第1章 可持续发展的废水生物处理核心技术 1
1.1 厌氧生物技术的应用领域 1
1.1.1 厌氧处理在世界范围的成功 1
1.1.2 厌氧处理的现实和潜在应用领域 2
1.2 厌氧处理技术在全世界范围的应用 14
1.2.1 不同厌氧技术的应用情况 14
1.2.2 厌氧颗粒污泥床反应器 14
1.2.3 厌氧处理技术的应用领域 15
1.2.4 厌氧处理技术的产业化 15
1.3 厌氧处理技术在我国的应用 16
1.3.1 在我国的应用统计 16
1.3.2 我国厌氧技术发展现状及展望 18
1.4 污水处理中的可持续发展问题 19
1.4.1 国内外污水处理技术的发展 19
1.4.2 我国城市污水处理总体发展及技术路线的思考 19
1.4.3 厌氧工艺成为可持续发展的核心技术 20
参考文献 21
第2章 厌氧微生物和生化反应基础 24
2.1 厌氧发酵反应基础 24
2.1.1 有机物的生物代谢 24
2.1.2 有机物的厌氧消化过程 32
2.1.3 非产甲烷菌的重要作用 37
2.2 产甲烷菌的分类、生理和生化特性 37
2.2.1 早期研究 37
2.2.2 产甲烷菌的分类 38
2.2.3 产甲烷菌的鉴别特性 39
2.3 产甲烷菌的营养物和抑制物 43
2.3.1 生长营养因子 43
2.3.2 生长抑制因子 43
2.3.3 产甲烷菌中的矿物质组成 44
2.3.4 微量营养元素的功能和作用 45
2.4 硫酸盐还原菌和硫酸盐还原反应 46
2.4.1 硫酸盐还原菌的研究进展 46
2.4.2 含SO2-4条件下有机物的厌氧消化过程 47
2.4.3 硫酸盐还原菌的微生物学研究 47
2.4.4 影响硫酸盐还原菌生长的主要因素 49
2.4.5 硫酸盐还原菌的典型生化代谢反应 50
2.4.6 硫酸盐还原菌和产甲烷菌等细菌之间的基质竞争 50
参考文献 53
第3章 厌氧消化的物化反应过程基础 55
3.1 酸碱平衡和pH控制 55
3.1.1 缓冲体系及其碱度 55
3.1.2 pH控制策略 57
3.1.3 厌氧反应体系中的酸碱平衡 59
3.1.4 废水特性对pH值的影响 62
3.2 温度对厌氧发酵的影响 62
3.2.1 厌氧反应温度的初步研究 62
3.2.2 厌氧菌的温度类型 63
3.2.3 温度对废水物理化学特性的影响 65
3.2.4 温度对生物反应特性的影响 67
3.2.5 温度影响的基本数学模型 69
3.2.6 厌氧处理工艺 70
3.3 厌氧反应器的水力学问题 72
3.3.1 水力学模型的对象和方法 72
3.3.2 理想反应器的停留时间分布 74
3.3.3 理想模型扩展 75
3.3.4 非理想反应器的流动模型 79
3.4 厌氧反应器的水力学模型应用 81
3.4.1 厌氧滤池水力学模型 81
3.4.2 UASB反应器组合流态模型 82
3.4.3 UASB反应器轴向混合模型 83
3.4.4 厌氧悬浮污泥床反应器流态 85
3.4.5 生产性厌氧悬浮污泥床反应器流态 88
参考文献 93
第4章 厌氧反应系统分析方法和应用 95
4.1 动力学基本方程 95
4.1.1 厌氧生物反应动力学 95
4.1.2 基质抑制方程 98
4.2 反应动力学方程的应用 101
4.2.1 有回流系统的厌氧反应器 101
4.2.2 无回流系统的厌氧反应器 103
4.2.3 生物膜反应器 103
4.3 厌氧复杂系统的结构模型方法 104
4.3.1 系统结构模型初步研究 104
4.3.2 结构模型（ADM1模型） 106
4.4 厌氧复杂系统的系统分析方法 115
4.4.1 模糊神经网络模型 115
4.4.2 系统动力学模型 119
4.4.3 系统动力学模型的验证 125
4.5 系统稳定性分析理论 126
4.5.1 运动稳定性问题 127
4.5.2 稳定性数学理论的应用 129
4.5.3 运动稳定性问题的定性分析——相平面分析法 132
