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本書(shū)本著生態(tài)與環(huán)境持續(xù)、和諧發(fā)展的理念，在確保系統(tǒng)范圍內(nèi)生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，整合環(huán)境工程技術(shù)以綜合解決與生態(tài)失衡息息相關(guān)的非單純環(huán)境問(wèn)題。全書(shū)突出了生物與工程技術(shù)相輔相成的特色，貫穿理論性、實(shí)踐性和可操作性并舉的授漁導(dǎo)向。本書(shū)共分9章，分別為概論、環(huán)境生態(tài)工程基本原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、濕地環(huán)境生態(tài)工程、水環(huán)境生態(tài)工程、流域環(huán)境生態(tài)工程、固體廢物的環(huán)境生態(tài)工程、生物質(zhì)處理及利用工程、大氣環(huán)境生態(tài)工程和環(huán)境生態(tài)工程綜合設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。本書(shū)可供高等院校環(huán)境生態(tài)工程專(zhuān)業(yè)、環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)、環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)使用，也可供相關(guān)工程領(lǐng)域的研究人員、技術(shù)人員和管理人員參閱。

人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，環(huán)境與生態(tài)問(wèn)題被提到前所未有的高度，這不僅是人們對(duì)當(dāng)今人口激增、工業(yè)高度發(fā)展、肥料和農(nóng)藥過(guò)度使用、農(nóng)產(chǎn)品加工、資源過(guò)度消耗等環(huán)節(jié)于人類(lèi)生存環(huán)境不利的一種擔(dān)憂(yōu)，同時(shí)也是人們將日新月異的科學(xué)技術(shù)加快應(yīng)用于環(huán)境污染治理的一種堅(jiān)定表現(xiàn)。于是乎，通過(guò)研究與實(shí)踐，部分科研工作者在防治環(huán)境污染和提高環(huán)境質(zhì)量過(guò)程中將注視的目光由工業(yè)點(diǎn)源污染防控轉(zhuǎn)向廣大城鄉(xiāng)、江河湖庫(kù)面源污染治理的廣闊空間，更加注重利用自然力量來(lái)修復(fù)各種環(huán)境污染，以確保人類(lèi)社會(huì)沿著環(huán)境優(yōu)化、生態(tài)和諧的方向持續(xù)發(fā)展。實(shí)際上，在20世紀(jì)下半葉人們逐漸從對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境影響評(píng)估的描述性工作中走了出來(lái)，在控制論、系統(tǒng)論的前提下，應(yīng)用基礎(chǔ)工程學(xué)、物理學(xué)及化學(xué)等學(xué)科研究的進(jìn)展為環(huán)境工程提供了基本概念和原理；面對(duì)環(huán)境變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，同樣利用控制論、系統(tǒng)論等理論對(duì)基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)和應(yīng)用生態(tài)學(xué)進(jìn)行了拓展，形成了生態(tài)工程。