厭氧微生物學與污水處理（第二版）

第1章緒論1
1.1厭氧微生物學的研究概況1
1.1.1國內厭氧微生物學的研究概況1
1.1.2國外厭氧微生物學的研究概況2
1.2厭氧生物處理技術3
1.2.1厭氧生物處理的產生與發展3
1.2.2厭氧生物處理的基本原理3
1.2.3厭氧生物處理的特點5
1.3厭氧生物處理工藝6
1.4廢水脫氮除磷技術6
1.4.1生物脫氮7
1.4.2生物除磷8
第2章厭氧微生物學10
2.1厭氧微生物在生物地球化學循環中的作用10
2.1.1自然環境中的厭氧微生物10
2.1.2厭氧微生物在污染物(元素)生物地球化學轉化中的作用11
2.2不產甲烷細菌及其作用11
2.2.1發酵性細菌11
2.2.2產氫產乙酸細菌13
2.2.3同型產乙酸細菌14
2.3產甲烷細菌及其作用16
2.3.1產甲烷細菌的分類和形態16
2.3.2產甲烷細菌的生理18
2.3.3產甲烷細菌的能量代謝20
2.4產甲烷細菌與不產甲烷細菌的相互作用20
2.4.1不產甲烷細菌為產甲烷細菌提供生長和產甲烷所必需的基質21
2.4.2不產甲烷細菌為產甲烷細菌創造了適宜的氧化還原電位條件21
2.4.3不產甲烷細菌為產甲烷細菌消除了有毒物質21
2.4.4產甲烷細菌為不產甲烷細菌的生化反應解除反饋抑制21
2.4.5產甲烷細菌和不產甲烷細菌共同維持環境中適宜的pH值21
2.5硫酸鹽還原菌22
2.5.1SRB的生活環境和條件22
2.5.2硫酸鹽還原菌的分類及生物學特征22
2.5.3硫酸鹽還原菌的代謝機理23
2.5.4SRB在硫循環體系中的地位和作用24
2.5.5影響硫酸鹽還原作用的影響因子24
2.6厭氧活性污泥25
2.6.1厭氧活性污泥性狀25
2.6.2厭氧顆粒污泥的基本特性25
2.6.3厭氧顆粒污泥的結構26
2.6.4顆粒化過程27
2.7厭氧生物膜28
2.7.1厭氧生物膜的形成及其作用28
2.7.2厭氧生物膜法的特點28
第3章廢水厭氧生物處理生物化學原理30
3.1廢水厭氧生物處理技術的特點30
3.1.1廢水厭氧生物處理技術的發展30
3.1.2厭氧生物處理技術的優點31
3.1.3厭氧生物處理技術的缺點34
3.2厭氧處理過程的生化機理34
3.2.1廢水中復雜基質的厭氧降解35
3.2.2厭氧微生物35
3.2.3水解反應階段37
3.2.4發酵酸化反應階段38
3.2.5產乙酸反應階段40
3.2.6產甲烷反應階段41
3.2.7厭氧條件下脫氮和還原硫酸鹽44
3.3厭氧過程的能量代謝46
3.3.1動力學原理46
3.3.2標准狀態與環境條件50
3.3.3氫分壓對轉化自由能的影響50
3.3.4氧化還原電位50
第4章影響厭氧生物處理的環境因素52
4.1厭氧生物處理的酸鹼平衡及pH值控制52
4.1.1厭氧微生物適應的pH值52
4.1.2厭氧生物處理的緩沖體系53
4.1.3厭氧生物處理系統中的酸鹼平衡54
4.1.4厭氧生物處理系統中的鹼度55
4.2溫度對厭氧生物處理的影響56
4.2.1溫度對厭氧微生物的影響56
4.2.2溫度對厭氧反應過程中動力學參數的影響59
4.2.3溫度突變對厭氧消化的影響59
4.2.4厭氧消化反應溫度的選擇與控制61
4.3厭氧消化過程中的營養物質61
4.3.1概述61
4.3.2厭氧微生物對碳、氮、磷、硫的需求62
4.4微量元素對厭氧生物處理的影響64
4.4.1微量金屬元素64
4.4.2維生素66
4.5厭氧消化過程中的抑制物質66
4.5.1無機抑制性物質66
4.5.2有機抑制性物質67
4.6不產甲烷菌與產甲烷菌微生物之間的關系68
4.6.1不產甲烷菌為產甲烷菌提供生長和產甲烷所需要的基質68
4.6.2不產甲烷菌為產甲烷菌創造適宜的氧化還原環境68
4.6.3不產甲烷菌為產甲烷菌清除有毒物質69
4.6.4產甲烷菌為不產甲烷菌的生化反應解除反饋抑制69
4.6.5不產甲烷菌和產甲烷菌在厭氧消化過程中共同維持適宜的環境70
第5章厭氧生物處理的廢水特性71
5.1廢水的碳和氮參數71
5.1.1碳參數71
5.1.2氮參數72
5.2廢水的厭氧生物可降解性73
