高二生物《生物凈化的原理及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)
高二生物《生物凈化的原理及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)設(shè)計(jì)是老師們?yōu)榱藥椭瑢W(xué)們更好的理解課本內(nèi)容所作的教學(xué)方案。以下是學(xué)習(xí)啦小編為您整理的關(guān)于高二生物《生物凈化的原理及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，希望對(duì)您有所幫助。
高二生物《生物凈化的原理及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、 教學(xué)目標(biāo)
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(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)
生物凈化的原理。
2.教學(xué)難點(diǎn)
污水處理的原理。
三、教學(xué)策略
教師可以引導(dǎo)學(xué)生嘗試做一些小實(shí)驗(yàn)，讓他們切實(shí)感受到生物的凈化作用，從而提高他們的學(xué)習(xí)興趣。例如，可以做教材中列舉的土壤對(duì)除草劑的分解作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。還可以帶領(lǐng)學(xué)生將塑料袋、一次性餐盒等埋入實(shí)驗(yàn)室的花盆內(nèi)，讓學(xué)生觀察記錄分解的變化過程;可以測定學(xué)校綠化區(qū)和教室中細(xì)菌含量，等等。通過親自動(dòng)手，學(xué)生可切實(shí)體會(huì)到生物的凈化作用。
新課引入可以利用“從社會(huì)中來”的案例，比較治理石油污染時(shí)，應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)改造的工程菌除污與傳統(tǒng)方法除污的不同點(diǎn)。也可以讓學(xué)生討論身邊的問題，如公路的綠化、污水的處理等等。使學(xué)生理解生物的凈化能力，學(xué)習(xí)生物凈化的概念。
教材的內(nèi)容包含了植物的凈化作用和微生物的凈化作用兩部分內(nèi) 容。教師可以根據(jù)實(shí)際情況，側(cè)重選擇其中一個(gè)主題開展活動(dòng)。例如以污水處理為主題，帶領(lǐng)同學(xué)參觀污水處理廠，或調(diào)查 當(dāng)?shù)厮吹膬艋闆r，也可以對(duì)城市的某處治理成功的水域進(jìn)行分析、總結(jié)，也可對(duì)某處污染水域進(jìn)行調(diào)查，嘗試提出治理方案，并將建議提交環(huán)保部門等。教學(xué)中應(yīng)注意讓學(xué)生接觸社會(huì)、了解社會(huì)，并運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)解決問題。如果選擇植物的凈化 作用為主題，就可以對(duì)學(xué)校和小區(qū)的綠地面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，查閱資料，評(píng)價(jià)目前選擇的樹種和栽種密度是否適合，提出方案，并向?qū)W?；颦h(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(shí)又利用這種水葫蘆作為豬的飼料。你認(rèn)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(huì)對(duì)豬造成危害、嚴(yán)重時(shí)甚至引起死亡。由于富集作用，人吃了這樣的豬肉，健康也會(huì)受到損害。[來源:學(xué)|科|網(wǎng)Z|X|X|K]
2.用做吸收有毒有害物質(zhì)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(zhì)的木本植物用于造紙還是做家具好?嚴(yán)格說都不好。做成家具可能會(huì)釋放吸附的有毒有害物質(zhì)危害人體健康 ;用于造紙則有可能造成對(duì)水資源的污染。
3.假設(shè)你是一位園林設(shè)計(jì)師，在為不同區(qū)域的道路設(shè)計(jì)綠化方案時(shí)，對(duì)化工廠、鬧市區(qū)和居民區(qū)的行道樹應(yīng)選擇不同的樹種嗎?請(qǐng)寫出你對(duì)這幾種地區(qū)進(jìn)行道路綠化的設(shè)計(jì)思路。
提示：化工廠附近的綠化應(yīng)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(yīng)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(gè)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?；覊m因風(fēng)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(zhì)，能吸附、滯留和黏著一部分粉塵。據(jù)計(jì)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(zhì)，這些有毒物質(zhì)并非副產(chǎn)品，而是植物對(duì)抗昆蟲、草食動(dòng)物等的一種重要防御手段，在自然生態(tài)平衡中起著關(guān)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(zhì)，具有抗細(xì)菌或真菌的作用，有些還具有抗原蟲、病毒或癌細(xì)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(duì)化膿性球菌、大腸桿菌、結(jié)核桿菌、炭疽桿菌、霉菌等均有 抑殺作用，同時(shí)還可增強(qiáng)機(jī)體的抵抗力。
