第11章-生物技术与环境教案省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件

第11章生物技术与环境教案1/56第11章生物技术与环境教案教学目标:①了解环境生物技术基本原理.②了解环境生物技术在污水,废气和废料处理以及环境监测评价方面应用及发展教学重点：环境生物技术基本原理教学难点：生物技术在污水,废气和废料处理以及环境监测评价方面应用课型：理论型和社会调查2/56第11章生物技术与环境教案教学方法：讲授为主，借助多媒体课件及幻灯片穿插演示法、提问法、讨论法和启发式教学教学用具：多媒体课件、投影仪、黑板教课时数：理论课2课时，4课时社会调查教学内容：此次课讲授《生物技术概论》-11生物技术与环境，包含污水处理、大气净化、3/56第11章生物技术与环境教案教学过程及教学设计：一、组织教学与复习旧课（约5min）4/56第11章生物技术与环境教案教学过程及教学设计：二、讲授新课：（约80min）（一）污水处理（二）大气净化生物滤池法（三）固体废弃物生物处理（四）生物修复技术应用（五）生物技术在环境监测和评价上应用5/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理一、污水处理

常见生物方法包含稳定塘法,人工湿地处理系统法,土地处理系统法,活性淤泥法和生物膜法等.

6/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理（一）稳定塘法

1、含义；稳定塘(stabilizationpond)源于早期氧化塘,故又称氧化塘,指污水中污染物在池塘处理工程中反应速率和去除效果到达稳定水平。

稳定塘工程是在科学理论基础上建立技术系统,是人工强化办法和自然净化功效相结合新型净化技术,与原始氧化塘技术相比,已发生根本性改变.

第一座人工设计厌氧稳定塘是于1940年在澳大利亚一处废水处理厂中建成,当前全世界采取生物稳定塘处理污废水共有40多个国家.到1988年止,7/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理2、类型：

稳定塘能够划分为兼性塘,厌氧塘,好氧高效塘,精制塘,曝气塘等.3、去污原理：

原理是污水或废水进入塘内后,在细菌,藻类等各种生物作用下发生物质转化反应,如分解反应,硝化反应和光合反应等,到达降低有机污染成份目标.

稳定塘深度从十几厘米至数米,水体停留时间普通不超出两个月,能很好地去除有机污染成份，通常是将数个稳定塘结合起来使用，作为污水一、二级处理。8/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理4、特点：

稳定塘法处理污水废水最大特点是所需要技术难度低，操作简单，维持运行费用少，但占地面积大是稳定塘技术一大困难。9/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理2、去污原理

人工湿地由土壤和砾石等混合结构填料床组成，深约60～100cm，床体表面种上植物。水流能够在床体填料缝隙间流动，或在床体地表流动，最终经集水管搜集后排出。

人工湿地对废水处理综合了物理、化学和生物三种作用。其成熟稳定后，填料表面和植物根系中生长了大量微生物形成生物膜，废水流经时，固态悬浮物（SS）被填料及根系阻挡截留，有机质经过生物膜吸附及异化、同化作用而得以去除。10/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理

湿地床层中因植物根系对氧传递释放，使其周围微生物环境依次展现出好氧、缺氧和厌氧状态，确保了废水中氮、磷不但能被植物和微生物作为营养成份直接吸收，还能够经过硝化、反硝化作用及微生物对磷过量积累作用而从废水中去除，最终经过湿地基质定时更换或收割，使污染物从系统中去除。

尤其需要指出是：生长水生植物，比如芦苇、大米草等还能吸收空气中CO2，起到净化空气作用；其本身又含有较高经济价值。11/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理

人工湿地普通作为二级生物处理，一级处理采取何种方法视废水性质而定。

对于生活污水，可采取化粪池，其它工业废水可采取沉淀池作为去除SS预处理。

人工湿地视其规模大小可单一使用，或各种组合使用。还可与稳定塘结合使用。多媒体展示深圳白泥坑人工湿地处理简单流程图12/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理（三）污水处理土地系统1、含义：

污水处理土地系统（landsystemsforwastewatertreatment）是60年代后期在各国相继发展起来。

它主要是利用土地以及其中微生物和植物根系，对污染物净化能力来处理污水或废水，同时利用其中水分和肥分来促进农作物、牧草或树木生长工程设施。13/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理2、特点；

污水处理土地系统含有投资少、能耗低、易管理和净化效果好特点。主3、类型：

分为三种类型，即慢速渗滤系统（SR）、快速渗滤系统（RI）和地表漫流系统（OF）。另外，也常采取将上述两种系统结合起来使用复合系统。14/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理4、去污原理；

污水处理土地系统普通由污水预处理设施，污水调整与储存设施，污水输送、分流及控制系统，处理用地和排出水搜集系统等组成。

该处理工艺是利用土地生态系统自净能力来净化污水。

土地生态系统净化能力包含土壤过滤截留、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物吸收和摄取等作用。15/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理

