环境生物工程PDF电子书下载

第1章绪论 1

1.1环境污染及其现状 1

1.1.1环境污染 1

1.1.2环境污染的分类 1

1.1.3环境污染的特征 3

1.1.4环境污染的危害 4

1.1.5我国环境污染现状 5

1.2环境污染源及其优先污染物 9

1.2.1环境污染源 9

1.2.2优先污染物 10

1.2.3持久性污染物 11

1.3废水、废气质量指标与排放标准 11

1.3.1废气质量指标与排放标准 11

1.3.2废水水质指标与排放标准 12

1.4环境生物工程的基础与研究对象 13

1.4.1主要研究对象与目的 13

1.4.2主要研究内容 13

习题 14

参考文献 14

第2章环境微生物及其对环境的自净力 15

2.1环境中微生物的主要类群 15

2.1.1土壤微生物 15

2.1.2微生物气溶胶 18

2.1.3水体微生物 20

2.1.4极端微生物 21

2.2环境微生物的生理特征 23

2.2.1微生物营养 23

2.2.2微生物生长 25

2.2.3微生物代谢 27

2.3环境微生物的生态 29

2.3.1生态与生态平衡 29

2.3.2微生物生态系统 30

2.3.3微生物之间的相互关系 31

2.4微生物与污染环境的相互作用 32

2.4.1污染环境对微生物的影响 32

2.4.2微生物对环境污染的影响 33

2.5湖泊、水库与河流水质评价模型 34

2.5.1湖泊、水库水质富营养化模型 34

2.5.2湖泊、水库富营养化水平判别条件 35

2.5.3水库水环境预警评价模型 36

2.5.4河流水体的耗氧与复氧规律 38

2.5.5斯特里特-菲尔普斯模型 39

习题 42

参考文献 43

第3章主要元素循环与生物计量学基础 44

3.1主要元素的生态循环 44

3.1.1碳元素循环 44

3.1.2氮素循环 45

3.1.3硫元素循环 46

3.1.4磷元素循环 48

3.2微生物反应计量学基础 49

3.2.1微生物细胞的经验分子式 49

3.2.2电子供体及其特征 50

3.3微生物反应能量学基础 52

3.3.1电子与能量载体 52

3.3.2反应能量与细胞产率 53

3.4微生物反应动力学 55

3.4.1微生物反应动力学基础 55

3.4.2细胞培养过程动力学模型 59

3.4.3生物膜生化反应动力学模型 61

习题 67

参考文献 68

第4章污染物的生物降解基础 70

4.1污染物的生物可降解性 70

4.2微生物对污染物的作用 72

4.2.1微生物的共代谢作用 72

4.2.2微生物的解毒作用 73

4.2.3微生物的激活作用 74

4.2.4微生物的吸着作用 74

4.3有机污染物的阈值和协同作用 75

4.3.1有机污染物的阈值 75

4.3.2微量有机毒物的协同作用 76

4.4影响生物降解的因素 76

4.4.1污染物种类对降解性影响 76

4.4.2化学结构对生物降解的影响 78

4.4.3环境条件对生物降解的影响 78

4.5污染物的生物降解反应及其中间产物 79

4.5.1水解 79

4.5.2氧化 79

4.5.3碳羟基化 80

4.5.4还原 80

4.5.5裂解 80

4.5.6酰化 82

4.5.7甲基化 83

4.5.8转化 83

4.5.9二聚 83

4.6典型有机污染物的生物降解机理 84

4.6.1卤代有机物的生物降解 84

4.6.2芳香族化合物生物降解 87

4.6.3多环芳烃的降解 89

4.6.4邻苯二甲酸酯类的生物降解 89

4.7污染物的真菌降解 90

4.7.1依靠LiP的氧化 91

4.7.2依赖LiP的还原 91

习题 92

参考文献 92

第5章污水好氧生物处理 94

5.1好氧生物处理及活性污泥工艺 94

5.1.1好氧生物处理原理 94

5.1.2典型活性污泥处理法 95

