环境生态工程(朱端卫) epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

适读人群 ：本书可供高等院校环境生态工程专业、环境工程专业、环境科学专业及相关专业本科教学使用，也可供相关工程领域的研究人员、技术人员和管理人员参阅。
《环境生态工程》是我国首部同类教材，教材根据我国环境生态工程的专业学生的培养要求，将生态工程学的基本原理和方法与环境污染治理有机结合，理论与实践并重，教材中介绍的环境生态工程原理与方法与传统的环境工程学、生态工程学等课程既区别又有内在联系，《环境生态工程》教材理顺该课程的任务和性质及其与环境工程专业其他核心课程的关系，从而强化对环境工程专业学生生态原理的教育，促进学生掌握环境生态工程的方法与技术以解决复杂的环境问题。具体来说：
（1）通过《环境生态工程》的编写将生态环境保护、环境工程、环境管理等不同分支学科新技术、新概念进行融合和发展。
（2）《环境生态工程》的问世将率先在我国高校环境工程专业本科教学中确立环境生态工程课程的理论体系和技术支撑体系。
（3）学生通过“环境生态工程”课程的学习，可以掌握环境生态工程的基本原理、模型和设计，了解国内外环境工程、生态工程的新动态和发展趋势，并通过环境生态工程初步设计和方案研究，提高环境工程本科教学质量。

内容简介

本书本着生态与环境持续、和谐发展的理念，在确保系统范围内生态平衡的基础上，整合环境工程技术以综合解决与生态失衡息息相关的非单纯环境问题。全书突出了生物与工程技术相辅相成的特色，贯穿理论性、实践性和可操作性并举的授渔导向。本书共分9章，分别为概论、环境生态工程基本原理及设计基础、湿地环境生态工程、水环境生态工程、流域环境生态工程、固体废物的环境生态工程、生物质处理及利用工程、大气环境生态工程和环境生态工程综合设计与实验。
本书可供高等院校环境生态工程专业、环境工程专业、环境科学专业及相关专业本科教学使用，也可供相关工程领域的研究人员、技术人员和管理人员参阅。

作者简介

朱端卫，华中农业大学资源与环境学院，教授。先后参加和主持5项国家自然科学基金课题、1项国家科技支撑计划，2项国家水专项；1项水利部创新基金课题、参加2项湖北省重点科技攻关项目。分获湖北省人民政府科技进步一、三等奖各1项，湖北省重大科技成果1项；获授权国家发明专利7项；参编专著和教材8部。





