Giải bài tập Chuyên đề Sinh học 10 Bài 12: Công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường
Mở đầu trang 76 Chuyên đề Sinh học 10: Nhà ông C có một trang trại nuôi lợn, hằng ngày trang trại này thải ra một lượng chất thải lớn, gây mùi hôi thối cho những người dân xung quanh. Hãy tư vấn cho ông C các biện pháp xử lí chất thải nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường.
Trả lời:
Một số biện pháp xử lí chất thải chăn nuôi nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường:
– Xây dựng hầm biogas giúp xử lí phân chuồng và nước thải hạn chế ô nhiễm môi trường đồng thời thu khí sinh học để làm khí đốt và phân bón cho cây trồng.
– Sử dụng chế phẩm vi sinh để xử lí nước thải chăn nuôi.
I. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT
Hình thành kiến thức mới 1 trang 77 Chuyên đề Sinh học 10: Dựa vào Hình 12.1, hãy phân tích các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường đất.
Trả lời:
Các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường đất:
– Do tự nhiên:
+ Đất bị phèn hóa do các quá trình tự nhiên tích tụ các gốc sulfate, tạo thành acid, làm cho đất chua. Đất nhiễm phèn là cho cây và các sinh vật trong đất sinh trưởng, phát triển yếu.
+ Đất nhiễm mặn do hiện tượng triều cường, mực nước biển dâng cao. Đất tích lũy quá nhiều muối, làm thay đổi tính chất đất, cây trồng sinh trưởng kém hoặc bị chết hàng loạt, sinh vật trong đất cũng bị ảnh hưởng.
– Do chất thải sinh hoạt:
+ Nước thải sinh hoạt chứa các chất độc hại như chất tẩy rửa, chất hữu cơ,… làm thay đổi tính chất hóa học, sinh học của đất và gây ô nhiễm.
+ Rác thải sinh hoạt đặc biệt là rác thải nhựa thải vào trong đất làm thay đổi tính chất vật lí, hóa học và hệ sinh vật đất.
– Do hoạt động công nghiệp:
+ Các chất thải rắn công nghiệp chứa các chất độc hại, nếu không được xử lí kịp thời sẽ đi vào trong đất.
+ Nước thải công nghiệp chứa các chất độc hại sẽ tích tụ trong đất, nước, ảnh hưởng rất lớn đến các sinh vật trong đất.
– Do hoạt động nông nghiệp:
+ Việc sử dụng phân bón hóa học quá nhiều làm cho đất bị bạc màu, nghèo dinh dưỡng và thay đổi một số tính chất đất.
+ Thuốc trừ sâu hóa học tồn đọng trong đất, lâu dần ngấm vào mạch nước ngầm và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh vật trong đất.
Hình thành kiến thức mới 2 trang 77 Chuyên đề Sinh học 10: Ô nhiễm môi trường đất đã gây ra những hậu quả gì đối với sinh vật và đời sống con người?
Trả lời:
Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất đối với sinh vật và đời sống con người: Ô nhiễm môi trường đất làm thay đổi các tính chất của đất, dẫn đến tài nguyên trong đất bị nhiễm bẩn, suy thoái và làm ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật và con người: Thực vật sinh trưởng kém hoặc chết hàng loạt; hệ sinh vật trong đất bị ảnh hưởng nghiêm trọng, thậm chí chết; ảnh hưởng đến sức khỏe con người, gia tăng các loại bệnh tật; thiếu hụt lương thực, thực phẩm, gây đói nghèo;…
Hình thành kiến thức mới 3 trang 77 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy nêu nguyên lí chung của ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong việc xử lí ô nhiễm môi trường đất.
Trả lời:
Nguyên lí chung của ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong việc xử lí ô nhiễm môi trường đất: Vi sinh vật sản xuất enzyme phân giải các chất độc hại hoặc tạo các ion, làm tăng, giảm độ pH đất. Hoạt động của hệ vi sinh vật trong đất giúp cho đất tơi xốp, thoáng khí, tăng độ phì nhiêu, ngoài ra nó còn góp phần làm cho thực vật sinh trưởng tốt hơn.
Luyện tập trang 77 Chuyên đề Sinh học 10: • Hãy liệt kê các chất gây ô nhiễm môi trường đất tại địa phương em.
• Hãy liệt kê một số chế phẩm vi sinh vật xử lí ô nhiễm môi trường đất được sử dụng tại địa phương em.
Trả lời:
• Tùy vào thực trạng của địa phương, học sinh liệt kê các chất gây ô nhiễm đất do sinh hoạt, do hoạt động nông nghiệp, công nghiệp,…
– Câu trả lời tham khảo: Các chất gây ô nhiễm môi trường đất tại địa phương em:
+ Thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hóa chất từ hoạt động nông nghiệp.
