《環(huán)境生物修復工程》側重于介紹環(huán)境生物修復工程原理和技術方法,同時力求反映國內外生物修復和生態(tài)修復技術的新進展。全書共分為8章。第1章為緒論;第2章環(huán)境生物修復基礎理論,涵蓋了微生物、植物、動物的生物修復原理以及生態(tài)修復的基本理論;第3章地表水環(huán)境生物修復,圍繞濕地、河流、湖泊及流域等生態(tài)修復工程,對人工濕地、生態(tài)浮床、水生植物修復和生態(tài)營建等實用技術進行了詳細介紹;第4章為土壤和地下水生物修復,同時涵蓋了污染地塊和礦山的適用性生物修復技術;第5章固體廢物的生物處理技術,側重于有機固體廢物和工業(yè)固體廢物的生物處理方法;第6章介紹了海綿城市建設中的生物修復技術;第7章農(nóng)業(yè)面源污染的生物修復,主要包括農(nóng)田污染、畜禽養(yǎng)殖污染和農(nóng)村人居環(huán)境治理中的生物修復技術;第8章對環(huán)境生物修復的可處理性、工程設計和評價策略進行了簡單介紹。
《環(huán)境生物修復工程》可作為高等學校環(huán)境工程、環(huán)境科學、環(huán)境生態(tài)工程城鄉(xiāng)規(guī)劃、水利類專業(yè)的教材,還可供環(huán)境工程、環(huán)境科學、環(huán)境生態(tài)工程資源管理、生態(tài)水利等相關技術領域的科研人員、管理人員和企業(yè)工程師閱讀參考。
1《環(huán)境生物修復工程》系統(tǒng)介紹了有關生物修復的基礎知識、原理與技術。
2 《環(huán)境生物修復工程》內容針對國家顯示需求,結合國內外相關技術案例,對水、土壤和地下水等多種環(huán)境介質,以及生活垃圾、工業(yè)廢物及污染場地的生物修復工程原理和技術方法進行了系統(tǒng)介紹。
3 《環(huán)境生物修復工程》與時俱進,加入海綿城市建設中的生物修復和生態(tài)修復技術,實踐性較強。
生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的根基,生態(tài)環(huán)境變化直接影響文明興衰演替。隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、基礎設施建設和農(nóng)業(yè)開墾等開發(fā)建設活動的快速推進,生態(tài)環(huán)境空間遭受持續(xù)威脅,環(huán)境污染問題日益突出,生態(tài)破壞事件時有發(fā)生,生態(tài)環(huán)境問題成為包括我國在內的全世界各國共同面對的難題。我國社會主要矛盾已經(jīng)轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。環(huán)境污染和生態(tài)破壞打破了生態(tài)系統(tǒng)原有的平衡,有造成黑臭河道、水華、生物多樣性減少、水土流失和耕地污染等生態(tài)危機的風險,不僅影響生態(tài)系統(tǒng)和人類生命健康,而且阻礙我國可持續(xù)發(fā)展的步伐。
堅持人與自然和諧共生,建設生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計!叭f物各得其和以生,各得其養(yǎng)以成。”歷史教訓表明,在整個發(fā)展過程中,不能只講索取不講投入,不能只講發(fā)展不講保護,不能只講利用不講修復。人類對大自然的傷害最終會傷及人類自身,這是無法抗拒的規(guī)律,只有遵循自然規(guī)律才能有效防止在開發(fā)利用自然上走彎路。道法自然,要重構良好的生態(tài)環(huán)境和創(chuàng)建美麗中國,一方面要控制污染源,降低人類的生產(chǎn)生活對生態(tài)環(huán)境的破壞,另一方面要大力實施生物和生態(tài)修復,喚醒和強化自然生態(tài)的自我凈化功能,努力建設望得見山、看得見水、記得住鄉(xiāng)愁的美麗中國。
