水質(zhì)控制生態(tài)工程

本書(shū)介紹了生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)學(xué)和生態(tài)工程的基本概念，描述水環(huán)境、水質(zhì)要求、水和污水處理的基本原理，通過(guò)應(yīng)用案例闡釋生態(tài)工程在景觀水體保護(hù)、污水處理、飲用水水源凈化、雨水管理的理念和方法。

本書(shū)可作為給排水科學(xué)與工程、環(huán)境工程、土木工程等本科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的雙語(yǔ)或全英文授課教材，也可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生和技術(shù)人員參考閱讀。

Chapter 1　Basic ecology / 001

1.1 History of ecology / 002

1.2 Ecosystem / 007

Chapter 2　Ecological engineering / 016

2.1 History of ecological engineering / 017

2.2 Basic concepts of ecological engineering / 020

2.3 Design of ecological engineering / 026

Chapter 3　Water environment and water quality control / 039

3.1 Natural cycle of water / 040

3.2 Water resources / 042

3.3 Water quality and standards / 044

3.4 Water pollution and environmental capacity / 050

3.5 Drinking water treatment engineering / 052

3.6 Conventional wastewater treatment engineering / 055

Chapter 4　Wetland treatment system / 059

4.1 Concepts of wetlands / 060

4.2 Applications of wetlands / 063

4.3 Natural wetlands for wastewater treatment / 066

4.4 Constructed wetlands for wastewater treatment / 069

4.5 Wetland plants / 074

Chapter 5　Stabilization ponds / 087

5.1 Concepts of stabilization ponds / 088

5.2 Aerobic ponds and aerated ponds / 089

5.3 Facultative ponds / 090

5.4 Anaerobic ponds / 090

5.5 Design parameters for stabilization ponds / 091

Chapter 6　Land treatment systems / 092

6.1 Land treatment techniques / 093

6.2 Slow fi ltration system / 094

6.3 Rapid infi ltration system / 095

6.4 Overland fl ow system / 096

Chapter 7　Case studies / 097

7.1 Changqiao Stream Eco-Park / 098

7.2 Dongyang Riverside Wetland Park / 102

7.3 Putou Village / 106

7.4 Font Hill Wetlands Park / 108

7.5 Yanyu Community / 111

7.6 Shijiuyang Ecological Wetland / 113

7.7 Westpark / 116

7.8 The geWOONboot fl oating vertical fl ow wetlands / 120

7.9 Wenhui Lake / 124

References / 129 2100433B

出版日期：2018年7月 書(shū)號(hào)：978-7-122-31624-0

開(kāi)本：B5 710×1000　1/16 裝幀：平 版次：1版1次 頁(yè)數(shù)：134頁(yè)

生態(tài)工程凈化水質(zhì)技術(shù)從 20 世紀(jì) 70 年代始成為一種先進(jìn)的凈化水質(zhì)理念，其目的是使受損生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)到正常的自然狀況。生態(tài)工程凈化水質(zhì)技術(shù)有多種方法，按照工程措施可分為：生態(tài)河道、生態(tài)堤岸、人工濕地，按照生態(tài)工程的主導(dǎo)可分為：植物生態(tài)工程、微生物生態(tài)工程、動(dòng)物生態(tài)工程以及植物微生物動(dòng)物相結(jié)合的工程。主要技術(shù)措施有、緩沖區(qū)工程、植被工程等技術(shù)。緩沖區(qū)修復(fù)是通過(guò)沉淀、過(guò)濾、凈化洪水中污染物以改善水質(zhì)，達(dá)到凈化水體的目的；植被工程是利用植物生長(zhǎng)過(guò)程需要吸收大量氮、磷作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成自身物質(zhì)的這一生理生化特性，對(duì)河流的流動(dòng)、河岸抗沖刷強(qiáng)度、泥沙沉積等產(chǎn)生良性影響，達(dá)到穩(wěn)定水質(zhì)的作用；通過(guò)生態(tài)工程凈化水質(zhì)技術(shù)，使得河流的水質(zhì)得到凈化。

