1、名校名 推薦第 2 節(jié) 生物凈化的原理及其應用一、教學目標1. 簡述生物凈化的概念，概述生物凈化的原理和方法。2. 舉例說明生物凈化。3. 嘗試搜集利用生物凈化原理治理環(huán)境污染的資料。二、教學重點和難點1. 教學重點生物凈化的原理。2. 教學難點污水處理的原理。三、教學策略教師可以引導學生嘗試做一些小實驗，讓他們切實感受到生物的凈化作用，從而提高他們的學習興趣。例如，可以做教材中列舉的土壤對除草劑的分解作用有關的實驗。還可以帶領學生將塑料袋、一次性餐盒等埋入實驗室的花盆內，讓學生觀察記錄分解的變化過程；可以測定學校綠化區(qū)和教室中細菌含量，等等。通過親自動手，學生可切實體會到生物的凈化作用。新課

2、引入可以利用“從社會中來”的案例，比較治理石油污染時，應用現(xiàn)代生物技術改造的工程菌除污與傳統(tǒng)方法除污的不同點。也可以讓學生討論身邊的問題，如公路的綠化、污水的處理等等。使學生理解生物的凈化能力，學習生物凈化的概念。教材的內容包含了植物的凈化作用和微生物的凈化作用兩部分內容。教師可以根據(jù)實際情況，側重選擇其中一個主題開展活動。例如以污水處理為主題，帶領同學參觀污水處理廠，或調查當?shù)厮吹膬艋闆r，也可以對城市的某處治理成功的水域進行分析、總結，也可對某處污染水域進行調查，嘗試提出治理方案，并將建議提交環(huán)保部門等。教學中應注意讓學生接觸社會、了解社會，并運用學過的知識解決問題。如果選擇植物的凈化作

3、用為主題，就可以對學校和小區(qū)的綠地面積進行統(tǒng)計，查閱資料，評價目前選擇的樹種和栽種密度是否適合，提出方案，并向學校或環(huán)保部門提交建議等。四、參考答案（一）思考與探究1. 有人利用水葫蘆吸收水體中的重金屬離子，以降低水體中重金屬含量，同時又利用這種水葫蘆作為豬的飼料。你認為這種做法可行嗎？說出你的理由。提示：吸收了重金屬的水葫蘆作飼料，會對豬造成危害、嚴重時甚至引起死亡。由于富集作用，人吃了這樣的豬肉，健康也會受到損害。2. 用做吸收有毒有害物質的木本植物，成材以后是用于造紙好，還是做家具好呢？為什么？提示：吸收有毒物質的木本植物用于造紙還是做家具好？嚴格說都不好。做成家具可能會釋- 1 -名校

4、名 推薦放吸附的有毒有害物質危害人體健康；用于造紙則有可能造成對水資源的污染。3. 假設你是一位園林設計師，在為不同區(qū)域的道路設計綠化方案時，對化工廠、鬧市區(qū)和居民區(qū)的行道樹應選擇不同的樹種嗎？請寫出你對這幾種地區(qū)進行道路綠化的設計思路。提示：化工廠附近的綠化應采用能夠吸收空氣或土壤污染物的樹種，如橡樹和刺槐等可以吸收 NO，柑橘可以吸收低濃度的 HF 等。鬧市區(qū)應種植能夠降低噪音、阻滯灰塵的樹種，如松樹林每年每公頃可濾除粉塵 36 t 。而居民區(qū)則主要種植具有殺菌等作用的樹種，如教材中提到的懸鈴木等。（二）旁欄思考題穩(wěn)定塘是一個人工生態(tài)系統(tǒng)嗎？答：是的。五、參考資料1. 綠色植物究竟是怎樣凈

