《水处理生物学》课程作业2 指导老师:张淑娟

1.  我学到了哪个知识点?(详细展示一个知识点,只展示一个,并标明出处,满分为0分)

通过学习“微生物对无机元素的转化作用”中有关硫的生物转化和自然界中硫循环的示意图,我知道了硫化氢这一有毒物质在硫化作用中被氧化成硫磺和硫酸,和在反硫化作用中硫酸盐被还原成硫化氢的具体过程和原理。

(出自 《水处理生物学》第六版p193)



2.  我之前是怎么想的?(分值为0-10分;以“我”为主语,详细展示:假设我还不知道上述知识点,我是如何理解的;或从字面意思推测其含义)

在高中生物学习中,我只知道微生物在充当分解者的角色时,分解有机物转化为无机物,它们可以分解有毒的物质,也知道可以处理带有硫的物质,但具体是怎么反应和转化的还不太清楚,以及对硫循环的理解还没有上升到自然界的层面。

3.  我之前的想法怎么样?(分值为0-10分;以“我”为主语,比较第一问和第二问的答案,找出冲突,并化解冲突)

我之前对此类知识的认知还不够深入,只是知道微生物有这类功能作用,知道可以对含硫物质进行处理,但具体是哪些物质,哪种微生物,怎么处理的,满足处理的条件等都没有涉及。以及对于硫循环的理解只是停留在与碳循环相类比,自然界中所有元素都是在不断循环利用的层面,也不清楚反硫化作用在碳循环中发挥着的重要作用,比较浅薄和片面。

4.  我应该怎样想才对?(以“我”为主语;证明自己联系了日常生活,如解释现象、识别谣言等(0-20分);并证明自己联系了其他知识或水处理情景,“联系”包括但不限于因果、类比、评价、列举等(0-20分))

就硫循环的认知和理解而言,我应该类比时下较热门的“碳循环”这一概念来帮助理解。随着科技发展,现在我们生活中所使用的脱硫煤,就是为了降低含硫有毒物质的排放,从而减轻微生物硫处理的压力。

即使从课本上知道了硫化作用和反硫化作用的机理,但我觉得对于硫循环的理解还是不够深入。于是,我通过查阅相关文献发现,单把硫循环拿出来讲是不够严谨的,因为自然环境中因素多变,但硫循环一直能够稳定的存在,不单单与参与主要反应的微生物有关,还有其他的各种因素在相互影响,从而达成一定的平衡。

转化硫的微生物有着惊人的多样性,每一种微生物都有不同的生理需求以获得最佳生长。由于自然界的生长条件是高度可变的,很少是最优的,因此单个微生物的硫转化必然是低效的。环境中的硫转化是由比单一微生物更有效地硫循环的微生物群落进行的。硫转化反应是由在自然和人工生态系统中形成复杂网络的微生物连接起来的,如海洋生态系统和脱硫生物反应器等。在这些不同的生态系统中,有效硫循环所需的微生物群落即使在物种组成因环境扰动而改变时,仍保持硫转化反应。

海洋生态系统是世界上最大的自然生态系统,由于广泛的硫循环,几乎达到硫平衡。海水中具有大量的硫酸盐,海洋沉积物中硫元素储存量巨大。硫酸盐在有机碳的氧化驱动下还原为硫化物(图5-A),大多SRM属于Deltaproteobacteria,包括Desulfovibrionales和Desulfobacterales。在这样的缺氧沉积物中,Mn氧化物,特别是Fe氧化物,是硫化物的主要化学氧化剂,而一部分硫化物的氧化是由微生物通过硝酸盐介导的。基于宏基因组学和16S r RNA研究,沉积物中潜在的硫化物氧化微生物种类繁多。(微生物硫循环网络的研究进展 王禄山)



5.  我怎样才能用上它? (以“我”为主语,证明自己在水处理情景中做出了更好的决策(分值0-20分); 对照所学思维模型、学习策略等反思自己的思维模型、学习策略等,并提供改进证据(分值0-20分);若能够提出新假说、新规律、新概念、新理念等,分值上浮0-20分)

所以,我在进行硫处理的环境预设时,要考虑到自然环境中丰富、复杂且多样的微生物环境,并针对不同的环境,适配不同比例的微生物,从而实现更高效的硫转化机制。

由于我在硫循环认知中存在局限性,所以从更宏观的层面来看,参考硫循环的示意图,让不同的含硫物质处在一定的范围内,使硫化作用与反硫化作用互相配合,共同作用,可以使反应速率得到进一步的提高,不断趋向于实现硫平衡的状态,就像海洋生态系统一样。另外,我认为未来脱硫生物反应器更应该被应用到更广阔的环境中去,努力实现城市中的硫平衡。


相关资料:

*《水处理生物学》第六版

*《微生物硫循环网络的研究进展》王禄山

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