學中組織學生到污水處理廠進行參觀,在直觀見證現代污水生物處理技術應用的同時培養其節能節水的低碳行為。此外,在教學實踐中,組織學生搜集低碳素材,設計低碳生活悶卷并在校園一定區域內進行問卷調查社會實踐。同時,制作低碳牛活宣課件進行校吲內低碳宣教。這些低碳教程的合理滲透取得了較好的效果。
2.2讓生物學科的理論知識運用到實踐中
生物學科的教學目標是讓學生了解相關知識,并且能夠在實際生活中運用這些知識解決困難,為今后更深一層的學習打下良好的基礎。面對我國當前經濟發展的態勢重視環保工作也非常重要,因此讓學生領會多姿多彩的生物界的同時還要了解很多環境保護的知識,這些理論知識可以幫助他們了解自然,熱愛自然。而且還要讓他們理解低碳生活,低碳經濟。了解人類的索取會給自己和其他生物帶來什么樣的后果。生物世界是很奇妙的,生物種類繁多,包括植物、動物、微生物。這些知識在教材中都有詳細的講解。生物和他們所擁有的基因已及與它們生存的環境形成了現在這個高耗能經濟,這種經濟發展造成無序的拋棄、污染、垃圾、核廢料正成為地球生態向前延續的巨大障礙。在理論知識的講解中多與實踐相聯系,可以組織學生認識常見的動植物,試著給它們分類,了解它們的習性,收集標本都可以讓學生學會如何和身邊的生物相處,讓他們學會尊重生命。保護地球。
2.3利用多媒體的現代化技術平臺提高教學水平
在信息技術飛速發展的時代中,將計算機多媒體平臺作為生物知識的教學平臺可以大大提高教學效率,提升學生的學習興趣。多媒體平臺擁有的動畫、聲音、圖片等媒介能讓生物學知識呈現出更生動立體的面貌。這些媒介都有助于讓生物知識在學生腦海中留下更深刻的形象,有助于提升學生的學習主動性。教師在生物學課件的制作中,應該充分考慮到這些因素,將大綱上的知識難點深入淺出地通過多媒體教學平臺傳授給學生,這種教學方式比傳統掛圖、板書等教育手段減少了眾多弊端。如基礎理論的很多微觀知識點晦澀難解,因此這部分知識尤其注重動畫、聲像、影視等多媒體技術及資源的利用。實踐證明,通過動畫顯示顯微鏡下的中期細胞中的全套染色體的多媒體教學方式可以取得較好效果。實踐證明,利用多媒體技術和聲像教學法不僅可以讓學生快捷,輕易地掌握理論知識,還恰好切合了低碳環保的教學理念,有效降低教學資源的浪費。
可持續發展路線的實施，增加了我國各級政府對環境保護的認識和治理力度。城市污水處理，作為一個城市發展程度的重要標志，其實施效果已經成為了評價城市發展程度的重要指標。城市污水處理的效果不僅僅關系到城市所在地周邊的環境保護，更關系到下游城市人們的身體健康以及經濟發展。加快城市污水處理建設，加快城市污水處理新技術的應用，促進城市和諧發展以及可持續發展路線的實施，是目前我國城市污水處理相關部門的首要任務。
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?；瘜W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?；炷ǖ男适鞘芑炷齽┑奈锢砑盎瘜W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。
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可持續發展路線的實施，增加了我國各級政府對環境保護的認識和治理力度。城市污水處理，作為一個城市發展程度的重要標志，其實施效果已經成為了評價城市發展程度的重要指標。城市污水處理的效果不僅僅關系到城市所在地周邊的環境保護，更關系到下游城市人們的身體健康以及經濟發展。加快城市污水處理建設，加快城市污水處理新技術的應用，促進城市和諧發展以及可持續發展路線的實施，是目前我國城市污水處理相關部門的首要任務。
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?；炷ǖ男适鞘芑炷齽┑奈锢砑盎瘜W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?；瘜W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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