《环境工程微生物学》课程教学大纲

1、环境工程微生物学课程教学大纲课程英文名称：Microbiology of Environmental Engineering课程编号：HZ191440课程类别：专业核心课程课程性质：必修课学 分：2.5学 时：（其中：讲课学时：40 实验学时：0 上机学时: 0）适用专业：环境工程开课部门：环境与资源学院先修课程：无后续课程：环境监测、水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置、环境工程综合实验等一、课程目标通过本课程的教学，使学生掌握以下知识并具备下列能力：掌握环境工程中的所涉及的微生物学基础知识，包括各类微生物的形态与构造、微生物的生理与代谢规律、微生物在生态环境中发挥的作用以及

2、环境生态工程的微生物原理与应用。能够将环境微生物学的基本原理运用到复杂环境工程问题的识别和表述。（支持毕业要求2）能够理解并系统掌握掌握环境微生物在实际环境工程中的作用原理，了解环境微生物新技术应用领域，能应用微生物学的基本原理分析和解决环境工程研究中的机理问题，具有优化实验技术与工程方案的能力。（支持毕业要求4）二、课程目标与毕业要求的对应关系课程目标指标点毕业要求毕业要求达成的教学环节课程目标11.2掌握用于解决复杂环境工程问题的化学、物理、生物等自然科学知识。毕业要求1 工程知识：具有从事环境工程所需的数学、自然科学（化学、物理、生物等）、工程基础和专业知识，并能够综合应用这些知识解决环

3、境工程领域复杂工程问题。（1）通过课堂上将微生物基础及其在环境工程中的实际应用意义同步讲授，让学生掌握环境工程微生物基础理论知识。（2）穿插案例分析，强调各微生物基础知识要点在解决复杂工程问题中的应用。课程目标22.1能够将数学、物理、化学、生物学、工程科学基本原理运用于识别和判断复杂工程问题的关键因素或环节。毕业要求2 问题分析：能够运用相关科学原理，识别、分析和表达复杂环境工程问题，并通过文献研究分析复杂环境工程问题，以获得有效结论。（1）重点讲授生态环境工程中常见污染控制问题的微生物原理，结合课堂案例分析达到对相关问题识别、掌握的效果（2）通过课程小论文，引导学生文献查询与归纳，掌握文献

4、研究分析能力。（3）学生通过课外小组兴趣实验及后期小组报告（总结报告和PPT汇报），锻炼学生对目标问题自主设计和分析能力。三、课程的主要内容及基本要求（一）理论学时部分第一单元 绪论1、教学目标了解环境微生物基本概念及发展史，了解环境工程面临的问题以及与微生物的关系，了解环境微生物学的主要研究对象和基本任务。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点环境与环境工程面临的问题与微生物的关系11.2环境微生物学的研究对象和任务11.2= 3 * GB3环境微生物概述11.2微生物学发展简史11.23、教学要求识 记：环境工程微生物学的研究对象；环境工程微生物学的基本任务；微生物的分类和命名

5、。领 会：目前环境保护力度逐步加大，环境工程微生物在环保事业中的地位和应用范围。简单应用：能够切合国内环境实际发展状况，分析以微生物为手段在环境污染控制工程中的应用，可举例分析。4、重点难点重点：环境工程微生物学的研究对象。环境工程微生物学的基本任务。环境工程微生物在新环境形势下的应用。难点：无。5、教学活动课前预习：微生物的分类和命名、基本概念等。课堂讲授：环境微生物基本概念及发展史，通过案例分析，讲授环境工程面临的问题以及与微生物的关系，环境微生物学的主要研究对象和基本任务。第二单元 原核微生物1、教学目标了解原核微生物的分类和基本概念，掌握革兰氏染色原理及实验方法，理解细菌内含物的类型及

