生态工程技术应用
在农业生产中的应用
西方国家在上个世纪30年代实现了农业生产的机械化、化学化后，使农业劳动生产率，农畜产品的产量大幅度提高，但是随着时间的推移，进入60年代以来，这种生产方法却带来了许多不可避免的负面影响及累积效应。卡尔逊在其所著的《寂静的春天》一书中对杀虫剂对环境与生物的破坏与影响做了深刻的分析。种植与饲养的动植物品种单一化加重了病虫害和杂草的发生与蔓延，大量化学物质的投入造成土壤、水体和农产品的严重污染，这些问题不但影响到农业生产的进一步发展，而且还威胁到农产品持续供应的可能性，为此西方发达国家提出了各种形式的替代农业类型，运用一些生态学原理与生态工程技术手段来提高资源的利用率与保护生态环境。
我国在农业生态工程的研究与进展取得了令人注目的成绩，特别是我国生态农业建设层次，无论是从农户到村庄、从乡镇到县城，把生态农业技术与工程技术结合创造了具有自已特色的农业生态工程，十分注重生态与经济效益的结合，把农业生产与生态环境的建设保护结合起来，同步发展。1994年我国政府制定、颁布了中国21世纪议程，明确指出要推进农业可持续发展的方式，就是生态农业建设。1999年国务院印发“全国生态环境建设规划”，要用50年的时间基本上实现中原大地山川秀美，要继续抓好生态农业建设，建设好一批农业生态工程。1993年起动的全国的生态农业试点县，经过5年的建设，生态环境得到了较大的改善。土壤沙漠化的治理率为60.5%，水土流失治理率为73.4%，森林覆盖率为30.5%，提高了3.7%，废气净化率为73.4%，废水处理率为57.0%，固定废弃物利用率为31.9%，比实施农业生态工程前有较大幅度的提高。
在环境保护中的应用
生态工程在环境保护中的研究与应用较为广泛。特别是体现了污染物的处理与利用，污染水处理与湖泊、海湾的富营养化防治更为突出。如在美国的俄亥俄州中，应用蒲草为主的湿地生态系统处理煤矿所排含有FeS酸性废水的生态工程。在瑞典也建立了若干污水处理生态工程，利用污水作为肥料，农田灌溉处理净化污水。在德国、荷兰、奥地利等国结合生态技术建立了各种各样的污水处理与净化工程。
我国长期以来已在废物利用、再生、循环等方面积累了许多的经验。如生活污水及粪便的多级处理，用作农田肥料或养殖蚯蚓，培植食用菌。如马世骏等运用生态学的理论与生态工程，在50年代首先提出调控湿地生态系统的结构与功能来防治蝗虫灾害。在我国，环保生态工程的建设就是从整体出发，研究和处理特定生态系统的内部结构与功能，并加以优化与提高生态系统的自净能力与环境容量，从目前我国环境生态工程建设的内容及环保生态工程的5种类型：①无废（或少废）工艺系统，主要用于内环境治理；②分层多级利用废料生态工程，使生态系统中的每一级生产中的废物变为另一级生产过程的原料，使废料均被充分利用；③复合生态系统内的废物循环，再生系统，如桑基鱼塘生态工程；④污水自净与利用生态系统；⑤城乡（或工、农、牧、渔、副）结合生态工程来看，都是在一定区域内，应用生态工程理论与技术来分层、多级利用废料实现生态、经济效益的良好协调统一。
一、土壤生物修复工程技术
就土壤来说，目前实际应用的生物修复工程技术有三种：
1．原位处理 这种方法是在受污染地区直接采用生物修复技术，不需要将土壤挖出和运输。一般采用土著微生物处理，有时也加入经过驯化和培养的微生物以加速处理。需要用各种工程化措施进行强化，例如，在受污染区钻井，井分为两组，一组是注水井，用来将接种的微生物、水、营养物和电子受体等物质注入土壤中，另一组是抽水井，通过向地面上抽取地下水造成所需要的地下水在地层中流动，促进微生物的分布和营养等物质的运输，保持氧气供应（图11－3）。通常需要的设备是水泵和空压机。有的系统，在地面上还建有采用活性污泥法等手段的生物处理装置，将抽取的地下水处理后再注入地下。
该工艺是较为简单的处理方法，费用较省，不过由于采用的工程强化措施较少，处理时间会有所增加，而且在长期的生物修复过程中，污染物可能会进一步扩散到深层土壤和地下水中，因而适用于处理污染时间较长、状况已基本稳定的地区或者受污染面积较大的地区。