時(shí)至今日，環(huán)境污染物的散布已在大尺度空間上深刻影響著生態(tài)系統(tǒng)平衡和安全；另一方面，人們加強(qiáng)了對(duì)生物在群體上與污染物的轉(zhuǎn)化、消失的關(guān)系的認(rèn)識(shí)，從而利用生物多樣性及生物措施來(lái)減少污染物在環(huán)境中的傳遞，這一工作綜合了環(huán)境工程和生態(tài)工程的作用，形成了環(huán)境生態(tài)工程基本理論和方法。部分高等院校開(kāi)設(shè)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的時(shí)鐘隨著21世紀(jì)的到來(lái)才被敲響。此時(shí)，環(huán)境工程的理論和方法都已成熟，而這一專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生在實(shí)踐中將更多遇到大尺度空間上環(huán)境問(wèn)題的挑戰(zhàn)。他們?cè)诿鎸?duì)農(nóng)村環(huán)境問(wèn)題和農(nóng)業(yè)面源污染時(shí)要有所作為，發(fā)揮生物學(xué)特色的優(yōu)勢(shì)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，創(chuàng)新解決問(wèn)題的方式與方法。我們編寫(xiě)《環(huán)境生態(tài)工程》（Eco-Environmental Engineering）教材，希望通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，環(huán)境生態(tài)工程、環(huán)境工程等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生能夠掌握本書(shū)介紹的方法和原理，在此基礎(chǔ)上通過(guò)閱讀案例和進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，能更好地理解環(huán)境生態(tài)工程的作用，為將來(lái)解決廣大城鄉(xiāng)、江河湖庫(kù)面源污染問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本書(shū)第1章及第9章實(shí)驗(yàn)3由朱端衛(wèi)編寫(xiě)；第2章2.1~2.4節(jié)、第5章由萬(wàn)小瓊編寫(xiě)；第3章由華玉妹、崔理華編寫(xiě)；第9章實(shí)驗(yàn)1由華玉妹編寫(xiě)；第2章2.5節(jié)、第4章4.1~4.3節(jié)及第9章實(shí)驗(yàn)5由趙建偉編寫(xiě)；第4章4.4、4.5節(jié)由蔡建波編寫(xiě)；第6章及第9章實(shí)驗(yàn)2由王硯編寫(xiě)；第7章及第9章實(shí)驗(yàn)4由周文兵編寫(xiě)；第8章由向榮彪、楊鈣仁編寫(xiě)；第9章實(shí)驗(yàn)6由向榮彪編寫(xiě)。全書(shū)由朱端衛(wèi)匯總、修定，蔡建波對(duì)部分圖表進(jìn)行了重新編輯，劉廣龍?zhí)峁┝瞬糠仲Y料，石巍方對(duì)第9章實(shí)驗(yàn)3的部分概念進(jìn)行了完善，北京師范大學(xué)的劉靜玲教授對(duì)第5章進(jìn)行了審定，東北師范大學(xué)的盛連喜教授對(duì)全書(shū)進(jìn)行了審定，在此一并致謝。由于我們水平有限，而本書(shū)內(nèi)容涉及的領(lǐng)域廣泛且又是一門(mén)交叉的新興學(xué)科，其中有些論點(diǎn)并非完全成熟、方法并非完善、內(nèi)容取舍并非完全恰當(dāng)，編寫(xiě)過(guò)程難免有疏漏之處，敬請(qǐng)本書(shū)讀者批評(píng)指正。朱端衛(wèi)2017年4月

