2018版生物《课堂讲义》人教版选修二学案：第4章第2节　生物净化的原理及其应用含解析

第2节　生物净化的原理及其应用[课程目标]·导航1.简述生物净化的概念，概述生物净化的原理和方法。2.举例说明生物净化。3.尝试搜集利用生物净化原理治理环境污染的资料。知识点1　生物净化的原理[知识梳理]1.生物净化生物净化是指生物通过自身的代谢，使环境中的污染物数量减少，浓度下降，毒性减轻，有害成分转化、分解，直至消失的过程。2.绿色植物的净化作用绿色植物的净化作用主要表现在三个方面：①吸收大气中一定浓度范围内的有害气体；②阻滞和吸附大气中的粉尘和放射性物质；③分泌抗生素等物质杀灭空气中的细菌。3.微生物的净化作用微生物的净化作用主要是分解土壤和水体中的有机污染物。[思维激活]　动物有没有净化作用？提示：有。如动物中的分解者可分解净化一些有机污染物。[活学活用]下列不能被微生物分解的有机污染物是(　　)A.人畜粪尿、农药B.纤维素、农药C.人畜粪尿、蛋白质D.塑料、尼龙解析　塑料、尼龙等有机物不能被微生物分解，人畜粪尿等有机物比较容易分解，纤维素、农药等有机物比较难分解。答案　D12 [归纳总结]1.生物净化原理生物净化原理是利用某些生物(植物、动物和微生物)来结合钝化和分解转化环境中的污染物，使环境得以净化的过程。生物净化常分为结合钝化和分解转化两种方式。结合钝化是指通过生物体(如植物)结合、固定进入到体内的污染物，使之变成安全、低毒的结合态的生物净化方式。有些植物的根部会分泌一些物质吸附土壤和水体中的有害物质。分解转化是指进入生物体的污染物在生物体内有关酶的作用下，通过氧化、还原、水解等作用，逐步代谢为毒性较低或完全无毒性物质的生物净化方式。2.绿色植物的净化作用(1)吸收大气中一定浓度范围内的有害气体。(2)阻滞和吸附大气中的粉尘和放射性物质，如山毛榉。(3)分泌抗生素等物质杀灭空气中的细菌，如悬铃木。(4)其他作用：①吸收和固定作用；②挥发作用；③降解作用。3.微生物的净化作用(1)降解作用：细菌、真菌和藻类都可降解有机污染物。(2)共代谢：是指微生物能够分解有机物基质，但是却不能利用这种基质作为能源和组成元素的现象。(3)去毒作用：微生物通过转化、降解、矿化、聚合等反应，改变污染物的分子结构，从而降低或去除其毒性。知识点2　生物净化的应用实例[知识梳理]1.通过植树造林可以净化大气中的各种污染物，如遏制风沙灾害、减少水土流失、降低大气污染等作用。2.植物可以通过吸收、富集或降解作用来净化土壤中的重金属污染物。3.目前，人们常常综合运用物理法、化学法和生物法，以达到净化污水的作用。[思维激活]　稳定塘是人工生态系统吗？提示：是。[活学活用]下列有关生物净化应用的叙述，错误的是(　　)A.植物也能对土壤中的重金属污染起净化作用12 B.将污水或废水排入特定的稳定塘后，在细菌、藻类等多种生物的作用下可发生物质转化反应C.三北防护林可以遏制风沙灾害、减少水土流失、降低大气污染D.污水处理厂对污水处理时，首先利用微生物把污水中的有机物分解成CO2、H2O，以及含氮、磷的无机盐等，然后，再通过过滤、沉淀等方法，除去水中较大的固体污染物解析　污水处理厂对污水进行处理时，首先进行基本处理，即通过过滤、沉淀等方法，除去污水中的个体较大的固体污染物，再利用多种微生物，把污水中的有机物分解成CO2和H2O，以及含氮、磷的无机盐等，使污水得到净化。答案　D[归纳总结]1.植物可以净化土壤中的重金属污染特有的植物―→重金属污染物2.生物污水净化(1)综合净化目前，人们常常将物理法、化学法和生物法综合运用，以达到净化污水的作用。具体流程如下：(2)生态系统自动净化处理法此法较典型的是采用稳定塘的方法处理污水。①细菌、藻类等多种生物的作用将污水或废水排入特定的塘内后，在细菌、藻类等多种生物的作用下发生物质转化反应，能较好地降低有机污染物成分。②水生高等植物的净化作用灯心草、水烛、香蒲等水生高等植物，可以参与污水净化。12 [随堂练习]·巩固1.据调查，闹市区里的空气中的细菌数目比绿色区高许多倍，这是因为某些植物能(　　)A.吸收有毒气体B.分泌抗生素C.蒸腾水分D.制造氧气解析　某些植物如悬铃木、橙、圆柏等能够分泌抗生素，杀死细菌。答案　B2.