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关键词:课程标准 动态生成 问题教学 多媒体 解题模式
随着新课程改革的不断深入,要求学生全面发展,作为数学教师如何针对学生的自身特点和潜在的能力,充分发挥课堂教学的作用,既能有效的完成教学大纲规定的教学任务,又能快速提高学生各个方面的能力,这是一个很重要的课题。本文试图就课堂动态生成教学,问题教学,多媒体辅助教学和心理辅导,数学解题模式教学等方面谈谈自己教学实践过程的一点感悟。
一、建立平等的师生关系和民主的课堂教学氛围,实施课堂动态生成教学,给学生有暴露自己思想的时间和空间,努力提升学生数学能力
案例1:
(1)对数函数第一节课中例题:比较log67与log76的大小
问题提出后,学生异口同声“用计算器”。教师迟疑了片刻,立即要学生用计算器计算,计算完后学生发现两个数中,一个比1大,一个比1小,注意到这个事实后,就只要比较它们分别与1的大即可。学生提出的方法是教师始料不及的,教师依据学生提出的问题稍加转换,使得利用中间值比较大小的方法思路自然,这样的教学不是在灌输,而是在点燃。
(2)简单的线性规划第一节课中,老师刚用几何画板归纳出规律:一元二次不等式Ax+By+C>0在直角坐标系中表示直线某一侧所有点组成的平面区域,马上有位学生举手发言,说想到了以前一个问题的简单解答方法。问题:已知A,B两点的坐标是A(-1,-2),B(2,1),过点P(1,1)的直线ι和线段AB相交, 求直线ι斜率的取值范围。这位学生认为可用刚学的知识转化为A,B两点在直线ι的异侧即可,教师请他呈述和板演,他大约花了15分钟时间完成。他说完后,课堂上响起了热烈的掌声。
教学感悟:从数学课堂教学的过程看,数学教学是在教师的指导下,通过学生有效的数学思维活动,由学生数学活动经验的改组和改选,达到知识与技能,过程与方法,情感态度与价值观全面发展的特殊的认识与创新过程;是师生交往,积极互动,共同发展的过程。在此过程中,师生共同创造或再创造出一系列的数学语言,数学思维、数学方法、数学策略等内容丰富的数学情境要素。它们是数学教学过程中生成的重要的教学资源。由于在关注教师”教”的同时还需关注学生的”学”,所以我们要为生成数学资源预留一定的空间。只有这样,已有的数学教学方案才能更好地适应学生的数学学习,才能更好地提升学生数学能力。
二、合理设计问题系列,引导学生自主探究数学问题
案例2:“二次函数在闭区间上最值”的教学
最值是研究函数问题的重点,同时也是教学难点,特别对高一学生而言,习惯了二次函数在R上的最值问题的思维。对理解二次函数在闭区间上的最值问题,显得有点抽象难懂,特别是区间(或对称轴)可变化时,最值问题的研究更凸显思维层次的不足。因此为了使学生更好理解最值问题,我们在教学过程可设计如下问题系列,以提高学生对问题的理解和掌握。
从知识回顾,问题深入,围绕二次函数图像对称轴与区间的变化关系展开二次函数在闭区间上最值问题深入研究使学生对问题认识由浅到深,问题设置由学生认识区与最近区发展结合点出发,对问题的解学生只需跳一跳就能得到“果子”,从而激发学生积极主动探求新知识,使新旧知识发生相互作用产生有机联系的知识结构。
教学感悟:思维始于问题,问题启发思维。在数学教学过程中,合理设计问题,渗透问题解决教学,创造条件让学生经历问题的解决的全过程,并借此过程帮助学生认识和理解数学,从而懂得数学价值,进而提升学生数学能力。
三、借助多媒体工具,帮助学生理解函数图象动态变化过程
利用现代信息技术这个平台可以很好第将图像直观的静态过程转化为动态过程,在动态中保持几何关系,通过对动态图形的直观感知,诱发学生对函数图形的理性思考。象案例2的教学。如果我们用几何画板生成动态的函数图形,来指导学生探究二次函数图象的对称轴与区间变化关系对函数最值的影响,就能从直观动态的角度把握数学的实质。再如指对数函数图象教学。在探究底数α的变化对图象的影响时,我们借用几何画板就很容易实现传统难以实现的图象变化过程,把过去比较抽象的问题变得很形象,真正实现学生对函数图形的理性思考,从而提高学生的数学能力。
教学感悟:现代认识心理学表明:学生学习数学的过程从根本上来说是一个对数学的认识过程.要经过”动作、感知、表象、概念、符号”的发展阶段。其中”动作”或”感知”是认识的起始。在过去的函数作图教学中,受到作图工具的限制,手工绘制的图形都是静态的,容易掩盖及其重要的图形规律,很难达到直观感知的目的。而且由于缺乏对函数图形的直观感知,那些死记硬背的性质就变的空洞无物,没一点生命力。
四、帮助学生积累数学解题模式,快速提高解题能力,从而提高学生数学能力
案例3:若函数 是奇函数.求α的值.
对此问题,学生往往利用定义写出关系式 ,
后就无法做下去了。可是我们要是储存了
模式1: 在x=0处有定义的奇函数f(x)的必要条件为f(0)=0.马上可以得 ,所以 ,所以
模式2:奇函数的等价条件为 ,
那么也能从 马上得到问题的解。
教学感悟:解题模式就是人们经验中的问题类型.模式识别就是人们用应验中比较熟悉的问题类型来反映当前问题的整体特征,从整体上判断问题的求解方向,使问题获得顺利而便捷的解决,提高解题效率。
参考文献:
[1]金玉萍.在高中数学教学中如何培养学生的创新能力[J].中华少年,2013(16).
