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出版者:McGraw-Hill

作者:Bruce E. Rittmann

出品人:

頁數:768

译者:

出版時間:2001-1

價格:USD 89.50

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780071181846

叢書系列:

圖書標籤:

• 生物
• 環境
• major
• book
• 環境生物技術
• 生物工程
• 可持續發展
• 汙染治理
• 生物降解
• 環境科學
• 綠色技術
• 微生物技術
• 生態修復
• 生物資源

《生物技術在環境修復中的應用》 內容梗概 本書係統性地介紹瞭生物技術在解決日益嚴峻的環境汙染問題中的多方麵應用。從微生物的天然修復能力到基因工程的精準乾預，本書全麵闡述瞭生物修復（bioremediation）在處理石油汙染、重金屬汙染、農藥汙染以及廢水淨化等方麵的理論基礎、技術方法、實際案例和發展前景。本書旨在為環境科學傢、工程師、政策製定者以及相關領域的研究生提供一本全麵、深入且具有實踐指導意義的參考書。 第一章：環境生物技術概述 本章首先界定瞭環境生物技術的概念及其在可持續發展戰略中的核心地位。我們將迴顧人類活動對環境造成的深遠影響，重點關注大氣、水體和土壤的汙染現狀，並分析傳統環境治理手段的局限性。在此基礎上，本書將深入探討生物技術，特彆是微生物學、酶學、遺傳學和分子生物學等學科，如何為環境問題的解決提供創新且可持續的解決方案。我們將重點介紹生物修復（bioremediation）和生物增強（bioaugmentation）等關鍵技術，強調其經濟效益和環境效益。此外，本章還將梳理環境生物技術的發展曆史，展望其未來的發展趨勢，包括綠色化學、生態工程和納米生物技術等新興交叉領域。 第二章：微生物在環境修復中的作用 微生物以其驚人的代謝多樣性和適應性，在自然界物質循環中扮演著不可或缺的角色。本章將深入剖析不同類型微生物（細菌、真菌、藻類）在分解有機汙染物、轉化無機汙染物方麵的生理生化機製。我們將詳細介紹微生物的降解途徑，例如好氧降解和厭氧降解，以及它們在不同環境條件下的適應性策略。重點研究的領域包括： 石油烴類汙染的微生物降解： 闡述具有降解烷烴、芳香烴、多環芳烴等能力的微生物群落，以及它們在不同介質（土壤、水體）中的分布和活動。分析影響降解效率的環境因素，如溫度、pH、營養物質 availability 和氧氣供應。 重金屬汙染的生物轉化與富集： 探討微生物如何通過生物沉澱、生物吸附、生物揮發等機製，將有毒重金屬轉化為低毒或不可溶形態，或將其從環境中去除。介紹具有高效吸附或轉化能力的微生物菌株及其在治理重金屬汙染（如鉛、鎘、汞、砷）中的應用。 農藥和持久性有機汙染物（POPs）的生物降解： 深入研究微生物對各類農藥（如有機磷、擬除蟲菊酯、除草劑）和POPs（如多氯聯苯、二噁英）的降解能力，分析其酶係統和降解途徑。介紹在汙染場地富集的特定微生物群落。 微生物在生物膜形成中的作用： 探討生物膜在固定和濃縮微生物，提高其代謝活性和抗乾擾能力方麵的作用，以及在生物反應器和固定化技術中的應用。 第三章：生物修復技術及其應用 本章將聚焦於幾種主要的生物修復技術，詳細介紹其原理、操作流程、適用範圍以及實際應用案例。 原位生物修復 (In-situ Bioremediation)： 土壤生物修復： 詳細介紹原地堆肥（landfarming）、生物堆（biopiles）、生物屏障（bioremediation barriers）等技術，分析其在處理被汙染土壤時的優勢和局限性。 地下水生物修復： 闡述生物井（bioventing）、生物充氣（biosparging）、植物修復（phytoremediation）與生物修復聯閤應用等技術，強調其對地下水汙染的有效治理。 生物刺激 (Biostimulation)： 詳細說明通過添加營養物質、電子供體/受體等方式，激活土壤或水體中原有微生物的降解能力。 生物增強 (Bioaugmentation)： 介紹外源接種特定微生物菌株，以增強汙染物的降解效率。分析菌種篩選、培養、接種方法以及維持微生物活性的策略。 異位生物修復 (Ex-situ Bioremediation)： 生物堆（Biopiles）： 詳細介紹將汙染土壤移至地錶，通過優化通氣、水分和營養條件，加速微生物降解的過程。 生物反應器（Bioreactors）： 闡述在控製條件下，利用各種類型的生物反應器（如攪拌罐式、流化床式、膜式反應器）處理高濃度或復雜汙染物。 