环境生物修复工程（李飞鹏）

1《环境生物修复工程》系统介绍了有关生物修复的基础知识、原理与技术。 2 《环境生物修复工程》内容针对国家显示需求，结合国内外相关技术案例，对水、土壤和地下水等多种环境介质，以及生活垃圾、工业废物及污染场地的生物修复工程原理和技术方法进行了系统介绍。 3 《环境生物修复工程》与时俱进，加入海绵城市建设中的生物修复和生态修复技术，实践性较强。

生态环境是人类生存和发展的根基，生态环境变化直接影响文明兴衰演替。随着城镇化、工业化、基础设施建设和农业开垦等开发建设活动的快速推进，生态环境空间遭受持续威胁，环境污染问题日益突出，生态破坏事件时有发生，生态环境问题成为包括我国在内的全世界各国共同面对的难题。我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。环境污染和生态破坏打破了生态系统原有的平衡，有造成黑臭河道、水华、生物多样性减少、水土流失和耕地污染等生态危机的风险，不仅影响生态系统和人类生命健康，而且阻碍我国可持续发展的步伐。
坚持人与自然和谐共生，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。“万物各得其和以生，各得其养以成。”历史教训表明，在整个发展过程中，不能只讲索取不讲投入，不能只讲发展不讲保护，不能只讲利用不讲修复。人类对大自然的伤害最终会伤及人类自身，这是无法抗拒的规律，只有遵循自然规律才能有效防止在开发利用自然上走弯路。道法自然，要重构良好的生态环境和创建美丽中国，一方面要控制污染源，降低人类的生产生活对生态环境的破坏，另一方面要大力实施生物和生态修复，唤醒和强化自然生态的自我净化功能，努力建设望得见山、看得见水、记得住乡愁的美丽中国。
生物修复工程是生态环境工程的重要组成部分。与其他工程措施相比，环境生物修复技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。随着生物技术研究的发展和生态环境理念的提升，人们已越来越意识到，环境生物和生态修复技术的发展为从根本上解决生态和环境问题提供了希望、点明了方向。山水林田湖草是一个生命共同体，大自然是一个相互依存、相互影响的系统，必须按照生态系统的整体性、系统性及其内在规律，进行整体修复、系统修复、综合治理。
尽管环境生物修复技术出现的时间不长，但发展迅速，已经成为新时代生态环境保护的主流工程技术。当前我国对生态环境修复技术和相应人才的需求日益旺盛，但相关系统性的基础和技术教材并不多见。环境生物修复工程是一个系统工程，需要依靠工程学、环境学、生物学、生态学、微生物学、地质学、土壤学、水文学、化学、气象学、基因工程、计算机和微电子等多学科的合作。本书在环境生物修复基础知识的基础上，针对我国现实需求，结合国内外相关技术案例，对地表水、土壤和地下水等多种环境介质，以及生活垃圾、工业废物及污染地块的生物修复工程原理和技术方法进行系统性介绍，同时介绍了海绵城市建设中的生物和生态修复技术措施，最后对生物修复工程的可处理性及工程设计进行了介绍。
本书共包含8章：绪论、环境生物修复基础理论、地表水环境生物修复、土壤和地下水生物修复、固体废物的生物处理技术、海绵城市建设中的生物修复技术、农业面源污染的生物修复和环境生物修复的可处理性和工程设计。在编写时，笔者既注重介绍环境生物修复技术的基础性和理论性内容，又兼顾国家重大生态环境问题，如黑臭河道、江河湖生态修复、垃圾分类处理、海绵城市和农业面源污染等，以案例方式介绍了典型生态环境问题的生物修复工程，以便于读者根据实际需要来选择适宜的生物修复技术。本书编写分工为：李飞鹏、邵玲（第1章），李飞鹏、毛凌晨（第2章），李飞鹏、刘燕如、尚广峰、冯君逸（第3章），毛凌晨、叶华、孔惠、严南峡（第4章），徐苏云、张皖秋、左刘泉（第5章），李飞鹏、刘伟（第6章），高雅（第7章），李飞鹏（第8章）。谷碧涵、王玥、梁涛、杨洋、陈蒙蒙、韩啸等对书稿进行了文字核对和格式编辑。
李飞鹏对全书进行了内容设计和统稿，徐苏云和毛凌晨对全部书稿进行了文字核对和形式统稿，陶红教授对全书进行了审稿。
本书系统性、专业性和实用性较强，可作为高等院校环境、生态、城乡规划和水利类专业的高年级本科生、硕士或博士研究生的教材或教学参考用书，还可供环境保护、生态工程、资源管理、生态水利等有关技术领域的科研人员、管理人员和企业工程师参考。
本书的出版得到了化学工业出版社的大力支持，在此表示深深的谢意。
由于笔者水平和经验有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请同行专家、学者和广大读者批评指正，以使本书不断完善。