種植水生植物，特別是大型水生植物作為改善水質(zhì)的一種高效低耗的方法日益受到人們的重視，近年來(lái)已成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，多種以大型水生植物為核心的生態(tài)工程技術(shù)被開(kāi)發(fā)并應(yīng)用到實(shí)際中來(lái)。

生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用可以使所在地野生動(dòng)植物(包括水生和陸生植物、鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)等動(dòng)物)更好的棲息繁衍。對(duì)水體的生態(tài)凈化方法，即包括動(dòng)物的吞食、吸收作用，植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽等的吸收作用以及微生物的分解作用等，通過(guò)動(dòng)植物及微生物的共同作用，以及水體中污染物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化作用對(duì)水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù) 。

生態(tài)工程凈化水質(zhì)國(guó)外研究現(xiàn)狀

上個(gè)世紀(jì) 70 年代，歐洲國(guó)家意識(shí)到水質(zhì)的凈化不僅要符合水利工程的施工要求，還要符合自然生態(tài)的原理，進(jìn)而有效的保護(hù)水質(zhì)。

上個(gè)世紀(jì) 80 年代末，德國(guó)、瑞士等國(guó)提出了“親近自然河流”概念和“自然型護(hù)岸”技術(shù)，力爭(zhēng)將河流水質(zhì)凈化至接近自然的狀態(tài)；2000 年 12 月 2 日歐盟經(jīng)歐洲會(huì)議通過(guò)《水框架指令》文件，英國(guó)、荷蘭、奧地利、德國(guó)、意大利等國(guó)都在該文件指導(dǎo)下開(kāi)展河流整治工作：英國(guó)的 Laver 河治理示范工程，荷蘭的水、人與自然的和諧發(fā)展實(shí)現(xiàn)“安全與自然”，奧地利 LIFE 計(jì)劃中的 Drava 河原河道修復(fù)和 Lech 河生態(tài)保護(hù)示范工程；德國(guó)的 ISAR 計(jì)劃等，以及共同開(kāi)展的“萊茵河行動(dòng)計(jì)劃”。

二十世紀(jì)九十年代日本借鑒歐洲等國(guó)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行河道的治理，開(kāi)展了“創(chuàng)造多自然河流計(jì)劃”，2001 年提出將最大的濕地 Kushiro Miro 恢復(fù)到上個(gè)世紀(jì) 80 年代初的濕地狀態(tài)，第九次治水五年計(jì)劃中使用的此計(jì)劃，已經(jīng)取得了有效的成果，促進(jìn)了地下水滲透和循環(huán)，提高了水體降解和去除污染物的能力；學(xué)者 Kobayshi 利用分離培養(yǎng)出高效降解苯酚的菌種治理污染水體，取得了較好的生態(tài)修復(fù)效果；美國(guó)于 20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始改造南佛羅里達(dá)州的人工河道和恢復(fù)濕地，已恢復(fù)曲流河道的狀態(tài)。

總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外在河流修復(fù)、還河自然空間、維護(hù)自然河堤方面主要成功的技術(shù)措施很多，歸結(jié)下來(lái)主要有：修建人工濕地；重建深潭；恢復(fù)緩沖帶；重建植被；降低河道坡度；重建淺灘；修復(fù)沼澤地；還森林空間；修復(fù)池塘等。

生態(tài)工程凈化水質(zhì)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

較國(guó)外而言，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究與應(yīng)用仍落后。由于國(guó)情不同，國(guó)外的先進(jìn)方法和技術(shù)不能直接照搬，需要開(kāi)發(fā)適合我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)以及快速城市化區(qū)域特征的生態(tài)重整與水質(zhì)改善技術(shù)，近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者和有關(guān)部門(mén)積極吸取國(guó)外治理經(jīng)驗(yàn)中成功的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情展開(kāi)河流水質(zhì)治理工作的研究。