5.2曝气方式与曝气池结构 96

5.2.1阶段曝气法 96

5.2.2延时曝气法 97

5.2.3纯氧曝气法 97

5.2.4深井曝气法 97

5.2.5曝气池结构型式 97

5.3活性污泥设计参数 98

5.3.1污泥的浓度（MLSS） 98

5.3.2污泥沉降比（SV） 99

5.3.3污泥容积指数（SVI） 99

5.3.4污泥负荷与去除负荷（F/M） 99

5.3.5水力停留时间（θ） 100

5.4活性污泥处理系统设计 100

5.4.1曝气池容积 100

5.4.2泥龄 100

5.4.3污泥回流比 102

5.4.4剩余污泥量 102

5.4.5二沉池面积及有效水深 102

5.4.6污泥斗容积 103

5.5曝气量及其曝气设备 103

5.5.1需氧量计算 103

5.5.2空气扩散器选定 104

5.5.3曝气设备选定 106

5.5.4曝气系统设计 106

5.6污泥回流系统设计 108

5.6.1污泥回流量 108

5.6.2空气提升器选择与设计 109

5.7活性污泥处理工艺的发展 112

5.7.1AB法 112

5.7.2序批式活性污泥法 115

5.7.3氧化沟 118

习题 123

参考文献 124

第6章废水厌氧生物处理 125

6.1厌氧生物处理原理 125

6.1.1厌氧消化的基本原理 125

6.1.2厌氧生物处理的主要影响因素 126

6.2厌氧生物反应器的种类 127

6.2.1普通厌氧消化池 127

6.2.2厌氧接触工艺 129

6.2.3两相厌氧生物反应器 132

6.2.4厌氧生物滤池 133

6.2.5厌氧膨胀与流化床反应器 135

6.2.6升流式厌氧流化床反应器 135

6.2.7内循环厌氧反应器 141

6.3厌氧生物处理工艺设计 142

6.3.1厌氧水解工艺原理 142

6.3.2厌氧水解反应器设计 143

6.4厌氧过程的生物降解与转化估算 143

习题 146

参考文献 146

第7章废水生物脱氮除磷 147

7.1水中氮、磷的危害 147

7.2废水微生物脱氮 147

7.2.1微生物脱氮原理及动力学模型 148

7.2.2脱氮工艺 149

7.2.3工艺选择及其设计计算 152

7.2.4影响脱氮的因素 152

7.3废水微生物除磷 154

7.3.1微生物除磷原理及动力学模型 154

7.3.2典型的除磷工艺 158

7.3.3工艺选择及设计计算 159

7.3.4影响除磷的因素 161

7.4废水的同步脱氮除磷工艺 163

7.4.1废水的同步脱氮除磷工艺 163

7.4.2废水同步脱氮除磷技术的应用 165

7.5磷的生物回收新技术 166

7.5.1鸟粪石沉淀磷回收技术 166

7.5.2丝状聚磷菌上浮富集技术 166

7.5.3铁还原菌回收磷技术 166

7.5.4硝酸氮-磷酸钙沉淀回收磷技术 166

7.5.5其他的回收磷技术 167

习题 167

参考文献 167

第8章生物膜及其反应器 169

8.1生物膜及其形成 169

8.1.1生物膜的定义 169

8.1.2生物膜载体 169

8.1.3微生物的附着固定 170

8.1.4生物膜的形成 170

8.2生物膜结构与特性 171

8.2.1生物膜结构 171

8.2.2生物膜重量 172

8.2.3生物膜厚度 172

8.2.4生物膜活性 172

8.2.5生物膜的废水净化作用 172

8.3生物膜反应器种类 172

8.3.1生物膜反应器分类 172

8.3.2生物滤池 173

8.3.3生物转盘 175

8.3.4生物接触氧化池 176

8.3.5生物流化床 177

8.4典型膜生物反应器设计计算 179

8.4.1生物滤池的设计计算 179

8.4.2生物转盘的设计 184

8.4.3生物接触氧化池的设计计算 186

8.4.4两相生物流化床设计计算 187

