废水厌氧生物处理理论与技术PDF电子书下载

第1章 废水厌氧生物处理概论 1

1.1 厌氧消化的基本原理及其研究进展 1

1.2 厌氧微生物学的发展概况 4

1.2.1 国外的发展概况 4

1.2.2 我国学者的研究简况 5

1.3 厌氧处理工艺的发展概况 6

1.4 厌氧生物处理工艺的分类 11

1.4.1 按发展年代分类 11

1.4.2 按厌氧反应器的流态分类 11

1.4.3 按厌氧微生物在反应器内的生长情况不同分类 12

1.4.4 衍生的厌氧反应器 12

1.4.5 按厌氧消化阶段分类 12

1.5 厌氧生物处理技术在废水处理中的地位 12

1.5.1 有机废水处理的技术路线 12

1.5.2 厌氧生物处理的技术评估 13

第2章 厌氧生物处理微生物学 19

2.1 厌氧生物处理过程的微生物 19

2.1.1 甲烷的生成是一个微生物学过程 19

2.1.2 富集培养物的研究证明厌氧消化由两群菌完成 19

2.1.3 Hungate严格厌氧菌培养技术 20

2.1.4 产氢产乙酸菌和种间氢转移的发现 22

2.1.5 氢营养型细菌和耗氢产乙酸菌的发现 23

2.1.6 甲烷生产的碳流 23

2.2 不产甲烷菌及其作用 24

2.2.1 发酵性细菌 24

2.2.2 产氢产乙酸菌 27

2.2.3 耗氢产乙酸菌 28

2.3 产甲烷菌及其作用 31

2.3.1 产甲烷菌的分类 31

2.3.2 产甲烷菌的代表种 32

2.3.3 产甲烷菌的细胞结构特性 35

2.3.4 产甲烷菌的营养特征 36

2.4 不产甲烷菌与产甲烷菌微生物之间的关系 37

2.4.1 不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所必须的基质 38

2.4.2 不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境 38

2.4.3 不产甲烷菌为产甲烷菌消除有毒物质 39

2.4.4 产甲烷菌为不产甲烷菌的生化反应解除反馈抑制 39

2.4.5 产甲烷菌在厌氧消化过程中的调节作用 39

2.5 硫酸盐还原细菌 40

2.5.1 硫酸盐还原菌的类群 40

2.5.2 硫酸盐还原菌的生长条件 41

第3章 厌氧过程的能量代谢 43

3.1 厌氧过程的高能磷酸化合物 43

3.1.1 厌氧微生物细胞中的能量库 43

3.1.2 厌氧微生物的YATP 43

3.2 厌氧过程热力学 44

3.2.1 微生物的产能代谢 44

3.2.2 厌氧微生物ATP的生成方式 47

3.2.3 厌氧微生物能量代谢的热力学效率 48

3.2.4 沼气发酵的热能转换 48

3.3 厌氧过程生化反应中的自由能 48

3.3.1 厌氧消化中H2调节第一位点的热力学 49

3.3.2 有机物降解中H2调节第二位点的热力学 50

3.3.3 甲烷形成中的能量释放 51

3.4 厌氧过程的氧化还原电位 51

3.4.1 氧化还原电位对微生物生长的影响 51

3.4.2 微生物生长对氧化还原电位的影响 52

3.4.3 厌氧消化过程中的氧化还原电位 52

第4章 厌氧生物处理生化机理 54

4.1 葡萄糖的厌氧降解生化途径 54

4.1.1 单糖酵解为丙酮酸的途径 54

4.1.2 丙酮酸的厌氧去路 58

4.1.3 丙酮酸的发酵产物 58

4.2 有机物厌氧降解途径 66

4.2.1 纤维素的厌氧降解 66

4.2.2 淀粉的厌氧降解 68

4.2.3 果胶的厌氧降解 69

4.2.4 木质纤维素的厌氧降解 69

4.2.5 脂肪酸的厌氧降解 70

4.2.6 蛋白质和氨基酸的厌氧降解 71

