⑴ 為什麼要學生物呀生物學與人類生活有什麼關系(列舉些例子), 500字以上
生物學定義:生物學是研究生命現象和生物活動規律的科學.
生物學是研究生物各個層次的種類、結構、發育和起源進化以及生物與周圍環境的關系的學科.人是生物的一種,也是生物學研究的對象.
生物學是自然科學的一個門類.研究生物的結構、功能、發生和發展的規律.根據研究對象,分為動物學、植物學、微生物學等;根據研究內容,分為分類學、解剖學、生理學、遺傳學、生態學等.是研究生物各個層次的種類、結構、功能、行為、發育和起源進化以及生物與周圍環境的關系等的科學.
⑵ 生物學與我們的生活有什麼聯系
內容如下:
①星閃閃,這不是因為星星本身的光度出現變化,而是與大氣的遮擋有關。大氣隔在我們與星星之間,當星光通過大氣層時,會受到大氣的密度和厚薄影響。大氣不是絕對的透明,它的透明度會根據密度的不同而產生變化。所以我們在地面透過它來看星星,就會看到星星好像在閃動。
②人會打呵欠是因為當我們感到疲累時,體內已產生了許多的二氧化碳。當二氧化碳過多時,必須再增加氧氣來平衡體內所需。因為這些殘留的二氧化碳,會影響我們身體的機能活動,這時身體便會發出保護性的反應,於是就打起呵欠來。
③ 蛇的身上有很多鱗片,這是它們身上最外面的一層盔甲。鱗片不但用來保護身體,還可以是它們的「腳」。 蛇向前爬行時,身體會呈S形。而每一片在S形外邊的鱗片,都會翹起來,幫助蛇前進時抓住不平的路面。
這些鱗片跟蛇的肌肉互相配合,並能推動身體向前爬行,所以蛇沒有腳也可以走動。
④向日葵總是朝著太陽開花是因為向日葵花盤下面莖部的地方,含有一種叫做「植物生長素」的物質。這物質有加速繁殖的功用,但卻具有厭旋光性,每遇到光線時,便會跑到背光的一面去。 所以太陽升起時,向日葵莖部便馬上躲到背光的一面去,看起來整棵植物就向著太陽的方向彎曲了。
⑤我們的頭發中有一種叫「黑色素」的物質,黑色素愈多頭發的顏色便愈黑。而黑色素少的話,頭發便會發黃或變白。人類到了老年時,身體的各種機能會逐漸衰退,色素的形成亦會愈來愈少,所以頭發也會漸漸變白。
相關內容解釋:
生物學是研究生命現象和生物活動規律的科學。生物與人類生活的許多方面都有著非常密切的關系.它是農學、醫學、林學、環境科學等學科的基礎,社會的發展,人類文明的進步,個人生活質量的提高,都要靠生物學的發展和應用。
微生物不是一個自然的生物類群,只是一個人為的劃分,一切微小的生物如細菌以及單細胞真菌、藻類、原生動物都可稱為微生物,不具細胞形態的病毒也可列入微生物之中。因而微生物學進一步分為細菌學、真菌學、病毒學等。
按生物類群劃分學科,有利於從各個側面認識某一個自然類群的生物特點和規律性。但無論具體對象是什麼,研究課題都不外分類、形態、生理、生化、生態、遺傳、進化等方面。為了強調按類型劃分的學科已經不僅包括形態、分類等比較經典的內容。
⑶ 生活中和生物學現象相關的論文
世間有許許多多的生物體,世界因生命而精彩。生物形態各異,很有趣,比如,翩翩起舞的蝴蝶,討厭的蒼蠅,可愛而會唱歌的小鳥,還有6500萬年前滅絕的恐龍,它們的種種生命跡象都吸引了我的視線,讓我對生物有了好奇心。以前,我對「生物」的理解只是單純的「動物」,上中學學習了生物後,我知道生物的范圍很廣,不止動物,植物、微生物都在其之內。地球上的植物大約有30多萬種,動物約有150多萬種。從生物書上,我知道了桫欏、蕨、蘇鐵等不常見的植物,還解決了小時候一些弄不懂的問題。有一次,我在比較乾的泥土裡挖蚯蚓,卻怎麼也挖不著,現在才知道蚯蚓生活在陰暗潮濕的地方,乾地里當然挖不著了。為什麼仙人掌的葉子會退化成刺呢?因為它需要適應環境,為了減少水分的喪失,儲存更多的水分,仙人掌的莖部也變得肥厚而多汁。生物這門學科幫助我