土壤淋洗與生物處理結閤： 介紹將土壤淋洗齣的汙染物溶液，再通過生物處理技術進行淨化的流程。 第四章：基因工程與閤成生物學在環境生物技術中的應用 基因工程和閤成生物學為環境生物技術帶來瞭前所未有的機遇，能夠改造微生物，使其具備更強的汙染物降解能力，或開發齣全新的環境功能。本章將深入探討： 基因工程改造微生物： 外源基因導入與錶達： 介紹如何通過基因槍、電穿孔、轉化等方法，將編碼特定降解酶或代謝途徑的基因導入微生物體內，使其獲得降解特定汙染物的能力。 代謝途徑的優化與重構： 探討如何通過基因工程手段，優化微生物原有的代謝途徑，或重構全新的代謝網絡，以提高汙染物降解速率和産物毒性。 生物傳感器與指示劑的開發： 介紹利用基因工程技術，開發能夠響應特定汙染物存在的生物傳感器，用於環境監測。 閤成生物學在環境修復中的潛力： 設計與構建新型微生物細胞工廠： 闡述如何利用閤成生物學工具，設計和構建具有特定功能的閤成微生物，以實現高效的環境汙染物降解、生物材料的生産或環境監測。 “智能”微生物的設計： 介紹如何設計能夠在特定環境條件下激活的“智能”微生物，從而實現精準的環境修復。 第五章：植物在環境修復中的應用 (Phytoremediation) 植物修復是指利用植物及其共生微生物的生理生化作用，來修復或減輕被汙染的土壤、沉積物和水體。本章將詳細介紹： 植物修復的機製： 植物提取 (Phytoextraction)： 闡述植物如何通過根係吸收並積纍土壤中的汙染物，特彆是重金屬。介紹超纍積植物的篩選和育種。 植物降解 (Phytodegradation)： 介紹植物體內或根際微生物通過酶促反應，分解土壤中的有機汙染物。 植物揮發 (Phytovolatilization)： 探討植物如何將某些汙染物轉化為揮發性物質，釋放到大氣中。 植物穩定 (Phytostabilization)： 介紹植物通過改變土壤的氧化還原電位、pH值或分泌物，降低汙染物的遷移和生物有效性。 植物修復的應用案例： 介紹植物修復在處理重金屬汙染、農藥汙染、石油烴汙染以及礦山廢水等方麵的成功案例。 影響植物修復效率的因素： 分析土壤特性、植物種類、微生物協同作用、氣候條件等對植物修復效果的影響。 植物修復的優勢與局限性： 評估植物修復的經濟性、生態效益以及其在處理高濃度汙染時的局限性。 第六章：生物技術在廢水處理中的應用 廢水處理是環境生物技術的重要應用領域之一。本章將重點介紹生物技術在處理工業廢水和生活汙水中的應用： 好氧生物處理技術： 活性汙泥法： 詳細介紹活性汙泥法的基本原理、工藝流程、影響因素以及其在去除有機汙染物方麵的作用。 生物濾池與生物轉盤： 介紹固定生物膜技術的應用，及其在處理低濃度有機廢水中的優勢。 膜生物反應器 (MBR)： 闡述將膜分離技術與生物反應器相結閤，實現高效的廢水淨化和汙泥減量。 厭氧生物處理技術： 厭氧消化： 介紹厭氧消化在處理高濃度有機廢水和汙泥中的應用，以及其産生生物燃氣的潛力。 上流式厭氧汙泥床 (UASB) 反應器： 詳細介紹UASB反應器的工作原理和應用。 特定汙染物去除技術： 介紹生物技術在去除氮、磷、硫化物、酚類、氰化物等特定汙染物方麵的應用。 生物技術在汙泥處理中的應用： 介紹生物技術在汙泥穩定化、減量化和資源化中的作用。 第七章：環境生物技術的案例研究與發展前景 本章將通過一係列實際的案例研究，展示環境生物技術在解決現實環境問題中的成功應用。我們將分析不同汙染場景下的技術選擇、工藝優化和效果評估。 案例研究： 石油泄漏事故後的生物修復： 分析某次大規模石油泄漏事故，如何通過微生物群落的定嚮培養和生物增強，加速石油汙染的降解。 工業園區重金屬汙染土壤的修復： 介紹如何結閤植物修復和微生物修復技術，治理某工業園區長期纍積的重金屬汙染。 城市生活汙水處理廠的升級改造： 分析某城市汙水處理廠引入膜生物反應器技術，提升齣水水質和處理效率。 農業麵源汙染的生物控製： 探討如何利用生物技術，減少農藥和化肥對水體的汙染。 環境生物技術的發展前景： 新興汙染物（如微塑料、抗生素殘留）的生物降解。 生物炭與生物技術的結閤應用。 大數據與人工智能在環境生物技術中的應用，以優化工藝設計和預測修復效果。 生物技術在循環經濟中的角色，實現廢物的資源化利用。 全球環境生物技術政策與法規的演變。 結論 本書的撰寫旨在提供一個全麵、深入且前沿的環境生物技術知識體係。通過對微生物、植物以及基因工程等技術的詳細闡述，本書強調瞭生物技術在解決全球環境挑戰中的巨大潛力和不可替代的作用。我們相信，隨著科技的不斷進步和跨學科閤作的加強，環境生物技術將在未來的可持續發展中扮演越來越重要的角色，為構建一個更清潔、更健康的環境貢獻力量。

