校園污水無害化處理科技創新實踐活動方案

宋潔

【摘要】在中學研究適合中學生的環保技術，創新實驗技術方法，利用植物吸附和噬菌體技術等實現校園污水的無害化處理后有效利用。擬探索以適合中學的簡單易行的處理學生身邊的污染物的實驗為載體，通過在中學實驗室中開展創新型實驗，培養中學生的環保理念和技巧，通過項目的實施培養學生中的環保力量，促進創新能力，團隊協作能力以及社會交往能力的提升，將學校長期教育教學和學生環保意識、社會責任感的培養結合起來。

【關鍵詞】校園污水 ?污水處理 ?噬菌體 ?環保意識 ?創新能力

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0023-02

一、活動背景

環保是全世界關注的話題，是影響各國經濟發展的重要因素。從小培養青少年的環保理念，是21世紀人才培養必需重視的問題。結合自身學校特點及優勢，積極拓寬思路，開展環境教育科技實踐活動培養環保人才。利用身邊的環境問題，設計創新型環保實驗研究提高青少年對環境的關注度與社會責任感。

我校約有5000學生，按人均用水量5噸/月計，每年用水量約30萬噸。生活污水排放量大，直接排放非?？上?，經無害化處理后循環利用可以成為一種切實有效的節水措施。目前，污水回用技術主要應用于農業、工業、建筑、地下水回灌、景觀、娛樂、河流生態維持等方面，其中，農業灌溉是最經濟利用方式。[1]擬以校園污水為研究對象，對校園污水類別以及污水排放口的植物生長情況進行分類調查，探究污水排放口植物的種群特征，研究校園污水轉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[4]實現校園污水的無害化處理的可行性，設計出校園污水無害化處理方案。

二、活動目標

完成校園污水分類。在此項活動中增強環保意識，在活動中增強社會責任感。

對污水排放口生長的植物分類，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。在此項活動中激發其創新能力、學會團隊協作以及與人交往溝通。

學習化學品廢水及含微生物廢水處理方法，學習環保新科技，提高研究能力和學以致用的實踐能力。

三、創新點

1.培養模式新

充分利用我校在研究性學習領域的豐厚積淀，依托我校大學附屬中學得天獨厚的硬件和軟件條件，在中學階段涉足本科甚至是研究生培養的科技實踐活動，為有需要的同學提供發展空間，提前進入卓越人才培養計劃。

2.視角新

將前沿科技轉化到中學環境教育中，讓學生接觸最前沿的科學技術噬菌體技術，讓學生走近科學技術，用科學的魅力感染一批有志向的青少年，激發環保熱情，引領他們走上科研之路。

四、活動方案設計

1.活動方案過程計劃

表1 ?活動方案計劃表

2.活動主要參與對象

主要為高一、高二年級部分學生。

3.實施時間

2015.09-2016.08

4.活動實施保障

經費支持：雛鷹計劃，校研究性學習項目。

技術支持：環保局，西南大學相關院系專家和實驗設施支持。

五、活動實施過程

1.校園用水量及污水分類調查

（1）學校用水量調查

采訪學校后勤主任，了解學校用水量大小，計算排污量。

（2）分組實地考察各污水排放口（2015.09-2015.10）

教學樓：萬象樓、博雅樓、逸夫樓、積健樓污水排放口，食堂污水口，學生宿舍污水排放處口，實驗室污水排放口，全校污水總排放口。

（3）將污水按可能的成分來源分類

表2 ?污水分類表

通過對校園污水排放情況進行調查，校園污水主要有生活污水和化學品污水和餐廚污水三大部分?；瘜W品污水含有大量有害化學污染物，而生活污水這一部分中卻含有植物生長所需要的豐富營養元素，植物的生長又可以降解污水中部分有害的成分，同時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污染物中的重金屬離子為研究對象，餐廚廢水和其他化學污染物研究放在下階段進行。

主要研究方法：訪談法，文獻調查，實地考查。

2.校園污水排放口植物種群特征研究

根據本項目前期的研究成果，已收集整理出西南大學附中各污水排放口生長的所有植物（見表3），并逐一拍照，制作成植物手冊。下一階段將對各污水排放口的植物進行分類及其生長特性與污水類別相關性等研究。進一步發掘可以作為污水處理的植物資源以及優化用植物進行污水凈化的實驗條件。