编者
2020年9月

李飞鹏，上海理工大学环境学院，副教授。研究领域：水体水质过程与保障技术和底泥资源化利用。
主持国家自然科学基金（51409190）、上海高校青年教师培养资助计划、中国博士后科学基金面上项目（2013M531218）、长江水环境教育部重点实验室开放课题（YRWEF201504）和企业合作项目等多项；作为主要研究人员参与十二五国家科技支撑计划1项，国家自然科学基金面上项目4项和上海市科委计划课题4项。近年来，课题组进行产学研实践的河道底泥原位资源化和生态修复等系列技术得到了新华社、央广网、东方卫视、上海教育电视台、搜狐网、《澎湃新闻》、《Shanghai Daily》、《文汇报》、《上海教育时报》等多家媒体进行了专访和大量报道，引起社会广泛关注。

《环境生物修复工程》侧重于介绍环境生物修复工程原理和技术方法，同时力求反映国内外生物修复和生态修复技术的新进展。全书共分为8章。第1章为绪论；第2章环境生物修复基础理论，涵盖了微生物、植物、动物的生物修复原理以及生态修复的基本理论；第3章地表水环境生物修复，围绕湿地、河流、湖泊及流域等生态修复工程，对人工湿地、生态浮床、水生植物修复和生态营建等实用技术进行了详细介绍；第4章为土壤和地下水生物修复，同时涵盖了污染地块和矿山的适用性生物修复技术；第5章固体废物的生物处理技术，侧重于有机固体废物和工业固体废物的生物处理方法；第6章介绍了海绵城市建设中的生物修复技术；第7章农业面源污染的生物修复，主要包括农田污染、畜禽养殖污染和农村人居环境治理中的生物修复技术；第8章对环境生物修复的可处理性、工程设计和评价策略进行了简单介绍。
《环境生物修复工程》可作为高等学校环境工程、环境科学、环境生态工程城乡规划、水利类专业的教材，还可供环境工程、环境科学、环境生态工程资源管理、生态水利等相关技术领域的科研人员、管理人员和企业工程师阅读参考。

第1章绪论
1.1环境生物修复概述1
1.1.1环境修复的概念1
1.1.2生物修复的概念2
1.1.3生物修复的技术特点3
1.2环境生物修复技术的分类3
1.3环境生物修复的前景4
思考题5

第2章环境生物修复基础理论
2.1环境微生物修复原理6
2.1.1用于环境生物修复的微生物7
2.1.2微生物在环境物质循环中的作用7
2.1.3微生物对有机污染物的修复机理12
2.1.4微生物对重金属污染的修复机理14
2.1.5微生物修复的影响因素17
2.1.6微生物修复工程的技术特点及发展趋势18
2.2环境植物修复原理18
2.2.1植物修复的概念18
2.2.2土壤污染的植物修复原理19
2.2.3污染水体的高等植物修复26
2.2.4大气污染的植物修复33
2.3环境动物修复原理34
2.4环境生态修复基础35
2.4.1生态修复概述35
2.4.2环境生态修复工程和原理36
2.4.3生态修复的价值实现40
思考题43

第3章地表水环境生物修复
3.1水环境生物修复概述45
3.2水体的自然净化46
3.2.1水体自净过程和微生物生态46
3.2.2水体自净的实现方式47
3.2.3水环境容量与自净作用的影响因素47
3.3稳定塘技术48
3.3.1稳定塘概述48
3.3.2好氧塘49
3.3.3兼性塘50
3.3.4厌氧塘51
3.3.5新型稳定塘和组合塘工艺51
3.4湿地保护修复与人工湿地处理技术54
3.4.1湿地概述54
3.4.2湿地保护修复与重建工程56
3.4.3湿地公园营建技术59
3.4.4人工湿地处理技术63
3.5河流生物修复和生态修复72
3.5.1河流的基本概念与生态功能72
3.5.2河流的污染76
3.5.3河流生物和生态修复的基本理论77
3.6城市河道的生物修复79
3.6.1城市河道的主要环境问题80
3.6.2城市河道的生态环境调查与诊断81
3.6.3城市黑臭水体的生物修复技术82
3.7河流的生态修复工程90
3.7.1河流生态修复的产生和发展90
3.7.2河流生态修复的基本思路和原则91
3.7.3河道整治工程常见的问题及生态修复基本方法91
3.7.4不同类型河道生态治理设计重点93
3.7.5生态护岸与岸坡带植被修复工程95
3.7.6河道水生态系统恢复设计98
3.7.7河滨缓冲带构建技术100
3.8富营养化湖泊的生物-生态修复103
3.8.1湖泊的起源与演替104
3.8.2湖泊富营养化概述104
3.8.3湖泊富营养化的生物和生态控制策略105
3.8.4生物控藻技术108
3.8.5水动力生态控藻技术111
3.8.6湖泊水生植被恢复重建技术113
3.9污染底泥的生物-生态修复114
3.9.1底泥的形成特征和污染115
3.9.2底泥处理和处置技术115
3.9.3污染底泥的环保疏浚116
3.9.4原位利用底泥建设生态护岸技术117
3.10流域生态修复119
3.10.1流域生态系统中常用的基本概念119
3.10.2流域生态恢复技术120
3.10.3湖泊流域的生态修复与保护123
思考题127

