校園污水無(wú)害化處理科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)方案

宋潔

【摘要】在中學(xué)研究適合中學(xué)生的環(huán)保技術(shù)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法，利用植物吸附和噬菌體技術(shù)等實(shí)現(xiàn)校園污水的無(wú)害化處理后有效利用。擬探索以適合中學(xué)的簡(jiǎn)單易行的處理學(xué)生身邊的污染物的實(shí)驗(yàn)為載體，通過(guò)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)中學(xué)生的環(huán)保理念和技巧，通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施培養(yǎng)學(xué)生中的環(huán)保力量，促進(jìn)創(chuàng)新能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及社會(huì)交往能力的提升，將學(xué)校長(zhǎng)期教育教學(xué)和學(xué)生環(huán)保意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)。

【關(guān)鍵詞】校園污水 ?污水處理 ?噬菌體 ?環(huán)保意識(shí) ?創(chuàng)新能力

【中圖分類號(hào)】G63 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）08-0023-02

一、活動(dòng)背景

環(huán)保是全世界關(guān)注的話題，是影響各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。從小培養(yǎng)青少年的環(huán)保理念，是21世紀(jì)人才培養(yǎng)必需重視的問(wèn)題。結(jié)合自身學(xué)校特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，積極拓寬思路，開(kāi)展環(huán)境教育科技實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)環(huán)保人才。利用身邊的環(huán)境問(wèn)題，設(shè)計(jì)創(chuàng)新型環(huán)保實(shí)驗(yàn)研究提高青少年對(duì)環(huán)境的關(guān)注度與社會(huì)責(zé)任感。

我校約有5000學(xué)生，按人均用水量5噸/月計(jì)，每年用水量約30萬(wàn)噸。生活污水排放量大，直接排放非?？上В?jīng)無(wú)害化處理后循環(huán)利用可以成為一種切實(shí)有效的節(jié)水措施。目前，污水回用技術(shù)主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑、地下水回灌、景觀、娛樂(lè)、河流生態(tài)維持等方面，其中，農(nóng)業(yè)灌溉是最經(jīng)濟(jì)利用方式。[1]擬以校園污水為研究對(duì)象，對(duì)校園污水類別以及污水排放口的植物生長(zhǎng)情況進(jìn)行分類調(diào)查，探究污水排放口植物的種群特征，研究校園污水轉(zhuǎn)化為綠化用水的可行性。探究利用植物吸附[2，3]和噬菌體處理技術(shù)[4]實(shí)現(xiàn)校園污水的無(wú)害化處理的可行性，設(shè)計(jì)出校園污水無(wú)害化處理方案。

二、活動(dòng)目標(biāo)

完成校園污水分類。在此項(xiàng)活動(dòng)中增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，在活動(dòng)中增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

對(duì)污水排放口生長(zhǎng)的植物分類，找出能降解污水的植物種類并研究其降解或吸附能力大小。在此項(xiàng)活動(dòng)中激發(fā)其創(chuàng)新能力、學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及與人交往溝通。

學(xué)習(xí)化學(xué)品廢水及含微生物廢水處理方法，學(xué)習(xí)環(huán)保新科技，提高研究能力和學(xué)以致用的實(shí)踐能力。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

1.培養(yǎng)模式新

充分利用我校在研究性學(xué)習(xí)領(lǐng)域的豐厚積淀，依托我校大學(xué)附屬中學(xué)得天獨(dú)厚的硬件和軟件條件，在中學(xué)階段涉足本科甚至是研究生培養(yǎng)的科技實(shí)踐活動(dòng)，為有需要的同學(xué)提供發(fā)展空間，提前進(jìn)入卓越人才培養(yǎng)計(jì)劃。

2.視角新

將前沿科技轉(zhuǎn)化到中學(xué)環(huán)境教育中，讓學(xué)生接觸最前沿的科學(xué)技術(shù)噬菌體技術(shù)，讓學(xué)生走近科學(xué)技術(shù)，用科學(xué)的魅力感染一批有志向的青少年，激發(fā)環(huán)保熱情，引領(lǐng)他們走上科研之路。

四、活動(dòng)方案設(shè)計(jì)

1.活動(dòng)方案過(guò)程計(jì)劃

表1 ?活動(dòng)方案計(jì)劃表

2.活動(dòng)主要參與對(duì)象

主要為高一、高二年級(jí)部分學(xué)生。

3.實(shí)施時(shí)間

2015.09-2016.08

4.活動(dòng)實(shí)施保障

經(jīng)費(fèi)支持：雛鷹計(jì)劃，校研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目。

