生态环境科学与技术应用丛书 厌氧微生物学与污水处理 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 厌氧微生物学的研究概况 1

1.1.1 国内厌氧微生物学的研究概况 1

1.1.2 国外厌氧微生物学的研究概况 2

1.2 厌氧生物处理技术 3

1.2.1 厌氧生物处理的产生与发展 3

1.2.2 厌氧生物处理的基本原理 3

1.2.3 厌氧生物处理的特点 5

1.3 厌氧生物处理工艺 6

1.4 废水脱氮除磷技术 6

1.4.1 生物脱氮 7

1.4.2 生物除磷 8

第2章 厌氧微生物学 10

2.1 厌氧微生物在生物地球化学循环中的作用 10

2.1.1 自然环境中的厌氧微生物 10

2.1.2 厌氧微生物在污染物（元素）生物地球化学转化中的作用 11

2.2 不产甲烷细菌及其作用 11

2.2.1 发酵性细菌 11

2.2.2 产氢产乙酸细菌 13

2.2.3 同型产乙酸细菌 14

2.3 产甲烷细菌及其作用 16

2.3.1 产甲烷细菌的分类和形态 16

2.3.2 产甲烷细菌的生理 18

2.3.3 产甲烷细菌的能量代谢 20

2.4 产甲烷细菌与不产甲烷细菌的相互作用 20

2.4.1 不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所必需的基质 21

2.4.2 不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位条件 21

2.4.3 不产甲烷细菌为产甲烷细菌消除了有毒物质 21

2.4.4 产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制 21

2.4.5 产甲烷细菌和不产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值 21

2.5 硫酸盐还原菌 22

2.5.1 SRB的生活环境和条件 22

2.5.2 硫酸盐还原菌的分类及生物学特征 22

2.5.3 硫酸盐还原菌的代谢机理 23

2.5.4 SRB在硫循环体系中的地位和作用 24

2.5.5 影响硫酸盐还原作用的影响因子 24

2.6 厌氧活性污泥 25

2.6.1 厌氧活性污泥性状 25

2.6.2 厌氧颗粒污泥的基本特性 25

2.6.3 厌氧颗粒污泥的结构 26

2.6.4 颗粒化过程 27

2.7 厌氧生物膜 28

2.7.1 厌氧生物膜的形成及其作用 28

2.7.2 厌氧生物膜法的特点 28

第3章 废水厌氧生物处理生物化学原理 30

3.1 废水厌氧生物处理技术的特点 30

3.1.1 废水厌氧生物处理技术的发展 30

3.1.2 厌氧生物处理技术的优点 31

3.1.3 厌氧生物处理技术的缺点 34

3.2 厌氧处理过程的生化机理 34

3.2.1 废水中复杂基质的厌氧降解 35

3.2.2 厌氧微生物 35

3.2.3 水解反应阶段 37

3.2.4 发酵酸化反应阶段 38

3.2.5 产乙酸反应阶段 40

3.2.6 产甲烷反应阶段 41

3.2.7 厌氧条件下脱氮和还原硫酸盐 44

3.3 厌氧过程的能量代谢 46

3.3.1 动力学原理 46

3.3.2 标准状态与环境条件 50

3.3.3 氢分压对转化自由能的影响 50

3.3.4 氧化还原电位 50

第4章 影响厌氧生物处理的环境因素 52

4.1 厌氧生物处理的酸碱平衡及pH值控制 52

4.1.1 厌氧微生物适应的pH值 52

4.1.2 厌氧生物处理的缓冲体系 53

4.1.3 厌氧生物处理系统中的酸碱平衡 54

4.1.4 厌氧生物处理系统中的碱度 55

4.2 温度对厌氧生物处理的影响 56

4.2.1 温度对厌氧微生物的影响 56

4.2.2 温度对厌氧反应过程中动力学参数的影响 59

4.2.3 温度突变对厌氧消化的影响 59

4.2.4 厌氧消化反应温度的选择与控制 61

4.3 厌氧消化过程中的营养物质 61

4.3.1 概述 61

4.3.2 厌氧微生物对碳、氮、磷、硫的需求 62

4.4 微量元素对厌氧生物处理的影响 64