4.3 甲烷形成的生化机理 72

4.3.1 由H2/CO2形成甲烷 72

4.3.2 由甲醇和甲胺类物质形成甲烷 74

4.3.3 由乙酸形成甲烷 74

4.4 产甲烷菌的营养及特有的辅酶 76

4.4.1 产甲烷菌的营养 76

4.4.2 产甲烷细菌特有的辅酶 77

第5章 厌氧生物处理动力学 83

5.1 概述 83

5.2 微生物动力学基础 84

5.2.1 Monod动力学 84

5.2.2 Contois动力学 86

5.2.3 抑制动力学模型 86

5.2.4 动力学限速步骤的概念 91

5.3 厌氧子过程动力学 92

5.3.1 颗粒有机物水解 92

5.3.2 水解产物的厌氧发酵与厌氧氧化 92

5.3.3 产甲烷过程 94

5.4 厌氧总过程动力学 96

5.5 悬浮生长厌氧反应动力学 96

5.5.1 悬浮生长完全混合厌氧反应器动力学 96

5.5.2 悬浮生长活塞流式厌氧反应器动力学 102

5.6 附着生长厌氧反应动力学 104

5.6.1 平面形生物膜反应动力学 104

5.6.2 球形生物膜反应动力学 106

第6章 厌氧消化过程的控制 111

6.1 厌氧消化过程的酸碱平衡及pH值控制 111

6.1.1 厌氧微生物的适宜pH值 111

6.1.2 厌氧缓冲体系 111

6.1.3 厌氧消化体系中的酸碱平衡 112

6.1.4 厌氧体系中的碱度 113

6.1.5 厌氧消化体系中的生化反应及其对酸碱平衡的影响 114

6.1.6 厌氧消化过程pH值控制数学模型的建立 115

6.1.7 模型的验证 118

6.1.8 厌氧生物处理过程中pH值的控制技术 120

6.2 温度对厌氧生物处理的影响 121

6.2.1 温度对厌氧微生物宏观活性的影响 121

6.2.2 温度对厌氧反应过程中动力学参数的影响 123

6.2.3 温度突变对厌氧消化的影响 125

6.2.4 厌氧生物处理反应温度的选择与控制 126

6.2.5 高温厌氧生物处理工艺 127

6.3 厌氧污泥活性的测试 128

6.3.1 厌氧污泥活性测试的原理 128

6.3.2 测试装置及方法 129

6.3.3 厌氧污泥活性测试的其他方法 131

6.4 厌氧消化过程中的营养物质 133

6.4.1 厌氧微生物的碳源和能源 134

6.4.2 厌氧微生物对氮、磷、硫的需求 134

6.4.3 微量金属元素 135

6.4.4 维生素 136

6.5 厌氧消化过程中的抑制物质 136

6.5.1 概论 136

6.5.2 无机抑制性物质 137

6.5.3 天然有机抑制性物质 140

6.5.4 人工合成有机抑制性物质 141

6.5.5 厌氧污泥对抑制性物质的适应与驯化 143

6.6 厌氧生物处理过程中的监测和控制 144

6.6.1 工艺控制条件 144

6.6.2 厌氧生物处理系统的监测与控制对策 144

6.6.3 厌氧系统的早期警示物 145

第7章 厌氧接触法 147

7.1 厌氧接触法工艺原理 147

7.2 厌氧接触法工艺系统设计 148

7.2.1 按有机容积负荷率设计 149

7.2.2 按动力学关系式计算 149

7.2.3 沉淀池的设计 150

7.3 厌氧接触法工艺系统的应用 151

第8章 升流式厌氧污泥层反应器 154

8.1 升流式厌氧污泥层反应器的构造特点 154

8.1.1 进水分配系统 154

8.1.2 反应区 154

8.1.3 气、固、液分离器 154

8.1.4 出水系统 155

8.1.5 排泥系统 155

8.2 UASB反应器厌氧颗粒污泥的形成及其性质 155

8.2.1 概述 155