4.5.4 反应器的动态问题研究 133
参考文献 135
第5章 UASB反应器的启动和颗粒污泥现象 138
5.1 厌氧反应器的启动 138
5.1.1 厌氧反应器的接种物 138
5.1.2 厌氧反应器的启动初步研究 139
5.1.3 其他接种污泥 141
5.2 UASB反应器中颗粒污泥的培养 141
5.2.1 UASB反应器中污泥的颗粒化及颗粒污泥的类型 141
5.2.2 污泥流失和污泥停留时间及其对污泥龄的影响 145
5.2.3 污泥颗粒类型与接种物和启动条件的关系 148
5.3 运行条件对UASB反应器和污泥颗粒化的影响 150
5.3.1 营养元素和环境条件 150
5.3.2 基质的影响 152
5.3.3 污泥负荷对颗粒污泥形成的影响 156
5.4 UASB反应器的快速启动措施 158
5.4.1 添加载体的作用 158
5.4.2 投加颗粒污泥 159
5.4.3 投加惰性载体 161
5.5 颗粒污泥形成的控制要素 164
5.5.1 最短的启动时间 164
5.5.2 利用载体和颗粒污泥的重要性 165
5.5.3 保持污泥量的措施 165
5.5.4 接种物、基质和启动策略等综合因素的作用 165
5.6 一次启动和二次启动中的技术问题 166
5.6.1 一次启动总结 166
5.6.2 二次启动 167
5.6.3 二次启动过程常见问题及其解决方案 169
参考文献 170
第6章 厌氧颗粒污泥的产生机理 173
6.1 厌氧颗粒污泥的发现历史 173
6.1.1 高效厌氧反应器和颗粒污泥 173
6.1.2 颗粒污泥的定义 174
6.1.3 污泥颗粒化的意义 176
6.2 厌氧污泥颗粒的组成和性质 178
6.2.1 颗粒污泥的形态 178
6.2.2 颗粒污泥的化学组成 179
6.2.3 颗粒污泥的物理性质 180
6.2.4 颗粒污泥中的微生物 183
6.3 颗粒污泥的研究方法和结果 185
6.3.1 生产装置中颗粒污泥的性质 185
6.3.2 颗粒污泥的微生物组成分析 187
6.3.3 颗粒污泥生物活性的表征和测定 192
6.4 颗粒污泥的形成机理 193
6.4.1 颗粒污泥机理研究的背景 193
6.4.2 颗粒污泥形成观察中的基本现象 195
6.4.3 颗粒污泥的开普敦假说 197
6.4.4 生物膜理论的解释 200
6.4.5 颗粒污泥形成机理的宏观解释 204
6.5 颗粒污泥结构形成的综合性理论 209
6.5.1 以甲烷丝菌为核心的多层颗粒污泥结构 209
6.5.2 颗粒污泥分层结构实验观察 212
6.5.3 颗粒污泥的宏观结构理论和应用 213
6.6 颗粒污泥的增殖和消亡 217
6.6.1 负荷对颗粒污泥的影响 217
6.6.2 颗粒污泥的衰亡 220
参考文献 224
第7章 厌氧反应器分相和分级系统 229
7.1 生物处理工艺中的分级作用 229
7.1.1 好氧生物污水处理中的分级工艺 229
7.1.2 分相／分级反应器对厌氧污水（污泥）处理工艺的改善 229
7.1.3 厌氧反应器的分相 230
7.1.4 厌氧反应器的分级 231
7.1.5 反应器的分相和分级的异同 232
7.2 可能影响工艺运行的构造形式 232
7.2.1 反应器可能的组合形式对分相／分级的影响 232
7.2.2 采用CSTR反应器的定性研究 233
7.2.3 工程上各种类型的分相／分级反应器 235
7.2.4 分级和不分级的厌氧滤池的对比实验研究 236
7.3 厌氧发酵的气相管理 237
7.3.1 气体吹脱去除硫化氢 237
7.3.2 厌氧处理的气体管理实例 238
7.4 厌氧分级反应器处理“复杂”废水 239
7.4.1 “复杂”废水的类型 239
7.4.2 新型厌氧分级反应器的发展 241
7.4.3 分级处理易降解和难降解基质——PTA废水 243
7.5 通过电子受体分级－厌氧－好氧串联处理 244
