Environmental Biotechnology

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出版者:McGraw-Hill
作者:Bruce E. Rittmann
出品人:
页数:768
译者:
出版时间:2001-1
价格:USD 89.50
装帧:Paperback
isbn号码:9780071181846
丛书系列:
图书标签:
  • 生物
  • 环境
  • major
  • book
  • 环境生物技术
  • 生物工程
  • 可持续发展
  • 污染治理
  • 生物降解
  • 环境科学
  • 绿色技术
  • 微生物技术
  • 生态修复
  • 生物资源
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具体描述

In "Environmental Biotechnology-Principles and Applications", the authors connect the many different facets of environmental biotechnology. The book develops the basic concepts and quantitative tools in the first six chapters, which comprise the principles. The text consistently calls upon those principles as it describes the applications in Chapters 7 through 16. The theme is that all microbiological processes behave in ways that are understandable, predictable, and unified. At the same time, each application has its own special features that must be understood. The special features do not overturn or sidestep the common principles. Instead, they complement the principles and are most profitably understood in light of the principles.

《生物技术在环境修复中的应用》 内容梗概 本书系统性地介绍了生物技术在解决日益严峻的环境污染问题中的多方面应用。从微生物的天然修复能力到基因工程的精准干预,本书全面阐述了生物修复(bioremediation)在处理石油污染、重金属污染、农药污染以及废水净化等方面的理论基础、技术方法、实际案例和发展前景。本书旨在为环境科学家、工程师、政策制定者以及相关领域的研究生提供一本全面、深入且具有实践指导意义的参考书。 第一章:环境生物技术概述 本章首先界定了环境生物技术的概念及其在可持续发展战略中的核心地位。我们将回顾人类活动对环境造成的深远影响,重点关注大气、水体和土壤的污染现状,并分析传统环境治理手段的局限性。在此基础上,本书将深入探讨生物技术,特别是微生物学、酶学、遗传学和分子生物学等学科,如何为环境问题的解决提供创新且可持续的解决方案。我们将重点介绍生物修复(bioremediation)和生物增强(bioaugmentation)等关键技术,强调其经济效益和环境效益。此外,本章还将梳理环境生物技术的发展历史,展望其未来的发展趋势,包括绿色化学、生态工程和纳米生物技术等新兴交叉领域。 第二章:微生物在环境修复中的作用 微生物以其惊人的代谢多样性和适应性,在自然界物质循环中扮演着不可或缺的角色。本章将深入剖析不同类型微生物(细菌、真菌、藻类)在分解有机污染物、转化无机污染物方面的生理生化机制。我们将详细介绍微生物的降解途径,例如好氧降解和厌氧降解,以及它们在不同环境条件下的适应性策略。重点研究的领域包括: 石油烃类污染的微生物降解: 阐述具有降解烷烃、芳香烃、多环芳烃等能力的微生物群落,以及它们在不同介质(土壤、水体)中的分布和活动。分析影响降解效率的环境因素,如温度、pH、营养物质 availability 和氧气供应。 重金属污染的生物转化与富集: 探讨微生物如何通过生物沉淀、生物吸附、生物挥发等机制,将有毒重金属转化为低毒或不可溶形态,或将其从环境中去除。介绍具有高效吸附或转化能力的微生物菌株及其在治理重金属污染(如铅、镉、汞、砷)中的应用。 农药和持久性有机污染物(POPs)的生物降解: 深入研究微生物对各类农药(如有机磷、拟除虫菊酯、除草剂)和POPs(如多氯联苯、二噁英)的降解能力,分析其酶系统和降解途径。介绍在污染场地富集的特定微生物群落。 微生物在生物膜形成中的作用: 探讨生物膜在固定和浓缩微生物,提高其代谢活性和抗干扰能力方面的作用,以及在生物反应器和固定化技术中的应用。 第三章:生物修复技术及其应用 本章将聚焦于几种主要的生物修复技术,详细介绍其原理、操作流程、适用范围以及实际应用案例。 原位生物修复 (In-situ Bioremediation): 土壤生物修复: 详细介绍原地堆肥(landfarming)、生物堆(biopiles)、生物屏障(bioremediation barriers)等技术,分析其在处理被污染土壤时的优势和局限性。 