水处理生物学

发布日间:2016-11-26   浏览次数:168

开课单位

土木与水利工程学院

课程类型

学科基础课程

课程名称

水处理生物学

课程代码

0730042B

开课学期

5

学时/学分

40/2.5

选课对象

给排水科学与工程专业

先修课程

《给排水科学与工程专业导论》、《无机化学A

课程教材

顾夏声主编.《水处理生物学》(第五版),中国建筑工业出版社,2012

参考书目和资料

周德庆著.《微生物学教程》第三版,网赌盈利是澳门网址出版社,2011

贺延龄、陈爱侠编著.《环境微生物学》中国轻工业出版社,2002

周群英主编.《环境工程微生物学》第三版,网赌盈利是澳门网址出版社,2008

课程简介

水处理生物学主要研究水处理工程和环境水体水质净化过程(即水中污染物的迁移、分解与转化过程)中所涉及的生物学问题,特别是微生物问题,是一门由普通生物学、普通微生物学、环境微生物学和水质工程学相结合,为了满足水处理和环境水体水质净化工程的需要而发展起来的一门边缘性学科。主要内容包括与水处理工程相关的生物种类的形态、生理特性及生态,水体中微生物的生长繁殖和变异,水中生物种类间的相互作用,水中生物与污染物之间的相互作用及机理,水中污染物的降解转化及机理,水中有害生物的控制方法,及水处理生物学的研究方法等。水处理生物学课程的主要任务是使学生掌握与水处理相关的生物学基本知识,掌握微生物、水生植物、水生动物等在水体净化和水处理中的作用机理和规律,学习水中微生物的检测方法等。

课程目标

对应的专业培养目标

(CO1)掌握与水处理有关的生物学的基本知识

(LO3) 掌握本专业所必需的自然科学和技术科学理论基础和前沿知识

(CO2)掌握生物和水体污染物相互作用的机理

(LO5) 掌握本专业所必需的生产、设计、研究与开发等技能以及工程实践与管理能力

(CO3)掌握水体中微生物的检测方法

(LO6) 了解本专业学科范围科学技术的新发展及其动向

(LO7) 具有独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的能力及开拓创新的精神

教学方式

¢PM1.讲授法教学

28 学时 70 %

PM2.研讨式学习

学时 %

PM3.案例教学

学时 %

PM4.网络教学

学时 %

PM5.角色扮演教学

学时 %

¢PM6.体验学习

12学时 30 %

PM7.服务学习

学时 %

PM8.自主学习

学时 %

评估方式

¢EM1.课堂测试

5 %

EM 2.期中考试

%

¢EM3.期末考试

50 %

EM4.作业撰写

%

¢EM5.实验报告

15 %

EM6.期末报告

%

EM7.课堂演讲

%

¢EM8.论文撰述

15 %

¢EM9.出勤率

15 %

EM10.口试

%

EM11.设计报告

%


课程教材



《水处理生物学(第5版)》在《水处理生物学》(第四版)的基础上修改编写,对上一版的章节进行了梳理,增加了新的内容,部分章节增加了思考题。全书分4篇,共17章,第1篇为水处理生物学基础,包括原核微生物、古菌、真核(微)生物、病毒、微生物的生理特征、微生物的生长和遗传变异、微生物的生态、大型水生植物;第2篇为污染物的生物分解与转化,包括微生物对污染物的分解与转化、污水生物处理系统中的主要微生物、水生植物的水质净化作用及其应用;第3篇为水质安全与生物监测,包括水卫生生物学、水中有害生物的控制、水质安全的生物检测;第4篇为微生物学的研究方法,包括微生物的基本研究方法、微生物学基础实验。





教学内容及要求
第一章  绪  论

教学目标:总体上了解水处理生物学的研究内容及任务,培养学生具有基本的水处理生物学知识,激发学生学习本课程的兴趣。

教学要求:了解水处理生物学的研究内容及任务,理解给排水专业人员掌握生物学知识的意义、及生物处理法在水处理中的作用。

教学重点:水处理生物学在给排水工程实践中的应用

内容概要和方法设计:水处理生物学的研究对象、研究内容及意义


第二章  原核微生物

教学目标:掌握水处理中常见的原核微生物的种类、及特点,具备根据所学原核微生物知识,进行格兰氏阳性和阴性菌鉴别的能力。

教学要求:掌握水处理中常见的原核微生物的种类、及特点;掌握细菌的基本概念、形态、一般结构和特殊结构;掌握革兰氏染色方法、染色原理、及革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌的区别;掌握菌落的概念;了解细菌的菌落在不同的培养基中的菌落特征;熟悉放线菌的特点,了解其形态、菌落特征;掌握蓝细菌的特点,了解其生长环境条件。