许多林木对大气粉尘污染起到阻滞、过滤作用，其原因是(　　)①林木枝叶茂盛，能减小风速②叶面有茸毛，能分泌油脂和黏性物质③能分泌强大的抗生素④能吸收各种有毒气体⑤蒙尘的植物经雨水的冲洗后又能迅速恢复以阻拦尘埃A.①④B.③④C.①②⑤D.②③⑤解析　考查森林在环境保护中的作用，属于理解层次。林木对大气中粉尘污染能起到阻滞、过滤作用。由于林木的枝叶茂盛，能够减小风速，因而可以使大气中携带的大粒灰尘沉降地面。同时，植物的叶表面粗糙，而且多生茸毛，有的还能分泌油脂和黏性物质，这些都能吸附、滞留空气中的一部分粉尘，从而使大气得到净化。而蒙尘的植物经雨水的冲洗后，又能迅速恢复以阻拦尘埃。答案　C3.下列与绿色植物净化作用无关的是(　　)A.能防风固沙、涵养水源B.能阻滞和吸附大气中的粉尘和放射性物质C.能分泌抗生素，杀灭空气中的病原体D.能吸收大气中一定范围内的有害气体解析　绿色植物的净化作用包括三个方面：①能够吸收大气中一定浓度范围内的有害气体；②可以阻滞和吸附大气中的粉尘和放射性物质；③能够分泌抗生素等物质杀灭空气中的细菌。答案　A12 4.造成温室效应的原因和缓解全球温室效应危机的措施依次是(　　)A.SO2等有毒气体大量产生；种植能吸收SO2的植物B.煤、石油、天然气大量燃烧；营造森林绿地C.大量使用含氟制冷剂；采用无氟制冷剂D.汽车和工厂排放的废气和烟尘；收取排污费，限期整改解析　造成温室效应的主要原因是化石燃料的大量燃烧，使过多的CO2进入大气。缓解全球温室效应的措施是开发新能源，减少化石燃料的燃烧，大力植树造林等。答案　B5.山上多植树，胜似修水库；有雨它能吞，无雨它能吐。“这条谚语形象地说明森林对生态环境有哪些作用(　　)A.制造氧气、净化空气B.保持水土、涵养水源C.过滤尘埃、杀灭细菌D.降低噪声、调节气候解析　该谚语体现的是森林对生态环境可起到保持水土、涵养水源的作用。答案　B6.下面是关于生物净化的问题。请回答：(1)生物净化技术的主要原理是通过人为地放大和强化生态系统的________能力，以达到有效治理环境污染的目的。(2)在污水生物净化过程中，当污水流入水体后，好氧微生物首先大量________，并以水中的________作为营养来源。随着水体的不断净化，水中的溶氧量有一个明显的________过程，达到临界点后开始增加，此后的耗氧速度____________复氧速度，这种变化过程可用____________表示。(3)下列关于活性污泥法的叙述，错误的是________。A.活性污泥是一种微生物共生体B.活性污泥使用后不能重复利用C.污水中的有机污染物在曝气池中得到净化D.活性污泥法的处理过程可用计算机进行自动化监控(4)从生物净化方法的特点分析，12 城市生活污水处理厂目前大多选用________处理污水。A.活性污泥法B.悬浮细胞法C.生物膜法D.生产单细胞蛋白的方法答案　(1)自净(2)繁殖　有机污染物　下降　小于　氧垂曲线(3)B　(4)A[课时作业]·达标一、选择题1.下列对生物净化的叙述中，正确的是(　　)A.清除生物体表的污染物的过程B.清除生物体内的污染物的过程C.利用生物体将环境中的污染物清除的过程D.清除生物体表的污染物的过程，又指清除环境中的污染物的过程答案　C2.某地区大气中SO2含量较高，为了保护和改善环境，应多种植的树木是(　　)A.山毛榉和黑核桃B.柳杉和银杏C.法国梧桐D.橙和柠檬答案　B3.下列难以被微生物分解的有害污染物是(　　)A.人畜粪尿B.脂肪、塑料C.生活污染水D.纤维素、农药答案　D4.用微生物处理污水，使污水得到净化，下列与这一措施无关的是(　　)A.要利用厌氧型微生物B.要利用需氧型微生物C.要首先清除污水中个体大的固体污染物D.污水净化后，应达到国家规定的排放标准答案　D5.下图为污水处理厂的某个部分。图中空气随旋转洒水器进入污水处理厂的这个部分，目的是(　　)12 A.氧化污水中的有毒物质B.分解有机物为简单物质C.将液体消毒作灌溉之用D.给微生物供氧解析　空气进入污水是给污水中微生物供氧。答案　D6.(2016·山东模拟)利用泥浆生物反应器处理污染土壤，原理是将污染土壤用水调成泥浆状，同时加大部分营养物质和菌种等，在有氧条件下剧烈搅拌，使污染物快速分解。由此推知，该反应器(　　)A.能够实现物质循环B.主要处理有机污染C.可看作一个小型生态系统D.