6、其环境工程学意义，了解细菌、放线菌、蓝细菌、古菌在环境工程中的应用价值和意义。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点古菌域11.2细菌域11.2= 3 * GB3蓝细菌11.2放线菌11.23、教学要求识 记：古菌细胞壁特征；古菌的分类特征；放线菌的革兰氏属性；细菌内含颗粒类型及作用；荚膜、芽孢、粘液层的功能；菌胶团的定义；细菌、放线菌的菌落基本特征；细菌表面电荷与等电点；细菌革兰氏染色机制；细菌悬浊液的稳定性；放线菌的菌丝体分类。领 会：古菌、细菌、放线菌在环境保护领域的应用。简单应用：能够在了解原核微生物的基本特征的基础上，初步学会从微生物结构特征方面解释其对污染物的处理原理。

7、综合应用：可以根据一个具体环境污染问题，针对性选择原核微生物类型。4、重点难点重点：细菌细胞结构。细菌的物理化学特性。细菌的物理化学性质与污水生物处理的关系。放线菌特征及其在环境污染治理中的应用。难点：细菌革兰氏染色原理。细菌内含颗粒作用及其在环境治理中的应用。细菌荚膜、粘液层、菌胶团及衣鞘的作用及其在环境污染治理中的应用。环境保护和环境工程领域研究古菌的意义。5、教学活动课前预习：原核微生物分类及概念，古菌与细菌特点，细菌内含物特征及其在环境工程中的意义。课堂讲授：古菌细胞壁特征及分类；细菌内含颗粒类型及作用；荚膜、芽孢、粘液层的功能；菌胶团的定义；细菌、放线菌的菌落基本特征；细菌表面电荷与

8、等电点；细菌革兰氏染色机制；细菌悬浊液的稳定性；蓝细菌特征、放线菌的菌丝体分类及革兰氏属性。重点以案例分析讲授古菌环境工程应用、细菌内含物及其物理性质在环境工程的意义、放线菌在特殊废水处理中的环境工程意义等。课程小论文：自拟题目，选择古菌、细菌、蓝细菌、放线菌中的一类原核微生物，阐述其特性及在环境工程中的应用现状。小组兴趣实验及主体讨论：自选兴趣小课题，从校内不同环境中开展菌株分离、培养、观察（菌体或者鞭毛、内含物、芽孢、荚膜）中的一种或多种实验，完成小组报告，并课题汇报和研讨。第三单元 真核微生物1、教学目标了解真核微生物的分类和基本概念，掌握原生动物、微型后生动物、藻类在水体污染中的指示作

9、用，真菌的主要类型及其在废水生物处理中的作用。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点原生动物11.2微型后生动物11.2= 3 * GB3藻类11.2真菌11.23、教学要求识 记：原生动物的营养类型与分类，原生动物中哪一纲有害，原生动物的胞囊，后生动物的主要分类及特征，藻类的主要类型及特征，藻类典型贮存物，真菌主要类型及特征，酵母菌的繁殖，霉菌的常见菌属。领 会：各类型真核微生物在环境污染重的指示作用。简单应用：对于典型真核微生物，特别是原生动物、后生动物和藻类的部分常见指示类型特征及其应用。综合应用：根据镜检分析原生动物的类型，判断水体是否富营养化；根据水蚤的颜色，判断水体是否

10、受到污染。4、重点难点重点：原生动物、微型后生动物、藻类在水体污染中的指示作用。真菌的主要类型及其在废水生物处理中的作用。难点：原生动物的典型类型区分及其在水体污染中的指示作用。微型后生动物的典型类型区分及其在水体污染重的指示作用。5、教学活动课前预习：真核微生物的分类和基本概念，原生动物、微型后生动物、藻类、真菌的基本分类、常见类型。课堂讲授：原生动物（纤毛纲、鞭毛纲为重点，肉足纲了解）、微型后生动物（轮虫为重点，线虫、寡毛纲、水蚤、苔藓虫等了解）、藻类（裸藻纲、绿藻纲、硅藻纲为重点、其它纲藻类了解）在水体污染中的指示作用，真菌的主要类型及其在废水生物处理中的作用。课程小论文：自拟题目，选择