地下水生物修复: 阐述生物井(bioventing)、生物充气(biosparging)、植物修复(phytoremediation)与生物修复联合应用等技术,强调其对地下水污染的有效治理。 生物刺激 (Biostimulation): 详细说明通过添加营养物质、电子供体/受体等方式,激活土壤或水体中原有微生物的降解能力。 生物增强 (Bioaugmentation): 介绍外源接种特定微生物菌株,以增强污染物的降解效率。分析菌种筛选、培养、接种方法以及维持微生物活性的策略。 异位生物修复 (Ex-situ Bioremediation): 生物堆(Biopiles): 详细介绍将污染土壤移至地表,通过优化通气、水分和营养条件,加速微生物降解的过程。 生物反应器(Bioreactors): 阐述在控制条件下,利用各种类型的生物反应器(如搅拌罐式、流化床式、膜式反应器)处理高浓度或复杂污染物。 土壤淋洗与生物处理结合: 介绍将土壤淋洗出的污染物溶液,再通过生物处理技术进行净化的流程。 第四章:基因工程与合成生物学在环境生物技术中的应用 基因工程和合成生物学为环境生物技术带来了前所未有的机遇,能够改造微生物,使其具备更强的污染物降解能力,或开发出全新的环境功能。本章将深入探讨: 基因工程改造微生物: 外源基因导入与表达: 介绍如何通过基因枪、电穿孔、转化等方法,将编码特定降解酶或代谢途径的基因导入微生物体内,使其获得降解特定污染物的能力。 代谢途径的优化与重构: 探讨如何通过基因工程手段,优化微生物原有的代谢途径,或重构全新的代谢网络,以提高污染物降解速率和产物毒性。 生物传感器与指示剂的开发: 介绍利用基因工程技术,开发能够响应特定污染物存在的生物传感器,用于环境监测。 合成生物学在环境修复中的潜力: 设计与构建新型微生物细胞工厂: 阐述如何利用合成生物学工具,设计和构建具有特定功能的合成微生物,以实现高效的环境污染物降解、生物材料的生产或环境监测。 “智能”微生物的设计: 介绍如何设计能够在特定环境条件下激活的“智能”微生物,从而实现精准的环境修复。 第五章:植物在环境修复中的应用 (Phytoremediation) 植物修复是指利用植物及其共生微生物的生理生化作用,来修复或减轻被污染的土壤、沉积物和水体。本章将详细介绍: 植物修复的机制: 植物提取 (Phytoextraction): 阐述植物如何通过根系吸收并积累土壤中的污染物,特别是重金属。介绍超累积植物的筛选和育种。 植物降解 (Phytodegradation): 介绍植物体内或根际微生物通过酶促反应,分解土壤中的有机污染物。 植物挥发 (Phytovolatilization): 探讨植物如何将某些污染物转化为挥发性物质,释放到大气中。 植物稳定 (Phytostabilization): 介绍植物通过改变土壤的氧化还原电位、pH值或分泌物,降低污染物的迁移和生物有效性。 植物修复的应用案例: 介绍植物修复在处理重金属污染、农药污染、石油烃污染以及矿山废水等方面的成功案例。 影响植物修复效率的因素: 分析土壤特性、植物种类、微生物协同作用、气候条件等对植物修复效果的影响。 植物修复的优势与局限性: 评估植物修复的经济性、生态效益以及其在处理高浓度污染时的局限性。 第六章:生物技术在废水处理中的应用 废水处理是环境生物技术的重要应用领域之一。本章将重点介绍生物技术在处理工业废水和生活污水中的应用: 好氧生物处理技术: 活性污泥法: 详细介绍活性污泥法的基本原理、工艺流程、影响因素以及其在去除有机污染物方面的作用。 生物滤池与生物转盘: 介绍固定生物膜技术的应用,及其在处理低浓度有机废水中的优势。 膜生物反应器 (MBR): 阐述将膜分离技术与生物反应器相结合,实现高效的废水净化和污泥减量。 厌氧生物处理技术: 厌氧消化: 介绍厌氧消化在处理高浓度有机废水和污泥中的应用,以及其产生生物燃气的潜力。 上流式厌氧污泥床 (UASB) 反应器: 详细介绍UASB反应器的工作原理和应用。 特定污染物去除技术: 介绍生物技术在去除氮、磷、硫化物、酚类、氰化物等特定污染物方面的应用。 生物技术在污泥处理中的应用: 介绍生物技术在污泥稳定化、减量化和资源化中的作用。 第七章:环境生物技术的案例研究与发展前景 本章将通过一系列实际的案例研究,展示环境生物技术在解决现实环境问题中的成功应用。我们将分析不同污染场景下的技术选择、工艺优化和效果评估。 案例研究: 石油泄漏事故后的生物修复: 分析某次大规模石油泄漏事故,如何通过微生物群落的定向培养和生物增强,加速石油污染的降解。 工业园区重金属污染土壤的修复: 介绍如何结合植物修复和微生物修复技术,治理某工业园区长期累积的重金属污染。 城市生活污水处理厂的升级改造: 分析某城市污水处理厂引入膜生物反应器技术,提升出水水质和处理效率。 农业面源污染的生物控制: 探讨如何利用生物技术,减少农药和化肥对水体的污染。 环境生物技术的发展前景: 新兴污染物(如微塑料、抗生素残留)的生物降解。 生物炭与生物技术的结合应用。 大数据与人工智能在环境生物技术中的应用,以优化工艺设计和预测修复效果。 生物技术在循环经济中的角色,实现废物的资源化利用。 全球环境生物技术政策与法规的演变。 结论 本书的撰写旨在提供一个全面、深入且前沿的环境生物技术知识体系。通过对微生物、植物以及基因工程等技术的详细阐述,本书强调了生物技术在解决全球环境挑战中的巨大潜力和不可替代的作用。我们相信,随着科技的不断进步和跨学科合作的加强,环境生物技术将在未来的可持续发展中扮演越来越重要的角色,为构建一个更清洁、更健康的环境贡献力量。