存在能量输入、传递、转化和散失解析　解答本题的关键在于抓住题目中污染物的分解是在有氧条件下剧烈搅拌而使污染物快速分解，故而肯定是菌种进行有氧呼吸分解有机物，故B项正确。本题中的反应器中有土壤、营养物质和菌种，不满足生态系统(生物群落及其无机环境)的概念范畴，更谈不上生态系统功能中的物质的循环和能量的流动，A、C、D项均错误。答案　B7.目前世界上的污染有越来越严重的趋势，从生物圈的功能上分析，造成这种结果的原因是(　　)A.自动净化能力被阻断B.物质循环回路被阻断C.人类排放的废物增加D.物质循环回路在一定程度上被阻断解析　生物圈具有多层次的调节能力，而这种调节能力依赖于生态系统的物质循环。环境污染有越来越严重的趋势，12 说明生物圈中的物质循环在一定程度上被阻断。答案　D8.无机物污染水源后，将通过食物链或饮水进入人体，对人体健康造成危害，其中危害最严重的无机污染物是(　　)A.重金属盐B.DDTC.传染性病原体D.热能污染解析　重金属盐通过食物链进入人体，会引起人中毒。答案　A9.日本水俣湾的鱼体内甲基汞含量比周围流水中甲基汞含量高3000倍左右。甲基汞进入鱼体的主要途径是(　　)A.饮水B.食物链C.通过鳃的呼吸D.皮肤主动吸收解析　水中的甲基汞是通过食物链进入鱼体内的。答案　B10.在生物净化作用中起重要作用的是(　　)A.绿色植物和动物B.动物和微生物C.绿色植物和微生物D.高等动物和病毒解析　生物净化是指生物通过自身的代谢，使环境中的污染物数量减少，浓度下降，毒性减轻，有害成分转化、分解，直至消失的过程。在生物净化中，绿色植物和微生物起着重要作用。答案　C二、非选择题11.某河流中生活着多种生物，但自从其上游地段中开办了一个采矿厂后，将采矿中的浑浊黏土水排放到河流中，使河流生态系统受到了一定的影响。下图是有关人员根据采矿厂下游河流中多个不同距离的氧浓度以及pH绘制而成的(均在中午取样统计)。请回答下列问题。12 (1)统计发现，该河流与采矿厂最近的100m范围内，溶解氧量突然改变，出现了下降，其中最有可能的原因是__________________________________________________。(2)为什么在100～400m的范围内溶解氧的含量逐渐恢复到正常的状态？最为恰当的解释是____________________________________________________________________________________________________。(3)从对不同河段河水pH的测定所得的β曲线来看，由采矿厂开始的100m范围内pH升高是由于__________________________。反之，在100～400m的范围内pH出现下降并趋于稳定，同样表示了水生植物的________________________。(4)上述所有测量为何都要在中午进行读取？____________________________________________________________________________________________________。解析　观察题图曲线可知，采矿厂最近的100m范围内溶解氧突然减少，可能是矿厂的排污导致植物不能进行正常的光合作用；随着矿物质沉淀，水质变清，光合作用增强，溶解氧含量上升。河水污染使水中二氧化碳溶解量减少，导致pH上升；随着矿物质沉淀，水质变清，光合作用又逐渐恢复到原有水平，pH出现下降并趋于稳定。答案　(1)浑浊的河水妨碍了河流里的植物的光合作用，使氧气的释放量减少　(2)随着河水矿物质颗粒的沉淀，水生植物的光合作用又逐渐恢复原有水平，氧气释放量增加　(3)河水被污染，使水中二氧化碳的溶解量减少，导致pH升高　光合作用又逐渐恢复到原有水平　(4)第一，便于对比，减少因时间不统一引起的测量误差；第二，对水生植物而言，中午光照强度最大，光合作用较强，取值容易且明显12.下图表示复合垂直流人工湿地构造示意图(箭头表示水流方向)，其展示了较新的生态污水(常富含N、P)处理技术。请分析回答下列问题。12 (1)人工湿地的上行池和下行池中均栽有芦苇、香蒲等，它们在该生态系统成分中属于________，位于该生态系统的第________营养级。