+ Chất thải sinh hoạt của người dân như rác, nước thải, phân,…
+ Nước thải, chất thải rắn của các nhà máy chưa qua xử lí.
• Tùy vào thực tiễn người dân địa phương sử dụng, học sinh liệt kê các chế phẩm vi sinh vật. Nếu ở địa phương chưa sử dụng, học sinh có thể giới thiệu tuyên truyền đến người dân về vai trò, lợi ích của các chế phẩm vi sinh vật trong cải tạo đất và xử lí ô nhiễm môi trường đất.
– Câu trả lời tham khảo: Một số chế phẩm vi sinh vật xử lí ô nhiễm môi trường đất được sử dụng tại địa phương em:
+ Chế phẩm sinh học Compo – QTMIC: Xử lí rác thải hữu cơ, phế thải nông nghiệp, làm phân bón cung cấp chất dinh dưỡng cho đất.
+ Chế phẩm sinh học Trichoderma: Rút ngắn và khử mùi hôi của phân chuồng và phế phẩm nông nghiệp, tạo nên chất hữu cơ có lợi cho đất, cân bằng pH, giải độc đất hiệu quả.
+ Chế phẩm BIO – TT5: Khử phèn, loại bỏ các kim loại nặng gây độc và phân giải chất hữu cơ.
+ Chế phẩm phân vi sinh phân giải lân từ vi khuẩn (Bacillus, Pseudomonas,…), vi nấm (Penicillium sp., Aspergillus sp,…): Giảm độ pH của đất, do đó, làm tăng độ hòa tan của lân trong đất.
II. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ NƯỚC THẢI VÀ LÀM SẠCH NƯỚC
Hình thành kiến thức mới 4 trang 78 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy phân tích công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong việc xử lí nước thải và làm sạch nước.
Trả lời:
Công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong việc xử lí nước thải và làm sạch nước:
– Nguyên lí: Công nghệ xử lí nước thải dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là các vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Nhờ hoạt động của các vi sinh vật này mà các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn chuyển thành các chất vô cơ (như khoáng, CO2, H2O,…).
– Phân loại:
+ Dựa vào sự có mặt của oxygen: xử lí hiếu khí và xử lí kị khí.
+ Dựa vào quá trình sinh trưởng của vi sinh vật: quá trình sinh trưởng lơ lửng và quá trình sinh trưởng gắn kết.
– Một số công nghệ xử lí nước thải tiên tiến: công nghệ MBBR, công nghệ AAO,…
Hình thành kiến thức mới 5 trang 78 Chuyên đề Sinh học 10: Dựa vào Hình 12.2 và 12.3, hãy mô tả nguyên lí xử lí nước ô nhiễm theo công nghệ MBBR và AAO.
Trả lời:
– Nguyên lí xử lí nước ô nhiễm theo công nghệ MBBR: Hoạt động theo nguyên lí của quá trình sinh trưởng gắn kết, quá trình xử lí nhân tạo, trong đó sử dụng các vật liệu (đá, cát, sỏi, gỗ, cao su, nhựa,…) làm giá thể cho vi sinh vật bám dính để sinh trưởng và phát triển. Ngoài ra, công nghệ MBBR còn được sử dụng phối hợp với bùn hoạt tính để việc xử lí nước thải đạt hiệu quả cao hơn.
– Nguyên lí xử lí ô nhiễm nước theo công nghệ AAO: Hoạt động theo nguyên lí kết hợp giữa kị khí, hiếu khí với ba hệ vi sinh vật: kị khí (thủy phân, acid hóa), thiếu khí và hiếu khí (oxi hóa, hô hấp nội bào,…).
Luyện tập 1 trang 79 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy mô tả thực trạng nguồn nước ở địa phương em. Từ đó, đề xuất một số công nghệ xử lí nước thải.
Trả lời:
● Học sinh quan sát và mô tả thực trạng nguồn nước ở địa phương (biểu hiện ô nhiễm về mùi, màu sắc, độ đục, rác thải,…) và đề xuất công nghệ xử lí phù hợp.
● Câu trả lời tham khảo:
– Thực trạng nguồn nước ở địa phương em:
+ Nước bị nhiễm phèn, xuất hiện các cặn ở các vật dụng trong gia đình.
+ Nước ở các ao, hồ có mùi hôi và màu đen do nước thải sinh hoạt thải ra.