11、古原生动物、微型后生动物、藻类中的一类原核微生物，阐述其特性及在水体污染中的指示作用；或者选择真菌中的一类，阐述其特征及其在环境工程污染治理中的应用现状。小组兴趣实验及主体讨论：自选兴趣小课题，从校内不同环境中开展原生动物、后生动物、藻类、真菌的一种或多种实验，完成小组报告，并课题汇报和研讨。第四单元 微生物的生理1、教学目标了解酶的分类、命名和基本概念，掌握酶促反应动力学方程、酶促反应的影响因素、环境工程中常见碳氮磷比，理解好氧呼吸的产能效率计算，思考常见污水处理过程中的酶促应用和呼吸过程。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点微生物的酶11.2微生物的营养11.2= 3 * G

12、B3微生物的能量代谢11.2微生物的合成代谢11.23、教学要求识 记：酶的组成与结构，酶的活性中心，酶的分类与命名，酶的催化特性，影响酶促反应速率的因素；微生物的营养类型，环境工程中常见碳氮磷比，微生物的培养基种类，微生物的生物氧化与产能，好氧呼吸，无氧呼吸，甲烷形成中的主要反应，化能自养型微生物的合成代谢，卡尔文循环。领 会：通过硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸和硝酸盐/亚硝酸盐细菌合成代谢来思考污水处理的脱氮原理。简单应用：结合酶反应动力学影响因素，分析如何提高污水处理工艺的生物处理效率。综合应用：结合本校污水处理厂的氧化沟式废水处理工艺，思考生物工艺中的好氧呼吸、无氧呼吸过程。4、重点难点重点：

13、影响酶促反应速率的因素。环境工程中常见碳氮磷比。好氧呼吸和无氧呼吸。难点：酶促反应动力学方程。好氧呼吸的产能效率计算。5、教学活动课前预习：酶的组成、分类、命名，没的活性中心概念；微生物的营养类型。课堂讲授：酶的组成与结构，酶的活性中心，酶的分类与命门，酶的催化特性，影响酶促反应速率的因素；微生物的营养类型，环境工程中常见碳氮磷比，微生物的培养基种类，微生物的生物氧化与产能，好氧呼吸，无氧呼吸，甲烷形成中的主要反应，化能自养型微生物的合成代谢，卡尔文循环，硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸和硝酸盐/亚硝酸盐细菌合成代谢。第五单元 微生物的生长繁殖与生存因子1、教学目标了解微生物的关键生长因子、生长曲线、微

14、生物之间的关系，理解生长因子对微生物在环境中的应用影响，掌握微生物不同生长阶段特点、代时计算方法，微生物不同生长阶段特性及其在污水处理中的应用。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点微生物的生长繁殖11.2微生物的生存因子11.2= 3 * GB3微生物之间的关系11.2菌种的退化、复壮与保藏11.23、教学要求识 记：代时的概念与计算方法，微生物生长繁殖的4个时期与生长曲线，微生物生长量的测定方法（重点讲比浊法，后期实验部分讲菌落计数法），温度、pH、氧化还原电位、溶解氧、水活度对微生物生长的影响，紫外线、电离辐射、超声波、重金属、极端温度、极端pH、干燥、部分有机物、抗生素等其

15、他因素对微生物生长的影响及其环境意义，微生物之间的竞争、合作、共生、偏害、捕食、寄生关系，菌种的退化、复壮与保藏。领 会：微生物各种生长因子对于其在环境中的应用影响，微生物不同生长阶段特性及其在污水处理中的应用。简单应用：分析高温、紫外线、重金属、有机药物对微生物生长不利影响及其抗菌、杀菌原理，可根据不同生长阶段微生物数量计算其代时。综合应用：分析不同生长阶段微生物在污水处理中的最佳应用工艺阶段。4、重点难点重点：微生物的生长曲线及其代时计算。微生物关键生长因子（温度、pH、氧化还原电位、溶解氧、水活度）对微生物生长的影响。难点：细菌代时计算。厌氧微生物与氧的关系。5、教学活动课前预习：微生物

