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环境修复原理与技术第六章污染环境修复的生态工程技术环境修复原理与技术生态工程简介生态工程是近四十年来发展起来的新兴技术，即在促进自然界良性循环的前提下，应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济与生态效益的同步发展。环境修复原理与技术6.1生态工程概述生态工程的产生与发展生态工程的概念生态工程的特点生态工程的主要应用类型环境修复原理与技术6.1.1生态工程的产生与发展环境污染与破坏全球生态危机人口激增能源短缺自然资源遭受破坏食物供应不足环境修复原理与技术西方生态工程的发展西方生态工程或生态技术的概念最早由美国著名生态学家Odum教授于1962年应用并赋予其定义的，以后又不断地加以论述和研究。W.J.Mitsch教授继承和发展了他的生态工程思想和理论。于1989年主编出版了世界上第一部生态工程专著，并于1992年主编创办了国际性的“生态工程”杂志。环境修复原理与技术西方生态工程的具体实例美国加利福尼亚州在南部河口区的湿地建立了利用湿生植物香蒲等去除重金属改善水质的生态工程及在中部磷矿开采后的土地上应用生态工程进行复垦丹麦在格雷姆斯湖建立了防治富营养化的生态工程瑞典Stensund学院应用室内水生生物培养为主的生态工程处理净化该校的生活污水环境修复原理与技术中国生态工程的发展生态工程在中国作为独特的研究领域及独立的学科始于70年代末，首先由我国著名生态学家马世俊教授于1979年提出，80年代以来得以蓬勃发展。马世俊教授是中国生态工程领域的先驱，为我国生态工程领域的开拓和发展做出了杰出贡献，对生态工程的概念、原理和方法具有独到的论述。1987年他主编出版了通俗的《中国的农业生态工程》一书。马世俊（1915年—1991年）环境修复原理与技术6.1.2生态工程的概念H.T.odum教授—为了控制系统，人类应用主要来自自然的能源作为辅助能对环境的控制（1962），对自然的管理就是生态工程，更好的措词是与自然结成伙伴关系（1971）。环境修复原理与技术欧州的Uhfmann、Straskraba与Gnamck—在环境管理方面，根据对生态学的深入了解，花最小代价的措施，对环境的损害又是最小的一些技术。美国Mitsch以及丹麦的Jorgenson—为了人类社会及其自然环境的利益，而对人类社会及其自然环境加以综合的且能持续的生态系统的设计。它包括开发、设计、建立和维持新的生态系统，以期达到诸如污水处理(水质改善)、地面矿渣及废弃物的回收、海岸带保护等，同时还包括生态恢复、生态更新、生物控制等目的。环境修复原理与技术我国著名生态学家马世骏—生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程的目标就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。它可以是纵向的层次结构，也可以发展为几个纵向工艺链锁横向联系而成的网状工程系统(1987)。环境修复原理与技术我国生态工程与西方生态工程的差异项目西方国家我国背景经济及科学技术发达，生态危机主要表现在环境污染经济及科学技术不发达国家生态危机表现在人口众多、资源破坏、能源不足、环境污染理论基础生态学原理为主，综合多门自然学科生态学原理为主，综合多门应用技术学科和社会学科对象以自然生态系统为主，偶尔兼顾经济效益以社会—经济—自然复合生态系统技术为主目的环境保护为主经济、生态、环境和社会的综合效益设计原则自我设计为主，辅以人为干涉按预期经济、生态和社会的目的，人为干涉为主技术路线主要强调强制函数主要通过生态工艺技术调控系统内部结构和功能辅助能化石燃料和电能为主人力为主，化石燃料和电耗少再生循环可采用绝对需要商品生产通常没有饲料、农、渔、畜等产品及一些轻工原料生物多样性单纯复杂价值美化环境，自然资源保护，无市