技術(shù)支持：環(huán)保局，西南大學(xué)相關(guān)院系專家和實(shí)驗(yàn)設(shè)施支持。

五、活動(dòng)實(shí)施過(guò)程

1.校園用水量及污水分類調(diào)查

（1）學(xué)校用水量調(diào)查

采訪學(xué)校后勤主任，了解學(xué)校用水量大小，計(jì)算排污量。

（2）分組實(shí)地考察各污水排放口（2015.09-2015.10）

教學(xué)樓：萬(wàn)象樓、博雅樓、逸夫樓、積健樓污水排放口，食堂污水口，學(xué)生宿舍污水排放處口，實(shí)驗(yàn)室污水排放口，全校污水總排放口。

（3）將污水按可能的成分來(lái)源分類

表2 ?污水分類表

通過(guò)對(duì)校園污水排放情況進(jìn)行調(diào)查，校園污水主要有生活污水和化學(xué)品污水和餐廚污水三大部分?；瘜W(xué)品污水含有大量有害化學(xué)污染物，而生活污水這一部分中卻含有植物生長(zhǎng)所需要的豐富營(yíng)養(yǎng)元素，植物的生長(zhǎng)又可以降解污水中部分有害的成分，同時(shí)還可能含有有害微生物。第一階段我們將主要選取生活污水中的微生物和化學(xué)污染物中的重金屬離子為研究對(duì)象，餐廚廢水和其他化學(xué)污染物研究放在下階段進(jìn)行。

主要研究方法：訪談法，文獻(xiàn)調(diào)查，實(shí)地考查。

2.校園污水排放口植物種群特征研究

根據(jù)本項(xiàng)目前期的研究成果，已收集整理出西南大學(xué)附中各污水排放口生長(zhǎng)的所有植物（見(jiàn)表3），并逐一拍照，制作成植物手冊(cè)。下一階段將對(duì)各污水排放口的植物進(jìn)行分類及其生長(zhǎng)特性與污水類別相關(guān)性等研究。進(jìn)一步發(fā)掘可以作為污水處理的植物資源以及優(yōu)化用植物進(jìn)行污水凈化的實(shí)驗(yàn)條件。

表3 ?校園污水排放口生長(zhǎng)植物情況調(diào)查表

活動(dòng)計(jì)劃：（2015.09-2015.10）

學(xué)生分組按各污水排放口對(duì)其附近區(qū)域生長(zhǎng)的植物進(jìn)行分類。

各類植物生長(zhǎng)習(xí)性調(diào)查

各種植物對(duì)污水的吸附或降解能力及條件研究。

主要研究方法：文獻(xiàn)法。

3.水樣分析和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

主要研究對(duì)象為生活污水和化學(xué)品廢水。因化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水排放有隨機(jī)性，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)所排放的廢水成分不固定，所以可以有針對(duì)性地對(duì)每次實(shí)驗(yàn)后的廢水進(jìn)行處理后排放，成分可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。而生活污水的主要成分是氮、磷等容易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)和微生物，主要選擇微生物為研究對(duì)象，分離生活污水中的有害微生物進(jìn)行后續(xù)研究。

活動(dòng)計(jì)劃：（2015.11-2015.12）

確定一種化學(xué)品污染物為研究對(duì)象。

取生活污水排放口水樣進(jìn)行微生物檢測(cè)。

初定兩種污水處理實(shí)驗(yàn)方案。

主要研究方法：實(shí)驗(yàn)法，文獻(xiàn)法。

4.化學(xué)品廢水處理實(shí)驗(yàn)研究

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排放的化學(xué)品廢水作為一特殊的污水類型，雖然其排污量和污水污染程度不及工業(yè)廢水，但其代表的重金屬離子、有機(jī)物污染等不得不引起重視。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室污水更是具有排污量較小，排放時(shí)間不定性，污染物濃度不大等獨(dú)有的特點(diǎn)，而常見(jiàn)化學(xué)、物理處理法相對(duì)成本太高，實(shí)效性不強(qiáng)。相比之下微生物處理技術(shù)有成本低，操作簡(jiǎn)單，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因而受到研究者學(xué)者們普遍關(guān)注。目前，有關(guān)微生物處理重金屬及有機(jī)物的研究較多[5-8]，但是有關(guān)化學(xué)品的分子毒理及其與微生物之間的相互作用等方面的深入研究成果較少[9]。我們擬選取一種重金屬離子為研究對(duì)象，篩選高效降解菌，并對(duì)微生物降解效果、降解機(jī)制進(jìn)行探究，以實(shí)現(xiàn)在源頭將重金屬?gòu)U水處理后利用。

