【高中生物】第2節(jié)生物凈化的原理及其應(yīng)用

第2節(jié)生物凈化的原理及其應(yīng)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管理環(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(guān)的實驗。還可以帶

領(lǐng)學生將塑料袋、一次性餐盒等埋入實驗室的花盆內(nèi)，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，學生可切實體味到生物的凈化

作用。

新課引入可以利用“從社會中來”的案例，比較管理石油污染時，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(nèi)容包含了植物的凈化作用和微生物的凈化作用兩部份內(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)同學參觀污水處理廠，

或者調(diào)查當?shù)厮吹膬艋闆r，也可以對城市的某處管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，嘗試提出管理方案，并將建議提交環(huán)保部門等。教學中應(yīng)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?qū)W?；蛘攮h(huán)保部門提交建議等。

四、參考答案

（一）思量與探索

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，健康也會受到傷害。

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者土壤污染物的樹種，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36to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)旁欄思量題

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、枝葉茂密，可使大?；覊m因風速減小而降

落到地面；植物葉片表面多絨毛，粗糙不平，有油脂或者黏性物質(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36t,橡樹林56t,山毛樟林63t?

(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謹防手段，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)，具有抗細菌或者真菌的作用，有些還具有抗原蟲、

病毒或者癌細胞的功能。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反抗力。

(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

吸收一種或者幾種污染物，特殊是有毒金屬，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積累、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S02(闊葉樹比針葉樹能夠吸收更

多的硫)；當空氣中碳氫化合物濃度大于5mg/m3,CO濃度大于1mg/m3,NO濃度為1.5~2.0

mg/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C12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

機污染物的管理。例如，裸麥可以促進脂肪燒的生物降解，水牛草可以分解蔡。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

以降解石油燒、有機磷農(nóng)藥、甲草胺、氯苯等；霉菌可以降解石油燒、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3.8t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?/p>

長和繁殖，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。這種微生物有假單胞菌屬、不動桿菌屬、諾卡式菌屬、芽電桿菌

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)，改變污染物的份子結(jié)構(gòu)，從而

降低或者去除其毒性。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

酸或者二酸的物質(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。這種微生物

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，所以普通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，用以去除水中的飄蕩物和部份懸浮狀態(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)或者飄蕩物。常用格柵和篩網(wǎng)，普通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)或者飄蕩物。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，普通

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、蜂窩管或者環(huán)狀柱等濾料表面，固定生長著不少

微生物，當污水通過時，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，并能夠氧化分解或者降解被吸附的有機物。（3）氧化塘法，又稱生

物塘法或者穩(wěn)定塘法，是利用一個天然的或者人工修整的池塘，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，厭氧菌分解部份有機物成沼氣，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，普通水深1.5~2.0m,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者高級處理，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。除氮法有生物硝化一反硝化法和物理一化學法等。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，再用石灰或者臭氧殺滅。總之，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(zhì)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》?！渡铒嬘盟l(wèi)生規(guī)范》列出的檢測項目共90多

項，其中60項指標值與世界衛(wèi)生組織《生活飲用水水質(zhì)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(yīng)超過4mg/Lo這個標準達到20世紀90年代國際先進水平。詳見下表。

我國《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》中部份檢測項目及標準值

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

pH

6.5~8.5

總硬度（以CaO計）

<250mg/L

鐵

<0.3mg/L

鐳

<0.1mg/L

銅

<1.0mg/L

鋅

<1.0mg/L

揮發(fā)酚類

<0.002mg/L

陰離子合成洗滌劑

<0.3mg/L

硫酸鹽

<250mg/L

溶解性總固體

<1000mg/L

氯化物

<250mg/L

毒理學指標

氟化物

<1.0mg/L

氟化物

<0.05mg/L

碑

<0.04mg/L

硒

<0.01mg/L

鉛

<0.05mg/L

銀

<0.05mg/L

汞

<0.001mg/L

鎘

<0.01mg/L

鋁（六價）

<0.05mg/L

硝酸鹽

<20mg/L

氯仿

<60mg/L

細菌學指標

細菌總數(shù)

1mL水中少于100個

大腸桿菌

1L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。垃圾混合采集，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)的生物化學過程。常采用的高溫堆肥法，普通溫度為55飛5°C,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采集

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份和技術(shù)（如微生物發(fā)酵技術(shù)），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800~1000C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，病菌被徹底泯滅。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(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)導致了嚴重的環(huán)境污染。由于填埋滲瀝的污染管理

難度較大，國外已逐步減少直接填埋，而改為分類回收一焚燒一填埋，并且發(fā)展到具有防滲、

集排水、導氣和覆蓋系統(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者缺氧狀態(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)的開辟應(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)開辟為目的，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。