场价值高产、优质、低耗高效生产商品，废物充分利用环境修复原理与技术6.1.3生态工程的特点①研究和处理对象的整体性②目的和目标的多元化③以自我组织和调控为基础④从自然界获取主要资源和能源环境修复原理与技术生态工程与环境工程、生物工程和传统工程的比较环境修复原理与技术生态工程与传统产业的比较类别传统产业生态工程目标单一利润、产品导向综合效益结构链式、刚性网状，自适应型规模化趋势产业单一化、大型化产业多样化、组合化系统耦合关系纵向，部门经济横向，符合生态经济功能产品生产+环境影响产品生产+社会服务+生态服务+能力建设经济效益局部效益高、整体效益低长期效益高、整体效益大废弃物向环境排放，负效益系统内资源化，正效益调节机制外部控制，正反馈为主内部调整，正负反馈平衡环境保护末端治理、达排放标准，高投入，消耗型过程控制，寓环保于生产和消费中，低投入，赢利型社会效益减少就业机会增加就业机会行为生态被动，分工专门化，行为机械化主动，一专多能，行为人性化自然生态厂内生产与厂外环境分离与厂外相关环境构成符合生态体稳定性对外部依赖性高抗外部干扰能力强进化策略更新换代难，代价高协同进化快，代价小可持续能力低高决策管理机制人治，自我调节能力弱生态控制，自我调节能力强研究与开发能力低，封闭性高，开放性工业景观灰色、破碎、反差大绿色、和谐、生机勃勃环境修复原理与技术6.1.4生态工程的主要应用类型（1）生态恢复生态工程（2）生态农业与生态工业（3）废弃物资源与能源化综合利用的生态工程（4）生态建筑及生态城镇建设（5）流域和区域的生态治理与开发的生态工程环境修复原理与技术（1）生态恢复生态工程生态恢复是相对于生态破坏而言的，就是要恢复被破坏了的生态系统的合理的结构、高效的功能和协调的关系。具体的讲就是从生态和社会需求出发，恢复生态系统的合理结构和功能，实现所期望达到的生态-社会-经济效益，通过对系统物理、化学、生物甚至社会文化要素的控制，带动生态系统的恢复过程，达到系统的自维持状态。环境修复原理与技术（2）生态农业与生态工业生态农业生态农业（持续农业），即利用生态学原理，依据生态系统内物质循环和能量转化的基本规律建立的一种农业生产方式。其生产结构是农、林、牧、副、渔多种经营联合体，使初级生产者农作物的产物能沿食物链的各营养级进行多层次利用，以发挥各种资源的经济效益。环境修复原理与技术生态农业的物质循环途径示意图庄稼地鸭场养鱼池饲料加工沼气厂沉降槽污泥贮留池加工厂居民区沼气废物牛场液态肥料猪场粪便粪便饲料污泥浆液环境修复原理与技术珠江三角洲地区桑基鱼塘丝厂养产业植桑业桑基蔗基糖厂种甘蔗养鱼业鱼塘蚕茧桑业塘泥滤泥蔗叶蚕沙蚕蛹、蚕丝废水环境修复原理与技术基塘系统水陆相互作用中的物质循环人类活动自然条件植物（蕉林）自然条件人类活动浮游生物基塘畜禽基泥青饲料、禽畜类便等细菌塘泥、水、有机质、养分等土壤鱼、荷花环境修复原理与技术环境修复原理与技术生态工业仿照自然界的生态过程物质循环模式来规划工业生产系统生产的一种工业模式。各生产过程不是孤立的，而是通过物料流、能量流和信息流相互联系，一级生产过程的废物可作为另一级生产过程的原料加以利用。生态工业追求的是系统内各生产过程从原料、中间产物、废物到产品的物质循环，达到能源、资源和资金的最优利用及最小环境影响。环境修复原理与技术造纸工业闭路循环工艺流程示意图造纸生产火力发电废弃物的回收利用NaSO4碱制建材余热供热取暖原煤送电废液高、低压蒸汽SO2生成的稀硫酸环境修复原理与技术(3)废弃物资源与能源化综合利用的生态工程废水的减量、回收、再生、回用、再循环等处理污泥从本质上讲是一类可利用的重要资源城市垃圾的减量化、无害化、资源化和产业化处理环境修复原理与技术医院废水的生态处理流程图生物滤池氧化沟厌氧塘医院废水（厌氧）鱼苗藻类鱼苗半陆生植物出水排入漓江污泥蚯蚓床滤池底泥成鱼菜田鸡场蔬菜鸡粪人肉、蛋补充氧气水葫芦环境修复原理与技术（4）生态建筑及生态城镇建设充分利用本地生态资源，建设能耗低、绿量高、废弃物就地资源化的方便、舒适、和谐、经济的生态住宅、生态小区和生态城镇，这样的生态建筑要同时满足包括对健康、自然保护、物质循环及生境改善4方面的要求。