第2版前言

　　环境生物技术利用微生物来提高人类社会的可持续发展，包括防止向环境排放污染物、清理污染环境、为人类社会创造宝贵资源以及改善人类健康。环境生物技术对社会至关重要，作为一门技术学科，它确实是独一无二的。

　　环境生物技术既是一门历史悠久的学科，也是一门极具现代特征的学科。20世纪初开发的微生物处理技术，如活性污泥工艺和厌氧消化工艺，至今仍然是废水处理的主流技术。与此同时，这门学科不断引入新技术，以解决当代面临的环境问题，例如，危险化学品的脱毒和有价值资源的回收。用于表征和控制环境生物技术过程的重要工具，也已经使用了数十年。例如，尽管可以利用分子生物学方法来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，依然发挥着重要作用。

　　环境生物技术的工艺过程是基于微生物学和工程学原则建立的，但应用这些原则通常需要一定程度的经验。尽管经验不能代替原则，但因为环境生物技术所涉及的处理对象本质上错综复杂且随着时间和空间不断变化，所以我们必须接受经验主义。

　　工程学原理通常基于定量工具，而微生物学原理往往更基于观测性结果。如果要求工艺过程性能可靠且经济高效，则量化是至关重要的。然而，环境生物技术所涉及的微生物群落极其复杂，通常无法进行定量描述，因此，非量化的观察研究也具有重要价值。

　　在《环境生物技术： 原理与应用》一书中，我们将环境生物技术的这些不同特征联系起来。我们的策略是在前9章中讲解基本概念和一些量化的工具，这构成了该书第2版的原理部分。在第10章至第15章以及附录的5章电子版中，在描述环境生物技术的应用时，我们始终遵循这些原理。我们的主题思想是，所有微生物过程的行为方式都是可理解、可预测和统一的。同时我们必须认识到，环境生物技术的每个应用都有其自身的特点，而这些特殊性不会推翻或回避普遍原则。相反，它们可以补充这些原则，并根据这些原则得到最有益的理解。

　　该书的目标是研究生水平的课程，利用微生物过程进行环境质量控制。该书也可作为本科高年级课程的教材，同时也可作为从事环境生物技术专业实践和研究的科技人员的参考书。

　　本书中的材料可用于一门或几门课程。对于还没有扎实掌握微生物学知识的学生，第1章至第4章提供了微生物分类学、代谢、遗传学和生态学方面的基础知识。这些章节重点介绍了微生物学概念，对于理解环境生物技术的原理和相关应用，这些概念是至关重要的。这些章节可以作为环境微生物学的基础教材，也可以作为需要更新相关知识的学生的参考书，为学习更注重工艺过程的课程、研究或工程实践做准备。

　　第5章至第9章提供了定量描述这些原理的核心内容。第5章讲述了描述微生物反应的化学计量学和能量学的定量工具： 微生物消耗和产生的物质及方式。化学计量是最基本的定量工具。第6章和第7章系统介绍了描述反应动力学的定量工具： 材料消耗和生产的速度。第6章是悬浮生长工艺，而第7章是生物膜工艺。第8章介绍了微生物生产的一些影响工艺性能的产物及其量化方法。这一章的理解可以扩展第6章和第7章的系统工具。可靠性和成本效益取决于正确应用动力学。第9章描述了如何使用质量平衡和动力学原理将化学计量学与动力学原理应用于一些反应器的环境实践中。

　　第10章至第15章为应用部分。每一章都包括关键微生物的化学计量学和动力学方面的信息，以及化学计量学或动力学参数不易捕捉的特征。每一章都解释了如何设计这些工艺流程以实现废物处理目标，以及良好设计的量化标准是什么。我们的目标是尽可能直接地将原理与实践联系起来。

　　我们对该书的应用部分进行了重新组织，以强调我们使用环境生物技术提高人类社会可持续性的目标。最为突出的变化是，我们把产甲烷作为该书应用部分的第一章，因为它是将有机污染物转化为有价值的能源形式——甲烷气体的主要手段。产甲烷处理可以将废水处理转化为可再生能源的净产生者，而不是主要的能源消耗者。

　　第11章和第12章介绍了用于处理废水以去除生化需氧量（biochemical oxygen demand,BOD）的各种好氧处理工艺。这些处理工艺在世界范围内广泛使用，我们必须深入理解，以确保其发挥良好作用。第13章和第14章涉及氮和磷的转化、去除和（或）回收。自该书第1版出版以来，生物脱氮除磷方面有了许多新进展。我们在第2版中从科学和技术方面介绍了这些新进展，并且特别关注回收废水中有价值的资源，同时减少废水处理所需的能源，而不是像过去那样，只考虑从废水中去除污染物质。第15章描述了使用生物膜工艺制备安全、可口的饮用水，自该书第1版出版以来，这一主题越来越受到关注。

　　从麦格劳·希尔（McGrawHill）公司购买了该书纸质版的人，还可以获得5个电子版章节： 第B1章，污水池和湿地； 第B2章，微生物脱毒； 第B3章，微生物电化学电池； 第B4章，光合作用生物工厂； 第B5章，复杂系统。这些章节可以在网站www.mhprofessional.com/rittmann2e上找到。为了缩短纸质版的篇幅和成本，这些章节以电子版的方式出版。这些章节仅提供电子版本，并不意味着它们不重要。事实上，第B2、B3和B4章介绍了环境生物技术中一些最热门的新主题方面的信息。这些章节包含在该书的电子版中。

　　该书的一个重要特点是它包含许多实例。这些实例逐步地说明了如何利用所需工具理解微生物系统怎样工作或设计处理工艺。在大多数情况下，通过实例学习是最有效的方法，我们非常强调这一点。

　　在该书每一章的最后都给出了大量的习题。这些习题可以作为“家庭作业”，也可以作为课堂上的补充例题，或作为检验学习工具的试题。

　　为了全书符号的统一，我们选择了国际上采用的“描述废水生物处理工艺过程的推荐符号”，其发表在《水研究》第16期，第15011505页（1982年）。我们希望这将鼓励其他人也这样做，因为这样会促进我们之间更好的沟通与交流。

　　我们借此机会感谢我们许多优秀的学生和同事，他们给予我们新的想法，启发我们更深入地思考，并纠正了我们通常容易犯的错误。因为人数太多了，我们无法按姓名一一列出，但你应该知道他们是谁。

　　最后，我们要感谢Marylee和Martha对我们的爱，即使在我们过于专注“编写该书这个项目”的时候。

布鲁斯·E.里特曼

亚利桑那州，坦佩

佩里·L.麦卡蒂

加利福尼亚州，斯坦福