Основы микробиологии и биотехнологии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА ИМ. И.М. ГУБКИНА
«УТВЕРЖДАЮ»
ПЕРВЫЙ ПРОРЕКТОР
____________В.Г. Мартынов
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Дисциплины
Основы микробиологии и биотехнологии
Направление 280200 - Защита окружающей среды
Специальности 280201: “Охрана окружающей среды
и рациональное использование природных ресурсов”
Направление 280200-Защита окружающей среды,
бакалавр техники и технологии
Москва 2007 г.
1. Цели и задачи
Цель изучения данной дисциплины – подготовка инженеро-экологов,
способных осуществить выбор биологической технологии в соответствии
с конкретными условиями промышленного предприятия; обеспечить
создание условий, необходимых для эффективной работы биологической
системы; выполнить анализ и внести коррективы с целью
интенсификации процесса.
В курсе рассматриваются основные объекты биологических технологий,
особености их метаболизма, использование биосистем для очистки
отходящих промышленных газов, сточных вод, почвы, а также
биотехнологии контроля очистных сооружений.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины (требования к
знаниям, умениям и навыкам, приобретенным в результате изучения
дисциплины).
Студент должен знать особенности метаболизма микробных,
растительных и животных клеток для осуществления выбора надлежащей
биотехнологии в конкретных условиях производства; уметь обеспечивать
условия эффективного функционирования биологических агентов;
производить контроль параметров работающей биосистемы.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплин
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
И (или) другие виды аудиторской
деятельности
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
И (или) другие виды
самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет,
экзамен)
Всего часов
114
54
36
Семестры
7
7
7
18
7
60
7
Дифзачет
4. Содержание дисциплины.
4.1.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Содержание дисциплины и виды занятий.
Раздел дисциплины
Лекции
Основные объекты биотехнологий
Микробиология как важнейшая составная
часть биотехнологии
Общее представление о микроорганизмах
Метаболизм микроорганизмов
Рост и развитие микробной культуры
Биотехнологии в очистке промышленных
газов
Биологическая очистка сточных вод
Биотехнология контроля эффективности
работы очистных сооружений
Биотехнологический
контроль
токсичности сточных вод
Биологические
способы
утилизации
осадков сточных вод (ОСВ)
Биотехнологии
очистки
почвы
от
углеводородных загрязнений
4
4
2
4
2
2
ПЗ (или С)
ЛР
4
4
4
4
6
10
2
2
4.2. Содержание разделов дисциплины.
4.2.1 Основные объекты биотехнологий.
Клетки микроорганизмов, растений и животных – основные объекты
биотехнологий. Строение и химический состав клетки, пути метаболизма.
Основные понятия генетики. Прикладная генная и клеточная инженерия.
Биотехнологические производстваю
4.2.2. Микробиология как важнейшая составная часть биотехнологии. Этапы
становления микробиологии как науки. Обзор роли микроорганизмов в
природе, в круговороте веществ. Области промышленного применения
микроорганизмов: производство химикатов, аминокислот, органических
кислот, антибиотиков, ферментов и др.
4.2.3. Общее представление о микроорганизмах.
Систематика микроорганизмов. Эукариоты и прокариоты. Структурная
организация клеток эукариот и прокариот. Состав клеток микроорганизмов:
зольные элементы, вода, белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты.
4.2.4. Метаболизм микроорганизмов.
Понятие об анаболизме и катаболизме. Окислительное фосфорилирование,
образование АТФ. Микроорганизмы – автотрофы и гетеротрофы,
автоаминотрофы и гетероаминотрофы. Аэробы и анаэробы. Ферменты
микроорганизмов – конститутивные и индуктивные, эндо- и экзоферменты.
Классификация ферментов. Ферментативный катализ. Инженерная
энзимология, иммобилизация ферментов.
4.2.5. Рост и развитие микробной культуры.
Культура клеток микроорганизмов. Кривая роста. Лимитирующие факторы:
температура, кислород, кислотность среды, концентрация органических и
неорганических соединений и токсических веществ. Аппаратурное
оформление процессов выращивания микроорганизмов.
4.2.6. Биотехнологии в очистке промышленных отходящих газов.