活動(dòng)計(jì)劃：（2016.01-2016.02）

微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)培訓(xùn)。

微生物降解原理學(xué)習(xí)。

重金屬降解菌分離篩選與鑒定。

降解菌降解機(jī)制研究。

主要研究方法：文獻(xiàn)法，專家指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)法。

5.生活污水中微生物處理實(shí)驗(yàn)研究

生活污水中的主要污染物是微生物。水是微生物的第二大生境，生活污水中某些細(xì)菌的數(shù)量達(dá)到一定程度就會(huì)對(duì)水質(zhì)造成極大影響。尤其是病原微生物數(shù)量過(guò)大可能會(huì)造成大規(guī)模傳染病及流行病的爆發(fā)。但是由于其致病性、傳染性等特點(diǎn)使得病原微生物研究受到一定條件限制。所以生活污水中病原微生物的研究有重要的意義。噬菌體是一種病毒，它能裂解細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物，因而被稱為噬菌體。噬菌體的宿主特異性強(qiáng)，所以不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，可以用它來(lái)凈化污水，目前噬菌體技術(shù)大多集中在細(xì)菌鑒定和分型[10]，診斷和治療疾病[11，12]等幾方面，用于環(huán)境污染物的治理還比較少。所以在噬菌體在污水治理方面有廣闊的應(yīng)用前景。另外，雖然噬菌體在自然界中數(shù)量龐大，但是已鑒定出來(lái)的噬菌體只占了極小一部分。所以噬菌體的分離與鑒定對(duì)于噬菌體的廣泛應(yīng)用、完善噬菌體遺傳多樣性及其侵噬宿主菌作用機(jī)制等研究有積極意義。我們利用噬菌體去除污水中的微生物以尋求水質(zhì)凈化的新思路，分離出寬噬菌譜的噬菌體，并對(duì)其裂解機(jī)理進(jìn)行探討。

活動(dòng)計(jì)劃：（2016.03-2016.04）

在污水中分離純化噬菌體。

驗(yàn)證噬菌體裂解效果。

該噬菌體的生物學(xué)特性研究。

噬菌體裂解基因序列分析。

主要研究方法：文獻(xiàn)法，專家指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)法。

6.活動(dòng)成果交流展示

以植物凈化、化學(xué)品廢水、生活污水小組為單位開(kāi)展研究成果圖片展或者墻報(bào)展，研究小課題答辯等形式的分組交流展示活動(dòng)。

活動(dòng)計(jì)劃：（2016.06-2016.07）

分別實(shí)驗(yàn)用植物、高效降解菌、噬菌體處理后的污水用于校園綠化帶的實(shí)驗(yàn)田和小農(nóng)場(chǎng)澆灌，展示處理效果。

校園污水回用管網(wǎng)設(shè)計(jì)及模型制作比賽。

校園污水處理成果圖片展。

撰寫(xiě)研究報(bào)告及小論文。

7.評(píng)價(jià)（2016.09）

各小組成員對(duì)照各小組自定的職責(zé)分工明細(xì)表，以及小組研究活動(dòng)記錄和任務(wù)完成情況，進(jìn)行小組內(nèi)評(píng)價(jià)，成員任務(wù)目標(biāo)完成情況自評(píng)、互評(píng)。組織雛鷹計(jì)劃小組學(xué)員進(jìn)行成果展示，以及參加校研究性學(xué)習(xí)成果展示活動(dòng)。

六、活動(dòng)預(yù)期收獲

1.吸附各類污染物效果佳的植物分類，得出植物吸附污染物的最大值及最佳吸附條件，得出植物吸附的一定規(guī)律性結(jié)論。

2.得到一套微生物轉(zhuǎn)化含重金屬離子污水的實(shí)驗(yàn)方案，尋找到一種或幾種高效降解菌及其降解重金屬的機(jī)制。為其它重金屬和化學(xué)品處理提供借鑒線索。

3.分離得到一株寬宿主菌譜的噬菌體，鑒定其種類。

4.讓中學(xué)生走進(jìn)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)、自信心的建立、科學(xué)素養(yǎng)養(yǎng)成、思維及能力訓(xùn)練等方面都有積極的促進(jìn)作用。

5.在研究中同學(xué)們將走出校園，了解水資源污染現(xiàn)狀，激發(fā)他們保護(hù)環(huán)境責(zé)任感的使命感。將來(lái)會(huì)去影響更多的人，在保護(hù)環(huán)境、水資源方面產(chǎn)生積極作用。

[注]：本方案獲重慶市第30屆青少年科技創(chuàng)新大賽教師方案一等獎(jiǎng)。

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