第1章概論1

1.1環(huán)境生態(tài)工程的產(chǎn)生背景及其相關(guān)理念1

1.2環(huán)境生態(tài)工程的學(xué)科任務(wù)2

1.2.1環(huán)境生態(tài)工程的定義2

1.2.2環(huán)境生態(tài)工程的課程任務(wù)3

1.3環(huán)境生態(tài)工程的研究進(jìn)展4

1.3.1國(guó)內(nèi)外環(huán)境生態(tài)工程概述4

1.3.2環(huán)境生態(tài)工程在我國(guó)的發(fā)展前景5

思考題6

參考文獻(xiàn)6

第2章環(huán)境生態(tài)工程基本原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)7

2.1環(huán)境生態(tài)工程的核心原理7

2.1.1整體性原理7

2.1.2協(xié)調(diào)與平衡原理9

2.1.3自生原理11

2.1.4循環(huán)再生原理13

2.2環(huán)境生態(tài)工程的生態(tài)學(xué)原理14

2.2.1層次性原理14

2.2.2生物多樣性原理15

2.2.3限制因子原理16

2.2.4邊緣效應(yīng)原理16

2.2.5景觀生態(tài)原理17

2.3環(huán)境生態(tài)工程的工程學(xué)原理17

2.3.1太陽(yáng)能充分利用原理18

2.3.2水資源循環(huán)利用原理18

2.3.3綠色工藝原理18

2.3.4生物有效配置原理19

2.4環(huán)境生態(tài)工程的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理19

2.4.1生態(tài)經(jīng)濟(jì)平衡原理19

2.4.2生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值原理19

2.4.3生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益原理20

2.5環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)21

2.5.1環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)原則21

2.5.2環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)路線(xiàn)24

2.5.3設(shè)計(jì)技術(shù)路線(xiàn)26

思考題28

參考文獻(xiàn)28

第3章濕地環(huán)境生態(tài)工程29

3.1濕地環(huán)境29

3.1.1濕地概念與類(lèi)型29

3.1.2濕地生態(tài)系統(tǒng)功能30

3.2人工濕地對(duì)污染物處理的強(qiáng)化功能34

3.2.1懸浮物的去除機(jī)理35

3.2.2有機(jī)物的去除機(jī)理36

3.2.3氮的去除機(jī)理37

3.2.4磷的去除機(jī)理37

3.2.5重金屬離子的去除機(jī)理38

3.2.6病原微生物的去除機(jī)理39

3.3人工濕地的設(shè)計(jì)與施工39

3.3.1基本概念39

3.3.2人工濕地的工藝組合、設(shè)計(jì)程序及其參數(shù)40

3.3.3面積設(shè)計(jì)44

3.3.4填料與防滲設(shè)計(jì)46

3.3.5集配水與通氣的設(shè)計(jì)47

3.3.6濕地植物的選擇48

3.3.7施工50

3.4人工濕地運(yùn)行與管理50

3.4.1運(yùn)行調(diào)試50

3.4.2特殊控制51

3.4.3系統(tǒng)監(jiān)測(cè)51

3.4.4故障處理52

3.4.5冬季管理54

3.5人工濕地生態(tài)工程實(shí)例54

3.5.1國(guó)外人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用54

3.5.2人工濕地在國(guó)內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用55

3.5.3水平潛流人工濕地工程案例55

3.5.4垂直潛流人工濕地工程案例57

3.5.5復(fù)合垂直潛流人工濕地工程案例57

思考題58

參考文獻(xiàn)59

第4章水環(huán)境生態(tài)工程61

4.1水環(huán)境類(lèi)型及污染特征61

4.1.1河流及其污染61

4.1.2湖泊及其污染62

4.1.3地下水及其污染62

4.2河流生態(tài)工程63

4.2.1生態(tài)河道構(gòu)建63

4.2.2生態(tài)河道護(hù)岸66

4.2.3河流水體修復(fù)技術(shù)68

4.3湖泊生態(tài)工程69

4.3.1底泥疏浚與治理69

4.3.2湖濱帶修復(fù)69

4.3.3污染湖泊水體治理技術(shù)71

4.4地下水修復(fù)工程72

4.4.1硝酸鹽反硝化脫氮原理73

4.4.2脫氮墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73

4.4.3反應(yīng)介質(zhì)的選擇74

4.4.4影響硝酸鹽去除效果的主要因素75

4.5脫氮溝案例76

4.5.1脫氮溝設(shè)計(jì)76

4.5.2土壤填料特性76

4.5.3脫氮溝對(duì)硝酸鹽的去除率分析77

思考題79

參考文獻(xiàn)79

第5章流域環(huán)境生態(tài)工程81

5.1流域及其環(huán)境問(wèn)題81

5.1.1流域的功能81

5.1.2流域的特點(diǎn)82

5.1.3流域環(huán)境問(wèn)題83

5.2流域環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)84

5.2.1流域環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素84