表3 ?校園污水排放口生長植物情況調查表

活動計劃：（2015.09-2015.10）

學生分組按各污水排放口對其附近區域生長的植物進行分類。

各類植物生長習性調查

各種植物對污水的吸附或降解能力及條件研究。

主要研究方法：文獻法。

3.水樣分析和實驗方案設計

主要研究對象為生活污水和化學品廢水。因化學實驗室廢水排放有隨機性，根據具體實驗所排放的廢水成分不固定，所以可以有針對性地對每次實驗后的廢水進行處理后排放，成分可以根據實驗確定。而生活污水的主要成分是氮、磷等容易造成水體富營養化的物質和微生物，主要選擇微生物為研究對象，分離生活污水中的有害微生物進行后續研究。

活動計劃：（2015.11-2015.12）

確定一種化學品污染物為研究對象。

取生活污水排放口水樣進行微生物檢測。

初定兩種污水處理實驗方案。

主要研究方法：實驗法，文獻法。

4.化學品廢水處理實驗研究

化學實驗室排放的化學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廢水，但其代表的重金屬離子、有機物污染等不得不引起重視。中學化學實驗室污水更是具有排污量較小，排放時間不定性，污染物濃度不大等獨有的特點，而常見化學、物理處理法相對成本太高，實效性不強。相比之下微生物處理技術有成本低，操作簡單，不產生二次污染等優點，因而受到研究者學者們普遍關注。目前，有關微生物處理重金屬及有機物的研究較多[5-8]，但是有關化學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象，篩選高效降解菌，并對微生物降解效果、降解機制進行探究，以實現在源頭將重金屬廢水處理后利用。

活動計劃：（2016.01-2016.02）

微生物實驗技術培訓。

微生物降解原理學習。

重金屬降解菌分離篩選與鑒定。

降解菌降解機制研究。

主要研究方法：文獻法，專家指導，實驗法。

5.生活污水中微生物處理實驗研究

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，生活污水中某些細菌的數量達到一定程度就會對水質造成極大影響。尤其是病原微生物數量過大可能會造成大規模傳染病及流行病的爆發。但是由于其致病性、傳染性等特點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，所以不會對環境造成危害，可以用它來凈化污水，目前噬菌體技術大多集中在細菌鑒定和分型[10]，診斷和治療疾病[11，12]等幾方面，用于環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用前景。另外，雖然噬菌體在自然界中數量龐大，但是已鑒定出來的噬菌體只占了極小一部分。所以噬菌體的分離與鑒定對于噬菌體的廣泛應用、完善噬菌體遺傳多樣性及其侵噬宿主菌作用機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凈化的新思路，分離出寬噬菌譜的噬菌體，并對其裂解機理進行探討。

活動計劃：（2016.03-2016.04）

在污水中分離純化噬菌體。

驗證噬菌體裂解效果。

該噬菌體的生物學特性研究。

噬菌體裂解基因序列分析。

主要研究方法：文獻法，專家指導，實驗法。

6.活動成果交流展示

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

活動計劃：（2016.06-2016.07）

分別實驗用植物、高效降解菌、噬菌體處理后的污水用于校園綠化帶的實驗田和小農場澆灌，展示處理效果。

校園污水回用管網設計及模型制作比賽。

校園污水處理成果圖片展。

撰寫研究報告及小論文。

7.評價（2016.09）

各小組成員對照各小組自定的職責分工明細表，以及小組研究活動記錄和任務完成情況，進行小組內評價，成員任務目標完成情況自評、互評。組織雛鷹計劃小組學員進行成果展示，以及參加校研究性學習成果展示活動。

六、活動預期收獲

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律性結論。

2.得到一套微生物轉化含重金屬離子污水的實驗方案，尋找到一種或幾種高效降解菌及其降解重金屬的機制。為其它重金屬和化學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.讓中學生走進大學實驗室，對于學習興趣的激發、自信心的建立、科學素養養成、思維及能力訓練等方面都有積極的促進作用。

5.在研究中同學們將走出校園，了解水資源污染現狀，激發他們保護環境責任感的使命感。將來會去影響更多的人，在保護環境、水資源方面產生積極作用。

[注]：本方案獲重慶市第30屆青少年科技創新大賽教師方案一等獎。

參考文獻：

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