Biomanipulation - Tool for Water Management (Developments in Hydrobiology) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:

出品人:

页数:644

译者:

出版时间:2007-01-24

价格:USD 469.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792308607

丛书系列:

图书标签:

• Biomanipulation
• Water Management
• Hydrobiology
• Aquatic Ecology
• Lake Restoration
• Ecosystem Management
• Limnology
• Biological Control
• Water Quality
• Freshwater Ecology

水利工程中的新兴策略：生物技术在水资源管理中的应用前景 图书简介 本书深入探讨了生物技术在现代水资源管理领域中的前沿应用与未来潜力，聚焦于一系列创新性的、以生命科学为基础的解决方案，用以应对日益严峻的水质恶化、生态失衡以及水资源短缺等挑战。不同于传统的纯粹依赖化学沉淀或物理过滤的工程方法，本书倡导并系统阐述了如何利用生物体的固有能力——无论是微生物群落、藻类，还是经过基因改良的植物——来实现环境友好的、可持续的水体净化与资源优化。 本书的结构围绕“生物干预”这一核心理念展开，旨在为水利工程师、环境科学家、政策制定者以及相关研究人员提供一个全面、实用的技术蓝图。内容涵盖了从基础的微生物生态学原理到复杂的系统集成工程实践，强调在实际操作中如何最大化生物系统的效率和稳定性。 第一部分：生物基础与理论框架 本部分首先为读者构建理解生物管理策略所需的理论基石。它详细解析了水生态系统中微生物群落的多样性、功能冗余性及其对污染物降解的关键作用。重点讨论了活性污泥系统、生物膜技术的工作机制，并扩展至厌氧消化、好氧硝化反硝化等关键生物过程的热力学与动力学模型。 此外，我们深入探讨了藻类在水体修复中的双重角色：它们不仅是高效的碳固定者和营养盐吸收者，也是生物燃料生产的潜在资源。书中介绍了不同光照、温度和营养条件对特定藻种生长速率和生物量产出的影响规律，并提供了藻华（Algal Blooms）的生物控制策略，如利用噬菌体或特定捕食性生物来维持水体生态平衡。 第二部分：生物修复与污染控制技术 本部分是本书的核心实践章节，详细介绍了多种成熟与新兴的生物修复技术在不同水体环境中的应用案例。 1. 微生物介导的污染物去除： 深入剖析了针对特定持久性有机污染物（POPs）、抗生素及其代谢产物（PPCPs）的生物降解途径。书中收录了从极端环境（如高盐、高酸性水体）中分离出的新型高效降解菌株，并阐述了如何通过代谢工程和基因水平操作来增强这些微生物的污染物转化能力。对于重金属污染，本书介绍了生物吸附（Biosorption）、生物氧化还原（Bioreduction）以及植物提取（Phytomining）等非传统的去除方法，特别是针对砷、铬和镉等高毒性元素的创新处理流程。 2. 生物膜反应器与生态工程： 详细对比了固定化生物膜反应器（MBBRs）、膜生物反应器（MBRs）以及生物滤池在城市污水和工业废水处理中的性能差异。重点分析了如何通过优化载体材料的表面特性（如亲疏水性、电荷）来促进特定功能微生物的定殖，从而提高污染物去除效率和系统抗冲击负荷能力。 3. 湿地生态系统工程： 本书将人工湿地视为一种低能耗、高生态价值的水处理设施。我们不仅探讨了潜流式、表面流式湿地的水力学设计，更强调了植被选择对污染物截留和转化的决定性影响。特别关注了人工湿地在处理分散式生活污水和农业面源污染中的可行性，并引入了“根际微生物圈”的概念，阐明植物根系如何通过分泌物调控周围微生物活性，加速污染物矿化过程。 第三部分：生物资源化与循环利用 本书超越了传统的“末端治理”思维，将水处理视为资源回收的环节。本部分侧重于水中有价物质的回收与利用。 1. 营养盐（氮磷）的回收： 系统介绍了鸟粪石（Struvite, MgNH4PO4·6H2O）沉淀技术在从污水中回收磷酸盐的应用，并讨论了影响沉淀效率的关键操作参数。同时，探讨了分段式生物反应器中实现“缺氧-好氧-无氧”循环的精确控制，以最大化氮的生物脱氮效率，并展望了利用微生物合成高价值蛋白质或生物聚合物（PHAs）的潜力。 2. 水生生物量的增值利用： 针对藻类和植物生物量，本书提供了从收集、脱水到转化为生物燃料（如沼气、生物柴油）或高附加值化学品（如色素、脂肪酸）的完整技术链条。特别关注了在小规模、分布式水处理系统中，如何实现生物量的高效、低成本转化，以增强系统的经济可持续性。 第四部分：系统集成、风险评估与未来展望 在技术层面深入探讨后，本书转向了工程实践的宏观视角。 1. 生物系统的优化与控制： 讨论了传感器技术、在线监测和实时反馈控制在维持复杂生物系统稳定性中的作用。引入了基于模型的系统控制策略（Model Predictive Control, MPC），以应对进水负荷的周期性或突发性变化。 2. 生态安全与风险管理： 鉴于生物技术涉及活体系统，风险管理至关重要。本章详细分析了生物泄露、基因漂移（若涉及转基因生物）以及处理不当的生物残渣可能带来的环境风险。提出了稳健的风险评估框架和应急预案设计，确保技术应用在环境安全的前提下进行。 3. 未来发展趋势： 展望了合成生物学、人工智能（AI）在微生物筛选和代谢路径设计中的应用。预测了下一代水处理系统将是高度集成化、自适应性强、资源回收最大化的“生物炼制厂”。 结语 本书旨在为水资源管理的范式转变提供坚实的科学和工程基础，强调通过与自然的和谐共生，实现水环境的可持续复苏与高效利用。它不仅仅是一本技术手册，更是一部面向未来的水管理哲学指南。

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