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高等環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)與碩士論文相結(jié)合的研究論文
由于大多數(shù)的環(huán)境問題都與化學(xué)物質(zhì)直接有關(guān)，所以高等環(huán)境化學(xué)或環(huán)境化學(xué)課程是國(guó)內(nèi)外很多高等學(xué)校環(huán)境專業(yè)碩士研究生必修的一門課程。高等環(huán)境化學(xué)是研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的存在、特性、行為和效應(yīng)及其控制的原理和方法的科學(xué)，我院環(huán)境工程專業(yè)的大多數(shù)研究生，在此方面都需要有扎實(shí)的基本理論和知識(shí)。為了使學(xué)生能學(xué)以致用，根據(jù)我們學(xué)院研究生將要進(jìn)行的論文課題研究方向，我們將此門課程的教學(xué)內(nèi)容與他們的碩士論文研究方向相結(jié)合方面進(jìn)行了探討與實(shí)踐，以適應(yīng)大多數(shù)學(xué)生進(jìn)行課題研究的需要。
1.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院研究生概況
我院環(huán)境工程專業(yè)是江蘇省高等學(xué)校特色專業(yè)共建設(shè)點(diǎn)，在招收的攻讀環(huán)境工程專業(yè)碩士研究生中，大多數(shù)學(xué)生選讀了《高等環(huán)境化學(xué)》這門課程。研究生的培養(yǎng)目標(biāo)是畢業(yè)后能獨(dú)立地、創(chuàng)造性地從事科學(xué)研究、教學(xué)工作或擔(dān)任專門技術(shù)工作，而且具備主持較大型科研、技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目的能力。我們學(xué)院攻讀環(huán)境工程專業(yè)碩士研究生畢業(yè)論文的主要課題方向列于表1。從表1可見，他們的研究方向主要有水污染控制工程、環(huán)境規(guī)劃與管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)分析與技術(shù)三個(gè)方向，研究的內(nèi)容主要以高濃度有機(jī)廢水處理、脫氮除磷技術(shù)、生態(tài)區(qū)域規(guī)劃。
2.課程教學(xué)內(nèi)容與碩士論文課題相結(jié)合
與建設(shè)理論、循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究、環(huán)境污染物分析方法研究等。
從表1可見，大多數(shù)學(xué)生是從事水污染控制工程方向的，其次是進(jìn)行環(huán)境規(guī)劃與管理的，另外還有一些學(xué)生是專攻境監(jiān)測(cè)分析與技術(shù)方向的。根據(jù)上面的情況，如何講解此門課程，為他們?cè)诮Y(jié)束課程學(xué)習(xí)后進(jìn)入到課題研究的關(guān)鍵問題是確定課程的主要內(nèi)容。為此，我們作了大量的調(diào)研工作，并結(jié)合研究生的課題研究方向，修改、制定了該課程的教學(xué)大綱和講課的主要內(nèi)容。由于本課程的教學(xué)時(shí)數(shù)只有36學(xué)時(shí)，環(huán)境化學(xué)的內(nèi)容又是那么多，因此必須進(jìn)行合理安排。我們把講解的內(nèi)容分為六章，每章節(jié)的主要內(nèi)容和教學(xué)時(shí)間安排見表2。由表1可知，較大部分學(xué)生是從事水污染控制工程研究的，他們很需要有關(guān)水污染這一方面的環(huán)境化學(xué)基本知識(shí)。我們?cè)谶@一門課程的教學(xué)中就是根據(jù)此情況來安排我們的教學(xué)內(nèi)容和時(shí)間的。由表2可見，第三章水環(huán)境化學(xué)的內(nèi)容最多，共有10節(jié)，教學(xué)時(shí)數(shù)為18，占了總學(xué)時(shí)的一半。其內(nèi)容包含了天然水的基本特征、主要離子的形成、溶解性氣體，酸堿化學(xué)平衡、沉淀和溶解、配位平衡、吸附平衡等的基本原理，水體中有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化，氧化還原技術(shù)和生化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用等。
在講解天然水的基本特征時(shí)，我們主要介紹了天然水的存在形式，各種水的主要組成、特點(diǎn)和污染物情況。如湖水中含鈣、鎂、鈉、鉀、硅、氮、磷、錳、鐵等元素，其中氮、磷等元素引起的富營(yíng)養(yǎng)化問題是湖泊的主要污染問題。在2007年夏天，無(wú)錫太湖發(fā)生了嚴(yán)重的藍(lán)藻事件，給無(wú)錫市部分人民的生活帶來了一定的困難。藍(lán)藻出現(xiàn)的主要原因:一是氣溫比較合適，二是水中的氮磷濃度較高，三是太湖水域水流緩慢，這些都是藍(lán)藻大面積繁殖的必要條件。根據(jù)此情況，我們講解了水體中的異相物質(zhì)——藻類的基本知識(shí)。藻類是湖泊、水庫(kù)等緩慢流動(dòng)水體中最常見的能進(jìn)行光合作用的浮游類植物，有一個(gè)明顯核。在沒有陽(yáng)光的條件下，藻類將消耗自身體內(nèi)有機(jī)物以滿足自身的需要，同時(shí)也消耗著水中的溶解氧。