(2)人工湿地的植物根系常形成一个网络样结构，网络中的根系不仅能直接吸附和吸收污水中的________等营养物质，而且还为________的吸附和代谢提供了良好的环境条件，使它们能够通过分解作用降解污水的有机物。(3)若要研究该人工湿地生态污水处理能力，应对________水质进行监测，通过比较________含量的差值，来分析人工湿地的净化功能。(4)该水域生态系统能抵抗一定程度的污染物的排放，并使自身的结构与功能不受损害，这表明生态系统具有___________________________________。解析　(1)芦苇、香蒲等植物在该生态系统成分中属于生产者，位于第一营养级。(2)湿地中的微生物能降解污水中的有机物，植物根系能直接吸附和吸收污水中的N、P等矿质元素，并且为微生物的吸附和代谢提供了良好的环境条件。(3)由图可知，要研究该人工湿地生态污水处理能力，应对进水口和出水口水质进行监测，通过比较N、P含量的差值，来分析人工湿地的净化功能。(4)生态系统能抵抗一定程度的污染物的排放对生态系统的影响，说明生态系统具有一定的自我调节能力。答案　(1)生产者　一　(2)N、P(或矿质元素)　微生物(或分解者)　(3)进水口和出水口(缺一不可)　N、P　(4)一定的自我调节能力(或抵抗力稳定性)13.某河流附近有屠宰场、造纸厂、味精厂等企业，它们向河流中排放的工业污水和居民排放的生活污水使原本清澈的河水变得又黑又臭。为此，环保部门配合有关单位对污水进行了处理。(1)大量污水的排放使河水变黑、变臭的根本原因是什么？________________________________________________________________。(2)将污水与一定量的活性污泥混合后通入曝气池，活性污泥中的生物主要包括“土生土长”的多种细菌、原生动物和其他微生物群体。处理污水的曝气池实质就是一个小型的工厂，其中的多种细菌充当着________，12 它们在________中起主要作用。(3)通过翼轮的不断搅拌，不仅使污水与已处理的污水充分混合并得到较好稀释，还能提高水体中________的含量，于是污水中的有机物被污泥中的好氧性细菌通过________这一生理过程而降解。好氧性细菌的新陈代谢类型为________。答案　(1)有毒物质排放到水中，水中氧气减少，使需氧型生物大量死亡，厌氧微生物发酵，使水体变得又黑又臭　(2)分解者　物质循环　(3)氧气　有氧呼吸　异养需氧型14.生活污水中含有大量的有机和无机含氮化合物，这些过量的含氮化合物会造成水体污染，危害水生生物的生存和人类的健康。脱氮是污水处理过程中的重要内容之一，如图是生物脱氮工艺流程示意图。(1)在1级反应池内，有机物在细菌、原生动物等微生物作用下会大量减少。从同化作用和异化作用方式看，这些生物的代谢类型主要是________，这些生物在自然生态系统中属于________者。(2)在2级反应池内，pH为8.0～8.4时，硝化细菌大量繁殖，它们能将NH3氧化成NO和NO，并利用这一氧化过程所释放的________合成________，用于自身的生长发育和繁殖。(3)实践发现，当2级反应池中的有机物含量过多时，硝化细菌难以大量繁殖起来，原因是__________________________________________________。(4)在3级反应池内加入适量的有机物(如甲醇)，并在低氧或无氧条件下，反硝化细菌快速繁殖起来，通过无氧呼吸把NO和NO还原成N2。无氧呼吸除释放能量外，还为还原反应提供了________。解析　该题考查了污水处理过程中不同生物新陈代谢的特点。在1级反应池内，由于含有丰富的有机物和空气，在细菌、原生动物的有氧呼吸过程中使有机物减少，从生态系统的成分这个角度分析，它们属于分解者。硝化细菌可以利用在1级反应池内分解者产生的NH3，使NH3氧化成NO和NO，12 并利用氧化过程中释放的能量合成有机物；但是当2级反应池中有机物含量过多时，分解者大量繁殖，与硝化细菌形成竞争关系，同时细胞呼吸过程中产生的CO2等物质使pH改变，抑制硝化细菌生长、繁殖。生物进行无氧呼吸时，第一阶段和有氧呼吸第一阶段相同，产物是丙酮酸和还原性的[H]，因此反硝化细菌的无氧呼吸过程为还原反应提供了氢。答案　(1)异养需氧型　分解(2)能量　有机物(3)异养生物大量繁殖，抑制了硝化细菌生长、繁殖　(4)氢12