教学难点:细菌某些特殊结构在水处理中有何重要意义

教学重点:细菌的形态结构特征及革兰氏染色原理

内容概要和方法设计:本章主要介绍原核微生物的种类、及特点,细菌的基本概念、形态、一般结构和特殊结构,革兰氏阳性菌和阴性菌的区别及其染色原理,菌落在不同的培养基中的菌落特征。在课文讲授的同时,介绍革兰氏染色的方法。


第三章 古菌

教学目标:基本掌握古菌的特点和分类,初步认识到古菌在废水处理中的应用

教学要求:基本掌握古菌的特点和分类,了解常见的古菌。

教学重点:古菌的特点及其在水处理中的主要应用

内容概要和方法设计:古菌的特点与分类,常见的古菌及其在废水处理资源化中的应用。


第四章  真核生物

教学目标:掌握真核微生物的基本知识,初步具备应用相关知识在水处理实践中应用的能力。

教学要求:通过本章的学习,熟悉水处理中常见的真核微生物,熟悉真菌中的酵母菌,霉菌的形态、结构特点、繁殖方式、生活条件,区别菌落特征、生长环境;了解藻类的形态,掌握其生理特性及在环境中的作用;了解原生动物和后生动物的结构特点和营养方式,基本掌握其在水处理中的作用。

教学重点:重点掌握藻类在水环境、特别是水体富营养化中的作用及机理。

内容概要和方法设计:真核微生物分类和细胞构造,酵母菌的分布、形态构造及繁殖方式,霉菌的分布、形态构造及繁殖方式,藻类的分类、形态、生理特性及对环境工程的影响,原生动物、微型后生动物的种类及对水质净化的影响。


第五章  病毒

教学目标:掌握病毒基本特征和繁殖的基本知识,认识到水中病毒对健康的危害。

教学要求:通过本章的学习,掌握病毒特点,了解其大小、形态、结构,熟悉一般病毒的繁殖方式;熟悉烈性噬菌体、温和噬菌体、溶源性细菌的检测方法。

教学重点:病毒在水环境中的行为及其对给水和废水处理水质的影响。

内容概要和方法设计:病毒的一般特征,病毒的形态结构,病毒的繁殖,噬菌体的分类。


第六章  微生物的生理特性

教学目标:掌握水处理中微生物的组成、营养类型、酶的种类和功能、以及物质在微生物体内的新陈代谢的相关基础知识,具有应用相关基础知识进一步学习水生物处理相关知识的能力。

教学要求:通过本章的学习,掌握微生物的营养、营养类型;掌握培养基的概念及类型,了解其配制方法;掌握营养物质吸收的途径;掌握新陈代谢的概念及作用;掌握呼吸作用及类型;熟悉掌握酶的特性。

教学重点:细菌的营养、细菌的呼吸、环境因素对细菌生长的影响。

教学难点:细菌的呼吸类型和新陈代谢的关系

内容概要和方法设计:本章主要介绍微生物的化学组分、微生物的营养物质种类及营养类型,微生物的营养物质吸收方式,酶的分类及反应动力学,新陈代谢的概念及其作用,以及呼吸的类型及呼吸过程物质的降解转化。以细菌为特例讲解微生物的营养方式,呼吸方式的分类原理,酶在新陈代谢中的作用,其它环境因素对微生物生长的影响。


第七章 细菌的生长和遗传变异

教学目标:掌握细菌生长繁殖和遗传变异的基础知识,初步具有应用微生物生长和遗传变异知识进行水处理工程实践的能力。

教学要求:通过本章的学习,掌握微生物的生长、繁殖、世代时间的概念;了解微生物世代时间的计算方法;掌握微生物在间歇培养中生长繁殖的一般规律和特点;掌握细菌生长曲线在污水生物处理中的作用;掌握微生物生长测定的方法。熟悉微生物遗传变异的概念;了解微生物遗传变异的物质基础;了解变异的原因、基因重组及遗传工程在环境工程中的作用。