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用户评价

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这本书的语言风格是那种非常典型的、学院派的、力求绝对严谨的论述体。每一个陈述都小心翼翼,充满了“可能”、“似乎”、“在某些条件下”之类的限定词。虽然这种严谨性体现了作者的专业态度,但对于希望被激励、被激发创新思维的读者而言,它显得有些过于保守和沉闷。我期待的是一种能点燃热情的描述,比如对未来城市生态系统“自净”能力的畅想,或者对生物技术如何颠覆传统污染治理模式的雄辩陈词。然而,书中对新兴的合成生物学在环境监测中的应用描述得非常克制,似乎生怕说得太满会引起反驳。这种“雨天穿雨衣”式的写作方式,虽然确保了内容的准确性,却大大削弱了其作为一本“前沿技术”读物的感染力。我甚至觉得,如果作者能用更生动的语言,穿插一些关于环境生物技术领域那些富有个性和争议的科学家的故事,或者一些关于技术从实验室走向现实应用过程中的“跌宕起伏”,这本书的吸引力会提升一个档次。现在的它,像是一台运行完美的精密仪器,但缺少了那种让人驻足凝视的“艺术美感”。

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这本书的叙事节奏把握得非常稳健,读起来有一种缓慢、但坚定的推进感,仿佛作者正在带领我们进行一次长时间的、穿越不同生态系统的“田野考察”。我特别欣赏它在探讨生物多样性与生态系统服务功能之间的关联时所采用的类比手法。作者巧妙地将一个复杂的生态系统比作一台精密的钟表,每一个物种都是一个不可或缺的齿轮,一旦缺失,整个系统的运行就会出现偏差。然而,这种深刻的哲学思考在涉及到具体的“生物技术”应用时,似乎就稍微松弛了一点。比如,在讨论生物降解塑料的最新进展时,我期待能看到关于工程菌株表达效率的具体数据和规模化生产中的能耗分析,但书中的描述依旧停留在“理论上可行”的阶段。这种对技术细节的避讳,让我这个习惯于追问“成本效益比”的读者感到有些意犹未尽。它更像是对“为什么要做”进行了深入的探讨,而对“如何才能做得更好、更经济”的回答却显得有些含糊其辞。我甚至觉得,如果加入一些由行业专家撰写的、关于政策法规如何影响生物技术推广应用的案例分析,这本书的立体感会更强。现在,它更像是一份来自象牙塔的宏伟蓝图,美丽,但少了泥土的气息。