环境修复原理与技术（5）流域和区域的生态治理与开发的生态工程流域的生态治理与开发是在现有资源基础上，通过低耗、高效和持续地利用流域内的自然资源，如将治坡、治沟、修梯田与发展草业、牧业、林业等相结合，来实现农村经济向集约型经济的转变。在良好的自然和半自然生态系统区域开发生态旅游，促进区域生态、经济和社会的全面发展。环境修复原理与技术6.2生态工程修复技术生态工程修复概述生态工程修复的原理与内容生态工程修复技术环境修复原理与技术6.2.1生态工程修复概述6.2.1.1退化生态系统6.2.1.2生态工程修复的相关概念环境修复原理与技术6.2.1.1退化生态系统概念退化生态系统是指在自然干扰和人为干扰的作用下，生态系统的结构和功能发生位移，打破了原有生态系统的平衡，使生态系统固有的结构和功能遭到破坏或丧失，偏离自然状态的系统。生态系统退化的过程环境修复原理与技术6.2.1.1退化生态系统退化特征表现在：①系统结构②物质循环③能量流动④稳定性环境修复原理与技术6.2.1.1退化生态系统对于陆地生态系统而言，退化的主要类型有6种：①裸地②森林采伐迹地③弃耕地④沙漠⑤采矿废弃地（废石堆废弃地、开采坑废弃地、尾矿废弃地、采石矿废弃地）⑥垃圾堆放场环境修复原理与技术生态系统退化的驱动力—干扰什么是干扰干扰是群落外部不连续存在，间断发生因子的突然作用或连续存在因子的超“正常”范围波动，这种作用或波动能引起有机体或种群或群落发生全部或部分明显变化，使生态系统的结构和功能发生位移。环境修复原理与技术引起生态系统退化的干扰体系正干扰维持性干扰负干扰干扰体系自然干扰体系人类干扰体系气候性干扰土壤性干扰地因性干扰火干扰动物性干扰植物性干扰污染性干扰干扰分布干扰频率干扰面积、大小干扰规模协和作用人类干扰作用规模作用频度物理强度影响度规模等级Ⅰ：无效干扰规模等级Ⅱ：有效干扰1规模等级Ⅲ：有效干扰2规模等级Ⅳ：有效干扰3规模等级Ⅴ：人类破坏环境修复原理与技术6.2.1.2生态工程修复的相关概念定义生态修复是指在特定的区域和流域内，依靠生态系统本身的自组织或自调控能力作用，或依靠生态系统本身的自组织和调控能力与人工调控能力的共同作用，使部分或完全受损的生态系统恢复到相对健康的状态。环境修复原理与技术生态工程修复的基本原理——通过生物、生态、工程的技术和方法，人为的改变和切断生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置优化系统内部及外界的物质，能量和信息等流动过程和时空次序，使生态系统的结构、功能和生态潜力尽快成功地恢复到一定的或原有的乃至更高的水平。环境修复原理与技术理论基础—恢复生态学恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的学科。环境修复原理与技术6.2.2生态工程修复的原理与内容社会经济技术原理整体原理协同恢复重建原理耗散结构与开放性原理可控性原理地学原理：区域性、差异性、地带性原理生态学原理生态演替原理生物多样性原理生态位与生物互补原理物能循环与转化原理物种相互作用原理食物链网原理系统原理美学原理自然法则恢复生态原理经济可行性与可承受性原理技术可操作性原理社会可接受性原理无害化原理最小风险原理生物、生态与工程技术相结合原理效益原理可持续发展原理最大绿色原理健康原理环境修复原理与技术6.2.2.1生态工程修复的基本原理整体论原理自生原理分层多级利用原理生态位原理主导因子原理物种耐性原理协调与平衡原理物质循环再生原理物种互利共生原理物种多样性原理限制因子原理生态因子综合作用原理基本原理基本内涵生态因子综合作用原理任何一个环境中，都包含着多种生态因子。各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、互相促进、互相制约