5.2.1生物降解性能含義73
5.2.2影響有機物生物降解性能的因素73
5.2.3難降解有機污染物的分類及來源75
5.2.4廢水中常見的有機物生物降解性77
5.3廢水中常見的毒性物質80
5.3.1概述80
5.3.2無機毒性物質81
5.3.3有機毒性物質84
5.3.4厭氧微生物對毒性物質的適應與馴化86
第6章厭氧生物處理反應工藝88
6.1厭氧接觸工藝（anaerobic contagion）88
6.1.1厭氧接觸工藝的原理88
6.1.2厭氧接觸工藝的特點89
6.1.3厭氧接觸工藝的應用89
6.2厭氧濾池工藝（AF）90
6.2.1AF的原理與特點90
6.2.2AF的運行與影響因素91
6.2.3AF的應用93
6.3厭氧生物流化床工藝（AFB）94
6.3.1厭氧生物流化床的工藝特點94
6.3.2厭氧生物流化床載體顆粒的特性與作用95
6.3.3厭氧生物流化床在廢水處理中的應用95
6.4厭氧折流板反應器（ABR）96
6.4.1ABR的工作原理96
6.4.2ABR的特點97
6.4.3ABR的主要工藝性能97
6.4.4ABR反應器在幾種廢水條件下的運行性能98
6.4.5ABR的工藝研究及應用現狀100
6.5升流式厭氧污泥床反應器（UASB）100
6.5.1升流式厭氧污泥床反應器（UASB）的結構101
6.5.2升流式厭氧污泥床反應器（UASB）的原理103
6.5.3升流式厭氧污泥床反應器（UASB）的工藝特點103
6.5.4升流式厭氧污泥床反應器（UASB）的啟動104
6.5.5升流式厭氧污泥床反應器（UASB）處理廢水的應用104
6.5.6升流式厭氧污泥床反應器（UASB）在污水處理中的應用前景105
6.6膨脹顆粒污泥床反應器（EGSB）105
6.6.1EGSB的產生背景及其特征105
6.6.2EGSB的結構特征與工作原理106
6.6.3EGSB顆粒污泥的特征107
6.6.4EGSB的工藝特點107
6.6.5EGSB的應用108
6.7內循環厭氧反應器（IC）109
6.7.1內循環厭氧反應器（IC）構造及工作原理109
6.7.2內循環厭氧反應器（IC）的工作原理109
6.7.3內循環厭氧反應器（IC）的工藝特點110
6.7.4內循環厭氧反應器（IC）的應用111
6.7.5內循環厭氧反應器（IC）與升流式厭氧污泥床反應器（UASB）的參數比較112
6.8升流式厭氧污泥床?濾層反應器（UBF）113
6.8.1升流式厭氧污泥床?濾層反應器（UBF）的工作原理113
6.8.2升流式厭氧污泥床?濾層反應器（UBF）的工藝特點114
6.8.3升流式厭氧污泥床?濾層反應器（UBF）的啟動過程115
6.8.4升流式厭氧污泥床?濾層反應器（UBF）的應用115
6.9厭氧生物轉盤116
6.9.1厭氧生物轉盤的構造和工作原理116
6.9.2厭氧生物轉盤的工藝特點117
6.9.3厭氧生物轉盤的應用117
6.10兩相厭氧生物處理工藝118
6.10.1兩相厭氧消化工藝的發展118
6.10.2兩相厭氧消化工藝基本原理118
6.10.3兩相厭氧生物處理的工藝特點119
6.10.4兩相厭氧工藝的適用范圍120
6.10.5相分離方法121
6.10.6兩相厭氧工藝反應器的選擇和構造121
6.10.7兩相厭氧工藝的流程和參數選擇122
第7章厭氧反應器和廢水處理工藝設計124
7.1廢水厭氧處理工藝流程的選擇124
7.1.1預處理124
7.1.2厭氧處理126
7.1.3后處理127
7.1.4剩余污泥的處理130
7.2厭氧反應器的設計130
7.2.1反應器容積（包括沉淀區和反應區）的確定130
7.2.2反應器的高度131
7.2.3反應器的平面形狀131
7.2.4反應器的上流速度132
7.2.5單元反應器的最大體積132
7.2.6配水系統133
7.2.7三相分離器134
7.2.8管道設計138
7.2.9出水系統139
7.2.10浮渣清除裝置139
7.2.11氣體收集裝置139
7.2.12污泥排放設備140
7.2.13反應器采用的材料140