了解了疑難的問題,這是我喜歡生物的原因之一。走進第二單元,我認識了顯微鏡。在我心目中,顯微鏡是那樣地奇妙,一直都想用它觀察東西,小學時從來也沒碰過它。記得第一次進生物實驗室,看見桌上的顯微鏡,有一種難以抑制的喜悅。於是我迫不及待地湊到目鏡前看了看,可看到的只是一片黑暗。上課時,老師說,用顯微鏡觀察東西並不是想像得那麼簡單,要經過對光、選擇物鏡、製作臨時玻片標本、調整清晰度等幾個環節。我仔細地聽著,努力熟記其結構的每一個名稱。在老師的幫助下,我終於通過顯微鏡看到了細胞。當時就有一種巨大的成就感,彷彿自己也成了一個科學家,會用顯微鏡觀察微生物了!還有一個奇怪的現象,在顯微鏡下呈的是倒像。現在,使用顯微鏡已成了家常便飯,幾乎每節課都要做實驗。用顯微鏡觀察肉眼看不到的東西能使我快樂,這也激發我學習生物的興趣。此外,我還對生物體有了新的認識。除病毒外,生物都是由細胞構成的。在顯微鏡下看到的細胞是一個個排列在一起的。植物細胞由細胞壁、細胞膜、液泡、細胞核、線粒體、細胞質、葉綠體構成,動物細胞由細胞膜、細胞質細胞核、線粒體構成,它們的作用也各不相同。細胞核由染色體構成,染色體由DNA構成……別小看一個小生命,它的結構復雜得很呢!以前,我不知道水果中的水分是從哪兒來的,原來是來自液泡中的細液泡。我總是生病,學習了生物後我知道是病毒在我身體里搗鬼!連病毒都是生物體,真是不可思議啊!我對生物越來越有好奇心了。生物學把我帶進了一個奇妙的世界,解決了疑難的問題使我豁達,使用顯微鏡讓我感到快樂,微生物使我有了好奇心,因此,我對生物這門學科產生了濃厚的興趣。
⑷ 生物學對人類生產生活有哪些影響
生物與人類生活的許多方面都有著非常密切的關系。生物學作為一門基礎科學,傳統上一直是農學和醫學的基礎,涉及種植業、畜牧業、漁業、醫療、制葯、衛生等等方面。隨著生物學理論與方法的不斷發展,它的應用領域不斷擴大。生物學的影響已突破上述傳統的領域,而擴展到食品、化工、環境保護、能源和冶金工業等等方面。如果考慮到仿生學,它還影響到電子技術和信息技術。 人口、食物、環境、能源問題是當前舉世矚目的全球性問題。世界人口每年的增長率約20%,大約每過35年,人口就會增加一倍。地球上的人口正以前所未有的速度激增著。人口問題是一個社會問題,也是一個生態學問題。人們必須對人類及環境的錯綜復雜的關系進行周密的定量的研究,才能對地球、對人類的命運有一個清醒的認識,從而學會自己控制自己,使人口數量維持在一個合理的數字上。在這方面生物學應該而且可能做出自己的貢獻。內分泌學和生殖生物學的成就導致口服避孕葯的發明,已促進了計劃生育在世界范圍內的推廣。在人口問題中,除了數量激增以外,遺傳病也嚴重威脅人口質量。一些資料表明,新生兒中各種遺傳病患者所佔的比例在 3%~10.5%之間。在中國的部分山區,智力不全者佔2%~3%,個別地區達10%以上。揭示產生遺傳病的原因,找到控制和征服遺傳病的途徑無疑是生物學又一重要任務。進行家系分析以確定患者是否患有遺傳病,對患者提出有益的遺傳指導和勸告;通過對胎兒的脫屑細胞進行染色體分析和各種酶的生化分析,以診斷未來的嬰兒是否有先天性遺傳性疾病。這些方法都能避免或減少患有遺傳病嬰兒的出生,以減輕家庭和社會的沉重負擔。將基因工程應用於遺傳病的治療稱為基因治療,在實驗動物上對幾種遺傳病的基因治療已取得一些進展。隨著基因工程技術的發展,基因治療將為控制和治療人類遺傳病開辟廣闊的前景。