16、的生长繁殖，微生物的生存因子，其他不利环境因子对微生物的影响，微生物之间的关系。课堂讲授：代时的概念与计算方法，微生物生长繁殖的4个时期与生长曲线，微生物生长量的测定方法（重点讲比浊法，后期实验部分讲菌落计数法），温度、pH、氧化还原电位、溶解氧、水活度对微生物生长的影响，紫外线、电离辐射、超声波、重金属、极端温度、极端pH、干燥、部分有机物、抗生素等其他因素对微生物生长的影响及其环境意义，微生物之间的竞争、合作、共生、偏害、捕食、寄生关系，菌种的退化、复壮与保藏；通过案例分析，讲授不同生长阶段的微生物在污水处理中的最佳应用工艺阶段。第六单元 微生物的生态1、教学目标了解微生物生态系统、生物圈

17、等概念与分类，各类环境污染特征，理解土壤污染修复的步骤，水体富营养化的评价方法与防治措施，初步掌握各类环境污染微生物基本方法。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点生态系统和生物圈11.2土壤微生物生态11.2= 3 * GB3空气微生物生态11.2水体微生物生态11.23、教学要求识 记：生态系统概念与分类，生物圈和生态平衡的概念，土壤的生态条件；土壤中微生物特征，土壤自净和污染土壤微生物生态，土壤污染与土壤生物修复；空气中微生物特征，空气微生物的检测方法；水体微生物来源与群落特征，水体自净和污水的微生物生态，水体富营养化。领 会：土壤污染修复的步骤，水体富营养化的评价方法与防治

18、措施。简单应用：掌握自然地表水体出现富营养化后，如何开展评价方法与防治措施。综合应用：举例Cd或Pb污染土壤，谈谈土壤该类土壤生物修复措施与基本步骤。4、重点难点重点：土壤生物修复。水体自净。水体富营养化。难点：土壤生物修复技术关键。评价水体富营养化的方法。5、教学活动课前预习：生态系统概念与分类，生物圈和生态平衡的概念，各类环境污染的基本特征及修复方法。课堂讲授：生态系统概念与分类，生物圈和生态平衡的概念，土壤的生态条件；土壤中微生物特征，土壤自净和污染土壤微生物生态，土壤污染与土壤生物修复；空气中微生物特征，空气微生物的检测方法；水体微生物来源与群落特征，水体自净和污水的微生物生态，水体富

19、营养化。通过案例分析，讲授土壤污染修复的步骤，水体富营养化的评价方法与防治措施。第七单元 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理1、教学目标了解活性污泥、菌胶团概念，掌握活性污泥、菌胶团、生物膜的组成、作用及其在污水处理中的作用，掌握活性污泥丝状膨胀的原因、机理及控制对策。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点污水处理中的生态系统1、21.2、2.1活性污泥丝状膨胀的原因及控制对策1、21.2、2.1= 3 * GB3厌氧环境中活性污泥和生物膜的微生物群落1、21.2、2.13、教学要求识 记：好氧活性污泥法，好氧生物膜法，菌胶团及其在污水处理中的作用，活性污泥丝状膨胀的成因

20、及控制对策，厌氧活性污泥的培养，光合细菌处理高浓度有机废水，含硫酸盐废水的厌氧微生物处理。领 会：污水处理过程中菌胶团结构特性及其作用，活性污泥丝状膨胀的原因、机理与控制对策。简单应用：能够根据初步开展污水处理厂出现活性污泥膨胀原因分析。综合应用：能够根据镜检原生/后生动物结果，初步研判污水处理效果。4、重点难点重点：好氧活性污泥净化污水的作用机理。氧化塘中的微生物群落及其污水处理原理。原生动物/后生动物在污水处理中的作用（结合第三章基础来讲）。难点：菌胶团及其在污水处理中的作用。活性污泥丝状膨胀的成因及控制对策。5、教学活动课前预习：污水处理中的生态系统，菌胶团及其在污水处理中的作用，活性污

