实践掠影

一、   基本信息

编写依据:2014版本科人才培养方案

课程名称：环境工程综合实验（Comprehensive Experiments of Environmental engineering）

学时学分：32学时，2学分

课程类别：专业课程

课程性质：必修

适用专业：环境工程

开设学期：第7学期

先修课程：环境化学、环境监测

开课单位: 生命科学学院

二、   课程教学目标

环境工程综合实验是环境工程专业的重要环节，其教学目标是使学生通过实验训练强化环境工程专业知识。使学生掌握好氧堆肥的基本方法；掌握好氧堆肥过程有机质含量测定的方法；掌握好氧堆肥过程半纤维素、纤维素、木质素含量的测定方法；掌握微生物培养的基本方法。培养学生分析问题、解决问题的能力，培养学生综合规划能力，培养学生动手能力，培养学生处理实验数据的能力，使学生养成严谨、规范、仔细的品质。

三、   课程教学要求

本实验（实训）课采用蓝墨云班课教学发布教学资源，如每次上课前发布实验原理、实验方法、参考文献及视频资源供学生预习，学生要在课前下载或在线学习教学资源，做好实验预习。课堂上教师主要采用板书、图片展示和讲授为主的教学方法，并在实验过程中做好指导和答疑工作，学生独立完成实验项目，在此过程中教师随机选择学生回答实验相关问题，以起到启发教学的目的。实验后学生根据自己的真实实验结果撰写实验报告。

四、   实验（实训）教学内容及学时分配

（一）教学学时分配

（二）实验（实训）教学内容

实验（实训）项目一：堆肥实验实验设计与制作

【目的】

掌握好氧堆肥的基本方法；熟悉好氧堆肥的基本原料和制作方法。

【原理】

微生物能够在氧气存在的条件下将有机物氧化为二氧化碳和水，同时释放能量。将大量的物料与秸秆等蓬松生物质原料混合，物料中的土著微生物能够利用氧气将物料转化为有机肥产品，同时释放能量。

【主要仪器设备及耗材】

实验材料为鸡粪、秸秆、活性炭、腐熟剂，实验仪器包括天平、烧杯、电子秤、烘箱。

【内容】

实验开始前先设计实验组，分为三个实验组，第一个实验组以鸡粪加秸秆为原材料进行好氧堆肥实验；第二个实验组以鸡粪加秸秆加活性炭为原材料进行好氧堆肥实验；第三个实验组以鸡粪加秸秆加腐熟剂为原材料进行好氧堆肥实验。

【方法】

1.用电子秤称取等质量的鸡粪与秸秆，将两种原料置于普通铁盆中并加入一定量的去离子水，调节物料含水率，使物料含水率维持在65%左右。然后将物料充分混合40分钟，再将物料分别置于三个烧杯中。将第一个烧杯作为对照组，不加入添加剂；在第二个烧杯中加入10g活性炭；在第三个烧杯中加入10g腐熟剂。实验过程中每隔两天翻堆一次，并测定含水率，若含水率下降，则加入蒸馏水，维持物料含水率为65%左右。好氧堆肥过程进行一个月。

实验（实训）项目二：堆肥样品总有机质含量测定

【目的】

了解国标NY525-2012的内容，掌握有机质含量的测定方法；通过对有机质含量的测定了解好氧堆肥过程中有机质含量的变化规律。

【原理】

用定量的重铬酸钾—硫酸溶液，在加热条件下，使有机肥料中的有机碳氧化，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液滴定，同时以二氧化硅为添加物作空白试验。根据氧化前后氧化剂消耗量，计算有机碳含量，乘以系数1.724，为有机质含量。

【主要仪器设备及耗材】

实验材料为二氧化硅、硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁、邻菲罗啉。试剂纯度均为分析纯。主要的实验器材包括：水浴锅、烧杯、加热台、容量瓶、滴定管、烘箱、天平。