和人口問題密切相關的是食物問題。食物匱乏是發展中國家長期以來未能解決的嚴重問題,當前世界上有幾億人口處於營養不良狀態。到21世紀初,糧食生產至少每年要增長3%~8%才能使食物短缺狀況有所改善。人類食物的最終來源是植物的光合作用,但在陸地上擴大農業生產的土地面積是有限的,增加食物產量的主要道路是改進植物本身。過去,在發展科學的農業和「綠色革命」方面,生物學已做出巨大的貢獻。今天,人類在一定限度內定向改造植物,用基因工程、細胞工程培育優質、高產、抗旱、抗寒、抗澇、抗鹽鹼、抗病蟲害的優良品種已經不是不切實際的遐想。植物基因工程一些關鍵技術已經有所突破,得到了一些轉基因植物。此外,利用富含蛋白質的藻類、細菌或真菌,進行大規模培養,並從中獲得單細胞蛋白質。由於成功地利用了基因工程並取得了大規模連續發酵工程的技術經驗,單細胞蛋白技術已經取得了重大突破。氨基酸是蛋白質的單體,植物蛋白往往缺少某幾種人體必需的氨基酸,如果在食品中添加某種氨基酸,將會大大提高植物蛋白的生物學價值。用微生物發酵、固定化細胞或固定化酶技產氨基酸,已經逐步形成比較完整的體系,可以預料,氨基酸生產將在營養不良問題上發揮日益重要的作用。現代生物學成就和食品工業相結合,已使食品工業成為新興的產業而蓬勃地發展起來。
⑸ 生物學與我們的生活有什麼聯系
生物科學是一門以介紹大千世界、萬物生靈為基礎的科學,與人們生活息息相關。生物學作為一門基礎科學,傳統上一直是農學和醫學的基礎,涉及種植業、畜牧業、漁業、醫療、制葯、衛生等等方面。隨著生物學理論與方法的不斷發展,它的應用領域不斷擴大。現在,生物學的影響已突破上述傳統的領域,而擴展到食品、化工、環境保護、能源和冶金工業等等方面。
⑹ 生物學對人類生活的影響
生物技術將主導人類的生活 今天人們已經廣泛地接受了這樣的說法,這就是20世紀是物理學的世紀,而21世紀將是生物學的世紀。幾乎所有人都同意關於21世紀的兩個事實:不論是從預算資金、工作崗位的多少,還是從重大發現的數量來看,現代生物學的規模都比物理學的規模大得多,而且,在整個21世紀,生物學很可能都將保持科學領域最大分支的地位;此外,不論是從經濟影響、道德層面,還是從其對人類提供的福利來看,生物學也比物理學更加重要。 這些事實提出了一個令人感興趣的問題:隨著個人計算機、全球衛星定位系統接收器和數碼相機的出現,技術家庭化正從一個成功走向新的成功,那麼技術的家庭化會很快地從物理學領域延伸到生物學領域嗎?答案是毋庸置疑的。科學家認為,至少與過去50年中發生的計算機家庭化影響我們的生活一樣,在未來的50年中,生物技術的家庭化也會在同樣的程度上主導人類的生活。 生物技術產業將向生活滲透 20世紀40年代和50年代,著名拓撲學家馮·諾伊曼在普林斯頓高等研究院開始設計和建造第一台利用內置碼指令來操作的電子計算機,正是他發明的軟體使計算機具有了靈活性。然而,馮·諾伊曼從未想過,計算機會變得如此之小、如此便宜,可用它來填寫所得稅申報表、完成家庭作業。在馮·諾伊曼的構想中,計算機是作為巨大的中央處理器來為大型實驗室和大型產業服務的。有傳聞說,當年美國政府部門曾有人問馮·諾伊曼,美國未來需要多少台計算機,馮·諾伊曼當時回答說「18台」。真是令人難以置信! 人們今天普遍認為,基因工程支持大型制葯企業和諸如孟山都這樣的農業綜合企業的活動,這和馮·諾伊曼把計算機當成巨大的中央設備的觀點非常相似。公眾不信任孟山都,是因為這家公司喜歡在糧食作物中加入抗蟲基因,這正如人們不大信任馮·諾伊曼一樣,因為他喜歡在半夜三更利用計算機偷偷摸摸地設計氫彈。只要基因工程只是作為大型企業手中掌握的一種高度集中的行為,它很可能將長期處於不受歡迎和充滿爭議的困境之中。 但是,當生物技術產業像馮·諾伊曼未曾預料到的計算機產業一樣,變得越來越細化和家庭化,而不是大型和集約化,其前景是光明的。新近朝這一方向邁出的第一步,是在寵物店出現的光怪陸離的基因改性熱帶魚新品種。