5、化環(huán)境的？（ 1）森林具有減塵、滯塵的作用。森林形體高大、枝葉茂盛，可使大粒灰塵因風速減小而降落到地面；植物葉片表面多絨毛，粗糙不平，有油脂或黏性物質，能吸附、滯留和黏著一部分粉塵。據(jù)計算，松樹林每年每公頃可濾除粉塵36 t ，橡樹林 56 t ，山毛櫸林63 t 。（ 2）植物的分泌物。我們知道許多植物含有毒物質，這些有毒物質并非副產(chǎn)品，而是植物對抗昆蟲、草食動物等的一種重要防御手段，在自然生態(tài)平衡中起著關鍵作用。例如，多肽抗生素是生物界廣泛存在的一類生物活性物質，具有抗細菌或真菌的作用，有些還具有抗原蟲、病毒或癌細胞的功能。又如，大蒜分泌的大蒜辣素也是一種植物抗生素，它對化膿性球菌、大腸桿

6、菌、結核桿菌、炭疽桿菌、霉菌等均有抑殺作用，同時還可增強機體的抵抗力。（ 3）吸收作用、固定作用。在長期的進化過程中，一些植物對污染環(huán)境產(chǎn)生了適應性，能夠吸收一種或幾種污染物，特別是有毒金屬，并將其轉移、貯存到莖葉中，從而達到凈化污染的效果。 例如， 十字花科天藍遏藍菜可以從土壤中積累高達4%的鋅而沒有明顯的受傷害癥狀，芥菜可以積累高濃度的鉛。通過植物的吸收和在根部的累積、沉淀，并將其移出農(nóng)田，可以減少土壤污染物，減少污染物對環(huán)境和人類健康的威脅，甚至還可以提煉出某些重金屬，如銅、鉛等。在對大氣污染物的吸收方面。在濃度較低時，植物可以吸收SO2（闊葉樹比針葉樹能夠吸收更多的硫）；當空氣中碳氫化

7、合物濃度大于5 mg/m3， CO濃度大于 1 mg/m3， NO濃度為 1.5 2.0mg/m3時，就有可能產(chǎn)生光化學煙霧。光化學煙霧具有較大的毒性。橡樹和刺槐等可以吸收光化學煙霧；柑橘可以吸收低濃度的HF；而夾竹桃、芒果、細葉榕等樹種可以吸收Cl2 等。（ 4）揮發(fā)作用。植物可以將土壤中的污染物吸收到體內后，再將其轉化為氣態(tài)物質，釋放到大氣中。在這方面研究得最多的是植物對汞和硒元素的吸收揮發(fā)。（ 5）降解作用。植物可以用于石油化工污染物、泄漏燃料、農(nóng)藥、炸藥廢物、氯代溶劑等有機污染物的治理。例如，裸麥可以促進脂肪烴的生物降解，水牛草可以分解萘。植物降解的- 2 -名校名 推薦原理有：吸收降

8、解、釋放降解酶和通過根系分泌物促進微生物的生長來加速污染物的分解等。2. 微生物為什么有凈化作用？微生物通過以下方式進行凈化。（ 1）降解作用。細菌、真菌和藻類都可以降解有機污染物。如好氧革蘭氏陰性桿菌和球菌可以降解石油烴、有機磷農(nóng)藥、甲草胺、氯苯等；霉菌可以降解石油烴、敵百蟲、撲草凈等；藻類可以降解多種酚類化合物。例如，1989 年，美國阿拉斯加州最早大規(guī)模應用微生物降解油輪擱淺后泄漏的3.8 t原油，在投入特殊的氮、磷營養(yǎng)鹽后，促進了當?shù)厥徒到饩纳L和繁殖，加速了油污的分解。（ 2）共代謝。微生物的共代謝是指微生物能夠分解有機物基質，但是卻不能利用這種基質作為能源和組成元素的現(xiàn)象。這類

9、微生物有假單胞菌屬、不動桿菌屬、諾卡式菌屬、芽孢桿菌屬等。（ 3）去毒作用。微生物通過轉化、降解、礦化、聚合等反應，改變污染物的分子結構，從而降低或去除其毒性。如有機磷農(nóng)藥馬拉硫磷可以在微生物的水解作用下，被分解為含有一酸或二酸的物質。但是，微生物的作用是復雜的，有些微生物在凈化作用的同時，也有毒化作用。這類微生物可以使無毒物質轉化為有毒物質，從而產(chǎn)生新的污染。如三氯乙烯能夠在微生物作用下轉化為氯乙烯，這是強致癌物質。因此，在利用微生物進行凈化的同時，要密切監(jiān)視系統(tǒng)中有機物分解的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物及其毒性。3. 我國目前對污水進行處理的主要方法簡介污水中的污染物質是多種多樣的，所以一般一種污水

