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第1章 绪论 1

1.1 氮素循环 1

1.1.1 生物固氮 2

1.1.2 氨的同化 2

1.1.3 氨化作用 2

1.1.4 硝化作用 3

1.1.5 反硝化作用 3

1.1.6 异化性硝酸盐还原作用 3

1.2 氮素污染及其危害 3

1.2.1 氮素污染物的来源 4

1.2.2 氮素污染的危害 5

1.3 氮素污染控制 7

1.3.1 物化法 7

1.3.2 生物法 10

1.4 生物脱氮进展 12

1.4.1 生物脱氮理论的突破 12

1.4.2 生物脱氮技术的创新 13

1.4.3 脱氮细菌研究方法的改进 14

2.1 硝化细菌的种类 15

2.1.1 氨氧化细菌 15

第2章 硝化作用原理 15

2.1.2 亚硝酸盐氧化细菌 19

2.2 硝化细菌的生理特性 22

2.2.1 硝化细菌的营养物质 22

2.2.2 硝化细菌生长的环境条件 26

2.3 硝化细菌的亲缘关系、生态关系和遗传特性 30

2.3.1 硝化细菌的亲缘关系 30

2.3.2 硝化细菌的生态关系 31

2.3.3 硝化细菌的遗传学特性 33

2.4 硝化过程的生化反应 35

2.4.1 氨氧化为羟胺 36

2.4.2 羟胺氧化为亚硝酸盐 38

2.4.3 亚硝酸盐氧化为硝酸盐 39

2.4.4 电子传递与能量转化 39

2.4.5 CO2的同化 44

2.4.6 硝化作用的化学计量关系 45

2.5 亚硝酸细菌的研究进展 46

2.5.1 NO和NO2对氨氧化的作用 46

2.5.2 N.eutropha的厌氧氨氧化 48

2.5.3 N.eutropha的代谢模型 49

3.1.2 反硝化细菌的种类 55

3.1.1 反硝化细菌的定义 55

3.1 反硝化细菌的种类 55

第3章 反硝化作用原理 55

3.2 反硝化细菌的生理特性 58

3.2.1 反硝化细菌的营养物质 58

3.2.2 反硝化细菌生长的环境条件 59

3.3 反硝化细菌的生化反应 60

3.3.1 硝酸盐还原成亚硝酸盐 61

3.3.2 亚硝酸盐还原成NO 64

3.3.3 NO还原成N2O 65

3.3.4 N2O还原成N2 65

3.3.6 反硝化过程的化学计量关系 66

3.3.5 反硝化过程的电子传递与能量转化 66

3.4 反硝化细菌的遗传特性 68

3.4.1 反硝化酶基因的组织 68

3.4.2 反硝化酶基因的表达 70

3.5 反硝化过程的调控 72

3.5.1 氧对反硝化过程的调控作用 72

3.5.2 反硝化中间产物的生成与转化 74

第4章 厌氧氨氧化原理 76

4.1 厌氧氨氧化的发现 76

4.1.1 Broda的预言 76

4.1.2 Mulder的发现 77

4.2 厌氧氨氧化是生物反应的证明 79

4.2.1 污泥活性试验 80

4.2.2 抑制或灭活试验 80

4.2.3 厌氧试验 82

4.2.4 产物来源示踪 82

4.3 厌氧氨氧化菌是自养型细菌的证明 83

4.3.1 初步试验 83

4.3.2 重现试验 85

4.4.1 厌氧氨氧化菌的形态特征 87

4.4 厌氧氨氧化菌的形态特征和生理特性 87

4.4.2 厌氧氨氧化菌的生理特征 90

4.5 厌氧氨氧化菌的分离和鉴定 99

4.5.1 厌氧氨氧化菌的分离 99

4.5.2 厌氧氨氧化菌的鉴定 99

4.6 厌氧氨氧化的反应机理 101

4.6.1 化学反应模型 101

4.6.2 化学反应模型的实验证据 102

4.6.3 细胞和生化反应模型 106

4.6.4 生化反应模型的实验证据 107

4.7.2 厌氧氨氧化菌与亚硝酸细菌的竞争与合作 112

