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本書本著生態(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)境問題。全書突出了生物與工程技術(shù)相輔相成的特色，貫穿理論性、實踐性和可操作性并舉的授漁導向。本書共分9章，分別為概論、環(huán)境生態(tài)工程基本原理及設計基礎(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)工程綜合設計與實驗。本書可供高等院校環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)、環(huán)境科學專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科教學使用，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。

人類社會進入21世紀以來，環(huán)境與生態(tài)問題被提到前所未有的高度，這不僅是人們對當今人口激增、工業(yè)高度發(fā)展、肥料和農(nóng)藥過度使用、農(nóng)產(chǎn)品加工、資源過度消耗等環(huán)節(jié)于人類生存環(huán)境不利的一種擔憂，同時也是人們將日新月異的科學技術(shù)加快應用于環(huán)境污染治理的一種堅定表現(xiàn)。于是乎，通過研究與實踐，部分科研工作者在防治環(huán)境污染和提高環(huán)境質(zhì)量過程中將注視的目光由工業(yè)點源污染防控轉(zhuǎn)向廣大城鄉(xiāng)、江河湖庫面源污染治理的廣闊空間，更加注重利用自然力量來修復各種環(huán)境污染，以確保人類社會沿著環(huán)境優(yōu)化、生態(tài)和諧的方向持續(xù)發(fā)展。實際上，在20世紀下半葉人們逐漸從對環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境影響評估的描述性工作中走了出來，在控制論、系統(tǒng)論的前提下，應用基礎(chǔ)工程學、物理學及化學等學科研究的進展為環(huán)境工程提供了基本概念和原理；面對環(huán)境變化對生態(tài)系統(tǒng)的負面影響，同樣利用控制論、系統(tǒng)論等理論對基礎(chǔ)生態(tài)學和應用生態(tài)學進行了拓展，形成了生態(tài)工程。時至今日，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，人們加強了對生物在群體上與污染物的轉(zhuǎn)化、消失的關(guān)系的認識，從而利用生物多樣性及生物措施來減少污染物在環(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。部分高等院校開設環(huán)境工程專業(yè)的時鐘隨著21世紀的到來才被敲響。此時，環(huán)境工程的理論和方法都已成熟，而這一專業(yè)培養(yǎng)的學生在實踐中將更多遇到大尺度空間上環(huán)境問題的挑戰(zhàn)。他們在面對農(nóng)村環(huán)境問題和農(nóng)業(yè)面源污染時要有所作為，發(fā)揮生物學特色的優(yōu)勢來解決實際問題，創(chuàng)新解決問題的方式與方法。我們編寫《環(huán)境生態(tài)工程》（Eco-Environmental Engineering）教材，希望通過本課程的學習，環(huán)境生態(tài)工程、環(huán)境工程等專業(yè)的學生能夠掌握本書介紹的方法和原理，在此基礎(chǔ)上通過閱讀案例和進行相關(guān)實驗，能更好地理解環(huán)境生態(tài)工程的作用，為將來解決廣大城鄉(xiāng)、江河湖庫面源污染問題打下堅實的基礎(chǔ)。本書第1章及第9章實驗3由朱端衛(wèi)編寫；第2章2.1~2.4節(jié)、第5章由萬小瓊編寫；第3章由華玉妹、崔理華編寫；第9章實驗1由華玉妹編寫；第2章2.5節(jié)、第4章4.1~4.3節(jié)及第9章實驗5由趙建偉編寫；第4章4.4、4.5節(jié)由蔡建波編寫；第6章及第9章實驗2由王硯編寫；第7章及第9章實驗4由周文兵編寫；第8章由向榮彪、楊鈣仁編寫；第9章實驗6由向榮彪編寫。全書由朱端衛(wèi)匯總、修定，蔡建波對部分圖表進行了重新編輯，劉廣龍?zhí)峁┝瞬糠仲Y料，石巍方對第9章實驗3的部分概念進行了完善，北京師范大學的劉靜玲教授對第5章進行了審定，東北師范大學的盛連喜教授對全書進行了審定，在此一并致謝。由于我們水平有限，而本書內(nèi)容涉及的領(lǐng)域廣泛且又是一門交叉的新興學科，其中有些論點并非完全成熟、方法并非完善、內(nèi)容取舍并非完全恰當，編寫過程難免有疏漏之處，敬請本書讀者批評指正。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)工程的學科任務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3

1.3環(huán)境生態(tài)工程的研究進展4

1.3.1國內(nèi)外環(huán)境生態(tài)工程概述4

1.3.2環(huán)境生態(tài)工程在我國的發(fā)展前景5

思考題6

參考文獻6

第2章環(huán)境生態(tài)工程基本原理及設計基礎(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)工程的工程學原理17