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這本書的語言風格是那種非常典型的、學院派的、力求絕對嚴謹的論述體。每一個陳述都小心翼翼，充滿瞭“可能”、“似乎”、“在某些條件下”之類的限定詞。雖然這種嚴謹性體現瞭作者的專業態度，但對於希望被激勵、被激發創新思維的讀者而言，它顯得有些過於保守和沉悶。我期待的是一種能點燃熱情的描述，比如對未來城市生態係統“自淨”能力的暢想，或者對生物技術如何顛覆傳統汙染治理模式的雄辯陳詞。然而，書中對新興的閤成生物學在環境監測中的應用描述得非常剋製，似乎生怕說得太滿會引起反駁。這種“雨天穿雨衣”式的寫作方式，雖然確保瞭內容的準確性，卻大大削弱瞭其作為一本“前沿技術”讀物的感染力。我甚至覺得，如果作者能用更生動的語言，穿插一些關於環境生物技術領域那些富有個性和爭議的科學傢的故事，或者一些關於技術從實驗室走嚮現實應用過程中的“跌宕起伏”，這本書的吸引力會提升一個檔次。現在的它，像是一颱運行完美的精密儀器，但缺少瞭那種讓人駐足凝視的“藝術美感”。

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我必須承認，這本書在文獻引用方麵做得相當齣色，參考文獻列錶幾乎涵蓋瞭過去十年內所有重要的頂級期刊成果，這為學術研究提供瞭極大的便利。然而，這種對文獻的堆砌似乎也反噬瞭可讀性。很多段落讀起來就像是對數篇論文摘要的機械串聯，缺乏作者個人的聲音和批判性的見解。例如，在比較厭氧與好氧生物脫氮技術的效率時，書中並列瞭五六組不同的實驗數據，每組數據都標明瞭來源，但作者並沒有明確地指齣，在何種特定水質條件下（比如高鹽度或低溫環境），哪一種技術方案的魯棒性更強，或者說，從長遠運營成本來看，哪種方法的經濟性更優。讀者需要自己去翻閱那些引用的原始文獻，纔能拼湊齣這個關鍵的決策依據。這讓我感覺，這本書更像是一個高質量的文獻綜述工具，而不是一本能夠提供清晰指導方針的教材。它提供瞭“是什麼”，卻很少深入探討“為什麼是這樣”以及“我該怎麼做”，對於那些急需快速形成專業判斷的決策者來說，這種信息冗餘而指導不足的狀態，是令人感到沮喪的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏把握得非常穩健，讀起來有一種緩慢、但堅定的推進感，仿佛作者正在帶領我們進行一次長時間的、穿越不同生態係統的“田野考察”。我特彆欣賞它在探討生物多樣性與生態係統服務功能之間的關聯時所采用的類比手法。作者巧妙地將一個復雜的生態係統比作一颱精密的鍾錶，每一個物種都是一個不可或缺的齒輪，一旦缺失，整個係統的運行就會齣現偏差。然而，這種深刻的哲學思考在涉及到具體的“生物技術”應用時，似乎就稍微鬆弛瞭一點。比如，在討論生物降解塑料的最新進展時，我期待能看到關於工程菌株錶達效率的具體數據和規模化生産中的能耗分析，但書中的描述依舊停留在“理論上可行”的階段。這種對技術細節的避諱，讓我這個習慣於追問“成本效益比”的讀者感到有些意猶未盡。它更像是對“為什麼要做”進行瞭深入的探討，而對“如何纔能做得更好、更經濟”的迴答卻顯得有些含糊其辭。我甚至覺得，如果加入一些由行業專傢撰寫的、關於政策法規如何影響生物技術推廣應用的案例分析，這本書的立體感會更強。現在，它更像是一份來自象牙塔的宏偉藍圖，美麗，但少瞭泥土的氣息。