– Đề xuất một số công nghệ xử lí nước thải: Sử dụng chế phẩm BIO – TT5 để khử phèn, loại bỏ các kim loại nặng gây độc và phân giải chất hữu cơ trong nguồn nước sinh hoạt gia đình; đối với nước ao, hồ nên sử dụng công nghệ xử lí nước thải MBBR hoặc AAO để xử lí trên diện rộng.
Hình thành kiến thức mới 6 trang 79 Chuyên đề Sinh học 10: Nếu dầu loang trên biển không được xử lí thì sẽ gây ra hậu quả gì?
Trả lời:
Nếu dầu loang trên biển không được xử lí, mảng dầu tích tụ làm ngăn sự trao đổi oxygen giữa nước và không khí cùng các độc tố từ dầu dẫn đến các sinh vật sống trong nước có thể bị chết hàng loạt. Từ đó, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ sinh thái biển nhất là hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều bãi cát, đầm phá và các rạn san hô. Như vậy, dầu loang trên biển không được xử lí sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường, sinh vật cũng như hoạt động sản xuất, kinh doanh du lịch của con người,…
Luyện tập 2 trang 79 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy tìm hiểu các cách xử lí ô nhiễm do tràn dầu ở nước ta.
Trả lời:
Một số biện pháp xử lí ô nhiễm do tràn dầu ở nước ta:
– Biện pháp vật lí: sử dụng bơm (phao quây dầu); bơm hút dầu.
– Biện pháp hóa học: sử dụng Sorbents (chất hấp thụ dầu); sử dụng các chất phân tán dầu (hỗn hợp hóa chất surface-active);…
– Biện pháp sinh học: Sử dụng chế phẩm sinh học như Enretech – 1.
III. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ CHẤT THẢI RẮN
Hình thành kiến thức mới 7 trang 80 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy nêu ý nghĩa của việc phân loại chất thải rắn.
Trả lời:
– Việc phân loại chất thải rắn có ý nghĩa quan trọng giúp quản lí, định hướng xử lí và xử lí chất thải rắn có hiệu quả hơn. Nhờ đó, làm hạn chế ô nhiễm môi trường; tiết kiệm (tái chế, hạn chế chi phí thu gom, vận chuyển, xử lí) và nâng cao nhận thức cho cộng đồng về bảo vệ, sử dụng hợp lí tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
– Tùy vào từng cách phân loại mà chúng mang một ý nghĩa riêng. Ví dụ:
Hình thành kiến thức mới 8 trang 80 Chuyên đề Sinh học 10: Ở địa phương em đã sử dụng những cách phân loại chất thải rắn nào?
Trả lời:
• Quan sát, phỏng vấn để tìm hiểu và thống kê các cách phân loại chất thải rắn ở địa phương.
• Câu trả lời tham khảo: Những cách phân loại chất thải rắn ở địa phương em:
– Phân loại dựa vào thành phần hóa học: chất thải rắn vô cơ và chất thải rắn hữu cơ.
– Phân loại dựa vào khả năng tái chế: Chất thải rắn tái chế được và chất thải rắn không tái chế được.
Hình thành kiến thức mới 9 trang 80 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy tóm tắt các bước ứng dụng vi sinh vật trong việc xử lí chất thải rắn.
Trả lời:
Các bước ứng dụng vi sinh vật trong việc xử lí chất thải rắn:
– (1) Phân loại chất thải hữu cơ: Phân loại rác thải hữu cơ thành khác loại khác nhau như: rác thải chứa cellulose, protein, lipid,…
– (2) Lựa chọn phương pháp và vi sinh vật xử lí chất thải rắn: Có thể xử lí rác thải hữu cơ hiếu khí hoặc kị khí. Nên chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, thích nghi tốt trong điều kiện thực tế, không gây độc,…
– (3) Tiến hành xử lí: Thực hiện các bước theo quy trình công nghệ xử lí chất thải. Quá trình thực hiện cần lưu ý đảm bảo an toàn cho người và các sinh vật khác, tránh gây ô nhiễm môi trường trong quá trình xử lí, tiết kiệm chi phí xử lí và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có.
– (4) Thu sản phẩm (nếu có): Quá trình xử lí bằng công nghệ vi sinh vật thường có mục tiêu kép, vừa xử lí chất thải giúp hạn chế ô nhiễm môi trường, vừa thu được các sản phẩm hữu ích.
Hình thành kiến thức mới 10 trang 82 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy phân tích các mô hình công nghệ xử lí chất thải rắn.
Trả lời:
• Mô hình công nghệ xử lí chất thải rắn kị khí:
– Phân giải các hợp chất hữu cơ (tinh bột, cellulose, lipid và protein) trong điều kiện không có oxygen.