10、的處理需要聯(lián)合使用幾種方法，進行污水的分級處理，最終達到排放要求后再排放。污水的一級處理，用以去除水中的漂浮物和部分懸浮狀態(tài)的污染物，調節(jié) pH 等。主要方法有：（ 1）篩濾法，分離懸浮物質或漂浮物。常用格柵和篩網(wǎng)，一般將其布置在污水處理站的進水口來除去污染物。 （ 2）沉淀法，通過重力沉淀廢水中的懸浮物質或漂浮物。常用沉砂池和沉淀池來沉淀污染物。污水的二級處理，用以除去污水中大量的有機污染物。主要方法有：（ 1）活性污泥法，一般包括曝氣池和二次沉淀池。在曝氣池內不斷曝氣，為水中的微生物提供大量氧氣，使好氧微生物良好生長。經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)，廢水中就會產(chǎn)生絮狀體，里面充滿各種微生物和一些無機物

11、以及分解中的有機物，這就是活性污泥?；钚晕勰嘤泻軓姷奈胶脱趸纸饽芰?，可利用它的這種能力去除廢水中的污染物，隨后在二次沉淀池中進行固液分離。（ 2）生物膜法。其原理是：在用塑料等材料做成的波紋板、蜂窩管或環(huán)狀柱等濾料表面，固定生長著很多微生物，當污水通過時，濾料吸附的有機物質使微生物繁殖生長，并進一步吸附水中的懸浮物、膠體等物質，從而逐漸形成由細菌、真菌、原生動物等組成的生物膜。生物膜有很大的表面積，具有很強的吸附能力，并能夠氧化分解或降解被吸附的有機物。（ 3）氧化塘法，又稱生- 3 -名校名 推薦物塘法或穩(wěn)定塘法，是利用一個天然的或人工修整的池塘，由于污水在塘內停留的時間較長，通過水中的

12、微生物代謝活動可以將有機物降解。池塘分為好氧塘、厭氧塘和兼性塘等不同類型。好氧塘保持良好的溶氧狀態(tài)，塘內生長的藻類提供氧氣，好氧菌降解有機物。厭氧塘用來處理有機物濃度較高的污水，厭氧菌分解部分有機物成沼氣，沼氣把污泥等帶到水面形成浮渣層，從而維持塘內良好的厭氧狀態(tài)。厭氧塘的出水可用好氧塘進一步處理。兼性塘的水比好氧塘深，一般水深 1.5 2.0 m ，可以同時進行好氧和厭氧反應。污水三級處理，又稱污水深度處理或高級處理，以進一步去除二級處理未能除去的污染物，包括有機物和磷、氮等可溶性無機物等。除磷方法有化學沉淀法，如投入石灰使磷形成難溶性的磷酸鹽沉淀。除氮法有生物硝化反硝化法和物理化學法等。有

13、機污染物可以采用臭氧氧化法和活性炭吸附法。病毒可用鋁鹽和鐵鹽沉淀，再用石灰或臭氧殺滅?？傊?，需根據(jù)水的不同用途，采用不同的方法。例如，如果是防止水體的富營養(yǎng)化，可以采用除磷和除氮法。4. 我國飲用水的標準國家衛(wèi)生部參照世界衛(wèi)生組織（WHO）生活飲用水水質準則，根據(jù)我國實際情況，于2001年 6 月制定了新的生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范。生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范列出的檢測項目共90 多項，其中 60 項指標值與世界衛(wèi)生組織生活飲用水水質準則等值，10 項比世界衛(wèi)生組織標準嚴格，同時根據(jù)我國水源污染特點增加了耗氧量、微囊藻毒素等指標，規(guī)定水中耗氧量不應超過 4 mg/L 。這個標準達到20 世紀 90 年代國際先