生物修復工程是生態(tài)環(huán)境工程的重要組成部分。與其他工程措施相比,環(huán)境生物修復技術在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和以及無二次污染等顯著優(yōu)點。隨著生物技術研究的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境理念的提升,人們已越來越意識到,環(huán)境生物和生態(tài)修復技術的發(fā)展為從根本上解決生態(tài)和環(huán)境問題提供了希望、點明了方向。山水林田湖草是一個生命共同體,大自然是一個相互依存、相互影響的系統(tǒng),必須按照生態(tài)系統(tǒng)的整體性、系統(tǒng)性及其內在規(guī)律,進行整體修復、系統(tǒng)修復、綜合治理。
盡管環(huán)境生物修復技術出現(xiàn)的時間不長,但發(fā)展迅速,已經(jīng)成為新時代生態(tài)環(huán)境保護的主流工程技術。當前我國對生態(tài)環(huán)境修復技術和相應人才的需求日益旺盛,但相關系統(tǒng)性的基礎和技術教材并不多見。環(huán)境生物修復工程是一個系統(tǒng)工程,需要依靠工程學、環(huán)境學、生物學、生態(tài)學、微生物學、地質學、土壤學、水文學、化學、氣象學、基因工程、計算機和微電子等多學科的合作。本書在環(huán)境生物修復基礎知識的基礎上,針對我國現(xiàn)實需求,結合國內外相關技術案例,對地表水、土壤和地下水等多種環(huán)境介質,以及生活垃圾、工業(yè)廢物及污染地塊的生物修復工程原理和技術方法進行系統(tǒng)性介紹,同時介紹了海綿城市建設中的生物和生態(tài)修復技術措施,最后對生物修復工程的可處理性及工程設計進行了介紹。
本書共包含8章:緒論、環(huán)境生物修復基礎理論、地表水環(huán)境生物修復、土壤和地下水生物修復、固體廢物的生物處理技術、海綿城市建設中的生物修復技術、農(nóng)業(yè)面源污染的生物修復和環(huán)境生物修復的可處理性和工程設計。在編寫時,筆者既注重介紹環(huán)境生物修復技術的基礎性和理論性內容,又兼顧國家重大生態(tài)環(huán)境問題,如黑臭河道、江河湖生態(tài)修復、垃圾分類處理、海綿城市和農(nóng)業(yè)面源污染等,以案例方式介紹了典型生態(tài)環(huán)境問題的生物修復工程,以便于讀者根據(jù)實際需要來選擇適宜的生物修復技術。本書編寫分工為:李飛鵬、邵玲(第1章),李飛鵬、毛凌晨(第2章),李飛鵬、劉燕如、尚廣峰、馮君逸(第3章),毛凌晨、葉華、孔惠、嚴南峽(第4章),徐蘇云、張皖秋、左劉泉(第5章),李飛鵬、劉偉(第6章),高雅(第7章),李飛鵬(第8章)。谷碧涵、王玥、梁濤、楊洋、陳蒙蒙、韓嘯等對書稿進行了文字核對和格式編輯。
李飛鵬對全書進行了內容設計和統(tǒng)稿,徐蘇云和毛凌晨對全部書稿進行了文字核對和形式統(tǒng)稿,陶紅教授對全書進行了審稿。
本書系統(tǒng)性、專業(yè)性和實用性較強,可作為高等院校環(huán)境、生態(tài)、城鄉(xiāng)規(guī)劃和水利類專業(yè)的高年級本科生、碩士或博士研究生的教材或教學參考用書,還可供環(huán)境保護、生態(tài)工程、資源管理、生態(tài)水利等有關技術領域的科研人員、管理人員和企業(yè)工程師參考。
本書的出版得到了化學工業(yè)出版社的大力支持,在此表示深深的謝意。
由于筆者水平和經(jīng)驗有限,書中難免存在疏漏和不妥之處,敬請同行專家、學者和廣大讀者批評指正,以使本書不斷完善。
編者
2020年9月
李飛鵬,上海理工大學環(huán)境學院,副教授。研究領域:水體水質過程與保障技術和底泥資源化利用。
主持國家自然科學基金(51409190)、上海高校青年教師培養(yǎng)資助計劃、中國博士后科學基金面上項目(2013M531218)、長江水環(huán)境教育部重點實驗室開放課題(YRWEF201504)和企業(yè)合作項目等多項;作為主要研究人員參與十二五國家科技支撐計劃1項,國家自然科學基金面上項目4項和上海市科委計劃課題4項。近年來,課題組進行產(chǎn)學研實踐的河道底泥原位資源化和生態(tài)修復等系列技術得到了新華社、央廣網(wǎng)、東方衛(wèi)視、上海教育電視臺、搜狐網(wǎng)、《澎湃新聞》、《Shanghai Daily》、《文匯報》、《上海教育時報》等多家媒體進行了專訪和大量報道,引起社會廣泛關注。
第1章緒論
1.1環(huán)境生物修復概述1