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我必须承认,这本书在文献引用方面做得相当出色,参考文献列表几乎涵盖了过去十年内所有重要的顶级期刊成果,这为学术研究提供了极大的便利。然而,这种对文献的堆砌似乎也反噬了可读性。很多段落读起来就像是对数篇论文摘要的机械串联,缺乏作者个人的声音和批判性的见解。例如,在比较厌氧与好氧生物脱氮技术的效率时,书中并列了五六组不同的实验数据,每组数据都标明了来源,但作者并没有明确地指出,在何种特定水质条件下(比如高盐度或低温环境),哪一种技术方案的鲁棒性更强,或者说,从长远运营成本来看,哪种方法的经济性更优。读者需要自己去翻阅那些引用的原始文献,才能拼凑出这个关键的决策依据。这让我感觉,这本书更像是一个高质量的文献综述工具,而不是一本能够提供清晰指导方针的教材。它提供了“是什么”,却很少深入探讨“为什么是这样”以及“我该怎么做”,对于那些急需快速形成专业判断的决策者来说,这种信息冗余而指导不足的状态,是令人感到沮丧的。

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这本书的封面设计着实吸引人,那种深沉的绿色调配上充满科技感的字体,让人立刻联想到自然界的奥秘与人类的智慧的结合。然而,当我翻开第一页,期待着一场关于如何利用生物技术来解决环境问题的深度探索时,我感到了一种微妙的落差。书中的案例分析似乎更偏向于理论框架的构建,而非实际操作层面的细致指导。比如,在讨论重金属污染治理时,作者用了大量的篇幅去阐述微生物对特定金属的吸附机制的数学模型,这对于一个希望快速了解“如何利用现有菌株”的实践者来说,显得有些过于抽象了。我本以为会看到更多关于生物反应器设计、现场修复技术的具体流程图或者不同气候带下的成功案例对比。书中提到了一些前沿的基因编辑技术在环境修复中的应用前景,但论述得非常概括,仿佛只是蜻蜓点水般带过,留给读者的空间更多是想象而非知识的积累。如果这本书的目标读者是初入该领域的研究生,或许这种宏观的铺垫是必要的,但对于我们这些在污水处理厂或土壤修复一线摸爬滚打多年的工程师而言,我们更需要的是那些能立即在工地上派上用场的“干货”,比如不同药剂配比对微生物群落的影响,或者不同监测指标的阈值设定标准,这些关键性的细节在这本书里是相对稀缺的。整体而言,它更像是一本学术研讨会的论文集,而不是一本工具手册,信息密度高,但实用性有待提高。

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这本书的章节结构安排得非常具有逻辑性,从基础的微生物生理学讲起,逐步过渡到具体的生物修复技术,看起来似乎是一个完美的知识传递路径。但是,在阅读过程中,我发现了一个小小的“断层”。当内容跳跃到高级的分子生物学工具,比如利用噬菌体展示技术筛选新型环境污染物降解酶时,前面对传统活性污泥法运行机理的详尽描述,突然变得不那么相关了。这就像是,前半程我们还在学习如何用扳手拧紧螺丝,后半程却直接开始讨论如何设计涡轮发动机的叶片形状,中间缺乏一个必要的桥梁来解释如何将基础知识迁移到尖端应用中去。对于我这种专业背景稍微偏向于传统水处理方向的人来说,理解这些复杂的酶动力学和表达载体构建过程,需要极大的专注力和额外的背景知识补充。书中似乎默认读者已经具备了扎实的分子生物学功底,而忽略了许多环保工程师和环境科学专业的本科生可能存在的知识空白。如果作者能增加一个专门的章节,侧重于“传统生物过程与新兴分子工具的融合路径”,或者提供更多跨领域的案例联动,这本书的教学效果无疑会大大增强,否则,它更像是由两位不同领域的专家各自完成了一半工作后拼凑起来的文本。

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