厌氧微生物学与污水处理-(第二版)

第1章绪论1
1.1厌氧微生物学的研究概况1
1.1.1国内厌氧微生物学的研究概况1
1.1.2国外厌氧微生物学的研究概况2
1.2厌氧生物处理技术3
1.2.1厌氧生物处理的产生与发展3
1.2.2厌氧生物处理的基本原理3
1.2.3厌氧生物处理的特点5
1.3厌氧生物处理工艺6
1.4废水脱氮除磷技术6
1.4.1生物脱氮7
1.4.2生物除磷8
第2章厌氧微生物学10
2.1厌氧微生物在生物地球化学循环中的作用10
2.1.1自然环境中的厌氧微生物10
2.1.2厌氧微生物在污染物(元素)生物地球化学转化中的作用11
2.2不产甲烷细菌及其作用11
2.2.1发酵性细菌11
2.2.2产氢产乙酸细菌13
2.2.3同型产乙酸细菌14
2.3产甲烷细菌及其作用16
2.3.1产甲烷细菌的分类和形态16
2.3.2产甲烷细菌的生理18
2.3.3产甲烷细菌的能量代谢20
2.4产甲烷细菌与不产甲烷细菌的相互作用20
2.4.1不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所必需的基质21
2.4.2不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位条件21
2.4.3不产甲烷细菌为产甲烷细菌消除了有毒物质21
2.4.4产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制21
2.4.5产甲烷细菌和不产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值21
2.5硫酸盐还原菌22
2.5.1SRB的生活环境和条件22
2.5.2硫酸盐还原菌的分类及生物学特征22
2.5.3硫酸盐还原菌的代谢机理23
2.5.4SRB在硫循环体系中的地位和作用24
2.5.5影响硫酸盐还原作用的影响因子24
2.6厌氧活性污泥25
2.6.1厌氧活性污泥性状25
2.6.2厌氧颗粒污泥的基本特性25
2.6.3厌氧颗粒污泥的结构26
2.6.4颗粒化过程27
2.7厌氧生物膜28
2.7.1厌氧生物膜的形成及其作用28
2.7.2厌氧生物膜法的特点28
第3章废水厌氧生物处理生物化学原理30
3.1废水厌氧生物处理技术的特点30
3.1.1废水厌氧生物处理技术的发展30
3.1.2厌氧生物处理技术的优点31
3.1.3厌氧生物处理技术的缺点34
3.2厌氧处理过程的生化机理34
3.2.1废水中复杂基质的厌氧降解35
3.2.2厌氧微生物35
3.2.3水解反应阶段37
3.2.4发酵酸化反应阶段38
3.2.5产乙酸反应阶段40
3.2.6产甲烷反应阶段41
3.2.7厌氧条件下脱氮和还原硫酸盐44
3.3厌氧过程的能量代谢46
3.3.1动力学原理46
3.3.2标准状态与环境条件50
3.3.3氢分压对转化自由能的影响50
3.3.4氧化还原电位50
第4章影响厌氧生物处理的环境因素52
4.1厌氧生物处理的酸碱平衡及pH值控制52
4.1.1厌氧微生物适应的pH值52
4.1.2厌氧生物处理的缓冲体系53
4.1.3厌氧生物处理系统中的酸碱平衡54
4.1.4厌氧生物处理系统中的碱度55
4.2温度对厌氧生物处理的影响56
4.2.1温度对厌氧微生物的影响56
4.2.2温度对厌氧反应过程中动力学参数的影响59
4.2.3温度突变对厌氧消化的影响59
4.2.4厌氧消化反应温度的选择与控制61
4.3厌氧消化过程中的营养物质61
4.3.1概述61
4.3.2厌氧微生物对碳、氮、磷、硫的需求62
4.4微量元素对厌氧生物处理的影响64
4.4.1微量金属元素64
4.4.2维生素66
4.5厌氧消化过程中的抑制物质66
4.5.1无机抑制性物质66
4.5.2有机抑制性物质67
4.6不产甲烷菌与产甲烷菌微生物之间的关系68
4.6.1不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所需要的基质68
4.6.2不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的氧化还原环境68
4.6.3不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质69