生物技術向家用化邁進的下一步應該是改變得對用戶更加友好。在不久前舉行的世界上最大的花卉展美國費城花卉展上,世界各地的花卉培育者展示了他們的成果。在美國加州的爬行動物展是一個展示另一組研究者成果的、同樣讓人過目不忘的展覽。費城花卉展的蘭花和玫瑰最具吸引力,而爬行動物展則以展出新奇的蜥蜴和扭動身軀的蛇令人瞠目。目前有數以千計的高素質生物技術專家在從事這個行業,每一朵蘭花或者玫瑰,每一條蜥蜴或者蛇都是全神貫注的、專業的研究者的勞動成果。 生物技術家庭化是未來的潮流 不妨設想一下,如果這些人能夠掌握基因工程的工具會出現什麼情況?園丁們可以利用基因工程「工具箱」培育出玫瑰和蘭花新品種。喜愛鴿子、鸚鵡、蜥蜴和蛇的人也可以利用自己的「工具箱」培育出寵物新品種。而狗和貓的培育者也將有他們自己的「工具箱」。家庭化的生物技術一旦被人們掌握,將給我們帶來一個五光十色的生物爆炸性增長,大企業所致力的單一作物的時代將一去不復返,新的物種將擴散,取代那些被單一栽培農業和產業開發所破壞的物種。基因設計將成為個人的作為,成為一種像繪畫和雕塑那樣的藝術創作。少量新創作將成為傑作,但所有創作都將給它的創造者帶來快樂,並使他們的生活豐富多彩。 當孩子們開始拿基因玩耍時,進化將發生不可逆轉的變化。生物技術家庭化的最後一步是生物技術游戲,就像電腦游戲一樣,這些游戲是為孩子們,甚至包括幼兒園的小朋友們設計的,但孩子們所操作的將是真正的卵子和種子,而不是電腦顯示屏上的圖像。通過玩這種游戲,孩子們將會對它們所培育的生物產生親切感。游戲的獲勝者將是那個能夠使種子長出刺最多仙人掌的孩子,或者是那個用卵子孵化出可愛的小恐龍的孩子。規則是需要的,這將確保兒童們的游戲不會危及他們自己和其他人。 不過,基於以往人類技術進步帶來的教訓,如果生物技術家庭化是未來的潮流,那麼有5個重要問題必須得到答案:首先,能夠阻止這種技術發展嗎?再者,這種技術的發展應該被及時制止嗎?第三,如果阻止它的發展既不現實也不符合人們的意願,我們的社會必須對它作出哪些限制?第四,這些限制如何確定?最後一個問題,這些限制措施該如何落實和執行?這些問題恐怕只能留給我們的未來子孫來回答了。
⑺ 生物學與人類生活的關系生物學與人類的生活關系,舉
人類在不斷探索生物界的奧秘,,逐步認識了各種生命現象,並探索各種生命活動的規律.
1 青黴素的發現
2 人工牛胰島素的合成
3 世界斷手再植奠基人
青黴素的發現
1928年的一天,弗萊明在他的一間簡陋的實驗室里研究導致人體發熱的葡萄球菌.由於蓋子沒有蓋好,他發覺培養細菌用的瓊脂上附了一層青黴菌.這是從樓上的一位研究青黴菌的學者的窗口飄落進來的.使弗萊明感到驚訝的是,在青黴菌的近旁,葡萄球菌忽然不見了.這個偶然的發現深深吸引了他,他設法培養這種黴菌進行多次試驗,證明青黴素可以在幾小時內將葡萄球菌全部殺死.弗萊明據此發明了葡萄球菌的剋星—青黴素.
由於青黴素的發現和大量生產,拯救了千百萬肺炎,腦膜炎,膿腫,敗血症患者的生命,及時搶救了許多的傷病員.青黴素的出現,當時曾轟動世界.為了表彰這一造福人類的貢獻,弗萊明,錢恩,弗羅里於1945年共同獲得諾貝爾醫學和生理學獎.
1965年,我國科學工作者用生物化學的方法在世界上首次人工合成了具有生物活性的蛋白質就——結晶牛胰島素.標志著我國在認識生命,揭開生命奧秘及探索生命起源問題上取得了重要成就.
1963年,我國的醫務工作者陳中偉在同事的配合下成功地將斷離的肢進行再植的手術,後來又接活了各種斷肢(包括斷掉的手指).這項成就至今一直保持世界領先地位,陳中偉被國際醫學界譽為"世界斷手再植奠基人".
生物學
我們把研究生命現象和生命活動規律的科學叫作生物學.