教学重点:重点掌握细菌生长曲线的绘制及意义,及其在水处理运行控制中的应用。

教学难点:微生物生长规律在水处理工程运行中的应用。

内容概要和方法设计:本章主要介绍微生物的生长、繁殖、世代时间的概念,微生物世代时间的计算方法,微生物在间歇培养中生长繁殖的一般规律和特点,微生物生长测定的方法,微生物遗传变异的概念及遗传变异的物质基础,基因变异、基因重组及遗传工程在水处理工程中的作用。


第八章  微生物的生态

教学目标:掌握微生物生态的基本概念和微生物在生态系统中相互关系的知识,具有将微生物间相互作用知识运用到污水处理工程实践的能力。

教学要求:通过本章的学习,掌握微生物在土壤、空气水体中的种类、分布特点,了解其污染源;掌握土壤自净、水体自净的概念;了解污染土壤的微生物生态、产生的后果;熟悉污染水体的微生物生态。

教学重点:重点掌握微生物在生态系统中的相互关系及其在污水处理中应用。

内容概要和方法设计:本章主要介绍生态系统的基本概念,微生物在土壤、空气水体中的种类、分布特点,土壤自净、水体自净的概念,污染土壤的微生物生态、产生的后果,以及污染水体的微生物生态。


第九章  大型水生植物

教学目标:掌握大型水生植物的种类及其生理特性。

教学要求:通过本章的学习,了解水生植物的分类、种群与群落生态,熟悉大型水生植物的一般生理特性。

教学重点:重点掌握植物在水质净化中常用的大型水生植物的特点。

内容概要和方法设计:本章主要介绍水生植物的分类、种群与群落生态,大型水生植物的一般生理特性,水生植物的污染物去除机制。


第十章 水生植物的水质净化作用及其应用

教学目标:具有应用大型水生植物进行污水净化工程实践的初步能力。

教学要求:熟悉水生植物的污染物去除机制,掌握大型水生植物在污水处理以及水体污染修复中的应用。

教学重点:重点掌握植物在水质净化中以及在生态修复中的应用。

内容概要和方法设计:本章主要介绍大型水生植物在污水处理以及水体污染修复中的应用。结合水质净化处理中的湿地工程,介绍大型水生植物净化水质的原理及其在面源污染和农村点源污染中的应用。


第十一章 微生物对污染物的分解与转化

教学目标:掌握微生物转化不同污染物的基本原理,具备将生物处理应用污水处理实践的初步能力。

教学要求:通过本章的学习,基本掌握有机物的好氧生物分解和厌氧生物分解基本原理;掌握污染物降解转化的基本规律,掌握典型有机物生物降解转化的途径,掌握碳、氮、硫、磷、铁的循环及在各循环中主要参与的微生物。

教学重点:好氧分解中产生污泥量和需氧量的计算,有机氮和磷生物转化途径及机理。

教学难点:有机氮和磷的降解转化原理以及和污水处理工艺设计的耦合。

内容概要和方法设计:本章主要介绍了有机物的好氧分解、污泥产生和耗氧量的计算、有机物的分解性和其结构的关系、不含氮有机物的降解和转化、含氮有机物的氨化、硝化和反硝化作用、以及无机元素的降解转化等内容。在讲解中,结合目前污水处理厂的提标改造,介绍含氮有机物和磷的降解转化原理及其在污水处理工艺中的应用。


第十二章  污水生物处理系统中的主要微生物

教学目标:掌握污水生物处理的基本原理及其主要微生物种类,初步具有将微生物作用原理和污水处理工程实际相结合的能力。

教学要求:掌握污水生物处理的基本原理,掌握有机污染物好氧生物处理的基本原理及主要微生物,掌握厌氧处理系统的基本原理及主要微生物,掌握无机污染物处理的基本原理及主要微生物种类,掌握污水生物处理对污水水质的要求。

