厭氧微生物學(xué)與污水處理（第二版）

第1章緒論1
1.1厭氧微生物學(xué)的研究概況1
1.1.1國內(nèi)厭氧微生物學(xué)的研究概況1
1.1.2國外厭氧微生物學(xué)的研究概況2
1.2厭氧生物處理技術(shù)3
1.2.1厭氧生物處理的產(chǎn)生與發(fā)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(diǎn)5
1.3厭氧生物處理工藝6
1.4廢水脫氮除磷技術(shù)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(xué)10
2.1厭氧微生物在生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用10
2.1.1自然環(huán)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(xué)轉(zhuǎn)化中的作用11
2.2不產(chǎn)甲烷細(xì)菌及其作用11
2.2.1發(fā)酵性細(xì)菌11
2.2.2產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌13
2.2.3同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌14
2.3產(chǎn)甲烷細(xì)菌及其作用16
2.3.1產(chǎn)甲烷細(xì)菌的分類和形態(tài)16
2.3.2產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生理18
2.3.3產(chǎn)甲烷細(xì)菌的能量代謝20
2.4產(chǎn)甲烷細(xì)菌與不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的相互作用20
2.4.1不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所必需的基質(zhì)21
2.4.2不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位條件21
2.4.3不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌消除了有毒物質(zhì)21
2.4.4產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制21
2.4.5產(chǎn)甲烷細(xì)菌和不產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值21
2.5硫酸鹽還原菌22
2.5.1SRB的生活環(huán)境和條件22
2.5.2硫酸鹽還原菌的分類及生物學(xué)特征22
2.5.3硫酸鹽還原菌的代謝機(jī)理23
2.5.4SRB在硫循環(huán)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(jié)構(gòu)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(diǎn)28
第3章廢水厭氧生物處理生物化學(xué)原理30
3.1廢水厭氧生物處理技術(shù)的特點(diǎn)30
3.1.1廢水厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展30
3.1.2厭氧生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)31
3.1.3厭氧生物處理技術(shù)的缺點(diǎn)34
3.2厭氧處理過程的生化機(jī)理34
3.2.1廢水中復(fù)雜基質(zhì)的厭氧降解35
3.2.2厭氧微生物35
3.2.3水解反應(yīng)階段37
3.2.4發(fā)酵酸化反應(yīng)階段38
3.2.5產(chǎn)乙酸反應(yīng)階段40
3.2.6產(chǎn)甲烷反應(yīng)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(dòng)力學(xué)原理46
3.3.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與環(huán)境條件50
3.3.3氫分壓對轉(zhuǎn)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(huán)境因素52
4.1厭氧生物處理的酸堿平衡及pH值控制52
4.1.1厭氧微生物適應(yīng)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(tǒng)中的酸堿平衡54
4.1.4厭氧生物處理系統(tǒng)中的堿度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(yīng)過程中動(dòng)力學(xué)參數(shù)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(yīng)溫度的選擇與控制61
4.3厭氧消化過程中的營養(yǎng)物質(zhì)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(zhì)66
4.5.1無機(jī)抑制性物質(zhì)66
4.5.2有機(jī)抑制性物質(zhì)67
4.6不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌微生物之間的關(guān)系68
4.6.1不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)68
4.6.2不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的氧化還原環(huán)境68
4.6.3不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌清除有毒物質(zhì)69
4.6.4產(chǎn)甲烷菌為不產(chǎn)甲烷菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制69
4.6.5不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌在厭氧消化過程中共同維持適宜的環(huán)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(shù)71
5.1.1碳參數(shù)71
5.1.2氮參數(shù)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(jī)物生物降解性能的因素73
5.2.3難降解有機(jī)污染物的分類及來源75
5.2.4廢水中常見的有機(jī)物生物降解性77
5.3廢水中常見的毒性物質(zhì)80
5.3.1概述80
5.3.2無機(jī)毒性物質(zhì)81
5.3.3有機(jī)毒性物質(zhì)84
5.3.4厭氧微生物對毒性物質(zhì)的適應(yīng)與馴化86
第6章厭氧生物處理反應(yīng)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(diǎn)89
6.1.3厭氧接觸工藝的應(yīng)用89
6.2厭氧濾池工藝（AF）90
6.2.1AF的原理與特點(diǎn)90
6.2.2AF的運(yùn)行與影響因素91
6.2.3AF的應(yīng)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(diǎn)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(yīng)用95
6.4厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）96