21、泥丝状膨胀的成因及控制对策。课堂讲授：好氧活性污泥法，好氧生物膜法，菌胶团及其在污水处理中的作用，活性污泥丝状膨胀的成因及控制对策，厌氧活性污泥的培养，光合细菌处理高浓度有机废水，含硫酸盐废水的厌氧微生物处理。污水处理过程中菌胶团结构特性及其作用，活性污泥丝状膨胀的原因、机理与控制对策。课程小论文：自拟题目，如选择性论述菌胶团的特点及其在污水处理中的应用研究现状、活性污泥膨胀成因及控制对策的研究现状。第八单元 污（废）水深度处理和微污染源水预处理中的微生物学原理1、教学目标了解污水脱氮除磷的目的和意义，重点掌握脱氮除磷的基本原理、方法，理解人工湿地中的微生物与水生植物净化污水的作用。2、教学内

22、容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点污水深度处理中的脱氮除磷微生物学原理1、21.2、2.1微污染水源水预处理中的微生物学原理1、21.2、2.1= 3 * GB3人工湿地中的微生物与水生植物净化污水的作用1、21.2、2.13、教学要求识 记：污水脱氮除磷的目的和意义，天然水体中氮磷的来源，脱氮除磷原理、脱氮除磷微生物、脱氮除磷工艺；微污染水源水微生物预处理及微生物群落；人工湿地净化污水的基本原理，人工湿地各组成的功能。 领 会：硝化过程运行操作的关键指标，硝化与反硝化过程，聚磷细菌除磷过程（结合第二章基础来讲）。简单应用：泥龄与硝化细菌的比生长速率的调控。综合应用：以A2/O工艺为例，

23、分析脱氮除磷过程及原理。4、重点难点重点：污水深度处理中的脱氮除磷微生物学原理。人工湿地净化污水的基本原理。难点：硝化与反硝化。泥龄计算。捷径反硝化。5、教学活动课前预习：污水深度处理中的脱氮除磷微目的和意义，微污染水源水预处理中的目的和意义，人工湿地生态系统。课堂讲授：污水脱氮除磷的目的和意义，天然水体中氮磷的来源，脱氮除磷原理、脱氮除磷微生物、脱氮除磷工艺（结合第二单元、第四单元）；微污染水源水微生物预处理及微生物群落；人工湿地净化污水的基本原理（结合第六单元），人工湿地各组成的功能。 课程小论文：自拟题目，例如各类微生物在污水、自然水体的脱氮除磷中的研究进展，人工湿地处理各类水体的研究现

24、状等。第九单元 有机固体废物与废气的微生物处理及其微生物群落1、教学目标了解堆肥方法及原理、垃圾和脱水污泥的填埋及微生物处理，了解废气的几种常见微生物处理方法。2、教学内容教学内容支撑课程目标支撑毕业要求指标点有机固体废物的微生物处理及其微生物群落1、21.2、2.1废气的微生物处理1、21.2、2.13、教学要求识 记：好氧堆肥，厌氧堆肥，堆肥工艺，废气的处理方法，废气中挥发性有机物的生物处理方法。领 会：有机堆肥好氧分解的基本条件，垃圾填埋场渗滤液特点及生物处理，废气的生物处理方法与原理。简单应用：理解废气处理中的生物吸附过滤池结构与基本原理。综合应用：以垃圾填埋场为例，分析从固体垃圾渗滤

25、液净化处理过程中的微生物参与过程。4、重点难点重点：堆肥相关概念及原理。典型废气的微生物处理方法。难点：好氧堆肥与厌氧堆肥的基本原理。5、教学活动课前预习：堆肥的概念及方法、垃圾和脱水污泥的特征，常见废气类型和生物处理手段。课堂讲授：好氧堆肥，厌氧堆肥，堆肥工艺，废气的处理方法，废气中挥发性有机物的生物处理方法。有机堆肥好氧分解的基本条件，垃圾填埋场渗滤液特点及生物处理，废气的生物处理方法与原理。课程小论文：自拟题目，例如各类有机废弃物的生物处理方法研究进展，特殊菌种在废气处理中的应用等。【学时分配】知识单元理论学时第一单元绪论2第二单元原核微生物6第三单元真核微生物6第四单元微生物的生理4第五单元微生物的生长繁殖与生存因子4第六单元微生物的生态2第七单元水