关键词:生物技术环境污染应用
引言
改革开放以来,我国的经济建设取得了领举世瞩目的成就,人民的物质生活也得到了空前的满足,但是经济建设的高速发展也带来了环境的持续恶化。环境问题目前已经成为一个全世界都关注的课题,严重制约着全球经济发展新局面的到来,在我国环境问题则表现的更为严重,对经济结构调整和可持续发展有非常大的影响。近年来我国对污染治理投入了大量的人力和财力,已经取得了一定的阶段性成果,但是总体来看,目前的污染问题还十分严重,需要加大对其治理的力度。生物技术是指利用自然界中广泛存在的生物体以及其组成器官和组织,去研发新工艺或者新产品的一种技术应用体系,而环境生物技术就是指可以应用到环境污染治理中的工艺或者技术。在现代社会中,生物技术的应用范围非常广泛,作为其重要组成部分的环境生物技术在污染治理过程中有非常重要的地位,无论是在污水处理、废气处理和固体废物处理的过程中都有非常重要的作用。随着科技的发展,环境生物技术的发展和革新速度也非常快,酶工程和基因工程等都是生物技术发展革新的结果。
1环境生物技术的发展概况及特点
生态系统遭到破坏是造成当前各种污染产生的主要原因之一,而环境生物技术对生态系统的构建有非常好的作用。从微生物学的观点来看,构成生态系统最基本的要素就是自然界中各种生物体,生态系统需要通过内物质的循环去保持平衡,而当前的生态系统遭到了非常严重的破坏,进而就造成了水污染、空气污染以及固体垃圾污染等各种我们能够看到的污染现象出现。当前的环境生物技术主要就是利用微生物自身的代谢功能去进行各种污染的治理,近年来随着微生物技术的不断进步和发展,也有越来越多的诸如酶工程、基因工程以及环境修复工程等新工艺和新技术的出现,并且在环境污染治理中发挥着越来越重要的作用。环境生物技术不仅仅只被用在污染治理之中,在健康产业、环境监测以及医药产业等等方面也有非常重要的应用价值。在世界范围内,发达的资本主义国家都非常看好环境生物技术的发展前景,也非常重视生物环境技术产业的构建和发展,以此可见在不久的将来环境生物技术必定会有更好的发展。环境生物技术之所以在世界上受到如此青睐,主要是因为其本身有诸多的优点,在环境污染治理中的效果也明显优于其他技术。传统的物理或者化学技术处理污染的过程比较繁琐,且一次性的处理量非常有限,投资相对来说也显得更高,最重要的是还会造成二次污染,而环境生物技术与之相比则有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等许多的优点。此外,环境生物技术可以利用修复技术去净化环境,使得受到污染的资源能够再次有被使用的价值,这是其他传统技术和方法无法比拟的一项巨大优势。
2环境生物技术在环境保护中的应用
2.1污水的生物净化
水为生命之源,水污染给人们的日常生活和身体健康所带来的危害是非常大的,因此,水污染的治理在我国一直被重点强调。相关的研究资料显示,造成水污染的污染因子具有多样性和复杂性的特点,有机磷、重金属、氰化物以及各种酚类物质等等都是造成水污染的重要污染因子,传统的治污技术很难处理污水中这些有害的物质,而利用生物技术则比较容易实现。当前,通常采用固定化酶和固定化细胞的技术进行污水的处理,这两种技术都是通过微生物自身的生命活动,利用生物体的新陈代谢过程去祛除或者转化污水中的有毒物质。无论是固定化酶还是固定化细胞的技术都属于微生物技术的范畴之内,都是环境生物技术在污染处理中应用的直接体现。
2.2污染土壤的生物修复
土壤的污染是近几年来被重点关注的一种污染形式,因为我们所食用的粮食和蔬菜都来源于土壤,我们的生活更是片刻都不能离开土壤,因此必须要解决土壤污染的问题。相关的研究数据表明重金属是造成土壤污染最重要的污染因子,对于土壤中重金属的处理一直以来都是一个难题,当前主要采用微生物的修复技术。土壤修复技术的原理是利用生物本身吸收和代谢的生命体活动去改变重金属的化学形态,使其化学特性固定,从而降低其在土壤中的移动性,最终达到对受污染土壤中重金属的净化和消减。通过上述生物技术处理过的土壤,不仅能够大大降低或者清除重金属的污染,还能在一定程度上提高土壤中有机质的含量,通过微生物活动改善土壤生态结构,防止水土流失。
2.3白色污染的消除
白色污染是当前表现非常突出的一种污染现象,其污染源就是我们日常生活中的废弃塑料袋,还有就是很难被化解的农用地膜,据统计我国每年所产生的塑料垃圾有数百万吨之巨,广泛分布于河沟和土壤之中。许多人可能认为塑料垃圾只会有碍观瞻,却不是什么有毒有害的物质,实则不然,塑料垃圾会造成严重的水污染、土壤污染以及空气污染。生物可降解塑料袋的研发已经成为全世界都关注的一个课题,当前也已经有许多环保袋产品问世,这些生物可降解塑料袋的制作就需要用到环境生物技术。当前利用环境生物技术可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌,还可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物中,从而使得两者同时发挥出更大的作用,加速塑料袋垃圾的降解。
结语
综上所述,环境生物技术在污染治理工程中的应用非常广泛,同时在环境修复工程中的应用也很广泛,从目前的实际应用情况来看环境生物技术非常有效。然而,由于我国在经济发展的过程中长期以来对环境问题有所忽略,所以尽管现在的污染治理取得了一定的成就,但是所面临的形势依然不容乐观,需要进一步加强环境生物技术的开发和应用。在实际的污染治理过程中,许多环境生物技术的虽然有很好的效果,但是由于其成本和适用性等条件的限制,还不能被全面推广应用,这就要求环境生物技术要不断的进行革新与进步,使其能够在环境工程中发挥更大的作用。
参考文献
[1]于洁,冯裕,解玉红等.PCR-DGGE技术及其在环境微生物领域中的应用[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2010,12(06):227-234.
[2]林杰喜.分子生物技术在环境污染治理中的应用[J].资源节约与环保,2014,12(07):129.
