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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