7.5.1 多级串联处理工艺的扩展 244
7.5.2 采用厌氧－好氧序批工艺处理偶氮染料 245
7.6 分级处理工艺在高、低温废水处理中的应用 246
7.6.1 分级EGSB反应器处理低温废水 246
7.6.2 分级厌氧生物反应器应用高温条件处理废水 249
7.7 两级厌氧工艺处理复杂废水 250
7.7.1 UASR反应器处理高悬浮物含量污水 250
7.7.2 两级工艺处理屠宰废水的研究 251
7.7.3 处理高悬浮物生活污水的污泥稳定化问题 251
参考文献 254
第8章 第三代新型高效生物反应器的理论 257
8.1 新型高效生物反应器的形成和发展 257
8.1.1 新型高效生物反应器的类型 257
8.1.2 第三代高效生物反应器简介 259
8.2 新型高效生物反应器的基本理论 261
8.2.1 基本概念分析 261
8.2.2 SP反应器的基本参数 265
8.2.3 生物膜对载体流化的影响 267
8.3 载体颗粒的生物膜 271
8.3.1 细胞固定化的过程 271
8.3.2 生物颗粒的形态和结构 272
8.3.3 生物膜的特性与生物量 276
8.3.4 生物膜生长的影响 277
8.4 气提反应器 278
8.4.1 气提反应器的基本结构 278
8.4.2 气提反应器的基本参数 279
8.4.3 气提反应器的特性参数 280
8.4.4 气提反应器的流态 281
8.4.5 气、液、固三相传质 284
8.5 流化床反应器的数学模型 289
8.5.1 生物颗粒模型 289
8.5.2 反应器流动模型 290
8.5.3 流化床反应器的设计 291
8.5.4 流化床反应器的性能分析 292
8.6 高效生物反应器的限制因素 293
8.6.1 形成生物膜的限制条件 293
8.6.2 保留颗粒污泥或生物膜颗粒的条件 294
8.6.3 液－固传质的限制 294
8.6.4 固－液分离的限制 294
参考文献 295
第9章 氮和硫的生物循环及其在环境工程中的应用 298
9.1 氮和硫的循环原理及应用 298
9.1.1 氮元素在水环境中的循环过程 298
9.1.2 硫的自然和人工循环 298
9.1.3 硫的生物循环应用原理 300
9.2 利用氮循环开发的生物处理新工艺 302
9.2.1 短程硝化－反硝化和SHARON工艺 302
9.2.2 厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺 304
9.2.3 SHARON与ANAMMOX组合工艺 308
9.2.4 基于亚硝酸盐途径的完全自养脱氮（CANON）工艺 311
9.2.5 限氧自养硝化－反硝化（OLAND）工艺 312
9.2.6 同时硝化－反硝化（SND）工艺 315
9.2.7 生物脱氮技术的展望 317
9.3 硫循环的工程应用 318
9.3.1 沼气脱硫 318
9.3.2 天然气的生物脱硫 320
9.3.3 从石化炼油厂尾气中去除H2S和回收硫 323
9.3.4 天然气和石化工业废气生物脱硫工艺的技术经济分析 325
9.4 从污染废水中同时去除（和回收）重金属和硫酸盐 326
9.4.1 基本原理 327
9.4.2 Budelco锌厂等示范工程 327
9.5 烟气生物脱硫工艺 332
9.5.1 国外烟气生物脱硫技术的研究进展 332
9.5.2 国内烟气生物脱硫技术进展及配套设备的开发 336
9.5.3 Bio-FGD工艺与LSFO工艺的技术经济比较 337
9.6 脱硫技术在采矿和冶炼领域的应用 337
9.6.1 采矿和冶炼废水污染的治理 337
9.6.2 金属选择性回收的原理和经济性 338
9.6.3 酸性矿井废水中金属的去除和回收 339
9.6.4 有色冶金工业废气的生物脱硫 341
参考文献 343
附录 本书常见术语缩写及中英文对照 347
索引 350