随着科学技术的发展,生物技术得到了快速发展,尤其是近几年才兴起的新技术,具有投资少、产量多的优点,在农业种植领域中广泛应用生物技术具有十分重要的意义,不仅能有效提升我国农作物产量减少资金投入,也可以提高农产品产量,并且可以实现自然资源的综合利用,因此,生物技术对资源的利用具有重要影响,可以确保环境保护工作的有效开展。
2农业种植领域中生物技术的应用
随着生物技术不断的发展和进步,生物技术在农业种植中得到广泛应用,主要包括以下几个方面:
2.1转基因技术转基因技术应用到农业种植领域中,即通过将某一农作物的优良基因转移到另一农作物上,以达到提高农产品产量、产品质量的目的。转基因技术的工作原理是通过对某一农作物的基因进行改造,并重新组合,最终将其导入到生物体内,其中,目的基因的提取是转基因技术的核心,据调查了解,当前农业种植中应用最多的生物技术则属于转基因技术,转基因技术对农业种植具有十分重要的意义,在农业种植领域中,常用的基因有种子贮藏蛋白质基因、苏云金杆菌抗虫基因等,由于植物中提取的目的基因具有良好的性能,因此,利用转基因技术提取植物中的目的基因,并将其转移到另一农作物上,不仅可以促进农作物的生长,也可以提高农产品产量、质量,因此,转基因技术应用在农业种植中具有重要作用,其可以有效促进农业的可持续发展。随着我国对生物技术的不断研究,转基因技术将会得到进一步发展,并且转基因技术的应用规模也会逐渐扩大,据资料表明,当前转基因类植物的种植范围正在不断扩大,在我国农业种植中,利用转基因技术种植的植物面积呈进一步扩大的趋势。除此之外,在农业种植中生物技术最为突出的则属于杂交育种技术,杂交育种技术与转基因技术相比,其操作更为简单,在农业种植实践中,杂交育种技术已取得了良好的效果。
2.2组织培养技术组织培养主要工作原理是在细胞全能性的基础上利用人工诱导的组织培养技术,这就要求植物细胞需要处于无菌的状态下,才能确保植物细胞得到良好的发育,最终生长成完整的植株。将组织培养技术应用到农业种植中,既可以加快植物繁殖的速度,也可以在固定的时间内培育出满足符合当地农作物生长优良品种,同时还能够有效防止病毒对农作物幼苗的侵害,因此,针对组织培养技术对农作物生长的有利条件,在今后的农业种植中,应大力推广和运用组织培养技术,但是,组织培养技术在农业种植中,应注意以下几点:在植物组织培育中,培育植物的阳光温度、湿度等应满足植物组织培育的条件,并且培养基组成结构、pH值等化学条件也应符合标准要求,有效控制外界因素对植物组织培育的影响,为植物组织培养发育提供优质的条件,并且在初代培养外植体过程中应做好外植体褐变处理工作,由于外植体在接种过程中容易发生褐变现象,然而,褐变现象的出现将会影响植物外植体的培育,所以,做好褐变处理工作,以保证植物培养工作顺利进行。
3结语
关键词:现代生物技术 废水生物处理 生物修复 水处理剂
0 引言
随着工业的高速发展,水环境污染问题越来越严重地威胁着人类的生存环境,制约着社会和经济的进一步发展。因此,水污染控制成为全世界共同关注的问题。目前的水处理技术中,生物处理法已成为世界各国控制水污染的主要手段,尤其是现代生物技术将成为水污染控制领域重点开发和应用的技术手段,主要应用于废水处理、生物修复以及微生物水处理剂等方面。
1 现代生物技术的内容与特点
现代生物技术是指以dna 技术为先导,包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称[1,2]。其中每个方面都有其特定的理论基础和不同的应用领域,但它们之间又相互补充和衔接,形成一个完整的体系。
生物技术的特点大致有[3]:①以生物为对象,不依赖地球上的有限资源,而是着眼于再生资源的利用;②在常温、常压下进行,过程简单,可连续化操作,并可节约能源,减少环境污染;③开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径;④可解决常规技术和传统方法不能解决的问题;⑤可定向地按人们的需要创造新物种、新品种和其他有经济价值的生命类型。
2 现代生物技术在废水处理中的应用
废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化,从而使废水得到净化的处理方法。废水生物处理技术发展迅速,好氧法、厌氧生物法以及生物发酵法已趋于成熟,所以,这里只介绍固定化等新兴技术。
2.1 固定化微生物技术 固定化微生物技术是生物工程领域中的一项新技术。进入80年代后国内外开始应用这种具有独特优点的新技术来处理工业废水和分解难生物降解的有机物质,一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造,将这些高效专性菌如脱色菌、脱氮、脱磷菌假单胞菌等进行固定化后,菌体密度提高,大大提高了处理效率,尤其是对难降解有毒物质有明显优势。王增长等人利用新研制的聚集—交联固定化细胞技术,将筛选的高效优势脱色菌种固定在活性污泥上,投加于“厌氧—好氧—生物滤池 ”工艺流程中,处理印染废水,结果表明:出水色度极低,处理后的水可回用[4]。
2.2 生物强化处理技术 为了提高废水处理的效果,而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种,以去除某一种或某一类有害物质。主要强化方法有:①高浓度活性污泥法,以高污泥浓度和长泥龄来促进对难分解物质的处理,加快反应速度。日本用该法处理难分解的聚乙烯醇和粪便污水取得显著效果[5]。②生物—铁法,是在普通活性污泥中加入无机盐,多用铁盐(氢氧化铁或氧化铁粉),形成生物铁絮凝体活性污泥,具有高浓度活性污泥法的特点,主要用来提高除磷效果。③生物—活性炭法,综合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力,使二者产生协同增效作用。在该系统中,每g活性炭去除 1~3gcod ,分解废水毒性能力明显增强,同时提高脱氮水平。