【内容】

实验过程中将干燥后的样品置于三角瓶中，加入重铬酸钾和硫酸的混合液，通过混合液将样品中的有机碳氧化为二氧化碳，同时六价铬离子被还原为三价铬离子，剩余的六价铬离子就可以通过硫酸亚铁滴定法来测量。从而计算出样品中有机碳的含量。

【方法】

称取过Φ1mm筛的风干试样0.2g ~ 0.5g（精确至0.0001g），置于500mL的三角瓶中，准确加入0.8 mol/L重铬酸钾溶液50.0mL，再加入50.0 mL浓硫酸，加一弯颈小漏斗，置于沸水中,待水沸腾后保持30min。取出冷却至室温，用水冲洗小漏斗，洗液承接于三角瓶中。取下三角瓶，将反应物无损转入250mL容量瓶中，冷却至室温，定容，吸取50.0mL溶液于250mL三角瓶内，加水约至100mL左右，加2滴~ 3滴邻啡?啉指示剂，用0.2mol/L硫酸亚铁标准溶液滴定近终点时，溶液由绿色变成暗绿色，再逐滴加入硫酸亚铁标准溶液直至生成砖红色为止。同时称取0.2g(精确至0.001g)二氧化硅代替试样，按照相同分析步骤，使用同样的试剂，进行空白试验。

如果滴定试样所用硫酸亚铁标准溶液的用量不到空白试验所用硫酸亚铁标准溶液用量的三分之一时，则应减少称样量，重新测定。

实验（实训）项目三：木质纤维素含量的测定

【目的】

了解标准Van soset法测定木质纤维素的基本原理，掌握木质纤维素含量的测定方法；通过对木质纤维素含量的测定了解好氧堆肥过程中木质纤维素的变化规律。

【原理】

秸秆类植物残余物经过中性洗涤剂的沸腾处理，未能够溶解的残渣则为植物细胞纤维，其主要为植物细胞壁的主要构成成分，其中包括大量的木质素、半纤维素、硅酸盐和纤维素等物质，该部分为秸秆类植物残余物的中性洗涤纤维（NDF），其次秸秆类植物残余物经过酸性洗涤剂的处理，其未能够溶解的部分为植物的酸性洗涤纤维（ADF），其中所包括的物质有纤维素、木质素、硅酸盐，这一部分的酸性洗涤纤维在经过72%的硫酸酸化后，所剩余的残渣则为植物纤维中的木质素和硅酸盐，将酸性洗涤纤维值中减去经过72%硫酸酸化后的酸性洗涤纤维值则为残余物之中纤维素的含量，再将72%硫酸酸化后的酸性洗涤纤维残渣灰化，在该过程中损失的部分则为为酸性洗涤木质素（ADL）的含量。

【主要仪器设备及耗材】

实验材料包括中性洗涤剂、酸性洗涤剂、硫酸、无水硫酸钠。试剂纯度均为分析纯。主要的实验器材包括：三角瓶、加热台、烘箱、天平、抽滤机、马弗炉等。

【内容】

实验过程中将样品先经过中性洗涤剂洗涤，脱除样品中的细胞成分；在经过酸性洗涤剂的洗涤后脱除半纤维素；经过72%的硫酸后脱除纤维素；最后再经过马弗炉灼烧脱除木质素。

【方法】

1.称取1g样品放入三角瓶中，加入100ml中性洗涤剂，0.5g无水硫酸钠，将三角瓶置于水浴锅中保持微沸状态30min，抽滤多次并对残渣烘干至恒重后称重。2.酸性洗涤操作部分按照中性洗涤剂的操作进行，对最终的残渣进行称重。3.将酸性洗涤剂所产生的残渣用72%的硫酸浸泡4小时后过滤，对残渣烘干至恒重后称重。4.将第三步所产生的残渣置于马弗炉中灼烧2小时后称重。根据每一步的残渣的质量差即可计算出样品中半纤维素、纤维素、木质素的质量。