主要过程是：污水经过土壤时，土壤将污水中处于悬浮和溶解状态有机物质截留下来，在土壤颗粒表面形成一层薄膜，这层薄膜里充满着细菌，能吸附污水中有机物，

并利用空气中氧气，在好氧菌作用下，将污水中有机物转化为无机物，如二氧化碳、氨气、硝酸盐和磷酸盐等；

土地上生长植物，经过根系吸收污水中水分和被细菌矿化了无机养分，再经过光合作用转化为植物体组成成份，

16/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理

从而实现有害污染物转化为有用物质目标，并使污水得到利用和净化处理。

主要过程是：污水经过土壤时，土壤将污水中处于悬浮和溶解状态有机物质截留下来，在土壤颗粒表面形成一层薄膜，这层薄膜里充满着细菌，能吸附污水中有机物，

并利用空气中氧气，在好氧菌作用下，将污水中有机物转化为无机物，如二氧化碳、氨气、硝酸盐和磷酸盐等；

17/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理土地上生长植物，经过根系吸收污水中水分和被细菌矿化了无机养分，再经过光合作用转化为植物体组成成份，

从而实现有害污染物转化为有用物质目标，并使污水得到利用和净化处理。多媒体展示污水处理土地系统18/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理（四）活性污泥处理法1、含义；

活性污泥是由含有生命活力各种微生物类群组成颗粒状絮绒物，有时称之为生物絮体。好氧微生物是活性污泥中主体生物，其中又以细菌最多。同时还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物等，它们共同组成一个平衡生态系统。19/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理2、特点；

正常活性污泥几乎无臭味，略有土壤气味，多为黄色或褐色。活性污泥粒径小，在0.02～0.2mm之间，有较大比表面积，利于吸附与净化处理废水中污染物。20/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理3、去除污染物基本原理：

活性污泥与废水充分接触混合后，因为活性污泥颗粒有较大比表面积，其表面粘液层能快速吸附大量有机或无机污染物。

吸附过程约在30min内即可完成，可去除废水中70％以上污染物。被吸附有机或无机污染物又在微生物酶作用下，进行分解或合成代谢作用，实现了物质转化，从而使废水或污水得以净化。多媒体展示：一个惯用污水处理装置21/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理（五）生物膜处理法含义：

生物膜处理法（bio-filmtreatmentprocess），又称为生物过滤法、固着生长法、或简称为生物膜法。经过渗滤或过滤生物反应器进行废水好氧处理方法。在这个系统中，液体流经不一样滤床表面。

滤床填料能够是石头、砂砾或塑料网等，其表面附着大量微生物群落能够形成一层粘液状膜，即生物膜。生物膜中微生物与废水不停接触，能吸附去除有机物以供本身生长。22/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课（一）污水处理

生物膜生物相由细菌、酵母菌、放线菌、霉菌、藻类、原生动物、后生动物以及肉眼可见其它生物等群落组成，是一个稳定平衡生态系统。

大量微生物生长会使生物膜增厚，同时使其生物活性降低或丧失。举例：生物滤池23/56第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（二）大气净化生物滤池法二、大气净化生物滤池法（一）处理流程：24/56（二）过程描述：

1）废气搜集和输送

2）一体化生物滤池

废气进入到生物滤池，微生物把致臭污染物降解成无臭化合物。

生物滤池将致臭污染物降解成二氧化碳和水，没有二次污染，生物降解反应式是：

微生物

污染物

+O2

→细胞物质

+CO2+H2O

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（二）大气净化生物滤池法25/56（三）性能特点：

1）生物滤池异味处理效果非常好，在任何季节都能满足各地最严格环境保护要求。

2）不产生二次污染。

3）微生物能够依靠填料中有机质生长，无须另外投加营养剂。所以停工后再使用开启速度快，周末停机或停工1至周后再开启能马上到达很好处理效果，几小时后就能到达最正确处理效果。停顿运行3至4周再开启马上有很好处理效果，几天内恢复最正确处理效果。

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（二）大气净化生物滤池法26/56 4）生物滤池缓冲容量大，能自动调整浓度高峰使微生物一直正常工作，耐冲击负荷能力强。

5）运行采取全自动控制，非常稳定，无须人工操作。易损部件少，维护管理非常简单，基本能够实现无人管理，工人只需巡视是否有机器发生故障。

6）生物滤池池体采取组装式，便于运输和安装；在增加处理容量时只需添加组件，易于实施；也便于气源分散条件下分别处理。

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（二）大气净化生物滤池法27/56 7）这类过滤形式生物滤池能耗非常低，在运行六个月之后滤池压力损失也只有500Pa左右。

8）其主要缺点是占地面积较大，但能够经过放置在屋顶或其它构筑物上来节约空间。第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（二）大气净化生物滤池法28/56三、固体废弃物生物处理

固体废弃物主要包含固体生活垃圾和生产废弃物.下面简明介绍固体生活垃圾生物处理及废弃物矿渣生产生物淋溶处理.