7.2.14輔助設備140
7.3UASB厭氧反應器的設計及工程實例140
7.3.1UASB反應器的設計140
7.3.2UASB反應器設計舉例142
7.3.3UASB反應器在國內外的應用情況143
7.3.4UASB反應器工程實例145
7.4厭氧接觸法工藝設計及工程實例149
7.4.1厭氧接觸法的工藝設計149
7.4.2厭氧接觸法設計舉例151
7.4.3厭氧接觸工藝的應用情況152
7.5厭氧生物濾池153
7.5.1濾床有效容積的設計153
7.5.2設計實例154
7.5.3應用情況155
7.5.4工程實例155
7.6兩相厭氧生物處理工藝157
7.6.1兩相厭氧反應器容積的確定157
7.6.2工程實例158
7.7厭氧生物轉盤的設計及試驗研究161
7.7.1厭氧生物轉盤的設計161
7.7.2厭氧生物轉盤的試驗研究現狀162
7.8厭氧膨脹床和厭氧流化床的設計及工程實例162
7.8.1厭氧膨脹床和厭氧流化床的設計162
7.8.2厭氧膨脹床和厭氧流化床的試驗研究163
7.8.3厭氧膨脹床和厭氧流化床的工程實例164
7.9EGSB反應器的設計及工程實例165
7.9.1EGSB反應器的設計165
7.9.2EGSB反應器的應用工程實例165
第8章厭氧生物處理工藝運行管理與控制167
8.1厭氧工藝中污泥的培養與馴化167
8.1.1厭氧活性污泥的培養與馴化167
8.1.2厭氧生物膜的培養與馴化167
8.1.3厭氧顆粒污泥169
8.2厭氧生物處理運行條件控制174
8.2.1相關名詞174
8.2.2溫度176
8.2.3氧化還原電位179
8.2.4厭氧消化過程的pH值181
8.2.5中間產物186
8.2.6營養元素188
8.2.7監測與控制189
8.3厭氧生物處理中容易出現的問題及其解決辦法191
8.3.1復雜廢水中含有不溶解物質191
8.3.2廢水中的某些物質容易導致沉淀192
8.3.3毒性物質193
8.3.4泡沫問題197
8.3.5厭氧反應器中產氣的異常現象及解決方案197
8.3.6污泥厭氧消化沼氣的安全問題198
8.3.7污泥膨脹199
第9章難降解有機化合物的厭氧生物降解204
9.1概述204
9.1.1難降解有機物的定義204
9.1.2難降解有機物的分類204
9.1.3難降解有機物的來源和循環轉化205
9.1.4難降解有機物的特點205
9.1.5難降解有機物的危害205
9.2廢水中難降解物質生物降解的機理206
9.2.1有機物生物難降解的原因206
9.2.2共基質代謝機理207
9.2.3種間協同代謝機理208
9.2.4EM(有效微生物菌群)的篩選和馴化208
9.2.5影響廢水中難降解物質生物降解的因子209
9.3鑒定難降解有機物厭氧生物處理的評價方法211
9.3.1應用難降解化合物在厭氧降解時產生氣體的量來評價的方法211
9.3.2綜合因素評價212
9.4雜環化合物和多環芳烴的厭氧生物降解213
9.4.1雜環化合物和多環芳烴的定義和分類213
9.4.2環境中雜環化合物和多環芳烴污染物的主要來源213
9.4.3雜環化合物和多環芳烴的毒性和危害214
9.4.4雜環化合物和多環芳烴的厭氧生物處理機理214
9.5含氯有機化合物污染物的厭氧生物降解217
9.5.1環境中含氯有機化合物污染物的主要來源217
9.5.2含氯有機化合物的毒性和危害217
9.5.3含氯有機化合物厭氧降解機理217
9.5.4有機氯化物的生物處理法219
9.6氰化物的厭氧生物降解220
9.6.1氰化物的定義和分類220
9.6.2含氰廢水的來源220
9.6.3氰化物的毒性和危害220
9.6.4氰化物傳統處理方法221
9.6.5微生物厭氧處理氰化物的機理222
9.6.6微生物處理含氰廢水223
9.7有機染料的厭氧生物降解224
9.7.1有機染料廢水的來源和特點224
9.7.2有機染料廢水傳統處理方法224
9.7.3有機染料廢水厭解菌及厭氧降解機理224
9.7.4有機染料廢水生物處理方法225
9.8制漿造紙廢水的厭氧生物降解226