2.3 生物反应器技术 生物反应器技术,是现代生物技术发展的一个主要方向。现代化的新型生物膜反应器,其共同特点是反应器内装有比表面大的载体,有利于微生物附着生长形成生物膜,供气或供给的其他反应条件优越,污染物具有充分的时间与微生物接触,有利于增强微生物的分解代谢能力。目前,2000m3的反应器已经问世。虽然其处理能力较低,造价较高,但其管理方便 ,运行费用低,所以欧美地区约有 7%的污水处理厂采用该技术[6]。
3 生物修复技术
生物修复技术[7]是利用生物,特别是微生物将土壤、地下水或海洋中污染物现场降解为co2和h2o或转化为无害物质的工程技术系统。这项技术正被用于清除地下水、废水中的污染物。金属虽然不能被生物降解,但微生物可将其转移或降低其毒性。为了加快去除污染物的进程,常常采用许多强化措施,使自然生态系统维持原状的前提下,使受污染的环境得以修复。研究表明 ,生物修复与传统的物化法相比具有以下优点:①经济,仅为物化法30%-50%;②对环境影响小,不产生二次污染,遗留问题少;③最大限度地降低污染物的浓度;④修复时间较短,就地修复,操作方便。
生物修复中主要涉及两大问题,即有效性和安全性评价。为提高有效性今后将应用分子微生物学分离、鉴别、制造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。为提高生物修复的安全性评价水平,需发展鉴定微生物的分子生物技术,以确定微生物在环境中的去留和基因[8]。
4 微生物水处理剂
微生物水处理剂主要集中在以下几个方面:①微生态制剂。微生态制剂是一种由优势互补的微生物菌群、繁殖促进剂和活化剂配制而成的活性微生物制剂,已经在保健领域发挥重要作用。用于环境净化的微生态制剂由于其应用范围广、使用安全、无副作用,为区域环境保护提供了新的重要手段。欧美近年来加快了这方面的研究开发,已有采用微生态制剂原位修复水体的成功实例[9]。②生物吸附剂。生物吸附剂是废水生物处理的一个新的发展方向,主要有两大类:一类是高比表面积和高吸附率的生物体吸附水中的污染物;另一类是集生物吸附和生物降解能力为一体净化废水中的污染物的生物吸附剂。目前生物吸附剂的固定化技术使生物与离子交换树脂一样能解吸回收金属和重复利用。③微生物絮凝剂。微生物絮凝剂是利用生物技术,通过微生物发酵,抽提精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒的廉价的水处理剂,这些是无机或有机合成高分子絮凝剂所不具备的。其特点是降解性能好,成本低,无二次污染等。目前,已筛选出19种具有絮凝能力的微生物,其中,霉菌8 种,细菌5种,放线菌5种,酵母菌1种[10]。随着生物技术的发展,微生物水处理剂的开发与应用具有良好的前景。
现代生物技术在水污染控制领域已显示出独特的魅力和应用前景。但笔者认为,今后应从四个方面进行深入研究:①分离、筛选和培养高效降解菌,利用微生物共代谢作用、多菌种协同作用降解难降解污染物;②构建高效反应器,优化运行条件,探索新技术新方法;③开发高效、无毒、廉价、可大批量生产的微生物水处理剂;④着力实践和推广生物修复示范工程,为生态环境建设提供有力的技术支持。
参考文献:
[1]李亚一.生物技术[m].北京:中国科学技术出版社.1994.1.
[2]王凯军.发达国家环境生物技术研究规划简介[j].给水排水.1996.22(9):7-9.
环境生物技术是是一门综合性科学体系,主要由生物技术、环境学、工程学以及生态学组成。它是一门新兴交义学科,是将现代生物技术与环境工程相结合的产物。它的产生和发展代表了环境工程技术的发展方向,体现了工程科学开拓出来的新技术和新工艺。应用环境生物技术处理污染物,可避免污染物的多次转移,因其最终产物大都是如二氧化碳、水和氮气等稳定的、无毒无害的物质。由于其具有消耗低、速度快、成本低、效率高等显著优点,环境生物技术已成为是环境保护中最为重要、应用最广的技术之一。生物治理环境污染的优点如下:
(l)生物技术处理垃圾、废弃物主要是靠降解或者破坏污染物的分子结构,降解后的产物大都是可以被生物重新利用的,这就有助于把人类活动产生的污染物减轻到最小程度,不存在长期污染的问题。
(2)利用生物技术中的发酵工程技术,处理环境污染物质最终转化的产物也大都是无毒无害、稳定的物质,避免污染物的多次转移而造成重复污染。
(3)生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程,其反应过程是在接近中性的条件的,常温、常压下进行的,大多数生物治理技术可以就地实施,具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。
2环境保护中环境生物技术的应用
2.1环境保护领域中生物监侧技术应用
90年代,应用酶联免疫技术检测环境中的农药及其代谢物已是一项新技术。目前,国内外已经开发出杀菌剂、杀虫剂、除草剂等农药,二恶英、多氯联苯、抗菌素等污染物的酶联免疫分析方法。应用酶联免疫技术用于现场快速分析的酶免疫试剂盒具有快速灵敏,费用低,特异性强和适于现场大量样品分析等优点,此技术已商品化。
2.2生物处理废水技术
由于污水中有毒物质的成分十分复杂,高浓度有机物废水的污染处理是水污染治理的难题。利用生物技术处理高浓度有机物废水是很好的处理方法。如:废水中回收硫磺可利用专门分解硫化物的微生物得到分解;油对水质的污染可利用能够降解石油烃的超级菌清除;微生物高效菌能够将氰氢酸、氰化物情化钾、氰化亚铜等分解成二氧化碳和氨等。
2.3生物处理大气污染
随着我国经济的飞速发展,大气污染也显得越来越严重了,大量有毒有害气体的排出严重污染了大气环境。湿法洗涤、活性炭吸附、燃烧等传统的空气污染控制技术,由于种种弊端,无法与微生物法相比。微生物处理大气污染的时候,由于微生物能对污染物较快适应,并可使废气废物得到降解和转化,能使得污染物很好的控制。微生物法处理处理大气污染效果好、投资及运行费用低、易于管理等优点,已逐渐应用于空气污染控制中。近年来,利用浮选法和微生物处理相结合的方法把黄铁矿和煤分开,达到脱硫的目的,这种方法已在国外成功应用。美国利用CBI菌株可脱去18%一47%的有机硫。荷兰和德国在处理含硫化氢废气时,使用生物膜过滤器的方法,其控制效率达90%以上,效果理想。