4.4.1 微量金属元素 64

4.4.2 维生素 66

4.5 厌氧消化过程中的抑制物质 66

4.5.1 无机抑制性物质 66

4.5.2 有机抑制性物质 67

4.6 不产甲烷菌与产甲烷菌微生物之间的关系 68

4.6.1 不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所需要的基质 68

4.6.2 不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的氧化还原环境 68

4.6.3 不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质 69

4.6.4 产甲烷菌为不产甲烷菌的生化反应解除反馈抑制 69

4.6.5 不产甲烷菌和产甲烷菌在厌氧消化过程中共同维持适宜的环境 70

第5章 厌氧生物处理的废水特性 71

5.1 废水的碳和氮参数 71

5.1.1 碳参数 71

5.1.2 氮参数 72

5.2 废水的厌氧生物可降解性 73

5.2.1 生物降解性能含义 73

5.2.2 影响有机物生物降解性能的因素 73

5.2.3 难降解有机污染物的分类及来源 75

5.2.4 废水中常见的有机物生物降解性 77

5.3 废水中常见的毒性物质 80

5.3.1 概述 80

5.3.2 无机毒性物质 81

5.3.3 有机毒性物质 84

5.3.4 厌氧微生物对毒性物质的适应与驯化 86

第6章 厌氧生物处理反应工艺 88

6.1 厌氧接触工艺 88

6.1.1 厌氧接触工艺的原理 88

6.1.2 厌氧接触工艺的特点 89

6.1.3 厌氧接触工艺的应用 89

6.2 厌氧滤池工艺（AF） 90

6.2.1 AF的原理与特点 90

6.2.2 AF的运行与影响因素 91

6.2.3 AF的应用 93

6.3 厌氧生物流化床工艺（AFB） 94

6.3.1 厌氧生物流化床的工艺特点 94

6.3.2 厌氧生物流化床载体颗粒的特性与作用 95

6.3.3 厌氧生物流化床在废水处理中的应用 95

6.4 厌氧折流板反应器（ABR） 96

6.4.1 ABR的工作原理 96

6.4.2 ABR的特点 97

6.4.3 ABR的主要工艺性能 97

6.4.4 ABR反应器在几种废水条件下的运行性能 98

6.4.5 ABR的工艺研究及应用现状 100

6.5 升流式厌氧污泥床反应器（UASB） 100

6.5.1 升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的结构 101

6.5.2 升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的原理 103

6.5.3 升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的工艺特点 103

6.5.4 升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的启动 104

6.5.5 升流式厌氧污泥床反应器（UASB）处理废水的应用 104

6.5.6 升流式厌氧污泥床反应器（UASB）在污水处理中的应用前景 105

6.6 膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB） 105

6.6.1 EGSB的产生背景及其特征 105

6.6.2 EGSB的结构特征与工作原理 106

6.6.3 EGSB颗粒污泥的特征 107

6.6.4 EGSB的工艺特点 107

6.6.5 EGSB的应用 108

6.7 内循环厌氧反应器（IC） 109

6.7.1 内循环厌氧反应器（IC）构造及工作原理 109

6.7.2 内循环厌氧反应器（IC）的工作原理 109

6.7.3 内循环厌氧反应器（IC）的工艺特点 110

6.7.4 内循环厌氧反应器（IC）的应用 111

6.7.5 内循环厌氧反应器（IC）与升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的参数比较 112

