水处理生物学

水处理生物学

Biology for Water Treatment

课程编号：07058288 学 时：40 学 分：2.5 开课学期：5 课程性质：必修

选课对象：给排水科学与工程本科生 先修课程：化学

后续课程：水质工程学、工业给水与废水处理

内容概要：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。

建议选用教材：《水处理生物学》（第五版），顾夏声主编，中国建筑工业出版社，2012。 主要参考资料：《微生物学教程》第三版，周德庆著，高等教育出版社，2011； 《环境微生物学》贺延龄、陈爱侠编著，中国轻工业出版社，2002； 《环境工程微生物学》，第三版，周群英主编，高等教育出版社，2008。

一、课程的目的与任务

1.本课程为给排水科学与工程专业通识必修课程。

2.本课程与培养目标的关系是：水处理生物学是给排水科学与工程专业的一门专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握微生物学方面的基础知识，为进一步学习专业课程打下基础，本课程可以实现培养要求中的与给排水处理相关的生物学知识和能力要求。

3.本课程讲述的主要内容为：微生物种类、生理特性、遗传变异及环境因子对微生物生长的影响，水的卫生细菌学，微生物的控制方法，以及水体污染和废水生物处理中微生物及水生动植物的作用及研究方法。

二、课程目标与要求

1.知识目标：掌握微生物的类型、基本形态、结构、生理特征、生长规律、遗传变异及其在给排水工程中的应用；了解微生物与微生物之间、微生物与环境之间的关系以及微生物在水处理过程中的作用；掌握污染物的微生物降解和转化机制，基本掌握典型有机物的微生物降解途径；熟悉大型水生植物、水生动物等基本知识以及它们在水体净化过程中的作用和在水处理生态工程技术中的应用等；了解水体污染的生物监测方法以及生物毒性的生物监测技术；掌握水的卫生细菌学知识及消毒机理；掌握微生物观察、培养、分离、保藏、复壮、灭菌、无菌操作等微生物学实验的基本操作技术。

2.能力目标：初步具有应用水处理生物学的专业知识和理论解决给水排水相关工程实际问题、及分析检测水质的生物学安全问题能力，初步具有应用相关生物学知识进行科学研究和应用开发的能力。

3.素质目标：具有生物学方面的科学素养，并具有将生物处理技术和原理应用于给排水工程实际的创新意识。

三、与其他课程的联系与分工

本课程是为《水质工程学》、《工业给水与废水处理》等课程提供有关生物学方面知识的一门专业基础课程，先修课程是工科化学。

四、课程主要内容与学时分配

单元 （章主要教学内容 总学时数 讲授时数 实验（上机）时数 课外时数 节） 一、二、三、四 绪论、原核生物、古细菌和真核生物的形态和结构。 病毒的基本特征、微生物的生理特性 细菌的生长和遗传变异 微生物的生态、大型水生植物 微生物对污染物的分解和转化、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、水的卫生生物学 水中有害生物的控制， 6 4 2 五、六 七 八、九 4 4 4 4 4 4 2 十、十一 5 4 1 8 十二、十三 十四、5 4 1 2 4 4 十五 八 合计

水质安全的生物检测 微生物的研究方法 及微生物学实验 8 56 28 8 12 4 16 附：实验教学内容及具体要求 实验学时 12 课程性质 必修 教学目的：巩固和掌握所学的微生物基本原理和基础理论，掌握常规仪器的使用方法及微生物的观察、培养、灭菌、分离和代谢产物测定等技能；本课程实验教学目的和基本要求 培养学生动手、分析及思考的综合能力。 基本要求：按照教材和教师介绍的方法完成课内各项实验任务，实验中认真观察，学会微生物实验基本操作方法，认真记录实验数据、观察实验现象、填写实验结果，按时、严谨地填写实验报告，对实验结果作出分析判断。 序号 实验项目名称 实验 实验 学时 类别 必做 选做 内 容 提 要 光学显微镜的使用、维护方水处理中生物1 相的观察与微生物测量 3 验证 是 法，水中生物相观察、微生物大小的测量方法，微生物计数方法，观察微生物示范标本 2 微生物的染色 2 验证 是 掌握革兰氏染色法,学会使用油镜头 掌握培养基的制备方法，学会培养基的制备、灭3 菌及细菌总数的测定 2 验证 是 灭菌前的准备工作及使用高压蒸汽灭菌，掌握微生物培养方法，掌握无菌操作方法，掌握细菌总数测定的方法。 大肠菌群的生理生化特性试验 验证 学习测定大肠杆菌培养基的是 制备，掌握大肠杆菌生理生化特性的测定方法。 4 2 掌握微生物培养和分离的基水处理中微生物5 的种群分离及代谢产物测定 3 综合 是 本技术；掌握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能力 五、课程教学内容及具体要求

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。