對(duì)目前經(jīng)常使用的生化法處理生活污水和工業(yè)廢水，有針對(duì)性地介紹了水體中的生物氧化還原反應(yīng)。水體中的微生物在有氧氣存在的情況下，進(jìn)行有氧呼吸時(shí)，有機(jī)物質(zhì)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)可以表示如下：
CxHyOz+O2—^C02+H20+能量水體中，細(xì)菌、酵母菌、真菌等微生物的催化作用的結(jié)果使得許多無(wú)機(jī)化合物的生物氧化還原反應(yīng)經(jīng)常發(fā)生。細(xì)菌等微生物的呼吸過程是在微生物細(xì)胞內(nèi)的各種氧化還原酶和一系列輔酶的催化作用下完成的，有機(jī)污染物被細(xì)菌等微生物降解的中間產(chǎn)物生成了各種有機(jī)酸'這些有機(jī)酸在水體溶解氧不足的條件下，將利用較弱的NO;-、Fe3+、Mn4+、SO42-、CO2等電子受體，進(jìn)行反硝化、反硫化、甲烷發(fā)酵、酸性發(fā)酵等厭氧過程，其最終產(chǎn)物有CO2和氏0，以及NHhH2S、CH4、有機(jī)酸、醇等。在缺氧條件發(fā)生的生物反硫化作用可在淤泥、沼澤、排水池中進(jìn)行。由此引起硫酸鹽轉(zhuǎn)化為HS氣體的反應(yīng)，從而產(chǎn)生Cu、Pb、Zn、Ag等金屬的硫化物沉淀，以至減弱了這些金屬在所在環(huán)境介質(zhì)中的遷移能力。
另外對(duì)水體中有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)物的的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。特別是水體中有機(jī)污染物的污染更為重要和復(fù)雜。到目前為至，世界上已有700多萬(wàn)種有機(jī)物，其中大多數(shù)都是有毒有害的，如排入到環(huán)境中會(huì)造成環(huán)境質(zhì)量的惡化。而我們對(duì)環(huán)境中的有機(jī)污染物控制和處理還較簿弱，需要我們做很多工作。
水中有機(jī)污染物以及農(nóng)藥殘留的分析、監(jiān)測(cè)是環(huán)境中有機(jī)污染物的重要研究課題之一，部分研究生在這方面進(jìn)行了一定的研究。
從環(huán)境科學(xué)的角度，土壤是人類環(huán)境的重要組成要素。隨著環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，人們愈來愈認(rèn)識(shí)到土壤環(huán)境的復(fù)雜性和重要性。土壤環(huán)境化學(xué)就是研究化學(xué)物質(zhì)，包括各種污染物進(jìn)入土壤后的化學(xué)行為及其影響。包括污染物在土壤環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、降解和累積過程中的化學(xué)行為、反應(yīng)機(jī)制、歷程和歸宿。此章重點(diǎn)放在幾類有代表性的化學(xué)物質(zhì)，即化學(xué)農(nóng)藥(代表土壤中外源有機(jī)化學(xué)物)、化肥、重金屬和固體廢棄物的土壤污染化學(xué)，并對(duì)土壤污染中復(fù)雜的化學(xué)過程作一介紹。首先，我們介紹了土壤的組成和性質(zhì)；然后介紹了土壤負(fù)載容量或土壤環(huán)境容量；讓學(xué)生對(duì)土壤有一個(gè)大概的了解。
重金屬是土壤無(wú)機(jī)污染物中比較突出的一類。通過各種途徑進(jìn)入土壤的重金屬通常以可溶態(tài)或顆粒態(tài)存在。其在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化及生物可利用性均直接與重金屬的存在形態(tài)相關(guān)。例如重金屬對(duì)植物和其他土壤生物的毒性，不是與土壤溶液中重金屬總濃度相關(guān)，主要取決于游離(水合)的金屬離子。對(duì)鎘，則主要取決于游離Cd2+濃度，對(duì)銅則取決于游離Cu2+及其氫氧化物。而大部分穩(wěn)定配合物及其與膠體顆粒結(jié)合的形態(tài)則是低毒的。僅脂溶性金屬配合物是例外，因?yàn)樗鼈兡軌蜓杆偻高^生物膜，并對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生很大的破壞作用。
我們學(xué)院有些教師在土壤中重金屬形態(tài)分析的研究也開展了一些研究并取得了某些研究成果，并將此作為研究生的研究課題之一。根據(jù)此情況，我們給學(xué)生介紹重金屬形態(tài)分析方面的基本理論和最新研究情況。近年來，以北美Tesskr等人提出的五步系列萃取法和歐共體BCR的四步系列萃取法應(yīng)用較多[3,4]。我們也將這二種方法存在的缺點(diǎn)擺了出來，主要是萃取操作的時(shí)間過于冗長(zhǎng)，使實(shí)際應(yīng)用不易實(shí)現(xiàn)。在此同時(shí)，我們向?qū)W生展示了國(guó)際上應(yīng)用超聲波或微波的能量加速萃取樣品中組分和縮短操作時(shí)間的研究工作情況，并把土壤中重金屬形態(tài)分析作為研究生研究的課題之一。