8.2.2 厌氧颗粒污泥形成的条件 156

8.2.3 厌氧颗粒污泥的形成机理 157

8.2.4 颗粒污泥的形成过程 158

8.2.5 厌氧颗粒污泥的基本性质 159

8.3 UASB反应器处理废水的数学表达方法 167

8.3.1 UASB反应器的流态模型 167

8.3.2 UASB反应器的数学表达式 168

8.4 UASB工艺处理系统的选择 171

8.4.1 不复杂溶解性废水 171

8.4.2 不完全溶解的复杂废水 172

8.5 UASB反应器的设计 172

8.5.1 反应器所需容积及主要尺寸的确定方法 173

8.5.2 反应器进水分配系统的设计 178

8.5.3 三相分离器的设计 179

8.5.4 排泥系统的设计 184

8.5.5 其他设计考虑 184

8.5.6 设计实例 184

8.6 UASB反应器的启动与运行 186

8.6.1 处理工业废水UASB反应器的启动与运行 187

8.6.2 处理生活（或城市）废水UASB反应器的启动运行 189

第9章 厌氧生物膜法 192

9.1 厌氧滤池 192

9.1.1 厌氧滤池工艺系统 192

9.1.2 工艺参数与运行效率 194

9.1.3 填料的选择及水力特性 196

9.1.4 几种不同类型的厌氧滤池 199

9.1.5 厌氧滤池的工艺设计 201

9.1.6 厌氧滤池的运行及影响因素 202

9.2 厌氧膨胀床及流化床 203

9.2.1 厌氧膨胀床和流化床的研究现状 204

9.2.2 固体流态化的原理 206

9.2.3 流化床上升流速的控制 207

9.3 厌氧生物转盘 210

9.3.1 厌氧生物转盘的构造和工作原理 210

9.3.2 厌氧生物转盘的计算 211

第10章 其他厌氧生物反应器 213

10.1 内循环厌氧反应器 213

10.1.1 IC反应器的基本构造与工作原理 213

10.1.2 IC反应器的运行特性 214

10.1.3 IC反应器的国内外应用情况及发展前景 218

10.2 膨胀颗粒污泥床 218

10.2.1 EGSB反应器的构造特点 218

10.2.2 EGSB反应器的运行性能 219

10.2.3 EGSB反应器的应用实例 219

10.3 升流式厌氧污泥床——滤层反应器 222

10.3.1 UBF反应器的构造特点 222

10.3.2 UBF反应器的运行性能特点 222

10.3.3 UBF反应器试验研究和生产性应用 223

10.4 厌氧折流板反应器 224

10.4.1 ABR的构造及工艺特点 224

10.4.2 ABR的动力学模型 225

10.4.3 ABR的运行特性 226

10.4.4 国内外试验应用情况 228

10.5 升流式厌氧固体反应器 228

10.5.1 USR的构造及工艺特点 228

10.5.2 USR的运行特性 229

10.5.3 国内研究与应用情况 229

10.6 管道厌氧消化器 230

10.6.1 管道厌氧消化器的构造特点 230

10.6.2 管道厌氧消化器的运行特性 231

10.6.3 生产性推广应用情况及前景 231

10.7 垂直折流厌氧污泥床反应器 232

10.7.1 反应器的构造特点 232

10.7.2 垂直折流厌氧污泥床反应器的运行特点 233

第11章 两相厌氧生物处理工艺 235

11.1 两相厌氧工艺的基本概念 235

11.2 两相厌氧工艺中相的分离 236

11.2.1 相分离的方法 236

11.2.2 相分离对中间代谢产物的影响 237

11.2.3 相分离的实现对整个工艺的影响 239

11.2.4 相分离后两相反应器之间的相互关系 240