9.8.1制漿造紙廢水的定義、來源和分類226
9.8.2廢水主要成分227
9.8.3造紙的環境污染與危害227
9.8.4制漿造紙廢水的傳統處理方法228
9.8.5制漿造紙廢水的厭氧生物處理機理228
9.8.6制漿造紙廢水厭氧處理的不利因素及去除方法228
第10章廢水厭氧處理應用實例230
10.1啤酒廢水的厭氧處理230
10.1.1啤酒廢水230
10.1.2啤酒廢水的厭氧處理技術231
10.1.3啤酒廢水的厭氧處理工藝應用232
10.2味精廢水的厭氧處理技術235
10.2.1味精廢水236
10.2.2味精廢水的厭氧處理技術237
10.2.3味精水的厭氧處理工藝應用237
10.3淀粉廢水的厭氧處理239
10.3.1淀粉廢水240
10.3.2淀粉廢水的厭氧處理技術241
10.3.3淀粉廢水的厭氧處理工藝應用241
10.4制漿造紙廢水的厭氧處理245
10.4.1制漿造紙廢水245
10.4.2制漿造紙廢水的厭氧處理技術246
10.4.3制漿造紙廢水的厭氧處理工藝應用247
10.5含硫酸鹽廢水的厭氧處理251
10.5.1含硫酸鹽廢水251
10.5.2含硫酸鹽廢水的厭氧處理技術及應用252
10.6含油脂類廢水的厭氧處理255
10.6.1含油脂類廢水產生與特點255
10.6.2含油脂類廢水的厭氧處理技術256
10.6.3含油脂類廢水的厭氧處理工藝應用257
10.7城市污水的厭氧處理261
10.7.1城市污水概況261
10.7.2城市污水的厭氧處理技術262
10.7.3城市污水的厭氧處理工藝應用263
第11章廢水厭氧生物處理的研究和分析方法267
11.1化學需氧量（COD）的測定267
11.1.1重鉻酸鉀法267
11.1.2比色法269
11.2廢水厭氧生物處理監測中的ORP測定269
11.2.1ORP測定的基本原理269
11.2.2ORP的測定270
11.3生物化學甲烷勢（BMP）的測定271
11.3.1說明271
11.3.2生物化學甲烷勢的測定方法271
11.4沼氣的測定272
11.4.1兩種液體置換系統272
11.4.2測定沼氣的組成273
11.4.3甲烷的COD換算274
11.5厭氧污泥產甲烷活性的測定275
11.5.1厭氧污泥產甲烷活性測定的目的275
11.5.2產甲烷細菌的氫化酶活性分析法275
11.6最大比產甲烷速率的測定278
11.6.1意義278
11.6.2測定方法278
11.6.3產甲烷速率公式280
11.7厭氧生物可降解性的測定280
11.7.1目的和原理280
11.7.2條件280
11.7.3測定裝置281
11.7.4測定步驟281
11.7.5計算281
11.8厭氧消化污泥性質的研究282
11.8.1污泥的分類282
11.8.2污泥的性質指標283
11.9反應器內污泥的測定283
11.9.1測定目的和原理283
11.9.2儀器和設備284
11.9.3總固體、揮發性固體和灰分的測定284
11.9.4污泥量測定中的采樣285
11.9.5污泥量測定的步驟285
11.9.6計算285
11.10產甲烷毒性的測定285
11.10.1說明285
11.10.2測定裝置286
11.10.3情況分析286
11.10.4產甲烷毒性測定287
11.10.5毒性的表示方法和計算方法287
11.11厭氧毒性測定（ATA）方法287
11.11.1說明287
11.11.2方法287
11.11.3對毒物的敏感性287
11.11.4實例288
11.12厭氧微生物的分離與鑒定288
11.12.1產酸細菌288
11.12.2產甲烷細菌291
11.12.3硫酸鹽還原細菌297
11.13PCR技術在廢水厭氧生物處理中的應用298
11.13.1PCR的原理及其試驗方法298
11.13.2提高PCR檢測的准確率的方法298
11.13.3厭氧廢水處理系統中微生物群落結構變化的PCR技術監測手段299
11.14微生物傳感器在厭氧工藝測定中的應用301
11.14.1構成和原理301
11.14.2應用302
參考文獻303