实验（实训）项目四：微生物筛选实验

【目的】

了解从有机肥中筛选微生物的方法，掌握平板画线法，掌握培养基的配制方法。

【原理】

腐熟的肥料样品中含有大量的细菌，这些细菌能够在LB培养基上生长。通过无菌水稀释法就可以将肥料中的优势菌株提取出来，然后通过平板划线法就可以将多种细菌分离开开。

【主要仪器设备及耗材】

实验原料包括氯化钠、蛋白胨、酵母粉、氢氧化钠。实验器材包括灭菌锅、无菌操作台、加热台、三角瓶等。

【内容】

将LB培养基和无菌水制作出来后，就可以将肥料样品中的细菌接种至LB培养基中，通过多次菌株划线就可以将菌株分离开来。

【方法】

1.称取蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化钠10g，摇动锥形瓶直至这些组分溶解。后用5mol/L的NaOH溶液调节pH至7.0。用去离子水定容至1L。在121℃温度下灭菌30 min。视培养基种类加入琼脂粉18g。2.称取1g肥料样品置于100ml无菌水中，充分混匀30min，用移液枪吸取1ml溶液，稀释到10的负一次方倍；再从10的负一次方倍浓度的微生物菌液中取1毫升的微生物菌液到灭菌后的三角瓶中，加入9毫升的蒸馏水，稀释成为10的负二次方倍。依次这样操作，分别制作出10的负五次方、10的负六次方、10的负七次方、10的负八次方、10的负九次方等不同浓度的微生物菌液。然后向装有10的负六次方、10的负七次方、10的负八次方、10的负九次方稀释浓度的微生物菌液加入至LB平板培养基中，并贴上对应的标签，最后放置到温度为25摄氏度，转速为90 rpm的恒温培养箱里进行培养。3.培养 24小时后观察各个平板中微生物的生长状况。根据微生物的密集度选取最适合划线分离的平板进行多次平板划线分离。

实验（实训）项目五：微生物保藏与数据分析

【目的】

掌握微生物的保藏方法，掌握简单的数据分析方法。

【原理】

试管具有相对封闭的空间能够最大程度避免感染，因此在无菌条件下制作出来的斜面培养基能够长期保藏微生物。

【主要仪器设备及耗材】

实验原料包括氯化钠、蛋白胨、酵母粉、氢氧化钠。实验器材包括灭菌锅、无菌操作台、加热台、三角瓶等。

【内容】

将LB斜面培养基制作好后，将试管倾斜放置于书本上，待培养基凝固后就可以在无菌操作台中将菌株接种于斜面培养基中保藏。

【方法】

1.称取蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化钠10g，琼脂18g，加热锥形瓶直至这些组分溶解。后用5mol/L的NaOH溶液调节pH至7.0。用去离子水定容至1L。2.向试管中倒入培养基，倒入培养基的体积以试管1/4左右为宜，用锡纸密封后置于高压灭菌锅中灭菌30min。灭菌完毕后将试管倾斜放置于书本上，等琼脂冷却后就可以使用了。3.在无菌操作台内将菌株接种保存于试管内。

五、   测评方式

1.预习（10%）

2.实验（实训）操作（60%）

3.实验（实训）报告（30%）

六、   实验（实训）指导书及参考资料

1.国家标准，《NY525-2012》，2012

2.马涛，《环境科学与工程综合实验》，中国轻工业出版社，2017年

3.王秀萍，《环境综合实验》，华中科技大学出版社，2012年

4.Li, W.Z., Ju, M.T., Wang, Y.N., Liu, L., Jiang, Y. 2013. Separation and recovery of cellulose from Zoysia japonica by 1-allyl-3-methylimidazolium chloride. Carbohydr Polym, 92(1), 228-235.

5.Yang, J., Ju, M., Li, W., Ren, Q., Le, L., Yu, C., Qian, Y., Hou, Q., Liu, Y. 2015. Rapid production of organic fertilizer by dynamic high-temperature aerobic fermentation (DHAF) of food waste. Bioresource Technology, 197(2061), 7-14.

编写人:江洋             审核人:  黄周满              编写(修订)时间:2017年7月