曾经编写过哪些教材（教材名称、出版时间、字数、出版社、获奖情况等）

目录

第1章概论1
1.1环境生态工程的产生背景及其相关理念1
1.2环境生态工程的学科任务2
1.2.1环境生态工程的定义2
1.2.2环境生态工程的课程任务3
1.3环境生态工程的研究进展4
1.3.1国内外环境生态工程概述4
1.3.2环境生态工程在我国的发展前景5
思考题6
参考文献6
第2章环境生态工程基本原理及设计基础7
2.1环境生态工程的核心原理7
2.1.1整体性原理7
2.1.2协调与平衡原理9
2.1.3自生原理11
2.1.4循环再生原理13
2.2环境生态工程的生态学原理14
2.2.1层次性原理14
2.2.2生物多样性原理15
2.2.3限制因子原理16
2.2.4边缘效应原理16
2.2.5景观生态原理17
2.3环境生态工程的工程学原理17
2.3.1太阳能充分利用原理18
2.3.2水资源循环利用原理18
2.3.3绿色工艺原理18
2.3.4生物有效配置原理19
2.4环境生态工程的经济学原理19
2.4.1生态经济平衡原理19
2.4.2生态经济价值原理19
2.4.3生态经济效益原理20
2.5环境生态工程设计基础21
2.5.1环境生态工程设计原则21
2.5.2环境生态工程设计路线24
2.5.3设计技术路线26
思考题28
参考文献28
第3章湿地环境生态工程29
3.1湿地环境29
3.1.1湿地概念与类型29
3.1.2湿地生态系统功能30
3.2人工湿地对污染物处理的强化功能34
3.2.1悬浮物的去除机理35
3.2.2有机物的去除机理36
3.2.3氮的去除机理37
3.2.4磷的去除机理37
3.2.5重金属离子的去除机理38
3.2.6病原微生物的去除机理39
3.3人工湿地的设计与施工39
3.3.1基本概念39
3.3.2人工湿地的工艺组合、设计程序及其参数40
3.3.3面积设计44
3.3.4填料与防渗设计46
3.3.5集配水与通气的设计47
3.3.6湿地植物的选择48
3.3.7施工50
3.4人工湿地运行与管理50
3.4.1运行调试50
3.4.2特殊控制51
3.4.3系统监测51
3.4.4故障处理52
3.4.5冬季管理54
3.5人工湿地生态工程实例54
3.5.1国外人工湿地污水处理技术应用54
3.5.2人工湿地在国内的发展和应用55
3.5.3水平潜流人工湿地工程案例55
3.5.4垂直潜流人工湿地工程案例57
3.5.5复合垂直潜流人工湿地工程案例57
思考题58
参考文献59
第4章水环境生态工程61
4.1水环境类型及污染特征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河流生态工程63
4.2.1生态河道构建63
4.2.2生态河道护岸66
4.2.3河流水体修复技术68
4.3湖泊生态工程69
4.3.1底泥疏浚与治理69
4.3.2湖滨带修复69
4.3.3污染湖泊水体治理技术71
4.4地下水修复工程72
4.4.1硝酸盐反硝化脱氮原理73
4.4.2脱氮墙的结构设计73
4.4.3反应介质的选择74
4.4.4影响硝酸盐去除效果的主要因素75
4.5脱氮沟案例76
4.5.1脱氮沟设计76
4.5.2土壤填料特性76
4.5.3脱氮沟对硝酸盐的去除率分析77
思考题79
参考文献79
第5章流域环境生态工程81
5.1流域及其环境问题81
5.1.1流域的功能81
5.1.2流域的特点82
5.1.3流域环境问题83
5.2流域环境生态工程设计84
5.2.1流域环境生态工程设计的关键要素84
5.2.2计算机支持下的协同设计85
5.3流域环境生态工程的技术91
5.3.1生态基流保障技术92
5.3.2闸门调控技术95
5.3.3联合调度技术99
思考题102
参考文献103
第6章固体废物的环境生态工程104
6.1概述104
6.1.1固体废物的来源与分类105
6.1.2固体废物的特征106
6.1.3固体废物的污染与处理方法106
6.2好氧堆肥108
6.2.1好氧堆肥的基本原理108
6.2.2堆肥工艺过程及影响因素109
6.2.3堆肥的方法112
6.3厌氧消化114
6.3.1厌氧消化的基本原理116
6.3.2厌氧消化运行的影响因素119
6.3.3厌氧消化工艺分类124
6.3.4厌氧消化系统128
6.3.5沼气工程的工艺设计132
6.3.6厌氧消化技术140
思考题142
参考文献143
第7章生物质处理及利用工程144
7.1生物质处理及利用概述144
7.1.1生物质的定义、特点和分类144
7.1.2生物质的化学组成144
7.1.3生物质处理及利用的内涵和特点147
7.2生物质的化学处理及生物化学处理147
7.2.1化学脱胶技术147
7.2.2生物脱胶技术148
7.3生物质吸附剂应用149
7.3.1生物质吸附剂分类150
7.3.2纤维素的化学改性150
7.4生物质能源化应用155
7.4.1生物质能的定义及特点155
7.4.2生物质能源化利用的途径155
7.4.3我国生物质能的发展概况169
思考题169
参考文献170
第8章大气环境生态工程171
8.1大气污染概述171
8.1.1大气组成171
8.1.2大气污染172
8.1.3大气污染物172
8.1.4大气污染物对植物的危害175
8.2植物对大气污染的抗性177
8.2.1抗性类型178
8.2.2抗性等级178
8.2.3影响抗性的因素179
8.3植物对大气污染的净化180
8.3.1大气污染的植物修复过程与机理180
8.3.2植物的滞尘效应181
8.3.3植物对SO2的净化181
8.3.4植物对氟的吸收182
8.3.5植物对NO2的净化183
8.4城市热岛效应184
8.4.1城市热岛效应对植物的影响185
8.4.2植物对热岛效应的影响185
8.5防污绿化生态工程185
8.5.1防污绿化生态工程设计的基本原理与原则185
8.5.2防污植物的筛选186
8.5.3防污绿化生态工程的植物配置187
思考题187
参考文献188
第9章环境生态工程综合设计与实验190
实验1小型人工湿地系统设计190
一、设计目的190
二、设计任务190
三、设计要求190
四、思考题191
实验2土地渗滤技术处理地表径流191
一、实验目的191
二、实验原理191
三、实验装置191
四、实验材料191
五、实验步骤191
六、计算192
七、思考题192
实验3脱氮床的构建及运行测试192
一、实验目的192
二、实验原理192
三、实验设计192
四、结果分析194
五、数据处理195
六、思考题195
实验4纤维素基黄原酸钙盐的制备及其对镉离子的吸附195
一、实验目的195
二、实验原理196
三、试剂196
四、材料与仪器196
五、实验步骤196
六、思考题197
实验5园林植物叶片滞尘量的比较分析197
一、实验目的197
二、实验原理198
三、材料和试剂198
四、实验步骤198
五、数据分析198
六、思考题199
实验6浮水植物凤眼莲对污水的修复199
一、实验目的199
二、实验原理199
三、实验步骤199
四、结果分析199
五、思考题199

