校园污水无害化处理科技创新实践活动方案

宋洁

【摘要】在中学研究适合中学生的环保技术，创新实验技术方法，利用植物吸附和噬菌体技术等实现校园污水的无害化处理后有效利用。拟探索以适合中学的简单易行的处理学生身边的污染物的实验为载体，通过在中学实验室中开展创新型实验，培养中学生的环保理念和技巧，通过项目的实施培养学生中的环保力量，促进创新能力，团队协作能力以及社会交往能力的提升，将学校长期教育教学和学生环保意识、社会责任感的培养结合起来。

【关键词】校园污水  污水处理  噬菌体  环保意识  创新能力

【中图分类号】G63 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0023-02

一、活动背景

环保是全世界关注的话题，是影响各国经济发展的重要因素。从小培养青少年的环保理念，是21世纪人才培养必需重视的问题。结合自身学校特点及优势，积极拓宽思路，开展环境教育科技实践活动培养环保人才。利用身边的环境问题，设计创新型环保实验研究提高青少年对环境的关注度与社会责任感。

我校约有5000学生，按人均用水量5吨/月计，每年用水量约30万吨。生活污水排放量大，直接排放非常可惜，经无害化处理后循环利用可以成为一种切实有效的节水措施。目前，污水回用技术主要应用于农业、工业、建筑、地下水回灌、景观、娱乐、河流生态维持等方面，其中，农业灌溉是最经济利用方式。[1]拟以校园污水为研究对象，对校园污水类别以及污水排放口的植物生长情况进行分类调查，探究污水排放口植物的种群特征，研究校园污水转化为绿化用水的可行性。探究利用植物吸附[2，3]和噬菌体处理技术[4]实现校园污水的无害化处理的可行性，设计出校园污水无害化处理方案。

二、活动目标

完成校园污水分类。在此项活动中增强环保意识，在活动中增强社会责任感。

对污水排放口生长的植物分类，找出能降解污水的植物种类并研究其降解或吸附能力大小。在此项活动中激发其创新能力、学会团队协作以及与人交往沟通。

学习化学品废水及含微生物废水处理方法，学习环保新科技，提高研究能力和学以致用的实践能力。

三、创新点

1.培养模式新

充分利用我校在研究性学习领域的丰厚积淀，依托我校大学附属中学得天独厚的硬件和软件条件，在中学阶段涉足本科甚至是研究生培养的科技实践活动，为有需要的同学提供发展空间，提前进入卓越人才培养计划。

2.视角新

将前沿科技转化到中学环境教育中，让学生接触最前沿的科学技术噬菌体技术，让学生走近科学技术，用科学的魅力感染一批有志向的青少年，激发环保热情，引领他们走上科研之路。

四、活动方案设计

1.活动方案过程计划

表1  活动方案计划表

2.活动主要参与对象

主要为高一、高二年级部分学生。

3.实施时间

2015.09-2016.08

4.活动实施保障

经費支持：雏鹰计划，校研究性学习项目。

技术支持：环保局，西南大学相关院系专家和实验设施支持。

五、活动实施过程

1.校园用水量及污水分类调查

（1）学校用水量调查

采访学校后勤主任，了解学校用水量大小，计算排污量。

（2）分组实地考察各污水排放口（2015.09-2015.10）

教学楼：万象楼、博雅楼、逸夫楼、积健楼污水排放口，食堂污水口，学生宿舍污水排放处口，实验室污水排放口，全校污水总排放口。

（3）将污水按可能的成分来源分类

表2  污水分类表

通过对校园污水排放情况进行调查，校园污水主要有生活污水和化学品污水和餐厨污水三大部分。化学品污水含有大量有害化学污染物，而生活污水这一部分中却含有植物生长所需要的丰富营养元素，植物的生长又可以降解污水中部分有害的成分，同时还可能含有有害微生物。第一阶段我们将主要选取生活污水中的微生物和化学污染物中的重金属离子为研究对象，餐厨废水和其他化学污染物研究放在下阶段进行。

主要研究方法：访谈法，文献调查，实地考查。

2.校园污水排放口植物种群特征研究

根据本项目前期的研究成果，已收集整理出西南大学附中各污水排放口生长的所有植物（见表3），并逐一拍照，制作成植物手册。下一阶段将对各污水排放口的植物进行分类及其生长特性与污水类别相关性等研究。进一步发掘可以作为污水处理的植物资源以及优化用植物进行污水净化的实验条件。

表3  校园污水排放口生长植物情况调查表

活动计划：（2015.09-2015.10）

学生分组按各污水排放口对其附近区域生长的植物进行分类。

各类植物生长习性调查

各种植物对污水的吸附或降解能力及条件研究。

主要研究方法：文献法。

3.水样分析和实验方案设计

主要研究对象为生活污水和化学品废水。因化学实验室废水排放有随机性，根据具体实验所排放的废水成分不固定，所以可以有针对性地对每次实验后的废水进行处理后排放，成分可以根据实验确定。而生活污水的主要成分是氮、磷等容易造成水体富营养化的物质和微生物，主要选择微生物为研究对象，分离生活污水中的有害微生物进行后续研究。