2.4生物降解固体废弃物
在利用生物降解固体废弃物时,城市垃圾的-生物反应堆.就是一个典型的理论。它其与传统的卫生填埋相反,它允许适量水分进人填理场,增加湿度,为微生物的生长和繁殖提供有利的条件,从而加速固体废物的降解和稳定。生物降解固体废弃物可分为三大类:好氧生物处理、厌氧生物处理和准好氧生物处理。
(l)好氧生物处理:利用好氧微生物在有氧条件下的代谢作用处理污染物的方法为好氧生物处理法。该方法可以将废物中有害有机物分解为水和二氧化碳。
(2)厌氧生物处理:利用在无氧条件下生长的厌氧或兼性微生物的代谢作用处理污染物的方法为厌氧生物处理法。该方法主要降解产物是二氧化碳、甲烷等。
(3)准好氧生物处理:使渗滤液集水沟水位低于渗滤液集水千管管底高程,使大气可以通过集水干管上部空间和排气通逍,使填理场具有某种好氧条件为准好氧填理场的设计原则。准好氧处理靠垃圾分解产生的发酵热造成内外温差,使空气流自然通过填理体,促进垃圾的分解和稳定。
2.5生物修复土壤污染
利用生物独特的分解有机物质的能力去除土壤中的污染物,达到清除污染的目的即为生物修复技术。目前,生物修复土壤污染已经有利用沙漠植物修复石油污染的土壤的研究工作。土壤修复技术可以广泛的应用于去除土壤等介质中的有机氛化物污染、石油污染、重金属污染等多种污染物。
3结论
关键词:现代生物技术 废水生物处理 生物修复 水处理剂
0 引言
随着工业的高速发展,水环境污染问题越来越严重地威胁着人类的生存环境,制约着社会和经济的进一步发展。因此,水污染控制成为全世界共同关注的问题。目前的水处理技术中,生物处理法已成为世界各国控制水污染的主要手段,尤其是现代生物技术将成为水污染控制领域重点开发和应用的技术手段,主要应用于废水处理、生物修复以及微生物水处理剂等方面。
1 现代生物技术的内容与特点
现代生物技术是指以DNA 技术为先导,包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称[1,2]。其中每个方面都有其特定的理论基础和不同的应用领域,但它们之间又相互补充和衔接,形成一个完整的体系。
生物技术的特点大致有[3]:①以生物为对象,不依赖地球上的有限资源,而是着眼于再生资源的利用;②在常温、常压下进行,过程简单,可连续化操作,并可节约能源,减少环境污染;③开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径;④可解决常规技术和传统方法不能解决的问题;⑤可定向地按人们的需要创造新物种、新品种和其他有经济价值的生命类型。
2 现代生物技术在废水处理中的应用
废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化,从而使废水得到净化的处理方法。废水生物处理技术发展迅速,好氧法、厌氧生物法以及生物发酵法已趋于成熟,所以,这里只介绍固定化等新兴技术。
2.1 固定化微生物技术 固定化微生物技术是生物工程领域中的一项新技术。进入80年代后国内外开始应用这种具有独特优点的新技术来处理工业废水和分解难生物降解的有机物质,一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造,将这些高效专性菌如脱色菌、脱氮、脱磷菌假单胞菌等进行固定化后,菌体密度提高,大大提高了处理效率,尤其是对难降解有毒物质有明显优势。王增长等人利用新研制的聚集—交联固定化细胞技术,将筛选的高效优势脱色菌种固定在活性污泥上,投加于“厌氧—好氧—生物滤池 ”工艺流程中,处理印染废水,结果表明:出水色度极低,处理后的水可回用[4]。
2.2 生物强化处理技术 为了提高废水处理的效果,而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种,以去除某一种或某一类有害物质。主要强化方法有:①高浓度活性污泥法,以高污泥浓度和长泥龄来促进对难分解物质的处理,加快反应速度。日本用该法处理难分解的聚乙烯醇和粪便污水取得显著效果[5]。②生物—铁法,是在普通活性污泥中加入无机盐,多用铁盐(氢氧化铁或氧化铁粉),形成生物铁絮凝体活性污泥,具有高浓度活性污泥法的特点,主要用来提高除磷效果。③生物—活性炭法,综合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力,使二者产生协同增效作用。在该系统中,每g活性炭去除 1~3gCOD ,分解废水毒性能力明显增强,同时提高脱氮水平。
2.3 生物反应器技术 生物反应器技术,是现代生物技术发展的一个主要方向。现代化的新型生物膜反应器,其共同特点是反应器内装有比表面大的载体,有利于微生物附着生长形成生物膜,供气或供给的其他反应条件优越,污染物具有充分的时间与微生物接触,有利于增强微生物的分解代谢能力。目前,2000m3的反应器已经问世。虽然其处理能力较低,造价较高,但其管理方便 ,运行费用低,所以欧美地区约有 7%的污水处理厂采用该技术[6]。
3 生物修复技术
生物修复技术[7]是利用生物,特别是微生物将土壤、地下水或海洋中污染物现场降解为CO2和H2O或转化为无害物质的工程技术系统。这项技术正被用于清除地下水、废水中的污染物。金属虽然不能被生物降解,但微生物可将其转移或降低其毒性。为了加快去除污染物的进程,常常采用许多强化措施,使自然生态系统维持原状的前提下,使受污染的环境得以修复。研究表明 ,生物修复与传统的物化法相比具有以下优点:①经济,仅为物化法30%-50%;②对环境影响小,不产生二次污染,遗留问题少;③最大限度地降低污染物的浓度;④修复时间较短,就地修复,操作方便。