（一）固体垃圾生物处理

世界各国处理城市垃圾方法主要有3种,即填埋,堆肥和焚烧等,其中填埋和堆肥主要是经过微生物作用来完成垃圾处理.

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（三）固体废弃物生物处理29/561、填埋技术

填埋技术就是将固体废物存积在大坑或低洼地,并经过科学管理来恢复地貌和维护生态平衡工艺.填埋法处理垃圾量大,简便易行,投入少,是自古以来人类处理生活垃圾一个主要方法.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（三）固体废弃物生物处理30/562、堆肥法

堆肥是在铺有固体有颗粒低床上进行，固有微生物在其中生长和繁殖。

堆肥方式有静止堆积、通气堆积、通道堆积或在旋转生物反应器中堆积等。也能够对废料进行某种形式预处理，如经过切碎或磨碎方法降低颗粒大小。

堆肥处理基本生物学反应是有机基质与氧混合发生氧化反应，生成co2，水或其它有机副产品。堆肥完成后终产品常需放置一段时间加以稳定。

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（三）固体废弃物生物处理31/56

未来堆肥技术应有以下四个标准:①要有合理永久性底层结构,以防止有害渗漏物污染到地下水源.②堆肥基质质与量要适合,这是影响终产品质量主要原因.③形成终产品市场.这是堆肥技术得以推广确保.④处理过程不污染环境,而且在经济上可行.

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（三）固体废弃物生物处理32/56（二）矿渣生物淋溶处理

生物淋溶技术主要指微生物冶金或微生物浸矿技术,它是近代湿法冶金工业上一个新工艺.

应用微生物溶浸一些贫矿,废矿,尾矿或火冶炉渣等时,微生物能够经过其溶解作用,即淋溶作用,往返收提取有商业价值珍贵金属或稀有金属.

微生物采矿能够预防矿产资源流失,到达最大程度地利用矿藏目标;同时还能防止或降低固体废物对环境污染.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（三）固体废弃物生物处理33/56四、生物修复技术应用

（一）石油污染生物修复1、方法

一个方法是经过增加营养盐以促使土著微生物生长.土著微生物种群长时间暴露在特定污染化合物中时,一些亚种群会形成有限代谢能力以利用或降解不适污染物.

这些特殊微生物生长一样受营养情况限制.当加入N,P等生长必需营养物后,会促使这些微生物加紧生长,对应地促进了污染物降解.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物修复技术应用34/56

举例：利用这种原理,人们在1989～1990年成功地去除了ExxonValdez号油轮在PrinceWilliamSound海岸和阿拉斯加湾海岸漏油.

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（四）生物修复技术应用35/56

第二种方法是经过生物反应器培养,增加有益微生物数量,然后再将这些微生物混合类群接种到污染地进行生长,繁殖.这种方法已在一些地方得以成功应用。

举例：一些企业现已将微生物制成菌剂并商品化,能显著增加油污降解速率.其中一个菌剂为白腐菌,这是一个惯用木质素材料降解者,经过它们能降解许多危害极大工业污染物如PCB等.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物修复技术应用36/562、不足：石油类化合物生物修复技术当前仍有一些限制,其中包含: ①含有降解作用土著微生物要能完全适应特定待处理环境; ②引入外源微生物必须能在新环境中成活,同时还能与原有土著微生物竞争; ③添加菌剂必须与污染物紧密接触,在水生环境中要防止被稀释.多媒体展示：利用生物恢复技术处理石油溢漏存在优势和不足之处见表11-4.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物修复技术应用37/56五、生物技术在环境监测和评价上应用（一）指示生物

1、细菌生长和繁殖极为快速,作为指示生物含有周期短,运转费用低,数据资料可靠等特点。

依据污染物对细菌作用不一样,可分别选取细菌生长抑制试验,细菌生化毒理学方法,细菌呼吸抑制试验和发光细菌监测技术等监测污染情况.

举例：1966年,发光菌首次被用于检测空气样品中毒物.20世纪70年代末期,第一台毒性生物检测器问世,并投放市场,对应发展起来发光菌毒性测试技术,引人注目.

第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用38/562、藻类和高等植物也能作为污染指示生物.

举例：一些藻类不能存活在某种污染物环境中,所以假如在环境中检测到这些藻类大量存在,对应地能够说明环境中没有该种污染物.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用39/56（二）核酸探针和PCR技术

1、核酸杂交指单链DNA片段在适合条件下能和与之互补另一个单链片段结合(见2.5.1.4).

假如对最初DNA片段进行标识,即做成探针,就可监测外界环境中有没有对应互补片段存在.