– Tiến hành: Các rác thải hữu cơ được bổ sung thêm phân bùn và vi sinh vật phân giải, sau đó được ủ thành đống. Trong công nghệ ủ kị khí, xảy ra các quá trình thủy phân để hình thành các chất hữu cơ đơn giản và lên men tạo các acid hữu cơ, cuối cùng là khí methane.
– Sản phẩm: Các chất dễ tan, hỗn hợp các chất khí CH4, CO2, NH3,… trong đó CH4 chiếm đại đa số.
• Mô hình công nghệ xử lí chất thải rắn hiếu khí:
– Ủ rác thành đống có đảo trộn: Rác được chất thành đống có chiều cao 1,5 – 2,5 m. Hàng tuần đảo trộn 2 lần, nhiệt độ trung bình trong quá trình ủ là 55 oC. Quá trình ủ có đảo trộn kéo dài 4 tuần, duy trì độ ẩm là 50 – 60 %. Sau đó, ủ tiếp 3 – 4 tuần không đảo trộn, trong giai đoạn này các loài nấm mốc và xạ khuẩn chuyển hóa các chất hữu cơ thành mùn. Phương pháp ủ này dễ thực hiện, nhưng có thể gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường xung quanh.
– Ủ rác thành đống không đảo trộn và thổi khí: Rác được ủ thành đống cao 2 – 2,5m, phía dưới có lắp đặt một hệ thống phân phối khí trong đống ủ, có thể độn thêm các vật liệu tạo sự thông thoáng trong đống ủ như gỗ vụn, giấy báo cũ,… Nhờ hệ thống phân phối khí mà quá trình chuyển hóa rác diễn ra nhanh hơn, nhiệt độ đống ủ được duy trì ổn định và phù hợp với sự phát triển của vi sinh vật.
Luyện tập trang 82 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy phân biệt phương pháp xử lí chất thải rắn hiếu khí và kị khí.
Trả lời:
|
Tiêu chí |
Xử lí chất thải rắn hiếu khí |
Xử lí chất thải rắn kị khí |
|
Sự có mặt của khí oxygen |
Điều kiện có oxygen. |
Không cần có oxygen. |
|
Phương pháp ủ |
Ủ thành đống có đảo trộn hoặc không, có thể cung cấp khí thường xuyên. |
Ủ trong nước. |
|
Sản phẩm |
Sản phẩm thu được là chất hữu cơ đồng nhất. |
Thu khí sinh học và chất hữu cơ. |
IV. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC
Hình thành kiến thức mới 11 trang 83 Chuyên đề Sinh học 10: Phân tích cơ chế hình thành khí sinh học trong hệ thống biogas.
Trả lời:
Cơ chế hình thành khí sinh học trong hệ thống biogas gồm 4 giai đoạn:
– Giai đoạn 1 – Thủy phân chất hữu cơ: Trong điều kiện kị khí, enzyme của các vi sinh vật kị khí phân hủy chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản như ethanol, các acid béo (acetic acid, lactic acid,…) và các khí CO2, H2 và NH3.
– Giai đoạn 2 – Giai đoạn acid hóa (giai đoạn lên men): Nhờ các vi khuẩn Acetogenic mà các chất ở giai đoạn 1 được chuyển hóa thành các acid béo có phân tử lượng thấp hơn và một ít khí CO2, H2. Độ pH ở giai đoạn này khá thấp (<5).
– Giai đoạn 3 – Giai đoạn acetate hóa: Các acid hữu cơ tiếp tục được phân giải để tạo thành acetic acid, CO2 và H2 nhờ vi khuẩn acetate. Độ pH của môi trường dịch bể phân hủy chuyển sang kiềm và tối ưu ở khoảng 6,8 – 7,8.
– Giai đoạn 4 – Hình thành khí methane: Hình thành hỗn hợp khí sinh học, trong đó khí methane chiếm chủ yếu và một số khí khác như N2, H2, H2S. Quá trình này diễn ra đồng thời theo 3 con đường.
Luyện tập trang 83 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy mô tả quá trình xây dựng và sử dụng hầm biogas ở địa phương em.
Trả lời:
Quá trình xây dựng và sử dụng hầm biogas ở địa phương em:
– Xây dựng hầm biogas: Đào hố → Thi công phần nền đáy → Xây thành bể biogas → Trát vữa tường → Đổ bê tông cho nắp bể → Chuẩn bị cốt thép và buộc cốt thép → Đổ nắp kĩ thuật → Lắp đặt thiết bị → San lấp quanh hầm.
– Sử dụng hầm biogas: Nạp nguyên liệu vào hầm → Phân hủy các chất tại bể phân giải → Sử dụng khí sinh học làm chất đốt, phân thải làm phân bón hữu cơ.
