环境生物技术利用微生物来改善环境质量。这些改善包括防止污染物向 ...

环境生物技术利用微生物来改善环境质量。这些改善包括防止污染物向 ... 环境生物技术利用微生物来改善环境质量。这些改善包括防止污染物向外界排放，净化受污染的环境以及为人类创造有价值的资源。环境生物技术是社会必需的，而且作为一个技术学科，它也是独一无二的。 环境生物技术既是传统技术，又是现代技术。在20世纪初发展起来的微生物处理技术(如活性污泥技术、厌氧消化技术)至今仍是核心技术。为解决不断产生的新问(如有毒化学物质的脱毒)，新技术也层出不穷。在环境技术中，用于描述过程特征及其控制的重要工具，沿用了几十年。例如，尽管分子生物学工具可以用于探索微生物群落的多样性，但传统的生物量测量方法，如挥发性悬浮固体物的测量，仍然在应用。 环境生物技术中的各种工艺，按照微生物学和工程学原理运行，但是，应用这些原理通常需要一定程度的经验。尽管这些经验不能代替理论原理，但由于环境生物技术所处理的对象十分复杂，而且随时随地发生变化，所以必须应用经验。 工程学原理主要用于定量，而微生物学原理更多地用于观测。只有进行定量分析，才能保证工艺过程可靠、经济。然而，环境生物技术中涉及的微生物群落的复杂性通常难以定量描述，此时非定量观测尤其重要。 本书中，我们将环境生物技术的各个方面联系起来。在前5章里，我们将介绍基本概念和定量方法，这是本书的原理部分。第6~15章讲述环境生物技术的应用，在这些章节中会经常回顾前5章中相对应的原理。我们的观点是，所有的微生物过程都是可以理解、可以预测、并且是统一的。同时，我们必须理解，每种应用都有它自己的特点。这些特点并不推翻和违背一般原理，相反，可以作为一般原理的补充，根据一般原理，能够更有价值地理解这些特点。 本书可作为研究生教材，供致力于开发微生物过程并应用于环境质量控制方面的研究生使用，也可以作为高年级本科生的教材，或者作为环境生物技术专业的研究和应用人员的综合性参考书。 本书中的可供一门或几门课程使用。对于没有微生物学背景知识的学生，第1章提供了微生物分类、代谢、遗传和生态方面的基础知识。第1章强调了微生物学的基本概念，对于理解后续章节的原理和应用是非常必需的。第1章也可作为环境微生物学基础课程的教材，或供需要更新知识、准备学习更注重工艺的课程、研究或实习的学生作为参考书。 原理部分的“核心”在第2~5章。第2章介绍了描述微生物反应过程的化学计量学和热力学的定量方法，主要解决各过程中微生物消耗和产生何种物质以及有多少物质转变的问题。化学计量学是最基本的定量方法。第3章和第4章系统地介绍了动力学定量方法，解决物质消耗和产生速度究竟有多快的问题。反应系统的可靠性和经济有效性取决于对反应动力学的正确应用。第5章讲述了如何应用物料守恒原理，建立描述实际应用的各种反应器的化学计量学和动力学方程。 第6~15章是实际应用部分。每章都同时讨论了主要微生物化学计量学和动力学方面的内容，以及化学计量学和动力学都不易描述的一些特征。各章都解释了如何构建各种工艺过程以达到处理目标，并介绍了中的关键参数。目的是尽可能将原理和应用直接联系起来。 关于应用方面的各章，按照从传统到现代的顺序排列。例如，第6~8章讲述了含可生物降解有机物(如废水的BOD)废水的好氧处理，而在第14，15章中讲述了危害性化学物质的生物降解。废水好氧处理可追溯到20世纪早期，所以它是一种很传统的技术。而对危害性化学物质的脱毒在20世纪80年代才成为一个主要的处理目标。另一方面，第6~8章讨论了为达到传统目标而采用的一些最新技术。因此，尽管目标是传统的，但是为达到目标所使用的科学与技术可能是非常现代的。 我们还准备了一章介绍复杂系统，但是为了控制本书的长度没有把它加入进来。在网络版的这一章中，通过系统地处理非稳态系统(悬浮的或生物膜系统)和复杂的多物种相互作用系统，我们对第1~5章的原理进行了扩展。本书出版商McGraw Hill公司已经同意将这一章放到网站上，对此有兴趣的读者可以从网站上获得这些内容。为该书建立一个网站的另一个好处是，我们可以方便地在网站上对书中存在的一些不可避免的错误进行更正，也许还可以在此发表一些与该书有关的其他信息;我们鼓励读者浏览我们的网页。 本书一个重要的特点是有许多例题。这些例题讨论了应用基本原理的每一个步骤，以利于理解微生物系统的工作原理以及进行处理系统的设计。在大多数情况下，通过例题来学习是最有效的方法，我们很强调这一点。 每章中都有很多习题，可以作为课外作业、课堂补充例题或者作为学习工具。这些习题范围很广。其中有一些很容易解决，仅需简单的计算或者简短的解释。而另一些则是较深入的问题，解决它们需要很多步骤。其他绝大多数是中等难度的。所以，教师或者学生可以从简单的、涉及单个概念的问题入手，逐步向高综合度的问题迈进。有时使用电子计算表格很有帮 助，尤其当需要进行比较复杂的或者迭代计算时。 为了促进符号的统一，我们选择了国际认同的《废水生物处理过程描述推荐使用符号》，发表在1982年《Water Research》第16期，1501,1505页。我们希望这可以促进大家使用同样的符号，以利于交流。 由于本书篇幅有限，所以对一般性原理、环境生物技术的应用以及很多在生物系统设计中必须考虑的特殊细节，本书没有全面论述，而是将重点放在原理及其应用方面。对于特殊的设计细节，我们推荐其他参考书，如两卷本的《城市废水处理厂设计》，由水环境协会(应用手册，第8册)和美国土木工程师学会(工程应用手册及，第76册)联合出版。 我们借此机会感谢很多优秀的学生和同事，他们不但向我们提供新思想，使我们看得更深远，而且更正了一些错误。要感谢的人太多了，无法将他们的名字一一列出。我们特别感谢在过去几年里选修环境生物技术课程的同学，他们使用了本书的初稿，并且提出很多有益的修改意见。感谢他们所做的一切～ 还有以下人员的特别贡献直接促进了本书的出版。Viraj deSilva和Matthew Pettis提供了网络版中“复杂系统”一章的模型计算部分。Gene F. Parkin和Jeanne M.VanBriesen两位博士对本书的内容提出了详细的建议和修改意见。Pablo Pastén和Chrysi Laspidou提供了解题指南中许多习题的答案。Janet Soule和Rose Bartosch将BER的手稿转为电子文档，内容包括第1，3，4，6，8~12，15章的部分或全部。Saburo Matsui博士和环境质量控制研究中心(京都大学)为BER提供学术休假的位置，使他能够完成本书的所有细节，并准时交付给出版商McGrawHill。 最后，我们还要感谢Marylee和Martha。她们在我们全力完成书稿的过程中一直关心和支持着我们。 Bruce E. Rittmann Evanston, 伊利诺伊 Perry L. McCarty Stanford, 加利福尼亚