评分☆☆☆☆☆

這本書的章節結構安排得非常具有邏輯性，從基礎的微生物生理學講起，逐步過渡到具體的生物修復技術，看起來似乎是一個完美的知識傳遞路徑。但是，在閱讀過程中，我發現瞭一個小小的“斷層”。當內容跳躍到高級的分子生物學工具，比如利用噬菌體展示技術篩選新型環境汙染物降解酶時，前麵對傳統活性汙泥法運行機理的詳盡描述，突然變得不那麼相關瞭。這就像是，前半程我們還在學習如何用扳手擰緊螺絲，後半程卻直接開始討論如何設計渦輪發動機的葉片形狀，中間缺乏一個必要的橋梁來解釋如何將基礎知識遷移到尖端應用中去。對於我這種專業背景稍微偏嚮於傳統水處理方嚮的人來說，理解這些復雜的酶動力學和錶達載體構建過程，需要極大的專注力和額外的背景知識補充。書中似乎默認讀者已經具備瞭紮實的分子生物學功底，而忽略瞭許多環保工程師和環境科學專業的本科生可能存在的知識空白。如果作者能增加一個專門的章節，側重於“傳統生物過程與新興分子工具的融閤路徑”，或者提供更多跨領域的案例聯動，這本書的教學效果無疑會大大增強，否則，它更像是由兩位不同領域的專傢各自完成瞭一半工作後拼湊起來的文本。

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這本書的封麵設計著實吸引人，那種深沉的綠色調配上充滿科技感的字體，讓人立刻聯想到自然界的奧秘與人類的智慧的結閤。然而，當我翻開第一頁，期待著一場關於如何利用生物技術來解決環境問題的深度探索時，我感到瞭一種微妙的落差。書中的案例分析似乎更偏嚮於理論框架的構建，而非實際操作層麵的細緻指導。比如，在討論重金屬汙染治理時，作者用瞭大量的篇幅去闡述微生物對特定金屬的吸附機製的數學模型，這對於一個希望快速瞭解“如何利用現有菌株”的實踐者來說，顯得有些過於抽象瞭。我本以為會看到更多關於生物反應器設計、現場修復技術的具體流程圖或者不同氣候帶下的成功案例對比。書中提到瞭一些前沿的基因編輯技術在環境修復中的應用前景，但論述得非常概括，仿佛隻是蜻蜓點水般帶過，留給讀者的空間更多是想象而非知識的積纍。如果這本書的目標讀者是初入該領域的研究生，或許這種宏觀的鋪墊是必要的，但對於我們這些在汙水處理廠或土壤修復一綫摸爬滾打多年的工程師而言，我們更需要的是那些能立即在工地上派上用場的“乾貨”，比如不同藥劑配比對微生物群落的影響，或者不同監測指標的閾值設定標準，這些關鍵性的細節在這本書裏是相對稀缺的。整體而言，它更像是一本學術研討會的論文集，而不是一本工具手冊，信息密度高，但實用性有待提高。

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