(3)吸收作用、固定作用。在長期的進(jìn)化過程中，一些植物對(duì)污染環(huán)境產(chǎn)生了適應(yīng)性，能夠吸收一種或幾種污染物，特別是有毒金屬，并將其轉(zhuǎn)移、貯存到莖葉中，從而達(dá)到凈化污染的效果。例如，十字花科天藍(lán)遏藍(lán)菜可以從土壤中積累高達(dá)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(duì)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(duì)大氣污染物的吸收方 面。在濃度較低時(shí)，植物可以吸收SO2(闊葉樹比針葉樹能夠吸收更多的硫);當(dāng)空氣中碳?xì)浠衔餄舛却笥? mg/m3，CO濃度大于1 mg/m3，NO濃度為1.5～2.0 mg/m3時(shí)，就有可能產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧具有較大的毒性。橡樹和刺槐等可以吸收 光化學(xué)煙霧;柑橘可以吸收低濃度的HF;而夾竹桃、芒果、細(xì)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(nèi)后，再將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。在這方面研究得最多的是植物對(duì)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(jī)污染物的治理。例如，裸麥可以促進(jìn)脂肪 烴的生物降解，水牛草可以分解萘。植物降解的原理有：吸收降解、釋放降解酶和通過根系分泌物促進(jìn)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(jìn)行凈化。
(1)降解作用。細(xì)菌、真菌和藻類都可以降解有機(jī)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(jī)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(yīng)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(jìn)了當(dāng)?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(jī)物基質(zhì)，但是卻不能利用這種基質(zhì)作為能源和組成元素的現(xiàn)象。這類微生物有假單胞菌屬、不動(dòng)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(zhuǎn)化、降解、礦化、聚合等反應(yīng)，改變污染物的分子結(jié)構(gòu)，從而降低或去除其毒性。如有機(jī)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(zhì)。
但是，微生物的作用是復(fù)雜的，有些微生物在凈化作用的同時(shí)，也有毒化作用。這類微生物可以使無毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有毒物質(zhì)，從而產(chǎn)生新的污染。如三氯乙烯能夠在微生物作用下轉(zhuǎn)化為氯乙烯，這是強(qiáng)致癌物質(zhì)。因此，在利用微生物進(jìn)行凈化的同時(shí)，要密切監(jiān)視系統(tǒng)中有機(jī)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(duì)污水進(jìn)行處理的主要方法簡介
污水中的污染物質(zhì)是多種多樣的，所以一般一種污水的處理需要聯(lián)合使用幾種方法，進(jìn)行污水的分級(jí)處理，最終達(dá)到排放要求后再排放。
污水的一級(jí)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(diào)節(jié)pH等。主要方法有：(1)篩濾法，分離懸浮物質(zhì)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(jìn)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(zhì)或漂浮物。常用沉砂池和沉淀池來沉淀污染物。
污水的二級(jí)處理，用以除去污水中大量的有機(jī)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(nèi)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(shí)間的培養(yǎng)，廢水中就會(huì)產(chǎn)生絮狀體，里面充滿各種微生物和一些無機(jī)物以及分解中的有機(jī)物，這就是活性污泥?；钚晕勰嘤泻軓?qiáng)的吸附和氧化分解能力，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(jìn)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(dāng)污水通過時(shí)，濾料吸附的有機(jī)物質(zhì)使微生物繁殖生長，并進(jìn)一步吸附水中的懸浮物、膠體等物質(zhì)，從而逐漸形成由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物等組成的生物膜。生物膜有很大的表面積，具有很強(qiáng)的吸附能力，并 能夠氧化分解或降解被吸附的有機(jī)物。
(3)氧化塘法，又稱生物塘法或穩(wěn)定塘法，是利用一個(gè)天然的或人工修整的池塘，由于污水在塘內(nèi)停留的時(shí)間較長， 通過水中的微生物代謝活動(dòng)可以將有機(jī)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(nèi) 生長的藻類提供氧氣，好氧菌降解有機(jī)物。厭氧塘用來處理有機(jī)物濃度較高的污水，厭氧菌分解部分有機(jī)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(nèi)良好的厭氧狀態(tài)。厭氧塘的出水可用好氧塘進(jìn)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(shí)進(jìn)行好氧和厭氧反應(yīng) 。