6.8 升流式厌氧污泥床-滤层反应器（UBF） 113

6.8.1 升流式厌氧污泥床-滤层反应器（UBF）的工作原理 113

6.8.2 升流式厌氧污泥床滤层反应器（UBF）的工艺特点 114

6.8.3 升流式厌氧污泥床-滤层反应器（UBF）的启动过程 115

6.8.4 升流式厌氧污泥床滤层反应器（UBF）的应用 115

6.9 厌氧生物转盘 116

6.9.1 厌氧生物转盘的构造和工作原理 116

6.9.2 厌氧生物转盘的工艺特点 117

6.9.3 厌氧生物转盘的应用 117

6.10 两相厌氧生物处理工艺 118

6.10.1 两相厌氧消化工艺的发展 118

6.10.2 两相厌氧消化工艺基本原理 118

6.10.3 两相厌氧生物处理的工艺特点 119

6.10.4 两相厌氧工艺的适用范围 120

6.10.5 相分离方法 121

6.10.6 两相厌氧工艺反应器的选择和构造 121

6.10.7 两相厌氧工艺的流程和参数选择 122

第7章 厌氧反应器和废水处理工艺设计 124

7.1 废水厌氧处理工艺流程的选择 124

7.1.1 预处理 124

7.1.2 厌氧处理 126

7.1.3 后处理 127

7.1.4 剩余污泥的处理 130

7.2 厌氧反应器的设计 130

7.2.1 反应器容积（包括沉淀区和反应区）的确定 130

7.2.2 反应器的高度 131

7.2.3 反应器的平面形状 131

7.2.4 反应器的上流速度 132

7.2.5 单元反应器的最大体积 132

7.2.6 配水系统 133

7.2.7 三相分离器 134

7.2.8 管道设计 138

7.2.9 出水系统 139

7.2.10 浮渣清除装置 139

7.2.11 气体收集装置 139

7.2.12 污泥排放设备 140

7.2.13 反应器采用的材料 140

7.2.14 辅助设备 140

7.3 UASB厌氧反应器的设计及工程实例 140

7.3.1 UASB反应器的设计 140

7.3.2 UASB反应器设计举例 142

7.3.3 UASB反应器在国内外的应用情况 143

7.3.4 UASB反应器工程实例 145

7.4 厌氧接触法工艺设计及工程实例 149

7.4.1 厌氧接触法的工艺设计 149

7.4.2 厌氧接触法设计举例 151

7.4.3 厌氧接触工艺的应用情况 152

7.5 厌氧生物滤池 153

7.5.1 滤床有效容积的设计 153

7.5.2 设计实例 154

7.5.3 应用情况 155

7.5.4 工程实例 155

7.6 两相厌氧生物处理工艺 157

7.6.1 两相厌氧反应器容积的确定 157

7.6.2 工程实例 158

7.7 厌氧生物转盘的设计及试验研究 161

7.7.1 厌氧生物转盘的设计 161

7.7.2 厌氧生物转盘的试验研究现状 162

7.8 厌氧膨胀床和厌氧流化床的设计及工程实例 162

7.8.1 厌氧膨胀床和厌氧流化床的设计 162

7.8.2 厌氧膨胀床和厌氧流化床的试验研究 163

7.8.3 厌氧膨胀床和厌氧流化床的工程实例 164

7.9 EGSB反应器的设计及工程实例 165

7.9.1 EGSB反应器的设计 165

7.9.2 EGSB反应器的应用工程实例 165

第8章 厌氧生物处理工艺运行管理与控制 167

8.1 厌氧工艺中污泥的培养与驯化 167

8.1.1 厌氧活性污泥的培养与驯化 167

8.1.2 厌氧生物膜的培养与驯化 167

8.1.3 厌氧颗粒污泥 169

8.2 厌氧生物处理运行条件控制 174

8.2.1 相关名词 174

8.2.2 温度 176

8.2.3 氧化还原电位 179

8.2.4 厌氧消化过程的pH值 181

8.2.5 中间产物 186

8.2.6 营养元素 188

8.2.7 监测与控制 189

8.3 厌氧生物处理中容易出现的问题及其解决办法 191

8.3.1 复杂废水中合有不溶解物质 191

8.3.2 废水中的某些物质容易导致沉淀 192

8.3.3 毒性物质 193

8.3.4 泡沫问题 197

8.3.5 厌氧反应器中产气的异常现象及解决方案 197

8.3.6 污泥厌氧消化沼气的安全问题 198

8.3.7 污泥膨胀 199

第9章 难降解有机化合物的厌氧生物降解 204

9.1 概述 204

9.1.1 难降解有机物的定义 204

9.1.2 难降解有机物的分类 204

9.1.3 难降解有机物的来源和循环转化 205

9.1.4 难降解有机物的特点 205

9.1.5 难降解有机物的危害 205

9.2 废水中难降解物质生物降解的机理 206

9.2.1 有机物生物难降解的原因 206

9.2.2 共基质代谢机理 207

9.2.3 种间协同代谢机理 208

9.2.4 EM（有效微生物菌群）的筛选和驯化 208

9.2.5 影响废水中难降解物质生物降解的因子 209

9.3 鉴定难降解有机物厌氧生物处理的评价方法 211

9.3.1 应用难降解化合物在厌氧降解时产生气体的量来评价的方法 211

9.3.2 综合因素评价 212

9.4 杂环化合物和多环芳烃的厌氧生物降解 213

9.4.1 杂环化合物和多环芳烃的定义和分类 213

9.4.2 环境中杂环化合物和多环芳烃污染物的主要来源 213

9.4.3 杂环化合物和多环芳烃的毒性和危害 214

9.4.4 杂环化合物和多环芳烃的厌氧生物处理机理 214

9.5 含氯有机化合物污染物的厌氧生物降解 217

