高二生物《生物凈化的原理及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計
高二生物《生物凈化的原理及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計
教學(xué)設(shè)計是老師們?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)計的相關(guān)資料，希望對您有所幫助。
高二生物《生物凈化的原理及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計
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)重點和難點
1.教學(xué)重點
生物凈化的原理。
2.教學(xué)難點
污水處理的原理。
三、教學(xué)策略
教師可以引導(dǎo)學(xué)生嘗試做一些小實驗，讓他們切實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除草劑的分解作用有關(guān)的實驗。還可以帶領(lǐng)學(xué)生將塑料袋、一次性餐盒等埋入實驗室的花盆內(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)和教室中細菌含量，等等。通過親自動手，學(xué)生可切實體會到生物的凈化作用。
新課引入可以利用“從社會中來”的案例，比較治理石油污染時，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。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)實際情況，側(cè)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(lǐng)同學(xué)參觀污水處理廠，或調(diào)查 當(dāng)?shù)厮吹膬艋闆r，也可以對城市的某處治理成功的水域進行分析、總結(jié)，也可對某處污染水域進行調(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、了解社會，并運用學(xué)過的知識解決問題。如果選擇植物的凈化 作用為主題，就可以對學(xué)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?qū)W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(yán)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。[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水資源的污染。
3.假設(shè)你是一位園林設(shè)計師，在為不同區(qū)域的道路設(shè)計綠化方案時，對化工廠、鬧市區(qū)和居民區(qū)的行道樹應(yīng)選擇不同的樹種嗎?請寫出你對這幾種地區(qū)進行道路綠化的設(shè)計思路。
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，可使大粒灰塵因風(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(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、大腸桿菌、結(jié)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(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(dāng)空氣中碳氫化合物濃度大于5 mg/m3，CO濃度大于1 mg/m3，NO濃度為1.5～2.0 mg/m3時，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。植物降解的原理有：吸收降解、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(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，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，這是強致癌物質(zhì)。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(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(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(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(dāng)污水通過時，濾料吸附的有機物質(zhì)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(zhì)，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(nèi)停留的時間較長， 通過水中的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(nèi) 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(nèi)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(yīng) 。
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(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》列出的檢測項目共90多項，其中60項指標(biāo)值與世界衛(wèi)生組織《生活飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》等值，10項比世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)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(biāo)，規(guī)定水中耗氧量不應(yīng)超過4 mg/L。這個標(biāo)準(zhǔn)達到 20世紀(jì)90年代國際先進水平。詳見下表。
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(zhì)的價值，并且，大量有害物質(zhì)，如干電池、橡膠等進入垃圾會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此應(yīng)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(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(shè)備、技術(shù)方面和國外存在較大差距。發(fā)達國家除在原有基礎(chǔ)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(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(biāo)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(shù)，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(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。隨著計算機技術(shù)和自動化控制技術(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，會產(chǎn)生大量的沼氣，美國、歐盟等已經(jīng)進行了沼氣的發(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，是將有機物在無氧或缺氧狀態(tài)下進行加熱分解。熱解產(chǎn)物為可燃氣體、燃燒油類、炭黑等。國際上對熱解技術(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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