4.6.4产甲烷菌为不产甲烷菌的生化反应解除反馈抑制69
4.6.5不产甲烷菌和产甲烷菌在厌氧消化过程中共同维持适宜的环境70
第5章厌氧生物处理的废水特性71
5.1废水的碳和氮参数71
5.1.1碳参数71
5.1.2氮参数72
5.2废水的厌氧生物可降解性73
5.2.1生物降解性能含义73
5.2.2影响有机物生物降解性能的因素73
5.2.3难降解有机污染物的分类及来源75
5.2.4废水中常见的有机物生物降解性77
5.3废水中常见的毒性物质80
5.3.1概述80
5.3.2无机毒性物质81
5.3.3有机毒性物质84
5.3.4厌氧微生物对毒性物质的适应与驯化86
第6章厌氧生物处理反应工艺88
6.1厌氧接触工艺（anaerobic contagion）88
6.1.1厌氧接触工艺的原理88
6.1.2厌氧接触工艺的特点89
6.1.3厌氧接触工艺的应用89
6.2厌氧滤池工艺（AF）90
6.2.1AF的原理与特点90
6.2.2AF的运行与影响因素91
6.2.3AF的应用93
6.3厌氧生物流化床工艺（AFB）94
6.3.1厌氧生物流化床的工艺特点94
6.3.2厌氧生物流化床载体颗粒的特性与作用95
6.3.3厌氧生物流化床在废水处理中的应用95
6.4厌氧折流板反应器（ABR）96
6.4.1ABR的工作原理96
6.4.2ABR的特点97
6.4.3ABR的主要工艺性能97
6.4.4ABR反应器在几种废水条件下的运行性能98
6.4.5ABR的工艺研究及应用现状100
6.5升流式厌氧污泥床反应器（UASB）100
6.5.1升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的结构101
6.5.2升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的原理103
6.5.3升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的工艺特点103
6.5.4升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的启动104
6.5.5升流式厌氧污泥床反应器（UASB）处理废水的应用104
6.5.6升流式厌氧污泥床反应器（UASB）在污水处理中的应用前景105
6.6膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）105
6.6.1EGSB的产生背景及其特征105
6.6.2EGSB的结构特征与工作原理106
6.6.3EGSB颗粒污泥的特征107
6.6.4EGSB的工艺特点107
6.6.5EGSB的应用108
6.7内循环厌氧反应器（IC）109
6.7.1内循环厌氧反应器（IC）构造及工作原理109
6.7.2内循环厌氧反应器（IC）的工作原理109
6.7.3内循环厌氧反应器（IC）的工艺特点110
6.7.4内循环厌氧反应器（IC）的应用111
6.7.5内循环厌氧反应器（IC）与升流式厌氧污泥床反应器（UASB）的参数比较112
6.8升流式厌氧污泥床滤层反应器（UBF）113
6.8.1升流式厌氧污泥床滤层反应器（UBF）的工作原理113
6.8.2升流式厌氧污泥床滤层反应器（UBF）的工艺特点114
6.8.3升流式厌氧污泥床滤层反应器（UBF）的启动过程115
6.8.4升流式厌氧污泥床滤层反应器（UBF）的应用115
6.9厌氧生物转盘116
6.9.1厌氧生物转盘的构造和工作原理116
6.9.2厌氧生物转盘的工艺特点117
6.9.3厌氧生物转盘的应用117
6.10两相厌氧生物处理工艺118
6.10.1两相厌氧消化工艺的发展118
6.10.2两相厌氧消化工艺基本原理118
6.10.3两相厌氧生物处理的工艺特点119
6.10.4两相厌氧工艺的适用范围120
6.10.5相分离方法121
6.10.6两相厌氧工艺反应器的选择和构造121
6.10.7两相厌氧工艺的流程和参数选择122
第7章厌氧反应器和废水处理工艺设计124
7.1废水厌氧处理工艺流程的选择124
7.1.1预处理124
7.1.2厌氧处理126
7.1.3后处理127
7.1.4剩余污泥的处理130
7.2厌氧反应器的设计130