6.4.1ABR的工作原理96
6.4.2ABR的特點(diǎn)97
6.4.3ABR的主要工藝性能97
6.4.4ABR反應(yīng)器在幾種廢水條件下的運(yùn)行性能98
6.4.5ABR的工藝研究及應(yīng)用現(xiàn)狀100
6.5升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）100
6.5.1升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）的結(jié)構(gòu)101
6.5.2升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）的原理103
6.5.3升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）的工藝特點(diǎn)103
6.5.4升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）的啟動(dòng)104
6.5.5升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）處理廢水的應(yīng)用104
6.5.6升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）在污水處理中的應(yīng)用前景105
6.6膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器（EGSB）105
6.6.1EGSB的產(chǎn)生背景及其特征105
6.6.2EGSB的結(jié)構(gòu)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(diǎn)107
6.6.5EGSB的應(yīng)用108
6.7內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）109
6.7.1內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）構(gòu)造及工作原理109
6.7.2內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）的工作原理109
6.7.3內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）的工藝特點(diǎn)110
6.7.4內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）的應(yīng)用111
6.7.5內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）與升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）的參數(shù)比較112
6.8升流式厭氧污泥床濾層反應(yīng)器（UBF）113
6.8.1升流式厭氧污泥床濾層反應(yīng)器（UBF）的工作原理113
6.8.2升流式厭氧污泥床濾層反應(yīng)器（UBF）的工藝特點(diǎn)114
6.8.3升流式厭氧污泥床濾層反應(yīng)器（UBF）的啟動(dòng)過程115
6.8.4升流式厭氧污泥床濾層反應(yīng)器（UBF）的應(yīng)用115
6.9厭氧生物轉(zhuǎn)盤116
6.9.1厭氧生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造和工作原理116
6.9.2厭氧生物轉(zhuǎn)盤的工藝特點(diǎn)117
6.9.3厭氧生物轉(zhuǎn)盤的應(yīng)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(fā)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(diǎn)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(yīng)器的選擇和構(gòu)造121
6.10.7兩相厭氧工藝的流程和參數(shù)選擇122
第7章厭氧反應(yīng)器和廢水處理工藝設(shè)計(jì)124
7.1廢水厭氧處理工藝流程的選擇124
7.1.1預(yù)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(yīng)器的設(shè)計(jì)130
7.2.1反應(yīng)器容積（包括沉淀區(qū)和反應(yīng)區(qū)）的確定130
7.2.2反應(yīng)器的高度131
7.2.3反應(yīng)器的平面形狀131
7.2.4反應(yīng)器的上流速度132
7.2.5單元反應(yīng)器的最大體積132
7.2.6配水系統(tǒng)133
7.2.7三相分離器134
7.2.8管道設(shè)計(jì)138
7.2.9出水系統(tǒng)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(shè)備140
7.2.13反應(yīng)器采用的材料140
7.2.14輔助設(shè)備140
7.3UASB厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及工程實(shí)例140
7.3.1UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)140
7.3.2UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)舉例142
7.3.3UASB反應(yīng)器在國內(nèi)外的應(yīng)用情況143
7.3.4UASB反應(yīng)器工程實(shí)例145
7.4厭氧接觸法工藝設(shè)計(jì)及工程實(shí)例149
7.4.1厭氧接觸法的工藝設(shè)計(jì)149
7.4.2厭氧接觸法設(shè)計(jì)舉例151
7.4.3厭氧接觸工藝的應(yīng)用情況152
7.5厭氧生物濾池153
7.5.1濾床有效容積的設(shè)計(jì)153
7.5.2設(shè)計(jì)實(shí)例154
7.5.3應(yīng)用情況155
7.5.4工程實(shí)例155
7.6兩相厭氧生物處理工藝157
7.6.1兩相厭氧反應(yīng)器容積的確定157
7.6.2工程實(shí)例158
7.7厭氧生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究161
7.7.1厭氧生物轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)161
7.7.2厭氧生物轉(zhuǎn)盤的試驗(yàn)研究現(xiàn)狀162
7.8厭氧膨脹床和厭氧流化床的設(shè)計(jì)及工程實(shí)例162
7.8.1厭氧膨脹床和厭氧流化床的設(shè)計(jì)162
7.8.2厭氧膨脹床和厭氧流化床的試驗(yàn)研究163
7.8.3厭氧膨脹床和厭氧流化床的工程實(shí)例164
7.9EGSB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及工程實(shí)例165
7.9.1EGSB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)165
7.9.2EGSB反應(yīng)器的應(yīng)用工程實(shí)例165
第8章厭氧生物處理工藝運(yùn)行管理與控制167
8.1厭氧工藝中污泥的培養(yǎng)與馴化167
8.1.1厭氧活性污泥的培養(yǎng)與馴化167
8.1.2厭氧生物膜的培養(yǎng)與馴化167
8.1.3厭氧顆粒污泥169
8.2厭氧生物處理運(yùn)行條件控制174
8.2.1相關(guān)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(chǎn)物186