14、進水平。詳見下表。我國生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范中部分檢測項目及標準值分類項目標準感觀性狀指標色度15 度，不得呈現(xiàn)其他異色混濁度5 度臭和味不得有異臭和異味肉眼可見物不得含有化學指標pH6.5 8.5- 4 -名校名 推薦總硬度（以CaO計）250 mg/L鐵0.3 mg/L錳0.1 mg/L銅1.0 mg/L鋅1.0 mg/L揮發(fā)酚類0.002 mg/L陰離子合成洗滌劑0.3 mg/L硫酸鹽250 mg/L溶解性總固體1 000 mg/L氯化物250 mg/L毒理學指標氟化物1.0 mg/L氰化物0.05 mg/L砷0.04 mg/L硒0.01 mg/L鉛0.05 mg/L銀0.05 mg/L汞-

15、 5 -名校名 推薦0.001 mg/L鎘0.01 mg/L鉻（六價）0.05 mg/L硝酸鹽20 mg/L氯仿60 mg/L細菌學指標細菌總數(shù)1 mL 水中少于100 個大腸桿菌1 L 水中少于3 個5. 我國目前對垃圾進行處理的主要方法簡介，目前世界上還有哪些先進的垃圾處理方法？答：（ 1）垃圾分類回收利用。垃圾混合收集，增加了垃圾中塑料、金屬、玻璃、紙張等的回收成本，降低了可用于堆肥的有機物質的價值，并且，大量有害物質，如干電池、橡膠等進入垃圾會造成嚴重的環(huán)境污染，因此應該對垃圾進行分類。如分為可燃物、金屬、玻璃、塑料、陶瓷、含重金屬的干電池、燈管，以及其他不可燃物等。垃圾回收分類后，還

16、存在一個分類利用問題。在這方面，發(fā)達國家要比我國做得好。（ 2）垃圾堆肥。堆肥處理是利用自然存在的微生物，有控制地促進固體廢棄物中可降解有機物轉化為穩(wěn)定腐殖質的生物化學過程。常采用的高溫堆肥法，一般溫度為55 65 ，有時高達 80 ，分解徹底、周期短、臭味小，有利于達到垃圾無害化。我國目前在垃圾的分類收集和堆肥設備、技術方面和國外存在較大差距。發(fā)達國家除在原有基礎上增加了對雜物的精細分離外， 還通過添加必要的肥料成分和技術（如微生物發(fā)酵技術） ，使之形成統(tǒng)一的標準產(chǎn)品，并最終制作成便于運輸和施用的顆粒形狀。（ 3）垃圾焚燒。將垃圾作為固體燃料送入爐膛，在800 1 000的高溫下燃燒，使垃圾

17、中的可燃組分與氧氣劇烈反應，釋放出的熱量轉化為高溫的燃燒氣用于發(fā)電、供暖等，殘渣用于填埋。經(jīng)過焚燒，病菌被徹底消滅。各種有害氣體經(jīng)處理達標后排放，是實現(xiàn)垃圾無害化、減量化和資源化最有效的方法之一。我國已自行發(fā)展出固定床焚燒爐、鏈條爐和流化床技術，后者的燃燒效率較高、燃燒徹底、投資較低。但是和發(fā)達國家相比，我國相關技術及其應用尚存在較大差距。 日本是世界上垃圾焚燒廠最多的國家， 約占全國 70%以上的垃圾都經(jīng)過焚燒處理。隨著計算機技術和自動化控制技術的發(fā)展，國外的垃圾焚燒設備已逐步發(fā)展為集各種高新技術于一體的現(xiàn)代化工業(yè)裝置。- 6 -名校名 推薦（ 4）垃圾填埋。我國目前絕大多數(shù)城市的垃圾都是采用露天堆放、自然填埋和填坑等方式進行處理，但是垃圾填埋產(chǎn)生的滲濾液已經(jīng)導致了嚴重的環(huán)境污染。由于填埋滲瀝的污染治理難度較大，國外已逐步減少直接填埋，而改為分類回收焚燒填埋，并且發(fā)展到