Vận dụng trang 84 Chuyên đề Sinh học 10: – Hãy đề xuất các biện pháp ứng dụng công nghệ vi sinh vật để xử lí môi trường đất, nước thải, chất thải rắn ở địa phương em.
– Em đã thực hiện được những việc làm gì để góp phần bảo vệ môi trường ở gia đình, nhà trường và cộng đồng xung quanh.
Trả lời:
– Tùy thuộc vào tình hình thực tiễn môi trường ở địa phương để đề xuất các biện pháp phù hợp, cụ thể:
– Những việc làm góp phần bảo vệ môi trường ở gia đình, nhà trường và cộng đồng xung quanh: Phân loại rác thải, hạn chế sử dụng túi nylon, xử lí rác thải hữu cơ tại nhà bằng các chế phẩm sinh học, tuyên truyền bảo vệ môi trường và sử dụng các công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường tại địa phương,…
Bài tập
Bài tập 1 trang 85 Chuyên đề Sinh học 10: Phân tích vai trò của các ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí môi trường ở nước ta.
Trả lời:
Vai trò của các ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí môi trường ở nước ta:
|
Công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường |
Vai trò |
|
Công nghệ xử lí ô nhiễm đất |
– Xử lí đất nhiễm mặn ở các vùng đồng bằng sông Cửu Long. – Xử lí đất nhiễm phèn ở các vùng đất ruộng lúa. |
|
Công nghệ xử lí nước thải và làm sạch nước |
– Xử lí các sông, kênh rạch ô nhiễm. – Xử lí nước thải sinh hoạt. – Xử lí nước thải công nghiệp. |
|
Công nghệ xử lí tràn dầu |
– Xử lí các vết dầu loang do hoạt động khai thác dầu, các thuyền, tàu trên biển, sông. |
|
Công nghệ xử lí chất thải rắn |
– Xử lí rác thải sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp quy mô lớn. – Xử lí rác thải trong gia đình. |
|
Công nghệ thu khí sinh học |
– Xây dụng hầm biogas giúp xử lí phân chuồng cho các hộ gia đình, thu khí sinh học để nấu ăn, thắp sáng. Chất cặn bã dùng làm phân bón cho cây trồng. |
Bài tập 2 trang 85 Chuyên đề Sinh học 10: Liệt kê các chế phẩm vi sinh vật trong xử lí môi trường được sử dụng ở nước ta.
Trả lời:
Một số chế phẩm vi sinh vật trong xử lí môi trường được sử dụng ở nước ta:
Bài tập 3 trang 85 Chuyên đề Sinh học 10: Sưu tầm các thành tựu trong xử lí môi trường bằng công nghệ vi sinh vật ở nước ta.
Trả lời:
Thành tựu trong xử lí môi trường bằng công nghệ vi sinh vật ở nước ta:
– Ứng dụng chế phẩm Biomix 1 để xử lí rác thải sinh hoạt tại các nhà máy xử lí rác thải sinh hoạt Việt Trì, Đồng Xoài,…
– Lắp đặt bể biogas để xử lí chất thải trong chăn nuôi ở nhiều địa phương trên cả nước.
– Ứng dụng chế phẩm Biomix 1 để xử lí phế thải nông nghiệp ngoài đồng ruộng.
– Xử lí nước thải trong các khu công nghiệp bằng công nghệ MBBR, AAO.
Bài tập 4 trang 85 Chuyên đề Sinh học 10: Dựa vào Bảng 12.4, hãy phân tích tình trạng nhiễm mặn ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Từ đó, hãy đề xuất các giải pháp xử lí đất nhiễm mặn bằng công nghệ vi sinh vật.
Trả lời:
– Tình hình nhiễm mặn ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long rất nghiêm trọng, xảy ra ở các dòng sông lớn trong khu vực như sông Vàm Cỏ, sông Tiền, sông Hậu, sông Cái Lớn. Nước mặn xâm nhập rất sâu vào đất liền, từ 45 – 90 km.
– Các giải pháp xử lí đất nhiễm mặn bằng công nghệ vi sinh vật như: Sử dụng chế phẩm sinh học (chế phẩm AT cải tạo đất, AT xử lí mặn cây ăn trái,…),…
Bài tập 5 trang 85 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy thống kê tình hình sử dụng phân bón chăn nuôi để xây hầm biogas ở địa phương em.
Trả lời:
Gợi ý thống kê thực trạng ở địa phương:
– Số hộ chăn nuôi: …, chiếm tỉ lệ … %.
– Số hộ xây hầm biogas:…, chiếm tỉ lệ … %.