利用核酸探针杂交技术能够检测水环境中致病菌,如大肠杆菌,志贺氏菌,沙门氏菌和耶尔森氏菌等.也可用于检测病毒,如乙肝病毒,艾滋病病毒等.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用40/56缺点：当前利用DNA探针检测微生物成本较高,所以无法对饮用水进行常规性细菌学检验;另外,检测微生物数量微少时,分析有困难;同时要对微生物进行分离培养后方能进行检测.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用41/562、

PCR技术是特异性DNA片段体外扩增一个非常快速而简便新方法(见

2.1.3),有极高灵敏度和特异性.

对于微量甚至常规方法无法检测出来DNA分子经过PCR扩增后,因为其含量成百万倍地增加,从而能够采取适当方法给予检测.

它能够填补DNA子直接杂交技术不足.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用42/56优点：采取PCR技术可直接用于土壤,废物和污水等环境标本中生物检测,包含那些不能进行人工培养微生物检测.

举例：利用PCR技术能够检测污水中大肠杆菌类细菌

举例：PCR技术还可用于环境中工程菌株检测.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用43/563、生物芯片

生物芯片(biochip)是近年来在生命科学领域中快速发展起来一项高新技术。

它是一个经过微加工技术和微电子技术将生物探针分子(寡聚核苷酸,cDNA,基因组DNA,多肽,抗原,抗体等)固定在硅片,玻璃片,塑料片,凝胶,尼龙膜等固相介质表面而构建微型生物化学分析系统,

能够对细胞,蛋白质,DNA以及其它生物组分进行准确,快速和大信息量检测(见2.5.1.5).第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用44/56

当待分析样品中生物分子与生物芯片探针分子发生杂交或相互作用后,能够利用激光共聚焦显微扫描仪等对杂交信号进行高通量检测,

所以生物芯片技术将生命科学研究中所包括许多分析步骤整合起来,使样品检测,分析过程连续化,集成化,微型化。第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用45/564、生物传感器及其它

含义：生物传感器是以微生物,酶,抗原或抗体等含有生物活性生物材料作为分子识别元件一类特殊化学传感器

其基本工作原理是,待测物质经扩散作用进入生物活性材料,经生物材料分子识别后,发生生物学反应,产生信息被对应物理或化学换能器转变成可定量和可处理电信号,再经二次仪表放大并输出,由此可知待测物性质及浓度.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用46/56类型：生物传感器包含许多类型举例：日本曾研制开发出可测定工业废水BOD微生物传感器,此种传感器测定法能够取代传统5天BOD测定法,

其基本原理是,当生物传感器置于恒温缓冲溶液中时,在不停搅拌下,溶液被氧饱和,生物膜中生物材料处于内源呼吸状态,溶液中氧经过微生物扩散作用与内源呼吸耗氧到达一个平衡,传感器输出一个恒定电流.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用47/56

当加入样品时,微生物由内源呼吸转入外源呼吸,呼吸活性增强,造成扩散到传感器氧降低,对应输出电流也降低,几分钟后,又到达一个新平衡状态.

在一定条件下,传感器输出电流值与BOD浓度呈线性关系,故可定量检测工业废水

BOD值.

优点：生物传感器含有成本低,易制作,使用方便,测定快速及在线监测等优点,作为一个新环境监测伎俩含有辽阔发展前景.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

（四）生物技术在环境监测和评价上应用48/56试验：

社会调查：生物技术在周围地域环境中应用第11章生物技术与环境教案-讲授新课

试验49/56课程小结：

应用当代生物技术进行环境污染治理和监测是处理当今社会环境问题主要路径.

环生物技术包含内容极为丰富,主要是利用生物有机体吸收,吸附,积累,降解,结合等机能到达降低或净化环境中污染成份目标.

在污水处理方面,即可利用稳定塘,水生植物塘,人工湿地和土地处理系统等净化处理技术,也可采取活性污泥法和生物膜法等处理技术.前者操作简便,维持费用少,技术难度低,但占地面积大;后者需要时间短,去污效率高,广泛用于城市污水处理.

第11章生物技术与环境教案-讲授新课

课程小结50/56

净化废气惯用方法有:生物过滤法,生物洗涤法和生物吸收法等,所采取生物反应器包含生物净气塔,渗滤器和生物滤池等.

固态垃圾或废弃物能够利用填埋和堆肥等生物技术减量处理.填埋地和堆肥地合理管理,微生物作用条件正确控制是填埋和堆肥技术成功保障.

生物淋溶技术,即利用微生物溶浸一些废矿,贫矿等能回收提取有商业价值珍贵金属或稀有金属如铜,锰,黄金和铀等,既能预防矿产资源流失,又能防止或降低固体废物污染.第11章生物技术与环境教案-讲授新课

课程小结51/56

生物修复技术是近年来备受关