生物修复中主要涉及两大问题,即有效性和安全性评价。为提高有效性今后将应用分子微生物学分离、鉴别、制造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。为提高生物修复的安全性评价水平,需发展鉴定微生物的分子生物技术,以确定微生物在环境中的去留和基因[8]。
【关键词】环境保护工程;生物技术;进展
随着环境保护工程的广泛展开,生物技术的应用已经拓展到各个方面,从单个环境目标治理,发展为全系统的广泛应用。本文主要阐述环境保护工程中生物技术的应用及重要进展进行论述。
1 环境保护与生物技术关系概述
环境保护的涉及面很广,包括空气质量、水资源保护、土地保护、森林保护等内容。由于人类对自然资源的过度开发和不合理利用,环境问题已经日益激化,生物技术作为一项有效的科技手段,对解决环境问题有着积极地作用。在当今资源保护过程中,生物技术已经占有主要的地位,生物净化技术的应用得到广泛认可。
我们享受着经济发展给生活所带来的舒适和方便,却忽视了环境对人类发出的警告。经济发展的代价是环境的严重破坏,随着环境破坏程度越来越严重,人们开始清醒的认识到环境必须要好好治理了。国人环境治理的意识正在不断的加深,生物技术得到了很好地发展,并应用到实际治理污染中[1]。虽然生物技术取得了一定的成绩,但仍然无法高效的解决环境污染问题。因此,我们对生物技术的研究还要继续深入,有效地实现研究成果和工程技术的结合,使之成为成熟的技术并推向市场。
生物技术方向潜力巨大,有很多领域都有新发现,继续挖掘生物技术的潜能,是未来环境治理的主流方法。生物技术的发展给环境保护带来了福音,但是生物技术的应用必须是严谨的,并遵守既定的原则,否则可能会再次对环境造成污染。随着人们生活节奏的不断加快,人们对于快捷方便的生活方式越来越依赖,但是经济发展不能以牺牲环境为代价,人类应该以高效率、低耗能、投入少的方式发展经济。生物技术能够成为经济发展的基本保障,深入研究生物技术,符合我国环境发展的国情。
2 环境生物技术的特点及现状
无数种生物构成了地球的生态系统,依靠这些生物完成了生态系统内的物质循环过程。环境生物技术产生就是利用了物质循环的原理,随着科技的发展生物技术被证明是环境保护的理想手段,这一技术的独特功能在解决环境问题过程中显示出无可比拟的优越性,这充分体现出它是一个纯生态的过程,符合我国可持续发展的战略思想。生物技术对处理环境污染具有很好地作用,同时具有速度快、成本低、效率高、消耗低等优点。因为生物技术来源于自然界中的生物,所以具有无二次污染、反应条件温等显著特点。环境生物技术明显的优势以及其广阔的市场前景,受到了世界各国的高度重视。
目前环境保护对生物技术的应用主要是微生物及其衍生物,少部分生物技术利用植物控制环境污染。目前生物技术是环境保护中应用最广泛、最为重要的技术,其在很多领域发挥作用。大气污染治理、水源污染控制、清洁可再生能源的开发、有毒有害物质降解、
废物资源化、污染环境修复、环境监测和重污染企业的清洁生产等各个方面都有生物技术的身影,并发挥着极其重要的作用[1]。使用环境生物技术处理环境污染物时,最终产物大部分是无毒害且稳定的物质,大部分有机污染物都转化为二氧化碳、水和氮气等。应用生物技术处理污染大多能一步到位,避免了污染物再次转移,因此它可以安全而彻底的消除污染。大部分有机污染物适可作为其他反应的底物,这些有机污染物经过生物转化后变成酒精、沼气、氨基酸、多肽等有用物质。生物转化的技术因此常常作为有机污染物资源化的首选技术。
3 环境生物技术的应用进展
3.1 在治理大气污染和改善空气质量中的应用
雾霾是2014年出现频率非常高的词,整个冬天它都纠缠着我国大部分城市,这样大规的雾霾天气说明我们的空气质量正在急速下滑,大气污染问题已经不容忽视,它已经严重影响人们的生活和身体健康。我国对治理大气污染、空气污染非常重视,生物技术已经应用在大气污染治理上。目前主要采用的方法有生物的吸附、生物的洗涤和生物的过滤等方法[2。生物技术虽然仍需要更大程度的提升,但与传统的废气治理方法相比,生物技术转化废气效果更加明显,而且节省时间,大大提高了工作效率。生物技术对能源的净化和转化更加安全可靠,经过处理的气体不会造成二次污染,甚至可以达到二次利用的效果。
3.2 在改善水体质量,治理水源污染中的作用
生物技术应用最为广泛的领域就是在改善水体质量方面,生物处理是目前水处理技术的重要手段,世界范围内大多都采用这一方法进行污水的处理。我国在污水处理上也会遵循这一趋势,不断研究发展并提升生物处理污水的能力。目前常见的水污染治理的生物技术有活性污泥法、生物膜处理法、稳定塘法、土地处理系统法和人工湿地处理系统法等[1]。生物技术应用突出表现在微生物水处理剂、废水处理、以及生物修复等方面。
3.3 在治理土地污染中的作用
我国针对土壤严重污染的问题,出台了较多政策进行治理。目前我国通常采用物理治理的方法解决土地污染,通过大面积的植树造林,保持水土,启动土壤森林净化循环的作用,避免发生大范围的水土污染和流失。其他物理化学方法以洗脱、吸附)为主 ,不仅投资成本高,而且极易造成二次污染[1]。我国作为农业大国,农业生产对土地的依附性很大,如果不注意土地污染问题的治理,后果不堪设想。但传统方法修复周期过长,治理速度远远不及污染速度,因此必须运用生物技术对土壤污染进行治理,同时保护土壤的有机成分,挽救每况愈下的土地。
3.4 生物技术的其他应用方向
生物转化过程是以酶为反应介质进行的,因为酶是一种活性蛋白,极易受到酸、碱及高温的破坏,所以生物反应的过程必须在常温、常压的环境下进行。生物反应的条件相对比较好达到,因而其投资少、耗能低、速度快好、效果好、操作简便、设备简单。
生物转化代替化学处理可以大大降低反应过程的污染水平,更有利于实现生态化生产或无废生产,从而实现清洁生产的目的。此外,生物反应的产品及副产品大多都是可以加快生物降解,有的甚至是下一次反应的催化剂,且反应产物大多可以作为其他生物的营养源加以利用。用生物反应产物代替一些化学药物、人工合成物、化石能源等,能把产生活动带来的环境污染降到最低,真正使经济发展遵循可持续发展的原理。应用生物技术还可以处理其他方法无法处理的环境问题,比如生物修复技术净化环境,能使受污染的珍贵资源如水资源、土地资源等恢复到健康的水平。