8.2.6營養(yǎng)元素188
8.2.7監(jiān)測與控制189
8.3厭氧生物處理中容易出現(xiàn)的問題及其解決辦法191
8.3.1復(fù)雜廢水中含有不溶解物質(zhì)191
8.3.2廢水中的某些物質(zhì)容易導(dǎo)致沉淀192
8.3.3毒性物質(zhì)193
8.3.4泡沫問題197
8.3.5厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)氣的異常現(xiàn)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(jī)化合物的厭氧生物降解204
9.1概述204
9.1.1難降解有機(jī)物的定義204
9.1.2難降解有機(jī)物的分類204
9.1.3難降解有機(jī)物的來源和循環(huán)轉(zhuǎn)化205
9.1.4難降解有機(jī)物的特點(diǎn)205
9.1.5難降解有機(jī)物的危害205
9.2廢水中難降解物質(zhì)生物降解的機(jī)理206
9.2.1有機(jī)物生物難降解的原因206
9.2.2共基質(zhì)代謝機(jī)理207
9.2.3種間協(xié)同代謝機(jī)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(zhì)生物降解的因子209
9.3鑒定難降解有機(jī)物厭氧生物處理的評價(jià)方法211
9.3.1應(yīng)用難降解化合物在厭氧降解時(shí)產(chǎn)生氣體的量來評價(jià)的方法211
9.3.2綜合因素評價(jià)212
9.4雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴的厭氧生物降解213
9.4.1雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴的定義和分類213
9.4.2環(huán)境中雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴污染物的主要來源213
9.4.3雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴的毒性和危害214
9.4.4雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴的厭氧生物處理機(jī)理214
9.5含氯有機(jī)化合物污染物的厭氧生物降解217
9.5.1環(huán)境中含氯有機(jī)化合物污染物的主要來源217
9.5.2含氯有機(jī)化合物的毒性和危害217
9.5.3含氯有機(jī)化合物厭氧降解機(jī)理217
9.5.4有機(jī)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(tǒng)處理方法221
9.6.5微生物厭氧處理氰化物的機(jī)理222
9.6.6微生物處理含氰廢水223
9.7有機(jī)染料的厭氧生物降解224
9.7.1有機(jī)染料廢水的來源和特點(diǎn)224
9.7.2有機(jī)染料廢水傳統(tǒng)處理方法224
9.7.3有機(jī)染料廢水厭解菌及厭氧降解機(jī)理224
9.7.4有機(jī)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(huán)境污染與危害227
9.8.4制漿造紙廢水的傳統(tǒng)處理方法228
9.8.5制漿造紙廢水的厭氧生物處理機(jī)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(yīng)用實(shí)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(shù)231
10.1.3啤酒廢水的厭氧處理工藝應(yīng)用232
10.2味精廢水的厭氧處理技術(shù)235
10.2.1味精廢水236
10.2.2味精廢水的厭氧處理技術(shù)237
10.2.3味精水的厭氧處理工藝應(yīng)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(shù)241
10.3.3淀粉廢水的厭氧處理工藝應(yīng)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(shù)246
10.4.3制漿造紙廢水的厭氧處理工藝應(yīng)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(shù)及應(yīng)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(chǎn)生與特點(diǎn)255
10.6.2含油脂類廢水的厭氧處理技術(shù)256
10.6.3含油脂類廢水的厭氧處理工藝應(yīng)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(shù)262
10.7.3城市污水的厭氧處理工藝應(yīng)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(xué)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(jiān)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(xué)甲烷勢（BMP）的測定271
11.3.1說明271
11.3.2生物化學(xué)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(tǒng)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(chǎn)甲烷活性的測定275
11.5.1厭氧污泥產(chǎn)甲烷活性測定的目的275
11.5.2產(chǎn)甲烷細(xì)菌的氫化酶活性分析法275
11.6最大比產(chǎn)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(chǎn)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(jì)算281
11.8厭氧消化污泥性質(zhì)的研究282
11.8.1污泥的分類282
11.8.2污泥的性質(zhì)指標(biāo)283
11.9反應(yīng)器內(nèi)污泥的測定283
11.9.1測定目的和原理283
11.9.2儀器和設(shè)備284
11.9.3總固體、揮發(fā)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(jì)算285
11.10產(chǎn)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(chǎn)甲烷毒性測定287
11.10.5毒性的表示方法和計(jì)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(shí)例288
11.12厭氧微生物的分離與鑒定288
11.12.1產(chǎn)酸細(xì)菌288
11.12.2產(chǎn)甲烷細(xì)菌291
11.12.3硫酸鹽還原細(xì)菌297
11.13PCR技術(shù)在廢水厭氧生物處理中的應(yīng)用298
11.13.1PCR的原理及其試驗(yàn)方法298
11.13.2提高PCR檢測的準(zhǔn)確率的方法298
11.13.3厭氧廢水處理系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)變化的PCR技術(shù)監(jiān)測手段299
11.14微生物傳感器在厭氧工藝測定中的應(yīng)用301
11.14.1構(gòu)成和原理301
11.14.2應(yīng)用302
參考文獻(xiàn)303