5.2.2計(jì)算機(jī)支持下的協(xié)同設(shè)計(jì)85

5.3流域環(huán)境生態(tài)工程的技術(shù)91

5.3.1生態(tài)基流保障技術(shù)92

5.3.2閘門(mén)調(diào)控技術(shù)95

5.3.3聯(lián)合調(diào)度技術(shù)99

思考題102

參考文獻(xiàn)103

第6章固體廢物的環(huán)境生態(tài)工程104

6.1概述104

6.1.1固體廢物的來(lái)源與分類(lèi)105

6.1.2固體廢物的特征106

6.1.3固體廢物的污染與處理方法106

6.2好氧堆肥108

6.2.1好氧堆肥的基本原理108

6.2.2堆肥工藝過(guò)程及影響因素109

6.2.3堆肥的方法112

6.3厭氧消化114

6.3.1厭氧消化的基本原理116

6.3.2厭氧消化運(yùn)行的影響因素119

6.3.3厭氧消化工藝分類(lèi)124

6.3.4厭氧消化系統(tǒng)128

6.3.5沼氣工程的工藝設(shè)計(jì)132

6.3.6厭氧消化技術(shù)140

思考題142

參考文獻(xiàn)143

第7章生物質(zhì)處理及利用工程144

7.1生物質(zhì)處理及利用概述144

7.1.1生物質(zhì)的定義、特點(diǎn)和分類(lèi)144

7.1.2生物質(zhì)的化學(xué)組成144

7.1.3生物質(zhì)處理及利用的內(nèi)涵和特點(diǎn)147

7.2生物質(zhì)的化學(xué)處理及生物化學(xué)處理147

7.2.1化學(xué)脫膠技術(shù)147

7.2.2生物脫膠技術(shù)148

7.3生物質(zhì)吸附劑應(yīng)用149

7.3.1生物質(zhì)吸附劑分類(lèi)150

7.3.2纖維素的化學(xué)改性150

7.4生物質(zhì)能源化應(yīng)用155

7.4.1生物質(zhì)能的定義及特點(diǎn)155

7.4.2生物質(zhì)能源化利用的途徑155

7.4.3我國(guó)生物質(zhì)能的發(fā)展概況169

思考題169

參考文獻(xiàn)170

第8章大氣環(huán)境生態(tài)工程171

8.1大氣污染概述171

8.1.1大氣組成171

8.1.2大氣污染172

8.1.3大氣污染物172

8.1.4大氣污染物對(duì)植物的危害175

8.2植物對(duì)大氣污染的抗性177

8.2.1抗性類(lèi)型178

8.2.2抗性等級(jí)178

8.2.3影響抗性的因素179

8.3植物對(duì)大氣污染的凈化180

8.3.1大氣污染的植物修復(fù)過(guò)程與機(jī)理180

8.3.2植物的滯塵效應(yīng)181

8.3.3植物對(duì)SO2的凈化181

8.3.4植物對(duì)氟的吸收182

8.3.5植物對(duì)NO2的凈化183

8.4城市熱島效應(yīng)184

8.4.1城市熱島效應(yīng)對(duì)植物的影響185

8.4.2植物對(duì)熱島效應(yīng)的影響185

8.5防污綠化生態(tài)工程185

8.5.1防污綠化生態(tài)工程設(shè)計(jì)的基本原理與原則185

8.5.2防污植物的篩選186

8.5.3防污綠化生態(tài)工程的植物配置187

思考題187

參考文獻(xiàn)188

第9章環(huán)境生態(tài)工程綜合設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)190

實(shí)驗(yàn)1小型人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)190

一、設(shè)計(jì)目的190

二、設(shè)計(jì)任務(wù)190

三、設(shè)計(jì)要求190

四、思考題191

實(shí)驗(yàn)2土地滲濾技術(shù)處理地表徑流191

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?91

二、實(shí)驗(yàn)原理191

三、實(shí)驗(yàn)裝置191

四、實(shí)驗(yàn)材料191

五、實(shí)驗(yàn)步驟191

六、計(jì)算192

七、思考題192

實(shí)驗(yàn)3脫氮床的構(gòu)建及運(yùn)行測(cè)試192

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?92

二、實(shí)驗(yàn)原理192

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)192

四、結(jié)果分析194

五、數(shù)據(jù)處理195

六、思考題195

實(shí)驗(yàn)4纖維素基黃原酸鈣鹽的制備及其對(duì)鎘離子的吸附195

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?95

二、實(shí)驗(yàn)原理196

三、試劑196

四、材料與儀器196

五、實(shí)驗(yàn)步驟196

六、思考題197

實(shí)驗(yàn)5園林植物葉片滯塵量的比較分析197

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?97

二、實(shí)驗(yàn)原理198

三、材料和試劑198

四、實(shí)驗(yàn)步驟198

五、數(shù)據(jù)分析198

六、思考題199

實(shí)驗(yàn)6浮水植物鳳眼蓮對(duì)污水的修復(fù)199

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?99

二、實(shí)驗(yàn)原理199

三、實(shí)驗(yàn)步驟199

四、結(jié)果分析199

五、思考題199

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