活动计划：（2015.11-2015.12）

确定一种化学品污染物为研究对象。

取生活污水排放口水样进行微生物检测。

初定两种污水处理实验方案。

主要研究方法：实验法，文献法。

4.化学品废水处理实验研究

化学实验室排放的化学品废水作为一特殊的污水类型，虽然其排污量和污水污染程度不及工业废水，但其代表的重金属离子、有机物污染等不得不引起重视。中学化学实验室污水更是具有排污量较小，排放时间不定性，污染物浓度不大等独有的特点，而常见化学、物理处理法相对成本太高，实效性不强。相比之下微生物处理技术有成本低，操作简单，不产生二次污染等优点，因而受到研究者学者们普遍关注。目前，有关微生物处理重金属及有机物的研究较多[5-8]，但是有关化学品的分子毒理及其与微生物之间的相互作用等方面的深入研究成果较少[9]。我们拟选取一种重金属离子为研究对象，筛选高效降解菌，并对微生物降解效果、降解机制进行探究，以实现在源头将重金属废水处理后利用。

活动计划：（2016.01-2016.02）

微生物实验技术培训。

微生物降解原理学习。

重金属降解菌分离筛选与鉴定。

降解菌降解机制研究。

主要研究方法：文献法，专家指导，实验法。

5.生活污水中微生物处理实验研究

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，生活污水中某些细菌的数量达到一定程度就会对水质造成极大影响。尤其是病原微生物数量过大可能会造成大规模传染病及流行病的爆发。但是由于其致病性、传染性等特点使得病原微生物研究受到一定条件限制。所以生活污水中病原微生物的研究有重要的意义。噬菌体是一种病毒，它能裂解细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物，因而被称为噬菌体。噬菌体的宿主特异性强，所以不会对环境造成危害，可以用它来净化污水，目前噬菌体技术大多集中在细菌鉴定和分型[10]，诊断和治疗疾病[11，12]等几方面，用于环境污染物的治理还比较少。所以在噬菌体在污水治理方面有广阔的应用前景。另外，虽然噬菌体在自然界中数量庞大，但是已鉴定出来的噬菌体只占了极小一部分。所以噬菌体的分离与鉴定对于噬菌体的广泛应用、完善噬菌体遗传多样性及其侵噬宿主菌作用机制等研究有积极意义。我们利用噬菌体去除污水中的微生物以寻求水质净化的新思路，分离出宽噬菌谱的噬菌体，并对其裂解机理进行探讨。

活动计划：（2016.03-2016.04）

在污水中分离纯化噬菌体。

验证噬菌体裂解效果。

该噬菌体的生物学特性研究。

噬菌体裂解基因序列分析。

主要研究方法：文献法，专家指导，实验法。

6.活动成果交流展示

以植物净化、化学品废水、生活污水小组为单位开展研究成果图片展或者墙报展，研究小课题答辩等形式的分组交流展示活动。

活动计划：（2016.06-2016.07）

分别实验用植物、高效降解菌、噬菌体处理后的污水用于校园绿化带的实验田和小农场浇灌，展示处理效果。

校园污水回用管网设计及模型制作比赛。

校园污水处理成果图片展。

撰寫研究报告及小论文。

7.评价（2016.09）

各小组成员对照各小组自定的职责分工明细表，以及小组研究活动记录和任务完成情况，进行小组内评价，成员任务目标完成情况自评、互评。组织雏鹰计划小组学员进行成果展示，以及参加校研究性学习成果展示活动。

六、活动预期收获

1.吸附各类污染物效果佳的植物分类，得出植物吸附污染物的最大值及最佳吸附条件，得出植物吸附的一定规律性结论。

2.得到一套微生物转化含重金属离子污水的实验方案，寻找到一种或几种高效降解菌及其降解重金属的机制。为其它重金属和化学品处理提供借鉴线索。

3.分离得到一株宽宿主菌谱的噬菌体，鉴定其种类。

4.让中学生走进大学实验室，对于学习兴趣的激发、自信心的建立、科学素养养成、思维及能力训练等方面都有积极的促进作用。

5.在研究中同学们将走出校园，了解水资源污染现状，激发他们保护环境责任感的使命感。将来会去影响更多的人，在保护环境、水资源方面产生积极作用。

[注]：本方案获重庆市第30届青少年科技创新大赛教师方案一等奖。

参考文献：

[1]周振明著.污水资源化与污水灌溉技术研究[M].黄河水利出版社，2007.

[2]于晓章.环境污染治理领域中的植物修复技术[J].生态科学，2004，23（3）： 256-260.

[3]鲍桐，廉梅花，孙丽娜，等.重金属污染土壤植物修复研究进展[J].生态环境 2008，17（2）： 858-865.

[4]厉艳，陈长法，赵文军，等.噬菌体展示技术及其应用[J].植物检疫，2011，25（4）：70-74.

[5]李小燕.酸性含铜废水处理的试验研究[J].铀矿冶，2009，28（3）.

[6]龚健东，赵炳梓，张佳宝，等.大肠杆菌对铜离子的吸附行为研究[J].农业环境科学学报，2007，26（6）：2033- 2037.

[7]秦华，林先贵，尹睿，等.接种降解菌对土壤中邻苯二甲酸二异辛酯降解的影响[J].应用与环境生物学报，2006，12（6）：842～845.

[8]肖春玲，徐常新.氯酚类化合物高效降解菌的筛选[J].江苏农业科学，2007，1：229-231.

[9]廖国建，陈洪斌，何颖，等.应用蛋白质组学技术研究铬（Ⅵ）对粟酒裂殖酵母的分子毒性影响.环境科学学报，2005，25（12）：1693–1697.

[10]汪芳，彭菊芳，刘清梅.耐青霉素大肠杆菌噬菌体的筛选及其特性研究[J].环境与健康杂志，2010，27（12）：1104-1105.

[11]顾敬敏，韩文瑜等.治疗细菌性疾病的有力武器——噬菌体及其裂解酶[J].河北科技师范学院学报，2011，25（3）：29-31.

[12]杜斌.噬菌体在疾病治疗方面的应用及研究进展[J].现代畜牧兽医，2011，3：54-55.