11.3 两相厌氧工艺的微生物学与动力学 241

11.3.1 两相厌氧工艺中的微生物学 241

11.3.2 两相厌氧工艺中的动力学 242

11.4 两相厌氧工艺的应用实例 247

11.4.1 两相厌氧工艺的主要流程 247

11.4.2 两相厌氧工艺处理普通的有机废水 247

11.4.3 两相厌氧工艺处理含高悬浮物的有机废水 248

11.4.4 两相厌氧工艺处理固体有机废弃物 249

11.4.5 两相厌氧工艺处理其他有机废水 249

11.4.6 抑制性物质对两相厌氧工艺的影响 250

11.5 温度两相厌氧工艺简介 251

第12章 污泥厌氧消化处理 253

12.1 污泥的分类及性质 253

12.1.1 污泥的分类 253

12.1.2 污泥的性质指标 253

12.2 污泥厌氧消化工艺流程及消化池的构造 257

12.2.1 污泥厌氧消化工艺流程 257

12.2.2 消化池的分类及构造 258

12.3 污泥消化工艺设计 261

12.3.1 消化池的容积计算 261

12.3.2 加温设备及计算 263

12.3.3 热交换器的设计 264

12.4 污泥消化池的运行管理 265

12.4.1 消化池的启动 265

12.4.2 厌氧消化池的运行控制 265

第13章 含硫酸盐有机废水的厌氧生物处理 269

13.1 硫酸盐还原菌的代谢过程 269

13.1.1 典型的硫酸盐还原菌的代谢反应 269

13.1.2 硫酸盐还原菌的代谢过程 269

13.1.3 硫酸盐还原的可能途径 270

13.2 硫酸盐还原作用对厌氧消化的影响 271

13.2.1 基质竞争性抑制作用 271

13.2.2 溶解性硫化物对产甲烷菌的毒害作用 272

13.3 含硫酸盐有机废水的处理技术 274

13.3.1 物理化学法 274

13.3.2 生物法 276

第14章 难降解有机物的厌氧生物处理技术 282

14.1 难降解有机物的分类及来源 282

14.1.1 多环芳烃类（PAH）化合物 282

14.1.2 杂环类化合物 283

14.1.3 有机氰化物 283

14.1.4 有机合成高分子化合物 283

14.2 难降解有机物的生物降解基本原理 284

14.2.1 难降解有机物及生物降解性能的定义 284

14.2.2 影响有机物生物降解性能的因素 285

14.2.3 难降解有机物生物降解机理 286

14.2.4 难降解有机物厌氧生物降解性能评价方法 287

14.3 杂环化合物和多环芳烃的厌氧生物处理 288

14.3.1 厌氧酸化对杂环化合物和多环芳烃转化去除效果 288

14.3.2 杂环化合物和多环芳烃厌氧酸化反应动力学 290

14.3.3 共基质中易降解有机物对难降解有机物厌氧转化降解的作用 290

14.3.4 杂环化合物和多环芳烃经厌氧酸化后对后续好氧生物降解性能的改善 291

14.4 含氯有机化合物的厌氧生物处理 292

14.4.1 含氯有机化合物厌氧生物降解的机理及降解性能评价 293

14.4.2 氯代烃类化合物厌氧降解 294

14.4.3 氯代酚类化合物厌氧降解 294

14.4.4 氯代苯及多氯联苯类化合物厌氧降解 295

14.5 硝基取代有机物的厌氧生物处理 296

14.6 合成染料的厌氧生物处理 297

14.6.1 合成染料的厌氧生物降解性能 297

14.6.2 厌氧-好氧组合工艺处理染料废水 298

14.6.3 高效脱色菌强化染料废水厌氧生物处理 299

14.7 焦化废水的厌氧生物处理 299

14.8 制药废水的厌氧生物处理 300

14.9 造纸废水的厌氧生物处理 301