9.5.1 环境中含氯有机化合物污染物的主要来源 217

9.5.2 含氯有机化合物的毒性和危害 217

9.5.3 含氯有机化合物厌氧降解机理 217

9.5.4 有机氯化物的生物处理法 219

9.6 氰化物的厌氧生物降解 220

9.6.1 氰化物的定义和分类 220

9.6.2 含氰废水的来源 220

9.6.3 氰化物的毒性和危害 220

9.6.4 氰化物传统处理方法 221

9.6.5 微生物厌氧处理氰化物的机理 222

9.6.6 微生物处理含氰废水 223

9.7 有机染料的厌氧生物降解 224

9.7.1 有机染料废水的来源和特点 224

9.7.2 有机染料废水传统处理方法 224

9.7.3 有机染料废水厌解菌及厌氧降解机理 224

9.7.4 有机染料废水生物处理方法 225

9.8 制浆造纸废水的厌氧生物降解 226

9.8.1 制浆造纸废水的定义、来源和分类 226

9.8.2 废水主要成分 227

9.8.3 造纸的环境污染与危害 227

9.8.4 制浆造纸废水的传统处理方法 228

9.8.5 制浆造纸废水的厌氧生物处理机理 228

9.8.6 制浆造纸废水厌氧处理的不利因素及去除方法 228

第10章 废水厌氧处理应用实例 230

10.1 啤酒废水的厌氧处理 230

10.1.1 啤酒废水 230

10.1.2 啤酒废水的厌氧处理技术 231

10.1.3 啤酒废水的厌氧处理工艺应用 232

10.2 味精废水的厌氧处理技术 235

10.2.1 味精废水 236

10.2.2 味精废水的厌氧处理技术 237

10.2.3 味精水的厌氧处理工艺应用 237

10.3 淀粉废水的厌氧处理 239

10.3.1 淀粉废水 240

10.3.2 淀粉废水的厌氧处理技术 241

10.3.3 淀粉废水的厌氧处理工艺应用 241

10.4 制浆造纸废水的厌氧处理 245

10.4.1 制浆造纸废水 245

10.4.2 制浆造纸废水的厌氧处理技术 246

10.4.3 制浆造纸废水的厌氧处理工艺应用 247

10.5 合硫酸盐废水的厌氧处理 251

10.5.1 含硫酸盐废水 251

10.5.2 含硫酸盐废水的厌氧处理技术及应用 252

10.6 含油脂类废水的厌氧处理 255

10.6.1 含油脂类废水产生与特点 255

10.6.2 含油脂类废水的厌氧处理技术 256

10.6.3 含油脂类废水的厌氧处理工艺应用 257

10.7 城市污水的厌氧处理 261

10.7.1 城市污水概况 261

10.7.2 城市污水的厌氧处理技术 262

10.7.3 城市污水的厌氧处理工艺应用 263

第11章 废水厌氧生物处理的研究和分析方法 267

11.1 化学需氧量（COD）的测定 267

11.1.1 重铬酸钾法 267

11.1.2 比色法 269

11.2 废水厌氧生物处理监测中的ORP测定 269

11.2.1 ORP测定的基本原理 269

11.2.2 ORP的测定 270

11.3 生物化学甲烷势（BMP）的测定 271

11.3.1 说明 271

11.3.2 生物化学甲烷势的测定方法 271

11.4 沼气的测定 272

11.4.1 两种液体置换系统 272

11.4.2 测定沼气的组成 273

11.4.3 甲烷的COD换算 274

11.5 厌氧污泥产甲烷活性的测定 275

11.5.1 厌氧污泥产甲烷活性测定的目的 275

11.5.2 产甲烷细菌的氢化酶活性分析法 275

11.6 最大比产甲烷速率的测定 278

11.6.1 意义 278

11.6.2 测定方法 278

11.6.3 产甲烷速率公式 280

11.7 厌氧生物可降解性的测定 280

11.7.1 目的和原理 280

11.7.2 条件 280

11.7.3 测定装置 281

11.7.4 测定步骤 281

11.7.5 计算 281

11.8 厌氧消化污泥性质的研究 282

11.8.1 污泥的分类 282

11.8.2 污泥的性质指标 283

11.9 反应器内污泥的测定 283

11.9.1 测定目的和原理 283

11.9.2 仪器和设备 284

11.9.3 总固体、挥发性固体和灰分的测定 284

11.9.4 污泥量测定中的采样 285

11.9.5 污泥量测定的步骤 285

11.9.6 计算 285

11.10 产甲烷毒性的测定 285

11.10.1 说明 285

11.10.2 测定装置 286

11.10.3 情况分析 286

11.10.4 产甲烷毒性测定 287

11.10.5 毒性的表示方法和计算方法 287

11.11 厌氧毒性测定（ATA）方法 287

11.11.1 说明 287

11.11.2 方法 287

11.11.3 对毒物的敏感性 287

11.11.4 实例 288

11.12 厌氧微生物的分离与鉴定 288

11.12.1 产酸细菌 288

11.12.2 产甲烷细菌 291

11.12.3 硫酸盐还原细菌 297

11.13 PCR技术在废水厌氧生物处理中的应用 298

11.13.1 PCR的原理及其试验方法 298

11.13.2 提高PCR检测的准确率的方法 298

11.13.3 厌氧废水处理系统中微生物群落结构变化的PCR技术监测手段 299

11.14 微生物传感器在厌氧工艺测定中的应用 301

11.14.1 构成和原理 301

11.14.2 应用 302

参考文献 303