望採納,謝謝。
⑻ 生物學和現代社會生活的關系
生物與人類生活的許多方面都有著非常密切的關系。生物學作為一門基礎科學,傳統上一直是農學和醫學的基礎,涉及種植業、畜牧業、漁業、醫療、制葯、衛生等等方面。隨著生物學理論與方法的不斷發展,它的應用領域不斷擴大。現在,生物學的影響已突破上述傳統的領域,而擴展到食品、化工、環境保護、能源和冶金工業等等方面。如果考慮到仿生學,它還影響到電子技術和信息技術。 人口、食物、環境、能源問題是當前舉世矚目的全球性問題。目前,世界人口每年的增長率約20%,大約每過35年,人口就會增加一倍。地球上的人口正以前所未有的速度激增著。人口問題是一個社會問題,也是一個生態學問題。人們必須對人類及環境的錯綜復雜的關系進行周密的定量的研究,才能對地球、對人類的命運有一個清醒的認識,從而學會自己控制自己,使人口數量維持在一個合理的數字上。在這方面生物學應該而且可能做出自己的貢獻。內分泌學和生殖生物學的成就導致口服避孕葯的發明,已促進了計劃生育在世界范圍內的推廣。在人口問題中,除了數量激增以外,遺傳病也嚴重威脅人口質量。一些資料表明,新生兒中各種遺傳病患者所佔的比例在 3%~10.5%之間。在中國的部分山區,智力不全者佔2%~3%,個別地區達10%以上。揭示產生遺傳病的原因,找到控制和征服遺傳病的途徑無疑是生物學又一重要任務。目前,進行家系分析以確定患者是否患有遺傳病,對患者提出有益的遺傳指導和勸告;通過對胎兒的脫屑細胞進行染色體分析和各種酶的生化分析,以診斷未來的嬰兒是否有先天性遺傳性疾病。這些方法都能避免或減少患有遺傳病嬰兒的出生,以減輕家庭和社會的沉重負擔。將基因工程應用於遺傳病的治療稱為基因治療,在實驗動物上對幾種遺傳病的基因治療已取得一些進展。隨著基因工程技術的發展,基因治療將為控制和治療人類遺傳病開辟廣闊的前景。 和人口問題密切相關的是食物問題。食物匱乏是發展中國家長期以來未能解決的嚴重問題,當前世界上有幾億人口處於營養不良狀態。從目前到21世紀初,糧食生產至少每年要增長3%~8%才能使食物短缺狀況有所改善。人類食物的最終來源是植物的光合作用,但在陸地上擴大農業生產的土地面積是有限的,增加食物產量的主要道路是改進植物本身。過去,在發展科學的農業和「綠色革命」方面,生物學已做出巨大的貢獻。今天,人類在一定限度內定向改造植物,用基因工程、細胞工程培育優質、高產、抗旱、抗寒、抗澇、抗鹽鹼、抗病蟲害的優良品種已經不是不切實際的遐想。近年來,植物基因工程的一些關鍵技術已經有所突破,得到了一些轉基因植物。此外,利用富含蛋白質的藻類、細菌或真菌,進行大規模培養,並從中獲得單細胞蛋白質。由於成功地利用了基因工程並取得了大規模連續發酵工程的技術經驗,單細胞蛋白技術已經取得了重大突破。氨基酸是蛋白質的單體,植物蛋白往往缺少某幾種人體必需的氨基酸,如果在食品中添加某種氨基酸,將會大大提高植物蛋白的生物學價值。目前,用微生物發酵、固定化細胞或固定化酶技術生產氨基酸,已經逐步形成比較完整的體系,可以預料,氨基酸生產將在營養不良問題上發揮日益重要的作用。現代生物學成就和食品工業相結合,已使食品工業成為新興的產業而蓬勃地發展起來。 20世紀生態學關於人與自然關系的研究,喚醒人類重視賴以生存的生態環境。工業廢水、廢氣和固體廢物的大量排放,農用殺蟲劑、除莠劑的廣泛使用,使大面積的土地和水域受到污染,威脅著人類生產和生活。這就要求人們更深入地研究生物圈中物質和能的循環的生態學規律,並在人類的經濟生活以及其他社會生活中,正確的運用這些規律,使生物能夠更好地為人類服務。現代生物學證明,微生物所具有的生物催化活性是極為廣泛的,利用富集培養法幾乎可以找到降解任何一種含毒有機化合物的微生物,利用基因工程等技術還可以不斷提高它們的降解作用。因此,有降解作用的微生物及其酶制劑就成為消除污染的有力手段。利用微生物防治害蟲,以部分代替嚴重污染的有機殺蟲劑也是大有前途的。在農業中盡快使用生物防治、生物固氮等新技術,改變農業過分依賴石油化工的局面,這是關繫到恢復自然生態平衡的大事,也是農業發展的大勢所趨。大量消耗資源的傳統農業必將向以生物科學和技術為基礎的生態農業轉變 全世界的化工能源(石油、煤等)貯備總是有限的,總有一天會枯竭。因此,自然界中可再生的生物資源(生物量) 又重新被人所重視。自然界中的生物量大多是纖維素、半纖維素、木質素。