3.已取得的部分研究成果
通過學(xué)習(xí)，學(xué)生們很好地了解和掌握了有關(guān)高等環(huán)境化學(xué)的基本知識(shí)。學(xué)生使用已學(xué)的基本理論和技術(shù)，在水污染控制工程、環(huán)境規(guī)劃與管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)分析與技術(shù)等方面的研究工作已取得了一定的成績(jī)，并在各類期刊上發(fā)表了他們的研究成果。在水污染控制方面的發(fā)表論文數(shù)最多，主要是利用膜生物反應(yīng)器、生化法技術(shù)處理生活污水和工業(yè)廢水，如厭氧氨氧化細(xì)菌、雙循環(huán)兩相生物處理工藝、磁場(chǎng)對(duì)污泥沉降影響、水生植物修復(fù)技術(shù)等。在環(huán)境規(guī)劃與管理方面取得的成果主要是對(duì)生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展、資源利用等。在環(huán)境監(jiān)測(cè)分析與技術(shù)方面取得的成果主要在樣品預(yù)處理現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用、重金屬形態(tài)和有機(jī)污染物分析測(cè)定等方面。如在使用膜生物反應(yīng)器生化技術(shù)處理廢水時(shí)就運(yùn)用在此門課程中學(xué)到的水體中的微生物在有氧氣存在的情況下，進(jìn)行有氧呼吸時(shí)，有機(jī)物質(zhì)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的原理對(duì)一體式射流曝氣膜生物反應(yīng)器處理廢水的情況進(jìn)行了分析，以及對(duì)膜生物反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)思路進(jìn)行了探討，成果分別發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》和《江蘇環(huán)境科技》期刊上。在生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展和資源利用方面，如對(duì)城鎮(zhèn)化過程中水環(huán)境變化及影響因子分析和盛澤湖濕地生態(tài)恢復(fù)初探等方面進(jìn)行了研究，并分別在《江蘇環(huán)境科技》和《環(huán)境科學(xué)與管理》期刊上發(fā)表了研究成果。在重金屬形態(tài)分析研究方面，研究生應(yīng)用課堂上學(xué)習(xí)到的關(guān)于土壤中重金屬形態(tài)分析的基本原理和
利用超聲波或微波的能量能加速萃取樣品中組分和縮短操作時(shí)間，如對(duì)利用微波能進(jìn)行土壤中重金屬形態(tài)分析進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，與常規(guī)的Tessier法比較，使重金屬前4步形態(tài)的操作時(shí)間從17.5小時(shí)縮短為14分鐘，并改善了萃取效率。研究成果已在《蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(工程版）》上發(fā)表。
4.結(jié)論
碩士研究生的課程教學(xué)是他們攻讀碩士學(xué)位的一個(gè)組成部分，三年期的碩士研究生，課程教學(xué)一般集中在進(jìn)校后的第1~2學(xué)期，第3學(xué)期可能還有少數(shù)幾門課程。碩士研究生學(xué)習(xí)課程并不是為課程學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)，如何為碩士研究生開展
學(xué)位論文
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課題研究服務(wù)，這是至關(guān)重要的。本課題以“高等環(huán)境化學(xué)”課程的教學(xué)如何為碩士論文相結(jié)合進(jìn)行研究，結(jié)合我院環(huán)境工程專業(yè)研究生的主要研究方向，對(duì)此門課程的教學(xué)大綱、計(jì)劃、內(nèi)容等進(jìn)行了改革，并在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行實(shí)施。在教學(xué)中，針對(duì)研究生將要做的課題研究，加強(qiáng)了課題研究中可能會(huì)使用到的基本理論、方法和技術(shù)方面的教學(xué)。經(jīng)過實(shí)踐，研究生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，運(yùn)用在此門課程中學(xué)到的知識(shí)，已取得了較多的成果。由此可見，碩士研究生的課程教學(xué)中與他們的碩士論文相結(jié)合的重要性和必要性。
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