8.5其他新型生物膜反应器及其工艺 189

8.5.1三相生物流化床 189

8.5.2厌氧生物膜膨胀床 190

8.5.3移动床生物膜反应器 191

8.5.4生物膜/悬浮生长级联工艺 191

习题 192

参考文献 193

第9章膜生物反应器技术 194

9.1膜与膜技术基础 194

9.1.1膜过滤过程 194

9.1.2膜的种类 194

9.1.3常用膜材料 195

9.1.4膜组件 196

9.2膜生物反应器及其性能比较 197

9.2.1膜生物反应器基本特征 197

9.2.2膜生物反应器的种类 197

9.2.3曝气MBR 198

9.2.4萃取MBR 199

9.2.5脱氮MBR 199

9.2.6两类典型MBR 200

9.3膜生物反应器设计基础与优化条件 200

9.3.1MBR中有机物的降解动力学 200

9.3.2MBR过程的优化模型 201

9.3.3MBR优化操作条件的定性分析 204

9.4典型膜生物反应器组合工艺 205

9.4.1普通膜生物反应器工艺 205

9.4.2以脱氮除磷为主的MBR污水处理工艺 205

9.5其他影响膜过滤过程的因素 206

9.5.1膜材料与膜孔结构对通量的影响 206

9.5.2过程的操作条件的影响 207

9.5.3物料对通量的影响 207

9.6膜污染的形成机制 207

9.6.1形成膜污染的主要因素 207

9.6.2膜表面的吸附性能 208

9.6.3膜表面-污染物界面吸附能变化 209

9.7膜污染的防治与清洗 210

9.7.1膜污染的物理、化学与生物清洗方法 210

9.7.2清洗剂种类及其作用机理 211

9.7.3减缓膜污染的操作方法 212

9.7.4清洗过程程序设计基础 213

习题 214

参考文献 214

第10章生物脱硫与抑硫减蚀 216

10.1硫的存在形式 216

10.1.1煤中硫的存在形式 216

10.1.2石油中硫的存在形式 217

10.1.3废水中硫的存在形式 217

10.2脱硫与还原微生物 218

10.2.1煤炭脱硫微生物 218

10.2.2石油脱硫微生物 219

10.2.3其他脱硫微生物 219

10.2.4硫酸盐还原菌 220

10.3微生物脱硫途径及机理 221

10.3.1无机硫脱除途径 221

10.3.2有机硫脱除途径 221

10.3.3生物降解有机硫的机理 223

10.3.4生物脱硫的动力学模型 224

10.4生物脱硫反应器及其工艺 226

10.4.1生物脱硫反应器 226

10.4.2生物脱硫反应工艺 227

10.5硫酸盐还原作用机理 228

10.5.1硫酸盐还原与ATP合成 228

10.5.2SRB的生长机制 229

10.5.3SRB的歧化功能 229

10.6SRB的废水脱硫反应器技术 230

10.6.1SRB的厌氧消化作用 230

10.6.2SRB的竞争性抑制作用 230

10.6.3反硝化抑制SRB的作用 232

10.6.4基质对SRB的抑制作用 232

10.6.5反应器类型对SRB竞争性影响 233

10.6.6污泥类型对SRB竞争性影响 233

10.7SRB的腐蚀与抑蚀机制 234

10.7.1SRB的腐蚀机制 234

10.7.2抑蚀微生物特性 235

习题 236

参考文献 236

第11章废气生物脱除与转化 238

11.1CO2的生物脱除固定与转化 238

11.1.1高等植物对CO2的生物固定 238

11.1.2藻类对CO2的生物固定 240

11.1.3光合细菌对CO2的生物固定 242

11.1.4其他自养微生物对CO2的固定 243

11.1.5酶对CO2的固定 243

11.1.6CO2光生物反应器 244

11.2挥发性有机化合物（VOC）废气的生物净化 246

11.2.1VOC的生物净化特点 246

11.2.2生物净化方法 247