精彩书摘

4.2.2 有机物的去除机理
污水中不溶性有机物的存在形态为悬浮态和胶体态，这些有机物通过人工湿地时被截留下来，并附着在填料上形成生物膜表面，在细菌胞外酶的作用下水解成小分子或可溶性有机物(DOM)，从而渗透进入其细胞内，被微生物所利用。
污水中的可溶性有机物(DOM)可直接渗入细菌细胞内。由于根系区附近属于好氧区域，所以在好氧条件和胞内酶的作用下，有机物作为电子供体，氧作为电子受体和受氢体，使一部分有机物经过微生物的异化作用迅速降解为CO2、H2O、NH3等，并放出能量，供其他生物体合成、增殖；其余大部分有机物通过同化作用，合成新的原生质，使微生物本身增殖。在远离根系的缺氧区域，有机物的去除是通过微生物的吸附和脱附这一动态过程完成的。吸附是指生物膜对有机物的吸着，脱附则依赖微生物的代谢过程。由于缺氧区生存条件恶劣，迫使缺氧区的微生物发生变异，在细菌突变中，约有1/10是能够存活的正突变，其余均是致死突变。突变可使微生物适应新环境，为难降解有机物的分解提供了生物学途径。在离根系区更远的厌氧区域，发生的是厌氧降解过程，兼性细菌和厌氧细菌降解有机物，使部分有机物经过一级代谢和二级代谢分解为CH4、CO2、H2S等，为微生物增殖提供能量，部分有机物则合成为新的原生质，使微生物增殖。
总之，湿地去除有机物的过程，实际上是通过对湿地床填料的定期更换移走系统中的增殖微生物以及通过对湿地植物的收割将新生有机体从系统中去除的方式得以实现。
人工湿地对有机物有较强的处理能力，这是湿地的显著特点之一。有资料表明，有机物的去除是由于湿地植物的吸收利用、土壤吸附及湿地内填料上微生物膜联合作用的结果。污水中的有机物分为不溶性有机物颗粒和可溶性有机物两部分。
不溶性有机物在湿地系统中通过静置、沉淀、过滤，可以很快从废水中截流下来，被微生物加以利用，其原理与前面的悬浮物中相似。可溶性有机物的去除速度较慢，它在好氧、缺氧和厌氧区的去除途径各不相同。土壤中的氧气主要是通过植物的传输获得，在根系区附近属于好氧区域内，大部分有机物通过同化作用，合成为新的原生质，表现为微生物的增殖；另有一部分有机物作为电子供体，通过胞内酶在好氧条件作用下迅速完成生化反应，经过微生物的异化作用，降解为CO2，H2O，NH3等，放出能量。在远离根系的缺氧区域，缺氧微生物通过生物膜对有机物的吸附及微生物的代谢把好氧条件下难降解的有机物降解，来满足自身代谢的要求，使污、废水中的难降解有机物降解去除。而在离根系区更远的厌氧区域，由于没有溶解氧条件，发生的是厌氧消化过程，兼性细菌和厌氧细菌通过发酵作用降解有机物，使部分有机物经过一级代谢和二级代谢分解为CH4，CO2，H2S等，提供能量供微生物增殖用。所有增殖的微生物可以通过对填料的定期更换或者对湿地植物的收割而将新生有机体从湿地系统中除去。因此，可以看出，微生物的作用是人工湿地废水中有机污染物降解的主要机制。另外，有研究表明COD和BOD的去除与各种微生物数量都有明显的相关性。
有机物的去除不仅与微生物的作用密切关系，植物的作用也是不可忽视的。植物主要通过三种途径去除有机污染物：
1) 植物直接吸收有机污染物 植物通过根系吸收水溶液中或基质孔隙中的有机物，而这些有机物的相当部分被植物转化或保存在生物量里。水葱可降低BOD、COD，茨藻、黑藻可净化有机物，席藻除烷烃率≥30%。
2) 植物根系释放分泌物和酶 美国佐治亚州Athens的EPA实验室从淡水的沉积物中鉴定出五种酶:脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶,这些酶均来自植物。研究表明植物根系释放的基质磷酸酶的活性与复合垂直流人工湿地对污水中COD的去除率有显著的相关性，但有关人工湿地酶研究的工作报道还不多见。
3)到植物和根际微生物的联合作用 这种作用形成小环境，这些微生态小环境具有典型的活性污泥或活性生物膜的功能，对有机物有很强的吸收、分解、富集能力。
在植物的根、茎上好氧微生物占优势，而在湿地植物的根系区则既有好氧微生物也有兼性厌氧微生物。在植物生长期，不同的进水方式的有机物去除率均高于无植物湿地（杨崇豪和郑志宏，2004），说明植物在人工湿地的净化机制中具有重要作用。