1.1.1環(huán)境修復的概念1
1.1.2生物修復的概念2
1.1.3生物修復的技術特點3
1.2環(huán)境生物修復技術的分類3
1.3環(huán)境生物修復的前景4
思考題5
第2章環(huán)境生物修復基礎理論
2.1環(huán)境微生物修復原理6
2.1.1用于環(huán)境生物修復的微生物7
2.1.2微生物在環(huán)境物質循環(huán)中的作用7
2.1.3微生物對有機污染物的修復機理12
2.1.4微生物對重金屬污染的修復機理14
2.1.5微生物修復的影響因素17
2.1.6微生物修復工程的技術特點及發(fā)展趨勢18
2.2環(huán)境植物修復原理18
2.2.1植物修復的概念18
2.2.2土壤污染的植物修復原理19
2.2.3污染水體的高等植物修復26
2.2.4大氣污染的植物修復33
2.3環(huán)境動物修復原理34
2.4環(huán)境生態(tài)修復基礎35
2.4.1生態(tài)修復概述35
2.4.2環(huán)境生態(tài)修復工程和原理36
2.4.3生態(tài)修復的價值實現(xiàn)40
思考題43
第3章地表水環(huán)境生物修復
3.1水環(huán)境生物修復概述45
3.2水體的自然凈化46
3.2.1水體自凈過程和微生物生態(tài)46
3.2.2水體自凈的實現(xiàn)方式47
3.2.3水環(huán)境容量與自凈作用的影響因素47
3.3穩(wěn)定塘技術48
3.3.1穩(wěn)定塘概述48
3.3.2好氧塘49
3.3.3兼性塘50
3.3.4厭氧塘51
3.3.5新型穩(wěn)定塘和組合塘工藝51
3.4濕地保護修復與人工濕地處理技術54
3.4.1濕地概述54
3.4.2濕地保護修復與重建工程56
3.4.3濕地公園營建技術59
3.4.4人工濕地處理技術63
3.5河流生物修復和生態(tài)修復72
3.5.1河流的基本概念與生態(tài)功能72
3.5.2河流的污染76
3.5.3河流生物和生態(tài)修復的基本理論77
3.6城市河道的生物修復79
3.6.1城市河道的主要環(huán)境問題80
3.6.2城市河道的生態(tài)環(huán)境調查與診斷81
3.6.3城市黑臭水體的生物修復技術82
3.7河流的生態(tài)修復工程90
3.7.1河流生態(tài)修復的產(chǎn)生和發(fā)展90
3.7.2河流生態(tài)修復的基本思路和原則91
3.7.3河道整治工程常見的問題及生態(tài)修復基本方法91
3.7.4不同類型河道生態(tài)治理設計重點93
3.7.5生態(tài)護岸與岸坡帶植被修復工程95
3.7.6河道水生態(tài)系統(tǒng)恢復設計98
3.7.7河濱緩沖帶構建技術100
3.8富營養(yǎng)化湖泊的生物-生態(tài)修復103
3.8.1湖泊的起源與演替104
3.8.2湖泊富營養(yǎng)化概述104
3.8.3湖泊富營養(yǎng)化的生物和生態(tài)控制策略105
3.8.4生物控藻技術108
3.8.5水動力生態(tài)控藻技術111
3.8.6湖泊水生植被恢復重建技術113
3.9污染底泥的生物-生態(tài)修復114
3.9.1底泥的形成特征和污染115
3.9.2底泥處理和處置技術115
3.9.3污染底泥的環(huán)保疏浚116
3.9.4原位利用底泥建設生態(tài)護岸技術117
3.10流域生態(tài)修復119
3.10.1流域生態(tài)系統(tǒng)中常用的基本概念119
3.10.2流域生態(tài)恢復技術120
3.10.3湖泊流域的生態(tài)修復與保護123
思考題127
第4章土壤和地下水生物修復
4.1土壤和地下水修復概述128
4.1.1土壤與土壤污染128
4.1.2污染土壤修復技術簡介132
4.1.3地下水與地下水污染現(xiàn)狀132
4.1.4污染地下水修復簡介135
4.2退化土壤的生物修復135
4.2.1生物對土壤物理、化學及生物學性質的影響136
4.2.2生物對水土流失的防治作用138
4.2.3生物對荒漠化土壤的改良作用139
4.2.4生物對鹽漬化土壤的改良作用140
4.2.5生物對營養(yǎng)匱乏土壤的改良作用141
4.3污染土壤的生物修復141
4.3.1重金屬污染土壤的微生物修復142