高中生物答題技巧有哪些

高中生物答題技巧：選擇題

做題的速度不宜過快對于沒有把握的題要隨時標記，以便復(fù)查。

(1)讀題，標出關(guān)鍵詞：如“正確或者錯誤”“可或者可能”“一定”“主要”等。

(2)讀完所有的選項：一是防止遺漏，一是進一步驗證所選答案。

(3)不確定的先隨意選一個，做需要做標記：一防涂卡浮現(xiàn)錯誤，二是有時間后可以快速找到不確定

的試題重新檢查。

⑷做完所有選擇題，就轉(zhuǎn)涂好答題卡。這一點特殊重要，因為理綜選擇21個共126分，若最后涂卡，

可能會因為心急造成的緊張導致涂卡浮現(xiàn)嚴重的錯誤。

高中生物答題技巧：圖表題

1、借助示意圖這一截體，能讓學生更深刻的理解某些生物學原理，同時可以有效地考查學生識圖、分

析和綜合等方面的能力。因此解答此類題目時要注意：(1)首先要讀懂題干文字，要充分利用題干文字給

予的提示和說明；(2)要子細審讀圖示中的各個細節(jié)部份包括圖示標題、計量單位、指示線及標注名稱、

箭頭或者連線、題注說明等；(3)嚴密分析設(shè)問，有針對性的從圖示中尋覓有關(guān)信息，并應(yīng)用生物學基本

概念和基本原理回答問題。

2、表格是標書生物學內(nèi)容的常用方式，它具有信息密集、比較性和條理性強的特點。在解答此類是提

示要注意一下技巧：(D弄清晰表格材料的描述對象或者范圍，包括看清題干的文字說明，看清表格名稱,

看清表格的第一行和第一列，看清有關(guān)說明等；(2)篩選信息，就是根據(jù)解決問題的需要，有選擇的注意

表格中的相關(guān)內(nèi)容；(3)信息的處理和轉(zhuǎn)換，即對表格中的數(shù)據(jù)進行整理，包括求總和、平均值、最大值、

最小值、處理頻率的高或者低的數(shù)值等，有時可對表格中數(shù)據(jù)進行信息轉(zhuǎn)換，如作圖等，以便使結(jié)果更

加清晰。

高中生物答題技巧：簡答類大題

(1)文字信息遷移題：解題時要認真閱讀材料，針對材料提出的設(shè)問認真推敲，把握有效信息，找出真

實內(nèi)涵，揭示材料與設(shè)問之間的關(guān)系。答題時要緊扣題意，觀點準確，要點全面。

(2)曲線信息遷移題：解題時要通過閱讀和分析圖象，正確識標、明點和析線，理解圖象中所表達的生

物學內(nèi)涵，將提取的有效信息轉(zhuǎn)換為可利用的信息，最終遷移到新情境中去回答問題。

(3)圖示信息遷移題：一要認真閱讀，弄清圖示的內(nèi)涵和外延;二要挖掘圖示中的隱含條件，找出解題所

需條件;三要運用已有生物學知識進行辨析，以獲得準確答案。

(4)表格信息遷移題：首先要看表格的名稱、數(shù)據(jù)和備注等內(nèi)容，明確解題所需的知識要點;再通過對表

格中列舉的數(shù)據(jù)進行全方位的比較，找到解決問題的突破口；最后分析原因，找到解決問題的方法。解

答此類試題的關(guān)鍵在于分析表格中已存在的文字信息，然后根據(jù)所示信息，利用設(shè)問中的關(guān)鍵語句，搜

索相應(yīng)的信息，提取問題的答案。

高中生物答題技巧有哪些

高中生物答題技巧：選擇題

做題的速度不宜過快對于沒有把握的題要隨時標記，以便復(fù)查。

(1)讀題，標出關(guān)鍵詞：如“正確或者錯誤”“可或者可能”“一定”“主要”等。

(2)讀完所有的選項：一是防止遺漏，一是進一步驗證所選答案。

(3)不確定的先隨意選一個，做需要做標記：一防涂卡浮現(xiàn)錯誤，二是有時間后可以快速找到不確定

的試題重新檢查。

(4)做完所有選擇題，就轉(zhuǎn)涂好答題卡。這一點特殊重要，因為理綜選擇21個共126分，若最后涂卡，

可能會因為心急造成的緊張導致涂卡浮現(xiàn)嚴重的錯誤。

高中生物答題技巧：圖表題

1、借助示意圖這一截體，能讓學生更深刻的理解某些生物學原理，同時可以有效地考查學生識圖、分

析和綜合等方面的能力。因此解答此類題目時要注意：(1)首先要讀懂題