基质的过滤作用对污水的有机物去除，主要是在有机物浓度很低的情况下，其过滤效果较好，但在有机物浓度很高的情况下，这种过滤作用十分有限，对有机物的去除效果会显著降低。
人工湿地中有机污染物降解机理的影响因素除上面提到的生物因素(植物、微生物及酶)以外，还有化学因素(如溶解性有机质、氧化还原条件、溶解氧等)及工程因素(水流特性、填料空隙度、停留时间、水力负荷和水位等)等，这些因素之间存在复杂的藕合关系。目前，工程方面的运行参数对湿地系统处理效果的影响研究还不够深入，各运行参数与污水净化效果之间的耦合关系认识尚不充分。
4.2.3 氮的去除机理
污水中有机氮被异养菌转化为氨氮后。在自养硝化菌的作用下，转化为亚硝态氮和硝态氮，在缺氧或厌氧条件下，亚硝态氮和硝态氮通过反硝化菌作用生成氮气或氧化亚氮以及通过植物根系的吸收作用从系统中除去。污水中的无机氮，作为植物生长过程中不可缺少的营养元素，直接被湿地中的植物吸收，用于植物蛋白等有机氮的合成，最后通过植物的收割而将其从污水和湿地中去除。由于湿地中的氧分布状态是以根系为中心，不同距离处形成好氧—缺氧—厌氧状态，相当于在湿地中存在许多A2/O (Anaerobic-Anoxic-Oxic)处理反应器，从而使硝化和反硝化作用在湿地中同时发生，大大提高了脱氮能力。
湿地系统中氮转化途径主要包括氨化、同化、硝化和反硝化、植物吸收作用。
有机氮在处理过程中首先被异养微生物转化为NH4+-N , 而后在硝化菌的作用下被转化为无机的NO2-N 和NO3-N，再通过反硝化，以及植物根系的吸收作用最终去除。
人工湿地去除NH4+-N的机理：通过硝化反应先将其 氧化成NO3-N，再通过反硝化反应将还原成N2 或者N2O而从水中逸出。
硝化反应在好氧环境下由自养型好氧微生物完成，它包括3 步骤:第1 步由亚硝酸菌将NH4+-N转化为NO2-N；第2 步则由硝酸菌将和NO2-N进一步氧化为NO3-N；第3 步由反硝化菌在无氧而有NO3-N 存在的条件下，利用NO3-N中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，将NO3-N 还原为N2，N2O。
4.2.4 磷的去除机理
人工湿地对磷的去除是基质吸附与沉淀、植物吸收和微生物同化3条途径共同作用的结果，而磷最终从系统中去除依赖于湿地植物的收割和饱和基质的更换。
①无机磷也是植物必需的营养元素，废水中无机磷可被植物吸收利用组成卵磷脂、核酸及ATP等，然后通过植物的收割而移去。
②基质不仅对磷具有吸附作用，而且含Ca和Fe的基质可通过Ca、Fe与PO43- 反应而沉淀。大多情况下，磷的去除途径主要是基质的沉淀和吸附作用。在没有种植植物的表面流矿物土壤床湿地系统中，可溶性活性磷的去除接近100%，可见可溶性活性磷的去除主要靠矿物土壤的作用。
③微生物对磷的去除包括对磷的正常同化和对磷的过量积累。由于人工湿地系统中植物光合作用光反应、暗反应交替进行，根毛输氧也交替出现，以及系统内部不同区域对氧消耗量存在差异，从而导致系统中好氧和厌氧情况交替出现，使磷的过量释放和过量积累得以顺利完成。
人工湿地除磷的主要原理是通过湿地中的填料、植物和微生物的协同作用来完成。
利用人工湿地填料的固磷作用可以达到除磷目的。具有除磷功能的填料颗粒一般是一些多孔或比表面积大的固体物质，其固磷作用主要包括化学沉淀、吸附作用等。化学沉淀受溶度积控制，可分为钙、镁或铁、铝控制的两种转化系统。可溶性磷酸盐与这些金属离子发生反应，形成可逆性和溶解性均很小的钙、镁或铁、铝磷酸盐。吸附作用主要包括固体表面的物理吸附以及离子交换形式的化学吸附，由填料的表面性质决定，受填料的表面积和活性基团控制。一般认为磷酸根离子主要通过配位体交换而被吸附停留在填料和土壤的表面。以上反应的产物最终吸附或沉降在填料内，从而使填料内这些元素的含量急剧升高，几年之后即可达到进水浓度的10～10000倍以上。因此，当填料达到饱和

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