第1章緒論

1.1環境生物修復概述1

1.1.1環境修復的概念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環境生物修復技術的分類3

1.3環境生物修復的前景4

思考題5



第2章環境生物修復基礎理論

2.1環境微生物修復原理6

2.1.1用於環境生物修復的微生物7

2.1.2微生物在環境物質循環中的作用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展趨勢18

2.2環境植物修復原理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環境動物修復原理34

2.4環境生態修復基礎35

2.4.1生態修復概述35

2.4.2環境生態修復工程和原理36

2.4.3生態修復的價值實現40

思考題43



第3章地表水環境生物修復

3.1水環境生物修復概述45

3.2水體的自然淨化46

3.2.1水體自淨過程和微生物生態46

3.2.2水體自淨的實現方式47

3.2.3水環境容量與自淨作用的影響因素47

3.3穩定塘技術48

3.3.1穩定塘概述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修復72

3.5.1河流的基本概念與生態功能72

3.5.2河流的污染76

3.5.3河流生物和生態修復的基本理論77

3.6城市河道的生物修復79

3.6.1城市河道的主要環境問題80

3.6.2城市河道的生態環境調查與診斷81

3.6.3城市黑臭水體的生物修復技術82

3.7河流的生態修復工程90

3.7.1河流生態修復的產生和發展90

3.7.2河流生態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修復基本方法91

3.7.4不同類型河道生態治理設計重點93

3.7.5生態護岸與岸坡帶植被修復工程95

3.7.6河道水生態繫統恢復設計98

3.7.7河濱緩衝帶構建技術100

3.8富營養化湖泊的生物-生態修復103

3.8.1湖泊的起源與演替104

3.8.2湖泊富營養化概述104

3.8.3湖泊富營養化的生物和生態控制策略105

3.8.4生物控藻技術108

3.8.5水動力生態控藻技術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污染底泥的環保疏浚116

3.9.4原位利用底泥建設生態護岸技術117

3.10流域生態修復119

3.10.1流域生態繫統中常用的基本概念119

3.10.2流域生態恢復技術120

3.10.3湖泊流域的生態修復與保護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礦山的環境生物修復與治理181

4.6.1礦山環境問題與生態環境恢復簡介182

4.6.2礦山環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厭氧發酵技術197

5.2.3其他生物轉化技術202

5.3工業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213

6.1.2海綿城市建設的原則和途徑215

6.2低影響開發技術的生物和生態措施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植被緩衝帶222

6.2.7生態和生物措施效果222

6.3海綿城市實踐區案例223

思考題223



第7章農業面源污染的生物修復

7.1農業面源污染概述224

7.1.1面源污染與農業面源224

7.1.2農業面源污染形成的特征224

7.1.3農業面源污染的控制策略225

7.2農田污染治理的生物修復技術226

7.2.1農田面源污染的產生過程和特征226

7.2.2農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生態攔截技術229

7.2.5前置庫技術231

7.3畜禽養殖污染的生物修復技術232

7.3.1畜禽養殖污染來源和污染控制技術232

7.3.2發酵床工程控制技術233

7.3.3畜禽養殖糞便資源化工程利用技術236

7.4水產養殖污染的生物和生態修復技術238

7.4.1水產養殖污染及控制技術238

7.4.2微生物制劑239

7.4.3水產養殖廢水生態淨化技術240

7.4.4水產生態健康養殖技術241

7.5農村人居環境治理的生物修復技術243

7.5.1農村水環境的生物修復技術243

7.5.2農村廁所糞污的生物修復技術245

7.5.3“千村示範、萬村整治”工程246

思考題247



第8章環境生物修復的可處理性和工程設計

8.1環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環境生物修復工程設計251

8.4環境生物修復工程的評價策略252

思考題254



主要參考文獻255

生態環境是人類生存和發展的根基，生態環境變化直接影響文明興衰演替。隨著城鎮化、工業化、基礎設施建設和農業開墾等開發建設活動的快速推進，生態環境空間遭受持續威脅，環境污染問題日益突出，生態破壞事件時有發生，生態環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展之間的矛盾。環境污染和生態破壞打破了生態繫統原有的平衡，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危機的風險，不僅影響生態繫統和人類生命健康，而且阻礙我國可持續發展的步伐。

堅持人與自然和諧共生，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。“萬物各得其和以生，各得其養以成。”歷史教訓表明，在整個發展過程中，不能隻講索取不講投入，不能隻講發展不講保護，不能隻講利用不講修復。人類對大自然的傷害終會傷及人類自身，這是無法抗拒的規律，隻有遵循自然規律纔能有效防止在開發利用自然上走彎路。道法自然，要重構良好的生態環境和創建美麗中國，一方面要控制污染源，降低人類的生產生活對生態環境的破壞，另一方面要大力實施生物和生態修復，喚醒和強化自然生態的自我淨化功能，努力建設望得見山、看得見水、記得住鄉愁的美麗中國。

生物修復工程是生態環境工程的重要組成部分。與其他工程措施相比，環境生物修復技術在處理環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點。隨著生物技術研究的發展和生態環境理念的提升，人們已越來越意識到，環境生物和生態修復技術的發展為從根本上解決生態和環境問題提供了希望、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、相互影響的繫統，必須按照生態繫統的整體性、繫統性及其內在規律，進行整體修復、繫統修復、綜合治理。