2.3.1太陽能充分利用原理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)濟學原理19

2.4.1生態(tài)經(jīng)濟平衡原理19

2.4.2生態(tài)經(jīng)濟價值原理19

2.4.3生態(tài)經(jīng)濟效益原理20

2.5環(huán)境生態(tài)工程設計基礎(chǔ)21

2.5.1環(huán)境生態(tài)工程設計原則21

2.5.2環(huán)境生態(tài)工程設計路線24

2.5.3設計技術(shù)路線26

思考題28

參考文獻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濕地概念與類型29

3.1.2濕地生態(tài)系統(tǒng)功能30

3.2人工濕地對污染物處理的強化功能34

3.2.1懸浮物的去除機理35

3.2.2有機物的去除機理36

3.2.3氮的去除機理37

3.2.4磷的去除機理37

3.2.5重金屬離子的去除機理38

3.2.6病原微生物的去除機理39

3.3人工濕地的設計與施工39

3.3.1基本概念39

3.3.2人工濕地的工藝組合、設計程序及其參數(shù)40

3.3.3面積設計44

3.3.4填料與防滲設計46

3.3.5集配水與通氣的設計47

3.3.6濕地植物的選擇48

3.3.7施工50

3.4人工濕地運行與管理50

3.4.1運行調(diào)試50

3.4.2特殊控制51

3.4.3系統(tǒng)監(jiān)測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)工程實例54

3.5.1國外人工濕地污水處理技術(shù)應用54

3.5.2人工濕地在國內(nèi)的發(fā)展和應用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復合垂直潛流人工濕地工程案例57

思考題58

參考文獻59

第4章水環(huán)境生態(tài)工程61

4.1水環(huán)境類型及污染特征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)河道護岸66

4.2.3河流水體修復技術(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69

4.3.3污染湖泊水體治理技術(shù)71

4.4地下水修復工程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)設計73

4.4.3反應介質(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脫氮溝設計76

4.5.2土壤填料特性76

4.5.3脫氮溝對硝酸鹽的去除率分析77

思考題79

參考文獻79

第5章流域環(huán)境生態(tài)工程81

5.1流域及其環(huán)境問題81

5.1.1流域的功能81

5.1.2流域的特點82

5.1.3流域環(huán)境問題83

5.2流域環(huán)境生態(tài)工程設計84

5.2.1流域環(huán)境生態(tài)工程設計的關(guān)鍵要素84

5.2.2計算機支持下的協(xié)同設計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固體廢物的來源與分類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厭氧消化運行的影響因素119

6.3.3厭氧消化工藝分類124

6.3.4厭氧消化系統(tǒng)128

6.3.5沼氣工程的工藝設計132

6.3.6厭氧消化技術(shù)140

思考題142

參考文獻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、特點和分類144

7.1.2生物質(zhì)的化學組成144

7.1.3生物質(zhì)處理及利用的內(nèi)涵和特點147

7.2生物質(zhì)的化學處理及生物化學處理147

7.2.1化學脫膠技術(shù)147

7.2.2生物脫膠技術(shù)148

7.3生物質(zhì)吸附劑應用149

7.3.1生物質(zhì)吸附劑分類150

7.3.2纖維素的化學改性150

7.4生物質(zhì)能源化應用155

7.4.1生物質(zhì)能的定義及特點155

7.4.2生物質(zhì)能源化利用的途徑155

7.4.3我國生物質(zhì)能的發(fā)展概況169

思考題169

參考文獻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大氣污染物對植物的危害175

8.2植物對大氣污染的抗性177

8.2.1抗性類型178

8.2.2抗性等級178

8.2.3影響抗性的因素179

8.3植物對大氣污染的凈化180

8.3.1大氣污染的植物修復過程與機理180

8.3.2植物的滯塵效應181

8.3.3植物對SO2的凈化181

8.3.4植物對氟的吸收182

8.3.5植物對NO2的凈化183

8.4城市熱島效應184

8.4.1城市熱島效應對植物的影響185

8.4.2植物對熱島效應的影響185

8.5防污綠化生態(tài)工程185

8.5.1防污綠化生態(tài)工程設計的基本原理與原則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188

第9章環(huán)境生態(tài)工程綜合設計與實驗190

實驗1小型人工濕地系統(tǒng)設計190

一、設計目的190

二、設計任務190

三、設計要求190

四、思考題191

實驗2土地滲濾技術(shù)處理地表徑流191

一、實驗目的191

二、實驗原理191

三、實驗裝置191

四、實驗材料191

五、實驗步驟191

六、計算192

七、思考題192

實驗3脫氮床的構(gòu)建及運行測試192

一、實驗目的192

二、實驗原理192

三、實驗設計192

四、結(jié)果分析194

五、數(shù)據(jù)處理195

六、思考題195

實驗4纖維素基黃原酸鈣鹽的制備及其對鎘離子的吸附195

一、實驗目的195

二、實驗原理196

三、試劑196

四、材料與儀器196

五、實驗步驟196

六、思考題197

實驗5園林植物葉片滯塵量的比較分析197

一、實驗目的197

二、實驗原理198

三、材料和試劑198

四、實驗步驟198

五、數(shù)據(jù)分析198

六、思考題199

實驗6浮水植物鳳眼蓮對污水的修復199

一、實驗目的199

二、實驗原理199

三、實驗步驟199

四、結(jié)果分析199

五、思考題199

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