4.7.1 厌氧氨氧化菌的分布 112

4.7 厌氧氨氧化菌的生态学特性 112

第5章 短程硝化-反硝化工艺 115

5.1 Sharon工艺的概念 115

5.2 Sharon工艺的原理 116

5.2.1 经济性原理 116

5.2.2 微生物学原理 116

5.2.3 反应工程学原理 119

5.2.4 Sharon工艺的实施策略 123

5.3.1 温度控制 126

5.3 Sharon工艺的技术要点 126

5.3.2 pH控制 128

5.3.3 溶解氧浓度控制 131

5.3.4 基质浓度和负荷控制 132

5.3.5 泥龄控制 136

5.4 Sharon工艺的小试与放大 138

5.4.1 实验室小型试验 138

5.4.2 工艺放大 140

5.4.3 反应器设计 141

5.4.4 技术经济分析 141

5.5.2 Sharon工艺的运行性能 143

5.5.1 Sharon工艺的应用场合 143

5.5 Sharon工艺的应用 143

5.5.3 Sharon工艺的应用效果 146

第6章 厌氧氨氧化及其组合工艺 147

6.1 Anammox工艺的原理 147

6.1.1 经济性原理 147

6.1.2 微生物学原理 148

6.1.3 反应器原理 149

6.2 Anammox工艺的技术要点 154

6.2.1 温度控制 155

6.2.2 pH控制 155

6.2.4 基质浓度和负荷控制 156

6.2.3 溶解氧浓度控制 156

6.2.5 泥龄控制 158

6.3 Anammox工艺的小试与中试 158

6.3.1 实验室试验 158

6.3.2 中间试验 164

6.4 Anammox工艺的应用 169

第7章 其他新型生物脱氮工艺 171

7.1 好氧脱氨工艺 171

7.1.1 概述 171

7.1.2 好氧脱氨作用的发现 171

7.1.3 好氧脱氨机理的研究 174

7.1.4 好氧脱氨工艺的开发设想 178

7.2 Canon工艺 179

7.2.1 概述 179

7.2.2 Canon序批式反应器 179

7.2.3 Canon气提式反应器 183

7.2.4 Canon工艺的操作要点 185

7.3 Oland工艺 187

7.3.1 概述 187

7.3.2 硝化污泥与Oland污泥 188

7.3.3 Oland工艺的性能 189

第8章 脱氮细菌的研究方法 191

8.1 形态学研究技术 191

8.1.1 显微镜技术 191

8.1.2 细胞染色技术 193

8.1.3 形态学研究技术的局限性 196

8.2 分离纯化技术 196

8.2.1 富集培养 196

8.2.2 分离培养 199

8.3 细菌鉴定技术 204

8.3.1 免疫抗体技术 204

8.3.2 核酸杂交技术 205

8.3.3 报告基因技术 207

8.4 细菌计数技术 207

8.4.1 显微直接计数法 207

8.4.2 平板菌落计数法 208

8.4.3 稀释培养测数法 209

8.4.4 cPCR测数法 209

8.5 活性测定技术 211

8.5.1 细菌活性测定法 211

8.5.2 Km和Vmax的测定 212

8.6.2 用生物反应器模拟自然生态位 213

8.6.1 设定生态位 213

8.6 厌氧氨氧化菌生态生理学研究法 213

8.6.3 研究富集培养物的生理特性 214

8.6.4 研究优势菌的谱系特性 214

8.6.5 分离优势菌 215

8.6.6 确认分离物的生态功能 216

8.7 细菌群落生物多样性研究法 216

8.7.1 Koch准则 216

8.7.2 谱系分析原理 217

8.7.3 细菌群落的谱系分析 220

主要参考文献 224