我國(guó)吸取了國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，在城市河流中開(kāi)展生態(tài)治理研究，一方面保護(hù)河道的生態(tài)環(huán)境，一方面兼顧城市的景觀需求，力求還河流以自然風(fēng)貌。京、浙、滬等大都市以遵循尊重歷史為原則，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)與現(xiàn)代風(fēng)格共存為目標(biāo)，開(kāi)展河道治理；通過(guò)河流的生態(tài)修復(fù)與治理工作，北京的昆玉河、上海的蘇州河、杭州的東河、紹興的護(hù)城河等都以自然和生態(tài)的面貌呈現(xiàn)出來(lái)。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外對(duì)于河道水質(zhì)整治的研究已經(jīng)開(kāi)展，特別是對(duì)于河道生態(tài)修復(fù)的研究正不斷深化，這些研究所形成的理論與技術(shù)對(duì)于河道水質(zhì)整治工作的展開(kāi)起到了積極的指導(dǎo)與推動(dòng)作用。

生態(tài)工程凈化水質(zhì)生態(tài)浮床

生態(tài)浮床技術(shù)是利用農(nóng)藝學(xué)中無(wú)土栽培技術(shù)，把高等水生植物或改良的陸生草本、木本植物，以浮床作為載體，種植到富營(yíng)養(yǎng)化水體水面，通過(guò)植物根部的吸收、吸附作用和物種競(jìng)爭(zhēng)相克機(jī)理，削減富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮、磷及有機(jī)物質(zhì)，達(dá)到凈化水質(zhì)和美化景觀。

20 世紀(jì) 80 年代，德國(guó)首次將浮床技術(shù)應(yīng)用于污染水體的凈化，1995 年國(guó)際湖泊會(huì)議認(rèn)可該技術(shù)后，該技術(shù)迅速在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到推廣應(yīng)用，我國(guó)自 1991 年引進(jìn)生態(tài)浮床技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于湖泊、水庫(kù)、河道等水體的治理中，如南京煦園上海徐匯區(qū)金家塘、閔行區(qū)楊樹(shù)灣河道、閔行區(qū)寶華小區(qū)河道、青浦區(qū)躍進(jìn)河等地進(jìn)行的試驗(yàn)研究。

生態(tài)工程凈化水質(zhì)人工濕地

Hammer 等人定義人工濕地為：一個(gè)為了人類(lèi)的利益，通過(guò)人工設(shè)計(jì)與建造的模擬自然濕地的復(fù)合體，由基質(zhì)、挺水與沉水植被、動(dòng)物和水體等組成。人工濕地的四個(gè)基本要素為水體、植物、微生物及基質(zhì)，按照水體的流動(dòng)方式，人工濕地污水處理系統(tǒng)可分為表面流人工濕地(SFW)、垂直流人工濕地(VCW)和潛流人工濕地(SSF)。

濕地應(yīng)用于污水凈化開(kāi)始于 20 世紀(jì) 50 年代，但其進(jìn)行污水凈化的研究始于 20 世紀(jì) 70 年代末，它被廣泛應(yīng)用于處理生活污水、工業(yè)廢水、礦山及石油開(kāi)采廢水、農(nóng)業(yè)點(diǎn)源污染和面源污染以及水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理。

生態(tài)工程凈化水質(zhì)植物處理塘

植物處理塘是以某種水生植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)而組成的特殊水生生態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)通過(guò)水生植物群落的阻濾、沉降、吸附等物理作用以及植物體的吸收、積累等作用而達(dá)到對(duì)污水的凈化效果。在利用水生植物凈化污水時(shí)通常是以植物處理塘的方式，如鳳眼蓮凈化塘、香蒲植物凈化塘、耐寒植物伊樂(lè)藻和喜溫植物鳳眼蓮及菱組建的凈化塘等。