Механизм микробиологической очистки промгазов. Основные этапы
процксса очистки. Технологии микробиологических методов очистки
отходящих газов: с применением биофильтров, биоскрубберов, биореакторов
с омываемым слоем.
4.2.7. Биологическая очистка сточных вод.
Поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды. Биохимические
основы процесса очистки сточных вод с помощью микроорганизмов
активного ила. Биоценоз активного ила и биопленки. Сооружения аэробной
очистки сточных вод: биофильтры, аэротенки, окситенки, биотенки.
Анаэробная очистка сточных вод, метатенки.
4.2.8. Биотехнология контроля эффективности работы очистных сооружений.
Гидробиологический контроль работы аэротенков. Организмы-индикаторы
состояния активного ила и качества очистки, определение их количества и
физиологических параметров. Критерии нормы и нарушения работы
очистных сооружений. Технологический и гидробиологический контроль
работы биофильтров.
4.2.9. Биотехнологии контроля токсичности сточных вод.
Использование организмов активного ила для оценки степени токсичности
сточных вод, подаваемых на биологическую очистку. Применение различных
тест-объектов/простейшие,
водоросли,
мелкие
ракообразные,
люминесцирующие бактерии и др./ для анализа токсичности сточных вод,
прошедших все стадии очистки перед сбросом в водоем. Приборное
обеспечение.
Принципы
работы
биосенсоров,
экофлюориметров,
люминометров, анализаторов токсичности.
4.2.10. Биологические способы утилизации осадков сточных вод (ОСВ).
Состав загрязняющих ОСВ веществ. Переработка ОСВ, анаэробное
сбраживание, аэробное окисление. Пути утилизации ОСВ. Требования к
осадкам, используемым в качестве удобрения. Нормативы содержания
тяжелых металлов и органических веществ в ОСВ.
4.2.11. Биотехнологии очистки почвы от углеводородных загрязнений.
Метаболические пути деградации нефтепродуктов. Использование
природных микробных сообществ. Способы активизации их метаболизма и
увеличения скорости процесса очистки. Применение широкого спектра
биопрепаратов, технологии и ограничения их использования.
5. Лабораторный практикум.
№
1
№ раздела
дисциплины
3
2
8
3
9
4
9
5
9
Наименование лабораторных работ
Микробиологический метод оценки загрязнения
воздуха
Методы оценки состояния биоценоза активного ила
биологических очистных сооружений
Определение
активности
фермента
катализаиндикатора состояния почв
Иммобилизованные ферменты биосенсоров в
практике биотестирования почв
Использование организмов активного ила для
определения токсичности сточных вод, подаваемых
на биологическую очистку
6. Рекомендованная литература.
a. Основная литература.
1. Охрана окружающей среды. Учебник для ВУЗов, сост.Степановских
А.С., 2000, 550с.
2. Хоружая Т.А. Оценка экологической опасности. М., Книга-сервис,
2002, 25с.
3. Технологии и оборудование для очистки промышленных и ливневых
сточных вод. Под ред. Жарова О.А., Ярославль, изд.Эколайн, 2003,
170с.
4. Технологии и оборудование для переработки и утилизации
нефтесодержащих отходов и шламов. Под ред. Жарова О.А.,
Ярославль, Эколайн, 2003, 145с.
5. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки
сточных вод на сооружениях с аэротенками. М., Акварос, 2004, 240с.
6. Попов М.А. Природоохранные сооружения. М., Колос, 2005, 512с.
7. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии. М., МГУ, 2004, 245с.
6.2. Дополнительная.
1. Разумовский Л.В. Разработка нового поколения биоиндикационных
шкал для оценки уровня антропогенной нагрузки. М., ИРЦ Газпром,
2001, 25с.
2. Егорова Т.А. Основы биотехнологии. М., Академия, 2003, 167с.
Программа
составлена
в
соответствии
с
Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по
направлению подготовки (специальности) 280200 – Защита окружающей
среды/ 280201 – Охрана окружающей среды и рациональное
использование природных ресурсов,/направление 280200 – «Защита
окружающей среды, бакалавр техники и технологии».
Программу составил доцент кафедры
промышленной экологии
Грачева Н.К.
Зав.кафедрой, профессор, д.т.н.
Мещеряков С.В.
Начальник УМУ, профессор
Шейнбаум В.С.