將化學的、物理的和生物學的方法結合起來加工,就可以把纖維素轉化為酒精,用作能源。有人估計,到20世紀末全世界的汽車約有35%將使用生物量(酒精)。沼氣是利用生物量開發能源的另一產品。中國和印度利用農村廢料進行厭氧發酵產生沼氣已作出顯著成績。世界上已經出現了利用固相化細胞技術的工業化沼氣厭氧反應器。一些單細胞藻類中含有與原油結構類似的油類,而且可高達總重的70%,這是另一個引人注目的可再生的生物能源。太陽能是人類可以利用的最強大的能源,而生物的光合作用則是將太陽能固定下來的最主要的途徑,可以預測,利用生物學的理論和方法解決能源問題是大有希望的。 此外,對人口、食物、環境、能源等問題進行綜合研究,開創各種綜合解決這些問題的方法的農業生態工程的興起,最終將發展新的、大規模的近代化農業。 上面的敘述,僅就人口、食物、環境、能源問題和生物學的關系而言,也還是很不充分的。但由此可以看到,生物學的發展和人類的未來息息相關。
⑼ 《哪些生物與我們的生活密切相關》的1000字的小論文
摘要:、有效、易獲得的生物和礦物(及二者的副產物)可替代活性炭或離子交換樹脂處理含Pb廢水, 也可以用於修復Pb污染土壤和水域。本文綜述了微生物、廢棄物、植物和非金屬礦物材料處理Pb污染的研究及進展。
關鍵詞:Pb 微生物 農林廢棄物 植物 礦物材料 污染
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鉛作為一種重金屬元素進入後不能被生物降解,並通過進入食物鏈在生物體內累積,影響生物正常生理代謝活動,危害動物及人體健康。近幾十年來,電鍍、采礦、製革等許多排放的廢水、廢氣和廢渣不斷增加了環境中鉛污染負荷,超出了環境自凈能力,致使土壤、湖泊和海洋都出現了不同程度的鉛污染。據報道,地中海和太平洋表層水含鉛量分別超過了0.20mg/L和0.35mg/L,大約為工業生產前海水含鉛量的10倍以上[1]。國家環保總局發布的2003中國近海公告中指出,中國2/3的近海海域出現鉛含量超標。對含鉛廢水進行有效處理、對鉛污染水域、土壤進行修復成為環境治理中越來越突出的問題。
傳統的重金屬污染處理技術包括:化學沉澱、滲透膜、離子交換、活性炭吸附和電解等,但是這些方法普遍存在著二次污染、高、對低濃度重金屬廢水處理和污染水域、土壤修復效果不理想等問題。近年來,環境工程界越來越重視廉價高效替代技術的研究及其在實際工程上的應用,生物、農林廢棄物和礦物材料以其低成本、處理效果好等優點受到人們的青睞。本文就利用生物和礦物材料處理重金屬鉛污染的研究進行綜述。
1 微生物
自Ruchhoft在上世紀四十年代提出用生物法處理含重金屬廢水以來,人們分別研究了細菌、放線菌、酵母菌和黴菌對各種重金屬元素的富集能力和作用機理,並發現微生物材料可以作為重金屬離子的吸附劑。下面主要對關於微生物吸附鉛的研究進行闡述。
1.1 吸附機理
微生物處理重金屬污染的研究在近十年來取得了長足進展,研究發現微生物主要是通過吸附作用去除廢水中的重金屬離子。生物吸附機理的研究一直是探討的熱點,目前的理論觀點認為微生物吸附作用主要包括靜電吸引、絡合、離子交換、微沉澱、氧化還原反應等過程。主要是依靠生物體細胞壁表面的一些具有金屬絡合、配位能力的基團起作用,如巰基、羧基、羥基等基團。這些基團通過與吸附的金屬離子形成離子鍵或共價鍵達到吸附金屬離子的目的,其吸附金屬的能力有時甚於合成的化學吸附劑。如在適宜的條件下,黑根黴菌絲體對鉛飽和吸附量可以達到135.8 mg/g(未經處理)和121mg/g(明膠包埋)[2];鹼處理可以除去白腐真菌細胞壁上的無定形多糖,改變葡聚糖和甲殼質的結構,從而允許更多的Pb2+吸附在其表面上,同時NaOH可以溶解細胞上一些不利於吸附的雜質,暴露出細胞上更多的活性結合位點,使吸附量增大。此外NaOH還可以使細胞壁上的H+解離下來,導致負電性官能團增多,在最佳條件下(0.1mol/L的NaOH溶液浸泡40min)吸附量可以達到23.66 mg/g,較未經任何處理的白腐真菌的吸附量(16.06 mg/g)大大提高[3]。