教学重点:重点让学生掌握污染物在水中迁移转化规律,在有氧、无氧条件下最终的分解产物的类型,废水生物处理中微生物生长代谢规律,微生物分解有机物时净增长量计算及完全氧化时需氧量的计算。

教学难点:生物脱氮和生物除磷的机理和主要参与微生物

内容概要和方法设计:本章的主要内容有污水生物处理的基本原理,有机污染物好氧生物处理的基本原理及其主要微生物,有机污染物厌氧生物处理及其主要微生物,主要无机污染物生物处理的原理及主要微生物,生物处理法对污水水质的要求。


第十三章 水的卫生生物学

教学目标:掌握水中主要病原微生物及其指示微生物的种类及其特点。

教学要求:掌握水中主要病原性细菌及其特点,掌握水中主要病原性病毒及其特点,掌握水中主要病原性原生动物及其特点;掌握细菌、病毒的主要指示微生物,了解病原性细菌、病毒和原生动物的检测方法。

教学重点:重点让学生掌握利用指示微生物检测和判断水体病原微生物污染情况。

教学难点:病原微生物和病原指示微生物之间的相关性。

内容概要和方法设计:本章的主要水中主要病原性细菌及其特点、水中主要病原性病毒及其特点,水中主要病原性原生动物及其特点;细菌、病毒的主要指示微生物指标及病原性细菌、病毒和原生动物的检测方法。用水体污染导致疾病爆发引入水中病原微生物的危害及其重要性。


第十四章 水中有害生物的控制

教学目标:掌握水体消毒的主要方法及其相应的基本原理。

教学要求:掌握氯及其化合物消毒的基本原理;了解其它消毒方法在水体病原微生物控制中的应用;掌握污水消毒的局限及其影响因素;掌握水体富营养化的成因及其控制;了解有害水生生物的控制。

教学重点:掌握氯及其化合物消毒的基本原理,以及氯消毒在污水处理中的局限性。

教学难点:不同消毒方式杀灭病原微生物的基本原理及其剂量控制。

内容概要和方法设计:本章的主要内容有主要消毒方法及其对病原微生物控制的基本原理,水体富营养化的成因及其控制,有害水生生物及其控制;在教学中结合实例,讲解不同的污水消毒方法、控制水体富营养化和控制有害水生生物。


第十五章  水质安全的生物监测

教学目标:掌握水中病原微生物的种类、检测及控制技术,具有应用所学相关知识应用到水处理实践的能力。

教学要求:了解水中的细菌及分布,熟悉水中的病原细菌及病原微生物种类,掌握大肠菌群和生活饮用水的卫生细菌标准及测定方法,掌握水中微生物的控制方法,掌握水质安全的生物检验方法。

教学重点:重点掌握水中病原微生物的种类及形态物征、生理特性,掌握控制病原微生物及藻类生长的方法,水的卫生学检验标准及检测方法。

内容概要和方法设计:本章主要内容有水中的病原微生物,水质的生物学指标,水的卫生学检验方法,水中病原微生物的控制,以及水体污染的生物监测。讲授时结合近年水质的病原微生物污染造成的重大事件,说明水质微生物学指标控制的重要性,以及水质标准中微生物学指标的改进和细化,进一步讲授水质微生物学控制技术及其优缺点。


实验主要内容

实验一:学习普通光学显微镜的使用方法和保养;学习观察活性污泥中生物相、要求辩认菌胶团、丝状菌、原生动物的形态,学会生物图的绘制;观察示范标本,辨认微生物的大类形态;学习测量微生物大小的方法和使用计数板测量微生物的生物量方法。


实验二:学习微生物染色原理和微生物染色基本操作技术,掌握一般染色方法和革蓝氏染色法。掌握使用显微镜观察细菌个体形态的方法。


实验三:掌握微生物培养基和无菌水的制备方法;学习实验器材及培养基等灭菌方法。


实验四:学习测定大肠杆菌培养基的制备,掌握大肠杆菌生理生化特性的测定方法,掌握大肠杆菌计数的方法。


实验五:了解生物处理中好氧污泥和厌氧污泥的微生物组成及生态结构,学习摄影显微镜的使用;掌握微生物培养和分离的基本技术;学习厌氧微生物代谢产物测定的基本方法;培养学生自行拟订设计实验方案。