4 结束语
随着经济的不断发展,我国环境问题日益凸显,环境问题亟待解决,现有的生物技术已经不能满足社会发展的需要,因此需要不断挖掘生物技术的潜力,环境治理和技术革新的探索之路还要继续走下去。未来生物技术的研究必须要考虑到经济发展的因素,实现经济发展与环境保护相统一,促进社会进步与环境保护的协调发展。
参考文献:
关键词:生物技术;环保工程;应用研究
一、现代生物技术与环境保护
现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程,细胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用,而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。因此,在世界各国均重视高技术发展的当代,生物技术最被人们看好,被列为优先发展的领域,已成为21世纪最重要的技术支柱之一。
利用生物技术治理环境污染和遏制生态恶化趋势,促进自然资源的可持续利用,是一条十分有效的途径。与化学、物理等其他技术比较,环境生物技术具有效率高、成本低、反应条件以及无二次污染等显著优点。其优势具体来说有以下两点:
(一)生物技术利用发酵工程技术处理污染物质,是降解破坏污染物的分子结构,降解的产物以及副产物,最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷等,它是最安全和最彻底消除污染的方法,同时是有机废物资源化的首选技术,能“变废为宝”。
(二)生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程,而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质,其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的,与常常需要高温高压的化工过程比较,反应条件大大简化,能大大降低环境友好生物材料和生物能源的生产成本,使其部分或完全取代化学材料和化学能源。
二、生物技术在环保工程中的应用
(一)工业和生活废水的整治
水是人类的生命之源,一直以来都是人类无法替代的宝贵自然资源,然而由于生产和生活污水的污染,使得人类赖以生存的水源都出现了不同程度的污染,这个问题迫在眉睫,因为如果缺少了干净的水资源,人类将无法从事正常的生活和生产活动,更严重的会影响到人类的生存。对污水的治理问题一直都是环境保护的重点问题,然而其他物理置换或者多层过滤等方法,无法彻底清除污水中的有害物质,还容易造成水体的二次污染,随着清洁的水资源越来越少,环境保护领域向生物工程技术投入了研究,并获得了良好的效果,通过使用生物工程的相关技术,利用生物制剂将污水中的污染物分解代谢成为对人体和自然环境没有威胁的清洁水,可以在不引入二次污染的同时达到较好的净水效果。废水问题是困扰现在人们的重点问题,如果有效处理废水呢?利用现代生物技术可以达到有效成果。根据现代化城市对污水排放要求的提高,生物工程领域也发展了新型技术已达到排放标准,并推动污水处理产业的发展。
(二)固体废物处理中生物技术的应用
生物技术一般用来处理有机的固体废弃物,通常有两种方法,好氧堆肥法和厌氧发酵法。
好氧堆肥法就是在有氧的自然环境中利用广泛存在的微生物的调控和控制来降解有机物,将有机物腐殖质,不仅很好的处理了固体废弃物,还可以堆腐成肥。人工按一定的比例将有机物料和填充料混合,在特定的条件下堆腐,通过微生物的降解作用使有机固体废弃物减量。厌氧发酵法同样是利用微生物的作用,不同的是应该在缺氧的条件下进行,从而将有机固体废弃物转化为二氧化碳、甲烷等气体,不仅不会对环境造成污染,产生的甲烷还可以充分利用,实现了能源回收,从而提高了生物能源的利用效率。
(三)污染土壤的生物修复
土壤的污染是近几年来被重点关注的一种污染形式,因为我们所食用的粮食和蔬菜都来源于土壤,我们的生活更是片刻都不能离开土壤,因此必须要解决土壤污染的问题。相关的研究数据表明重金属是造成土壤污染最重要的污染因子,对于土壤中重金属的处理一直以来都是一个难题,当前主要采用微生物的修复技术。土壤修复技术的原理是利用生物本身吸收和代谢的生命体活动去改变重金属的化学形态,使其化学特性固定,从而降低其在土壤中的移动性,最终达到对受污染土壤中重金属的净化和消减。通过上述生物技术处理过的土壤,不仅能够大大降低或者清除重金属的污染,还能在一定程度上提高土壤中有机质的含量,通过微生物活动改善土壤生态结构,防止水土流失。
(四)废气处理中生物技术的应用
废气处理中的生物技术包括生物膜法和生物过滤法,生物膜法处理废气和生物膜法处理污水的原理接近,利用微生物附着的多孔性介质将废水中的有害物质转化为简单地无机物,最终降解为水、二氧化碳和中性盐等无害的物质。此外,生物膜还具有较强的除臭效果,通过气液扩散、液固扩散以及生物的氧化过程等将气态转化为液态,同时将有异味的气体慢慢氧化,从而达到除臭效果。
生物过滤法是利用长满微生物的固体载体将收集到的气体吸收,然后利用填料上的微生物将吸收的气体分解,从而完成废气的除臭过程。附着在固体载体上的微生物还具有转化物质的作用,微生物生长需要足够的营养物质,所以固体载体还具有较高的有机成分。在选择载体填料的时候应该选择微生物种类丰富、比表面积较大并且吸水性好的载体,同时要求自身没有异味,结构均匀具有较好的吸附性。常用的填料有干树皮、干草、塑料盒半软性塑料。
三、结语
随着人们环保意识的不断增强,环境保护已经成为我国的一个重点工作。在环保工程中运用生物技术可以有效改善环保工作的效果,提高环保工程的治理水平和治理能力,从而为人们提供一个舒适、健康的环境,实现我国的可持续发展。
参考文献:
[1]杨荣,颜淼.探讨生物技术在环保工程中的应用[J].科技创新导报,2013,09:150.