吳涓等研究了黃孢原毛平革菌吸附Pb2+的機理[4],通過對吸附前後的黃孢原毛平革菌菌絲球進行電鏡觀察和x射線能譜測定,發現黃孢原毛平革菌對Pb2+的吸附過程是一個以表面絡合反應為主要機理的化學吸附過程,雖然也存在離子交換機理,但並非重要機理。王亞雄等對細菌吸附的特性研究發現[5],細菌對Pb2+的吸附分為兩個階段:一是細胞表面的絡合,在3min內吸附量達總吸附量的75%;二是向細菌內部緩慢的擴散過程。此外,活細胞的吸附量並沒有因為有能量代謝系統參與而比死細胞高[6], Niu等[8]證實死的Chrysogenum盤尼西林生物體對Pb2+的吸附能力為116 mg/g。
1.2 應用
目前國內外普遍應用工業發酵工程中產生的廢棄菌絲體作為生物吸附材料,開辟一條「以廢治廢」的新途徑。胡罡等[9]研究了制工業廢渣龜裂鏈黴菌菌體對Pb2+吸附特性,發現該菌體對重金屬的吸附性具有一定的選擇性,吸附Pb2+的能力最強,飽和吸附量達112mg/g(PH=4),其吸附過程是一吸熱過程,以單分子層吸附為主;用NaOH處理龜裂鏈黴菌菌體可以提高吸附Pb2+的能力,Ca2+對吸附有競爭。胡罡等[10]還研究了選用適當的包埋技術對龜裂鏈黴菌菌體進行固定,以製得Pb2+生物吸附劑用於含鉛廢水處理。研究發現用10%的聚乙烯醇和0.2%的海藻酸鈉,在含CaCl2的飽和硼酸溶液中固定化24hr,為最佳包埋條件,包埋後的飽和吸附量達73 mg/g,比不包埋下降47.1%。
李請彪等[11]研究了白腐真菌菌絲球形成的物化條件及其對鉛的吸附,通過選擇適當的培養基和培養條件,可以形成直徑在1.5-1.7mm范圍內的菌絲球,菌絲球光滑均勻並具有一定強度,對Pb2+的吸附能力最強;用NaOH溶液對菌絲球進行處理後,對25mg/g的鉛溶液的吸附率達到95%以上,這種菌絲球用於吸附水溶液中的Pb2+是可行的。
徐容[12]等研究了固定化產黃青黴廢菌體吸附鉛後的脫附平衡,研究發現 EDTA是洗脫固定化產黃青黴廢菌體上所吸附Pb2+的最佳脫附劑。在保持脫附率為100%的條件下,EDTA的初濃度、固定化廢菌顆粒的吸附量與最大固液比之間存在正相關關系。0.1mol/L的EDTA在脫附Pb2+時終質量濃度最高可達20 700mg/L,最大固液比可達290以上,濃縮因子可達113,對廢水中的Pb2+有很好的回收作用。
2 農林廢棄物
2.1 富含丹寧酸的物質
丹寧酸中多羥基酚是吸附作用的活性組分。當金屬陽離子取代相鄰的羥基酚時,離子交換作用發生,並形成螯合物。富含丹寧酸的物質主要有樹皮、花生皮和鋸末等廢棄物。已有學者把一些富含丹寧酸的副產品用作金屬吸附劑。這些物質對鉛吸附的實驗數據見表1[13]。含丹寧酸物質在應用中的問題是可溶性酚引起的水變色現象。但是研究表明,一些化學預處理如甲醛、酸、鹼處理可以消除有色化合物的浸漬而不會顯著影響其吸附能力。雖然預處理會增加成本,但通過預處理控制顏色還是有必要的。
表1 含丹寧酸的物質吸附鉛的實驗數據
物質 黑櫟樹皮 花生皮 紅木樹皮
吸附Pb的能力 153.3 205 182
2.2 木質素
木質素是從造紙廠黑液中提取出來的,它的成本比活性炭低約20倍。Srivasta 等[14]研究了木質素對Pb和Zn的吸附,發現在30℃時對Pb的吸附能力為1 587 mg/g,40℃時為1 865 mg/g。木質素的強吸附能力在一定程度上歸於多元酚和其它表面官能團,離子交換也有一定的作用。
2.3 甲殼質
甲殼質是幾丁質的脫已醯衍生物。幾丁質存在於甲殼動物的外殼和真菌細胞壁中,在自然界中的豐度僅次於植物纖維,它是海產品加工的廢棄物,因此幾丁質數量豐富而且價格低廉。幾丁質具有較強的重金屬吸附能力,甲殼質在脫已醯過程中自由氨基裸露,使得它吸附重金屬的能力比幾丁質的吸附能力高56倍[15]。有報道甲殼質對鉛的吸附能力達796mg/g和430 mg/g[15]。
甲殼質的吸附能力隨水的結晶度和親水性、脫已醯程度和氨基含量不同而變化。實驗證明脫已醯約50%的甲殼質的吸附能力很強,但是此時甲殼質的溶解度很高。Kurita[16]嘗試把甲殼質與戊二醛鬆散交聯,不過這樣會降低甲殼質的吸附能力,但是在實際應用中還是有必要的。Rorrer等使甲殼質與戊二醛交聯,並添加磁鐵礦使之具有磁性,這樣製得的甲殼質珠的表面積比甲殼質片的表面積大100倍,可以增加吸附能力[17,18]。將某些官能團,如:氨基酸脂、吡啶、鄰-2-戊二酸和聚乙烯亞胺等,取代到甲殼質上可以提高甲殼質的吸附能力。
3 植物