生物通风（bioventing）是原位生物修复的一种方式。在这些受污染地区，土壤中的有机污染物会降低土壤中的氧气浓度，增加二氧化碳浓度，进而形成抑制污染物进一步生物降解的条件。因此，为了提高土壤中的污染物降解效果，需要排出土壤中的二氧化碳和补充氧气，生物通风系统就是为改变土壤中气体成分而设计的（如图11－4所示）。生物通风方法现已成功地应用于各种土壤的生物修复治理，这些被称为“生物通风堆”的生物处理工艺主
要是通过真空或加压进行土壤曝气，使土壤中的气体成分发生变化。生物通风工艺通常用于由地下储油罐泄漏造成的轻度污染土壤的生物修复。由于生物通风方法在军事基地成功的应用，美国空军将生物通风方法列为处理受喷气机燃料污染土壤的一种基本方法。
2．挖掘堆置处理该法又称处理床或预备床，就是将受污染的土壤从污染地区挖掘起来，防止污染物向地下水或更广大地域扩散，将土壤运输到一个经过各种工程准备（包括布置衬里，设置通风管道等）的地点堆放，形成上升的斜坡，并在此进行生物修复的处理，处理后的土壤再运回原地（图11－5）。复杂的系统可以带管道并用温室封闭，简单的系统就只是露天堆放。有时首先将受污染土壤挖掘起来运输到一个地点暂时堆置，然后在受污染的原地进行一些工程准备，再把受污染土壤运回原地处理。从系统中渗流出来的水要收集起来，重新喷洒或另外处理。其他一些工程措施包括用有机块状材料（如树皮或木片）补充土壤，如在一受氯酚污染的土壤中，用
这种技术的优点是可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减小污染范围。但用在挖土方和运输方面的费用显著高于原位处理方法，另外在运输过程中可能会造成污染物进一步暴露，还会由于挖掘而破坏原地点的土壤生态结构。
3．反应器处理这种方法是将受污染的土壤挖掘起来，和水混合后，在接种了微生物的反应器内进行处理，其工艺类似于污水生物处理方法。处理后的土壤与水分离后，经脱水处理再运回原地（图11－6）。处理后的出水视水质情况，直接排放或送入污水处理厂继续处理。反应装置不仅包括各种可以拖动的小型反应器，也有类似稳定塘和污水处理厂的大型设施。在有些情况下，只需要在已有的稳定塘中装配曝气机械和混合设备就可以用来进行生物修复处理。
高浓度固体泥浆反应器能够用来直接处理污染土壤，其典型的方式是液固接触式。该方法采用批式运行，在第一单元中混合土壤、水、营养、菌种、表面活性剂等物质，最终形成含20％～25％土壤的混合相，然后进入第二单元进行初步处理，完成大部分的生物降解，最后在第三单元中进行深度处理。现场实际应用结果表明，液固接触式反应器可以成功地处理有毒有害有机污染物含量超过总有机物浓度1％的土壤和沉积物。反应器的规模在
和前两种处理方法相比，反应器处理的一个主要特征是以水相为处理介质，而前两种处理方法是以土壤为处理介质。
由于以水相为主要处理介质，污染物、微生物、溶解氧和营养物的传质速度快，且避免了复杂而不利的自然环境变化，各种环境条件（如 pH、温度、氧化还原电位、氧气量、营养物浓度、盐度等）便于控制在最佳状态，因此反应器处理污染物的速度明显加快，但其工程复杂，处理费用高。另外，在用于难生物降解物质的处理时必须慎重，以防止污染物从土壤转移到水中。
二、地下水生物修复工程技术
地下水生物修复工程技术可以分为三类：
1．原位处理 与土壤基本相同，参见上文所述。
2．物理拦阻 使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染物在地下水中的进一步迁移，该方法在一些受有毒有害污染物污染的地点已取得成功的经验。
3．地上处理 又称为抽取-处理技术，该技术是将受污染的地下水从地下水层中抽取出来，然后在地面上用一种或多种工艺处理（包括汽提法去除挥发性物质、活性炭吸附、超滤臭氧／紫外线氧化或臭氧／双氧水氧化、活性污泥法以及生物膜反应器等），之后再将水注入地层。但实际运行中很难将吸附在地下水层基质上的污染物提取出来，因此这种方法的效率较低，只是作为防止污染物在地下水层中进一步扩散的一种措施。例如，在生物膜反应器中，用沙作为固定生物膜的载体，以甲烷或天然气为初始基质，能去除高于60％的多氯联苯。
进行地下水生物修复处理时，应注意调查该地的水力地质学参数是否允许向地上抽取地下水并将处理后的地下水返注；地下水层的深度和范围；地下水流的渗透能力和方向，同时也要确定地下水的水质参数如pH、溶解氧、营养物、碱度、以及水温是否适合于运用生物修复技术。