11.2.3生物反应器的设计参数 250

11.2.4影响生物反应器的因素 250

11.3氮氧化物的生物净化 251

11.3.1氮氧化物的来源及其危害 251

11.3.2处理NOx的微生物和装置 251

11.3.3国内外去除NOx的研究进展 251

习题 253

参考文献 253

第12章毒物的生物富集与吸附 255

12.1生物富集与积累 255

12.1.1生物富集系数 255

12.1.2生物富集系数的估算方法 256

12.1.3正辛醇-水分配系数测定 257

12.1.4正辛醇-水分配系数估算 257

12.2生物富集机理及模型 261

12.2.1水生生物的生物富集模型 261

12.2.2浮游植物生物的富集模型 262

12.2.3生物体内的富集与积累机制 263

12.3有机毒物的生物富集 264

12.3.1有机毒物的毒性 264

12.3.2有机毒物的仿生富集 264

12.4重金属离子的生物吸附 266

12.4.1重金属离子生物吸附剂 267

12.4.2重金属离子的生物吸附机理 268

12.4.3重金属离子的生物富集工艺 271

12.5其他有害物质的生物富集 272

12.5.1放射性物质的生物富集 272

12.5.2微量元素的生物富集 272

习题 272

参考文献 273

第13章生态塘与人工湿地 275

13.1生态塘分类与作用机理 275

13.1.1稳定塘的种类 276

13.1.2稳定塘的特点 276

13.1.3稳定塘的作用机理 277

13.2几种典型塘的设计 278

13.2.1好氧塘的设计 278

13.2.2兼性塘设计 279

13.2.3曝气塘设计 280

13.3人工湿地的构型与污水净化机制 282

13.3.1人工湿地构成与湿地类型 282

13.3.2人工湿地的污水净化机制 285

13.3.3人工湿地的净化水质原理 286

13.4人工湿地的设计与计算 287

13.4.1湿地负荷与面积确定 287

13.4.2湿地的水力系统计算 289

13.5湿地系统布局、防渗与管理 290

13.5.1湿地的分区与布局 290

13.5.2湿地床的防渗 290

13.5.3湿地的管理 290

习题 292

参考文献 292

第14章污染环境的生物修复 293

14.1生物修复的基本概念 293

14.1.1生物修复的对象与生物修复剂 293

14.1.2典型的生物修复剂及其作用 293

14.1.3污染环境与修复剂的相互作用 296

14.1.4生物修复的方式与特点 297

14.1.5影响生物修复的因素 298

14.2原位生物修复技术 299

14.2.1原位修复的特点 299

14.2.2原位生物修复的方法 299

14.2.3原位生物修复设计的工程问题 300

14.2.4修复过程的物料平衡计算 302

14.3异位生物修复及其生物反应器 303

14.3.1异位生物修复方法 303

14.3.2异位修复生物反应器及其修复工艺 304

14.3.3原位-异位联合修复技术 306

14.4污染土壤修复方式与蚯蚓反应器 306

14.4.1土壤污染的生物修复基础 306

14.4.2土壤污染的生物修复 306

14.4.3蚯蚓生物反应器 309

14.5生物修复存在问题及潜在解决方法 310

14.5.1微生物修复 310

14.5.2植物修复存在的问题 311

14.5.3生物修复的潜在发展技术 311

习题 311

参考文献 311

附录一美国127种优先污染物中英文对照 313

附录二67种（类）危及人体和生物的“内分泌干扰物”（美国USEPA在1998年8月公布） 315

附录三一些常见组分的COD质量当量 317

附录四部分有机物和无机物半反应及其吉布斯标准自由能 318

附录五有机化合物的环境性质 320

附录六各种有机化合物的生物浓缩因子 325