盡管環境生物修復技術出現的時間不長，但發展迅速，已經成為新時代生態環境保護的主流工程技術。當前我國對生態環境修復技術和相應人纔的需求日益旺盛，但相關繫統性的基礎和技術教材並不多見。環境生物修復工程是一個繫統工程，需要依靠工程學、環境學、生物學、生態學、微生物學、地質學、土壤學、水文學、化學、氣像學、基因工程、計算機和微電子等多學科的合作。本書在環境生物修復基礎知識的基礎上，針對我國現實需求，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境介質，以及生活垃圾、工業廢物及污染地塊的生物修復工程原理和技術方法進行繫統性介紹，同時介紹了海綿城市建設中的生物和生態修復技術措施，後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、環境生物修復基礎理論、地表水環境生物修復、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、農業面源污染的生物修復和環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環境問題，如黑臭河道、江河湖生態修復、垃圾分類處理、海綿城市和農業面源污染等，以案例方式介紹了典型生態環境問題的生物修復工程，以便於讀者根據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），徐蘇雲、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稿，徐蘇雲和毛凌晨對全部書稿進行了文字核對和形式統稿，陶紅教授對全書進行了審稿。

本書繫統性、專業性和實用性較強，可作為高等院校環境、生態、城鄉規劃和水利類專業的高年級本科生、碩士或博士研究生的教材或教學參考用書，還可供環境保護、生態工程、資源管理、生態水利等有關技術領域的科研人員、管理人員和企業工程師參考。

本書的出版得到了化學工業出版社的大力支持，在此表示深深的謝意。

由於筆者水平和經驗有限，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

生態環境是人類生存和發展的根基，生態環境變化直接影響文明興衰演替。隨著城鎮化、工業化、基礎設施建設和農業開墾等開發建設活動的快速推進，生態環境空間遭受持續威脅，環境污染問題日益突出，生態破壞事件時有發生，成為包括中國在內的全世界國家共同面對的難題。我國社會主要矛盾已經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展之間的矛盾。環境污染和生態破壞打破了生態繫統原有的平衡，使得黑臭河道、水華、生物多樣性減少、水土流失和耕地污染等生態危機頻發，不僅影響了生態繫統和人類生命健康，而且成為束縛我國現階段健康平穩發展以及未來可持續發展的阻礙。嚴重的生態環境問題已成為民生之患、民心之痛，生態環境成為滿足人民美好生活需要的短板。

堅持人與自然和諧共生，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。“萬物各得其和以生，各得其養以成。”歷史教訓表明，在整個發展過程中，不能隻講索取不講投入，不能隻講發展不講保護，不能隻講利用不講修復。人類隻有遵循自然規律纔能有效防止在開發利用自然上走彎路，人類對大自然的傷害終會傷及人類自身，這是無法抗拒的規律。道法自然，要重構良好的生態環境和創建美麗中國，一方面要控制污染源，降低人類的生產生活對生態環境的破壞；另一方面，要大力實施生物和生態修復，喚醒和強化自然生態的自我淨化功能，努力建設望得見山、看得見水、記得住鄉愁的美麗中國。

生物修復工程是生態環境工程的重要組成部分。與其他工程措施相比，環境生物修復技術在處理環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點。隨著生物技術研究的進展和生態環境理念的提升，人們已越來越意識到，環境生物和生態修復技術的發展為從根本上解決生態和環境問題提供了希望，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、相互影響的繫統。必須按照生態繫統的整體性、繫統性及其內在規律，進行整體修復、繫統修復、綜合治理。

盡管環境生物修復技術出現的時間不長，但發展迅速，已經成為新時代生態環境保護的主流工程技術。當前我國對生態環境修復技術和人纔的需求日益旺盛，但相關繫統性的基礎和技術教材並不多見。環境生物修復工程是一個繫統工程，需要依靠工程學、環境學、生物學、生態學、微生物學、地質學、土壤學、水文學、化學、氣像學、基因工程、計算機和微電子等多學科的合作。本書在環境生物修復基礎知識的基礎上，針對國家現實需求，結合國內外相關技術案例，對水、土壤和地下水等多種環境介質，以及生活垃圾、工業廢棄物及污染場地的生物修復工程原理和技術方法進行繫統性介紹，同時介紹了海綿城市建設中的生物和生態修復技術措施，後對生物修復工程的可處理性及工程設計進行了介紹。

本書一共8章：緒論、環境生物修復基礎理論、地表水環境生物修復、土壤和地下水生物修復、固體廢物污染的生物修復、海綿城市建設中的生物修復技術、農業面源污染的生物修復和環境生物修復的可處理性和工程設計。參加本書編寫的人員主要有：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、孔慧（第4章）、徐蘇雲、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校對和格式編輯。伴隨著新時代生態環境技術的歷史性、轉折性和全局性變化，老百姓過去“盼溫飽”，現在“盼環保”；過去“求生存”，現在“求生態”。在內容編寫時，作者既要保障環境生物修復技術的基礎性和理論性，又注重關注國家重大生態環境問題，如黑臭河道、江河湖生態修復、垃圾分類處理、海綿城市和農業面源污染等，以案例方式介紹了典型生態環境問題的生物修復工程，以便於讀者根據實際需要來選擇適宜的生物修復技術。

李飛鵬對全書進行了內容設計和統稿，徐蘇雲和毛凌晨對全部書稿進行了文字校對和形式統稿，陶紅教授對全書進行了審核與定稿。

本書繫統性、專業性和實用性較強，可作為高等院校環境、生態、城鄉規劃和水利類專業的高年級本科生、碩士生或博士研究生的教材或教學參考書，亦可供環境保護、生態工程、資源管理、生態水利技術領域的科研人員、教師、管理干部和企業工程師參考。

本書的出版得到了化學工業出版社滿悅芝編輯的大力支持，在此表示深深的謝意。

由於編者水平和經驗有限，書中難免存在疏漏和錯誤之處，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