第4章土壤和地下水生物修复
4.1土壤和地下水修复概述128
4.1.1土壤与土壤污染128
4.1.2污染土壤修复技术简介132
4.1.3地下水与地下水污染现状132
4.1.4污染地下水修复简介135
4.2退化土壤的生物修复135
4.2.1生物对土壤物理、化学及生物学性质的影响136
4.2.2生物对水土流失的防治作用138
4.2.3生物对荒漠化土壤的改良作用139
4.2.4生物对盐渍化土壤的改良作用140
4.2.5生物对营养匮乏土壤的改良作用141
4.3污染土壤的生物修复141
4.3.1重金属污染土壤的微生物修复142
4.3.2重金属污染土壤的植物修复145
4.3.3重金属污染土壤的植物-微生物联合修复146
4.3.4重金属污染土壤的动物修复147
4.3.5有机物污染土壤的微生物修复147
4.3.6有机物污染土壤的植物修复152
4.3.7有机物污染土壤的植物-微生物联合修复153
4.4污染地下水的生物修复154
4.4.1地下水污染物的分类154
4.4.2有机物污染地下水的微生物修复157
4.4.3重金属/放射性污染地下水的微生物修复159
4.4.4地下水生物修复的适用性160
4.5污染地块生物修复技术162
4.5.1污染地块简介162
4.5.2污染地块原位生物修复技术163
4.5.3污染地块的异位生物修复技术171
4.5.4原位异位联合修复技术177
4.5.5污染地块生物修复的设计原理与场地要求177
4.6矿山的环境生物修复与治理181
4.6.1矿山环境问题与生态环境恢复简介182
4.6.2矿山环境生物修复与治理模式182
思考题185

第5章固体废物的生物处理技术
5.1固体废物污染186
5.1.1固体废物的来源与分类186
5.1.2固体废物的危害187
5.2有机固体废物的生物处理技术188
5.2.1好氧堆肥技术189
5.2.2厌氧发酵技术197
5.2.3其他生物转化技术202
5.3工业固体废物的生物修复207
5.3.1微生物湿法冶金207
5.3.2电子垃圾污染的生物修复210
思考题212

第6章海绵城市建设中的生物修复技术
6.1海绵城市概述213
6.1.1海绵城市与低影响开发213
6.1.2海绵城市建设的原则和途径215
6.2低影响开发技术的生物和生态措施216
6.2.1绿色屋顶217
6.2.2下沉式绿地218
6.2.3生物滞留设施218
6.2.4雨水湿地220
6.2.5植草沟221
6.2.6植被缓冲带222
6.2.7生态和生物措施效果222
6.3海绵城市最佳实践区案例223
思考题223

第7章农业面源污染的生物修复
7.1农业面源污染概述224
7.1.1面源污染与农业面源224
7.1.2农业面源污染形成的特征224
7.1.3农业面源污染的控制策略225
7.2农田污染治理的生物修复技术226
7.2.1农田面源污染的产生过程和特征226
7.2.2农田面源污染的控制原则与策略227
7.2.3植物篱技术228
7.2.4生态拦截技术229
7.2.5前置库技术231
7.3畜禽养殖污染的生物修复技术232
7.3.1畜禽养殖污染来源和污染控制技术232
7.3.2发酵床工程控制技术233
7.3.3畜禽养殖粪便资源化工程利用技术236
7.4水产养殖污染的生物和生态修复技术238
7.4.1水产养殖污染及控制技术238
7.4.2微生物制剂239
7.4.3水产养殖废水生态净化技术240
7.4.4水产生态健康养殖技术241
7.5农村人居环境治理的生物修复技术243
7.5.1农村水环境的生物修复技术243
7.5.2农村厕所粪污的生物修复技术245
7.5.3“千村示范、万村整治”工程246
思考题247

第8章环境生物修复的可处理性和工程设计
8.1环境生物修复工程的原则248
8.2生物修复工程的可处理性试验249
8.2.1可处理性试验的目的和类型249
8.2.2可处理性试验的方法250
8.3环境生物修复工程设计251
8.4环境生物修复工程的评价策略252
思考题254

主要参考文献255