7.2.1反应器容积（包括沉淀区和反应区）的确定130
7.2.2反应器的高度131
7.2.3反应器的平面形状131
7.2.4反应器的上流速度132
7.2.5单元反应器的*大体积132
7.2.6配水系统133
7.2.7三相分离器134
7.2.8管道设计138
7.2.9出水系统139
7.2.10浮渣清除装置139
7.2.11气体收集装置139
7.2.12污泥排放设备140
7.2.13反应器采用的材料140
7.2.14辅助设备140
7.3UASB厌氧反应器的设计及工程实例140
7.3.1UASB反应器的设计140
7.3.2UASB反应器设计举例142
7.3.3UASB反应器在国内外的应用情况143
7.3.4UASB反应器工程实例145
7.4厌氧接触法工艺设计及工程实例149
7.4.1厌氧接触法的工艺设计149
7.4.2厌氧接触法设计举例151
7.4.3厌氧接触工艺的应用情况152
7.5厌氧生物滤池153
7.5.1滤床有效容积的设计153
7.5.2设计实例154
7.5.3应用情况155
7.5.4工程实例155
7.6两相厌氧生物处理工艺157
7.6.1两相厌氧反应器容积的确定157
7.6.2工程实例158
7.7厌氧生物转盘的设计及试验研究161
7.7.1厌氧生物转盘的设计161
7.7.2厌氧生物转盘的试验研究现状162
7.8厌氧膨胀床和厌氧流化床的设计及工程实例162
7.8.1厌氧膨胀床和厌氧流化床的设计162
7.8.2厌氧膨胀床和厌氧流化床的试验研究163
7.8.3厌氧膨胀床和厌氧流化床的工程实例164
7.9EGSB反应器的设计及工程实例165
7.9.1EGSB反应器的设计165
7.9.2EGSB反应器的应用工程实例165
第8章厌氧生物处理工艺运行管理与控制167
8.1厌氧工艺中污泥的培养与驯化167
8.1.1厌氧活性污泥的培养与驯化167
8.1.2厌氧生物膜的培养与驯化167
8.1.3厌氧颗粒污泥169
8.2厌氧生物处理运行条件控制174
8.2.1相关名词174
8.2.2温度176
8.2.3氧化还原电位179
8.2.4厌氧消化过程的pH值181
8.2.5中间产物186
8.2.6营养元素188
8.2.7监测与控制189
8.3厌氧生物处理中容易出现的问题及其解决办法191
8.3.1复杂废水中含有不溶解物质191
8.3.2废水中的某些物质容易导致沉淀192
8.3.3毒性物质193
8.3.4泡沫问题197
8.3.5厌氧反应器中产气的异常现象及解决方案197
8.3.6污泥厌氧消化沼气的安全问题198
8.3.7污泥膨胀199
第9章难降解有机化合物的厌氧生物降解204
9.1概述204
9.1.1难降解有机物的定义204
9.1.2难降解有机物的分类204
9.1.3难降解有机物的来源和循环转化205
9.1.4难降解有机物的特点205
9.1.5难降解有机物的危害205
9.2废水中难降解物质生物降解的机理206
9.2.1有机物生物难降解的原因206
9.2.2共基质代谢机理207
9.2.3种间协同代谢机理208
9.2.4EM(有效微生物菌群)的筛选和驯化208
9.2.5影响废水中难降解物质生物降解的因子209
9.3鉴定难降解有机物厌氧生物处理的评价方法211
9.3.1应用难降解化合物在厌氧降解时产生气体的量来评价的方法211
9.3.2综合因素评价212
9.4杂环化合物和多环芳烃的厌氧生物降解213
9.4.1杂环化合物和多环芳烃的定义和分类213
9.4.2环境中杂环化合物和多环芳烃污染物的主要来源213
9.4.3杂环化合物和多环芳烃的毒性和危害214
9.4.4杂环化合物和多环芳烃的厌氧生物处理机理214
9.5含氯有机化合物污染物的厌氧生物降解217
9.5.1环境中含氯有机化合物污染物的主要来源217
9.5.2含氯有机化合物的毒性和危害217
9.5.3含氯有机化合物厌氧降解机理217
9.5.4有机氯化物的生物处理法219
9.6氰化物的厌氧生物降解220
9.6.1氰化物的定义和分类220
9.6.2含氰废水的来源220
9.6.3氰化物的毒性和危害220
9.6.4氰化物传统处理方法221
9.6.5微生物厌氧处理氰化物的机理222
9.6.6微生物处理含氰废水223
9.7有机染料的厌氧生物降解224