生活在重金屬含量較高環境中的植物在長期的生物適應進化工程中,逐漸形成了對金屬的抗逆行,其中一些植物能大量吸收中的金屬元素並蓄積在體內,同時植物仍能正常生長。西班牙Rio Tinto河口受當地采礦業影響,水體和底部沉積物被Pb、Cd、Cu、Zn等金屬污染,對該河口的海草分析發現,海草中富集了1800M的Pb[19]。陸鍵鍵等[20]對崇明東灘濕地生態系統的研究中發現,灘塗植物蘆葦和海三棱草對Pb有較強的富集能力,而且地下部分Pb的含量顯著高於地上部分。昆明滇池水體中鳳眼蓮對Pb的濃縮系數達16190[21]。還有人研究利用香蒲植物建造的人工濕地處理含Pb廢水。
利用植物治理鉛污染的技術稱為植物修復,就是利用植物的根系(或莖葉)吸收、富集、降解或固定受污染的土壤、水體和大氣中的鉛,以實現消除或降低污染現場的污染強度,達到修復環境的目的。在廢物或城市污泥使用而引起的Pb污染土壤上,連續種植幾次超富集植物,就有可能去除Pb的毒性,特別是生物有效性部分,從而復墾和利用污染的土壤或資源化利用。
4 礦物
4.1 沸石
沸石是最早用於重金屬污染治理的礦物材料[22]。Leppert研究證實沸石,尤其是斜發沸石,對Pb有很強的親和力,吸附能力為55.4mg/g[23]。斜發沸石是天然沸石中儲量最豐富的一種,廉價易獲得。沸石的吸附特性源於它們離子交換的能力。沸石的三維結構使之具有很大的空隙,由於四面體中Al3+取代Si4+而使局部帶負電荷,Na、Ca、K和其它帶正電荷的可交換離子占據了結構中的空隙,並可被Pb替代。
在美國幾個超級基金(Superfund)污染治理場地進行的研究證實了斜發沸石的有效性。在愛達荷州的Bunker Hill超級基金污染治理場地的現場應用情況表明,即使在有競爭離子存在的情況下,斜發沸石也吸附大量的Pb。不同沸石礦物對Pb的吸附能力有所區別,但多在155.4mg/g左右[23]。Desborough初步研究發現富含斜發沸石的岩石優先吸附Pb[24]。而且對斜發沸石Pb的淋濾性研究表明,斜發沸石用於去除廢水中的Pb,而後可以作為無害廢物處置。
4.2 粘土
粘土礦物具有比表面積大,空隙率高,極性強等特徵,對水中各種類型的污染物質有良好的吸附[25]。粘土對重金屬的吸附能力歸因於細粒的硅酸鹽礦物的凈負電荷結構:負電荷需吸附正電荷而被中和,這就使粘土具備了吸引並容納陽離子的能力。粘土的表面積很大(達800m2/g),這也有利於增強其吸附能力。對粘土進行改性處理可提高它的吸附能力。Cadena用有機陽離子—四甲銨離子取代粘土中天然可交換的陽離子後,膨潤土吸附鉛的能力提高。天然膨潤土對吸附鉛的能力為6 mg/g,處理後為58 mg/g[26]。用簡單的酸、鹼處理和熱處理也可以提高粘土的吸附能力。表2列出了幾種粘土吸附鉛的能力。
表2 粘土吸附鉛的實驗數據
物質 膨潤土 改性膨潤土 陶瓷粘土 硅灰石
吸附Pb的能力 6 58 0.289 0.217
無論是天然的或改性的粘土,由於其儲量豐富,低,而且吸附能力強,因此它可能替代活性炭作為Pb的吸附劑。但是由於粘土的弱滲透性,所以應用前需要造粒[28]。
粉煤灰、海泡石等礦物材料也有吸附Pb的能力,其吸附機理與沸石、粘土的吸附機理類似,在此不在贅述。
3 結論
、有效、易獲得的生物和礦物材料(及二者的廢棄物)可用來取代活性炭或離子交換樹脂用於去除水中的Pb污染。其中,礦物材料在環境中的利用已經引起了環境工程界的重視。因地制宜的開放環保礦物資源,對其進行合適的改性處理,提高吸附Pb的能力,為環境Pb污染的治理提供了一條低成本、無毒副作用的有效途徑。另外,還可以探索礦物材料與生物材料相結合的處理含鉛廢水的方法,礦物材料可以作為生物材料的載體,避免了微生物固定包埋工藝帶來的成本附加和降低吸附能力的影響。
利用礦物材料的保水性和固定性,結合對Pb有特異吸附能力的植物、微生物,建立人工濕地處理含Pb廢水,對於凈化河流湖泊的水源,修復鉛污染土壤、濕地都有重要意義。
富含丹寧酸的廢棄物和木質素對Pb有良好的吸附性能,但是國內對這方面的研究鮮見報道。木質素作為造紙廠的副產品資源豐富,目前我國造紙廠提出的木質素大多都作為燃料燃燒,沒有得到很好的利用。開發木質素吸附劑為木質素的利用提供了一條新思路。
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