污水三級(jí)處理，又稱污水深度處理 或高級(jí)處理，以進(jìn)一步去除二級(jí)處理未能除去的污染物，包括有機(jī)物和磷、氮等可溶性無機(jī)物等。除磷方法有化學(xué)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(xué)法等。有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)
國家衛(wèi)生部參照世界衛(wèi)生組織(WHO)《生活飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》，根據(jù)我國實(shí)際情況，于2001年6月制定了新的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》?！渡铒嬘盟l(wèi)生規(guī)范》列出的檢測項(xiàng)目共90多項(xiàng)，其中60項(xiàng)指標(biāo)值與世界衛(wèi)生組織《生活飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》等值，10項(xiàng)比世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，同時(shí)根據(jù)我國水源污染特點(diǎn)增加了耗氧量、微囊藻毒素等指標(biāo)，規(guī)定水中耗氧量不應(yīng)超過4 mg/L。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到 20世紀(jì)90年代國際先進(jìn)水平。詳見下表。
5.我國目前對(duì)垃圾進(jìn)行處理的主要方法簡介，目前世界上還有哪些先進(jìn)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(jī)物質(zhì)的價(jià)值，并且，大量有害物質(zhì)，如干電池、橡膠等進(jìn)入垃圾會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此應(yīng)該對(duì)垃圾進(jìn)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，還存在一個(gè)分類利用問題。在這方面，發(fā)達(dá)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(jìn)固體廢棄物中可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過程。常采用的高溫堆肥法，一般溫度為55～65 ℃，有時(shí)高達(dá)80 ℃，分解徹底、周期短、臭味小，有利于達(dá)到垃圾無害化。我國目前在垃圾的分類收集和堆肥設(shè)備、技術(shù)方面和國外存在較大差距。發(fā)達(dá)國家除在原有基礎(chǔ)上增加了對(duì)雜物的精細(xì)分離外，還通過添加必要的肥料成分和技術(shù)(如微生物發(fā)酵技術(shù))，使之形成統(tǒng)一 的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，并最終制作成便于運(yùn)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，使垃圾中的可燃組分與氧氣劇烈反應(yīng)，釋放出的熱量轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣用于發(fā)電、供暖等，殘?jiān)糜谔盥?。?jīng)過焚燒，病菌被徹底消滅。各種有害氣體經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放，是實(shí)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(shù)，后者的燃燒效率較高、燃燒徹底、投資較低。但是和發(fā)達(dá)國家相比，我國相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)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(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，國外的垃圾焚燒設(shè)備已逐步發(fā)展為集各種高新技術(shù)于一體的現(xiàn)代化工業(yè)裝置。
(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(jìn)行處理，但是垃圾填埋產(chǎn)生的滲濾液已經(jīng)導(dǎo)致了嚴(yán)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)展到具有防滲、集排水、導(dǎo)氣和覆蓋系統(tǒng)于一體的衛(wèi)生填埋。由于垃圾在直接填埋過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的沼氣，美國、歐盟等已經(jīng)進(jìn)行了沼氣的發(fā)電和轉(zhuǎn)換為熱能的研究應(yīng) 用。
(5)其他方法， 如垃圾熱解處理，是將有機(jī)物在無氧或缺氧狀態(tài)下進(jìn)行加熱分解。熱解產(chǎn)物為可燃?xì)怏w、燃燒油類、炭黑等。國際上對(duì)熱解技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用可以分為兩類：一類以美國為代表，以回收貯存性能源(燃燒氣、油類、炭黑)為目的;另一類以日本為代表，以無公害系統(tǒng)開發(fā)為目的，即減少焚燒造成的二次污染和填埋廢物量。目前，國際上對(duì)垃圾的處理方法是由單一處理向綜合處理方向發(fā)展，如堆肥與焚燒和填埋相結(jié)合。
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