9.7.1有机染料废水的来源和特点224
9.7.2有机染料废水传统处理方法224
9.7.3有机染料废水厌解菌及厌氧降解机理224
9.7.4有机染料废水生物处理方法225
9.8制浆造纸废水的厌氧生物降解226
9.8.1制浆造纸废水的定义、来源和分类226
9.8.2废水主要成分227
9.8.3造纸的环境污染与危害227
9.8.4制浆造纸废水的传统处理方法228
9.8.5制浆造纸废水的厌氧生物处理机理228
9.8.6制浆造纸废水厌氧处理的不利因素及去除方法228
第10章废水厌氧处理应用实例230
10.1啤酒废水的厌氧处理230
10.1.1啤酒废水230
10.1.2啤酒废水的厌氧处理技术231
10.1.3啤酒废水的厌氧处理工艺应用232
10.2味精废水的厌氧处理技术235
10.2.1味精废水236
10.2.2味精废水的厌氧处理技术237
10.2.3味精水的厌氧处理工艺应用237
10.3淀粉废水的厌氧处理239
10.3.1淀粉废水240
10.3.2淀粉废水的厌氧处理技术241
10.3.3淀粉废水的厌氧处理工艺应用241
10.4制浆造纸废水的厌氧处理245
10.4.1制浆造纸废水245
10.4.2制浆造纸废水的厌氧处理技术246
10.4.3制浆造纸废水的厌氧处理工艺应用247
10.5含硫酸盐废水的厌氧处理251
10.5.1含硫酸盐废水251
10.5.2含硫酸盐废水的厌氧处理技术及应用252
10.6含油脂类废水的厌氧处理255
10.6.1含油脂类废水产生与特点255
10.6.2含油脂类废水的厌氧处理技术256
10.6.3含油脂类废水的厌氧处理工艺应用257
10.7城市污水的厌氧处理261
10.7.1城市污水概况261
10.7.2城市污水的厌氧处理技术262
10.7.3城市污水的厌氧处理工艺应用263
第11章废水厌氧生物处理的研究和分析方法267
11.1化学需氧量（COD）的测定267
11.1.1重铬酸钾法267
11.1.2比色法269
11.2废水厌氧生物处理监测中的ORP测定269
11.2.1ORP测定的基本原理269
11.2.2ORP的测定270
11.3生物化学甲烷势（BMP）的测定271
11.3.1说明271
11.3.2生物化学甲烷势的测定方法271
11.4沼气的测定272
11.4.1两种液体置换系统272
11.4.2测定沼气的组成273
11.4.3甲烷的COD换算274
11.5厌氧污泥产甲烷活性的测定275
11.5.1厌氧污泥产甲烷活性测定的目的275
11.5.2产甲烷细菌的氢化酶活性分析法275
11.6*大比产甲烷速率的测定278
11.6.1意义278
11.6.2测定方法278
11.6.3产甲烷速率公式280
11.7厌氧生物可降解性的测定280
11.7.1目的和原理280
11.7.2条件280
11.7.3测定装置281
11.7.4测定步骤281
11.7.5计算281
11.8厌氧消化污泥性质的研究282
11.8.1污泥的分类282
11.8.2污泥的性质指标283
11.9反应器内污泥的测定283
11.9.1测定目的和原理283
11.9.2仪器和设备284
11.9.3总固体、挥发性固体和灰分的测定284
11.9.4污泥量测定中的采样285
11.9.5污泥量测定的步骤285
11.9.6计算285
11.10产甲烷毒性的测定285
11.10.1说明285
11.10.2测定装置286
11.10.3情况分析286
11.10.4产甲烷毒性测定287
11.10.5毒性的表示方法和计算方法287
11.11厌氧毒性测定（ATA）方法287
11.11.1说明287
11.11.2方法287
11.11.3对毒物的敏感性287
11.11.4实例288
11.12厌氧微生物的分离与鉴定288
11.12.1产酸细菌288
11.12.2产甲烷细菌291
11.12.3硫酸盐还原细菌297
11.13PCR技术在废水厌氧生物处理中的应用298
11.13.1PCR的原理及其试验方法298
11.13.2提高PCR检测的准确率的方法298
11.13.3厌氧废水处理系统中微生物群落结构变化的PCR技术监测手段299
11.14微生物传感器在厌氧工艺测定中的应用301
11.14.1构成和原理301
11.14.2应用302
参考文献303