关键词:环境监测 生物传感器 生物大分子标记物
一、引言
生物技术具有和其他现代高新技术相同的主要特征,诸如开发周期短、效益高的特点,从现阶段来看已经突破了基础的理论研究阶段,从自20世纪70年代以来开始逐步进入技术应用阶段。随着现代生物技术理论研究的不断深入,其应用的范围得到了进一步的拓宽,不但在食品工业、高新技术农业、药品和发酵工业中得到了广泛的应用,同时还在环境科学、环境监测评价及防治中发挥着极其重要的作用。可以预见,生物技术必将成为环境科学中重点应用的技术。
二、生物技术的研究要点
1.生物技术的研究特点
1.1以生物作为研究对象,不过多地依赖于地球上的有限资源,主要在于对再生资源的开发和利用。
1.2研究环境相对简单可行,生物技术的研究基本上都是在常温、常压下进行,研究过程相对简单,可实现连续化操作,同时具有良好的环境友好性,能有效地节约能源,减少对环境的污染。
1.3利用生物技术开发的生物制品具有纯度高、质量优和安全可靠的特点,是未来新产品开发的一个新途径。
1.4能有效的解决传统技术下不能予以解决的难题,能根据人类的需求对生物的品种进行合理的改良,创造出更加具有经济价值的生物类型。
三、常规监测技术中微生物的应用
水体中的致病菌有可能引起各种传染病,因此,水质的细菌学测定,特别是肠道细菌的检验,在环境质量评价、质量卫生监督等方面具有重要意义。由于致病菌在水中存在的数量较少,直接监测比较困难,而且检查结果为阴性也不能保证绝对安全,因此在实际工作中常选用粪便污染指示菌——大肠菌群作为代表 。另外还有发光细菌法、污染物致突变的微生物监测,藻类与水质污染监测方式,用于监测水环境的微生物学指标是可行的。
四、生物传感器
1.BOD微生物传感器检测仪(BODs)
生物化学需氧量(BOD)是环境监测工作中的一项重要指标,它表示水中污染物的综合污染程度。目前国内外普遍规定样品在 20℃的温度中培养5d,分别测定培养前后的溶解氧, 二者之差即为BOD5 值,以氧的 mg/L 表示。但该方法操作较复杂,耗时长,且干扰因素多,结果准确度及重现性差,不能及时为环境管理和决策、科研、事故污染鉴定等提供科学依据,无法满足当前环境监测中快速测定的要求。因此,快速、准确测定水体中 BOD 一直是环境监测中的一大难题,而BOD微生物传感器检测仪就能满足这一要求,因此得到广泛应用。
2.DNA生物传感器在环境污染监测中的应用
基于生物催化和免疫原理的生物传感器在环境领域中获得了广泛应用。近年来,随着分子生物学和生物技术的发展,人们开发了以核酸探针为识别元件,基于核酸相互作用原理的 DNA 生物传感器。该传感器可用于受感染微生物的核酸序列分析、优先控制污染物的检测以及污染物与 DNA 之间相互作用的研究,在环境污染监测中具有潜在的巨大应用前景。
3.可检测化学制剂和生物制剂的生物传感器
美国田纳西大学(位于美国田纳西州诺克斯维尔)的研究人员利用由生物工程技术制成的、存在杂质时会发出蓝绿辉光的微生物,开发成功一种基于芯片的环境生物传感器样品。这种被称为生物发光型生物指示器IC(bioluminescent bioreporter IC,简称 BBIC)的器件技术可在众多的应用(从航天器到反恐)中巧妙地检测出氨、锌等各类化学物质。
4.光纤化学/生物传感技术
光纤技术与光谱分析技术的有机结合就构成了光纤传感技术。光纤传感技术突破了光谱分析的传统模式,光可由光纤直接导入样品,而样品不必放入光谱仪中就能进行测定。特别适用于环境污染物、生物药物,以及生产过程的原位、在线监测和对样品的无损测定。早在十几年前,人们就曾经预言:光纤传感技术的出现将不可避免地引起分析实验室及分析控制仪器的又一次革命。随着环境科学与生命科学的发展,对各种与人类生存环境密切相关的化学物质的测定和变化过程的监测,已显得特别突出和重要。由于光纤化学/生物传感技术具有实时、在线及远距离自动监测和对样品无损测定等特点,人们对它在海洋环境监测中的应用给予了较多的关注,特别是在溶解氧、pH、湿度和水质毒性等监测要素的应用。
五、生物大分子标记物
随着社会对环境保护的日益重视和分子生物学技术的发展,将生物大分子标记物的检测应用到环境监测中已经成为一种趋势。生物大分子标记物检测由于其测定指标全面、准确、系统且具有特异性等优点。生物大分子标记物是指生物体内的一些对外界环境变化敏感并能产生一些可检测变化的大分子物质,这些大分子物质能够反映环境变化对生物体的影响。
1.核酸分子标记物检测
核算分子标记物检测方法有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术及DNA芯片技术。
2.蛋白分子标记物检测
环境中的许多污染物能直接与生物体内的蛋白质发生反应从而对生物体产生影响,或者诱导 (或抑制)生物体内一些基因的表达从而影响生物体内一些蛋白质的量。因此,生物体内的许多种蛋白都可以作为环境中有害物质暴露的生物标记物应用于环境监测中。蛋白分子标记物检测方法有酶分子标记物检测、金属硫蛋白( Metallothione in ,MT)的检测、热休克蛋白( Heat Shock Prote in , HSP)的检测及抗氧化剂防御系统的检测。
六、微核技术
环境污染已经成为全球共同关注的一个热点问题。为了检测出已经存在或潜在的危害,各种环境污染监测技术应运而生。植物微核技术是根据遗传学上染色体畸变的原理而建立的一种环境污染的生物监测方法,在对大气、土壤、水环境中各种有毒污染物的遗传毒性检测方面得到了广泛应用。国内外大量的对比实验研究表明,该方法普遍适用于检测环境致突变物,已经成为环境污染监测的有效工具。微核技术可用于监测大气污染,监测土壤污染,监测水污染,监测有机物污染,监测重金属污染,监测物理辐射污染。