4.3.2重金屬污染土壤的植物修復145
4.3.3重金屬污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復146
4.3.4重金屬污染土壤的動物修復147
4.3.5有機物污染土壤的微生物修復147
4.3.6有機物污染土壤的植物修復152
4.3.7有機物污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復153
4.4污染地下水的生物修復154
4.4.1地下水污染物的分類154
4.4.2有機物污染地下水的微生物修復157
4.4.3重金屬/放射性污染地下水的微生物修復159
4.4.4地下水生物修復的適用性160
4.5污染地塊生物修復技術162
4.5.1污染地塊簡介162
4.5.2污染地塊原位生物修復技術163
4.5.3污染地塊的異位生物修復技術171
4.5.4原位異位聯(lián)合修復技術177
4.5.5污染地塊生物修復的設計原理與場地要求177
4.6礦山的環(huán)境生物修復與治理181
4.6.1礦山環(huán)境問題與生態(tài)環(huán)境恢復簡介182
4.6.2礦山環(huán)境生物修復與治理模式182
思考題185
第5章固體廢物的生物處理技術
5.1固體廢物污染186
5.1.1固體廢物的來源與分類186
5.1.2固體廢物的危害187
5.2有機固體廢物的生物處理技術188
5.2.1好氧堆肥技術189
5.2.2厭氧發(fā)酵技術197
5.2.3其他生物轉化技術202
5.3工業(yè)固體廢物的生物修復207
5.3.1微生物濕法冶金207
5.3.2電子垃圾污染的生物修復210
思考題212
第6章海綿城市建設中的生物修復技術
6.1海綿城市概述213
6.1.1海綿城市與低影響開發(fā)213
6.1.2海綿城市建設的原則和途徑215
6.2低影響開發(fā)技術的生物和生態(tài)措施216
6.2.1綠色屋頂217
6.2.2下沉式綠地218
6.2.3生物滯留設施218
6.2.4雨水濕地220
6.2.5植草溝221
6.2.6植被緩沖帶222
6.2.7生態(tài)和生物措施效果222
6.3海綿城市最佳實踐區(qū)案例223
思考題223
第7章農(nóng)業(yè)面源污染的生物修復
7.1農(nóng)業(yè)面源污染概述224
7.1.1面源污染與農(nóng)業(yè)面源224
7.1.2農(nóng)業(yè)面源污染形成的特征224
7.1.3農(nóng)業(yè)面源污染的控制策略225
7.2農(nóng)田污染治理的生物修復技術226
7.2.1農(nóng)田面源污染的產(chǎn)生過程和特征226
7.2.2農(nóng)田面源污染的控制原則與策略227
7.2.3植物籬技術228
7.2.4生態(tài)攔截技術229
7.2.5前置庫技術231
7.3畜禽養(yǎng)殖污染的生物修復技術232
7.3.1畜禽養(yǎng)殖污染來源和污染控制技術232
7.3.2發(fā)酵床工程控制技術233
7.3.3畜禽養(yǎng)殖糞便資源化工程利用技術236
7.4水產(chǎn)養(yǎng)殖污染的生物和生態(tài)修復技術238
7.4.1水產(chǎn)養(yǎng)殖污染及控制技術238
7.4.2微生物制劑239
7.4.3水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水生態(tài)凈化技術240
7.4.4水產(chǎn)生態(tài)健康養(yǎng)殖技術241
7.5農(nóng)村人居環(huán)境治理的生物修復技術243
7.5.1農(nóng)村水環(huán)境的生物修復技術243
7.5.2農(nóng)村廁所糞污的生物修復技術245
7.5.3“千村示范、萬村整治”工程246
思考題247
第8章環(huán)境生物修復的可處理性和工程設計
8.1環(huán)境生物修復工程的原則248
8.2生物修復工程的可處理性試驗249
8.2.1可處理性試驗的目的和類型249
8.2.2可處理性試驗的方法250
8.3環(huán)境生物修復工程設計251
8.4環(huán)境生物修復工程的評價策略252
思考題254
主要參考文獻255