厌氧生物技术

第1章可持续发展的废水生物处理核心技术11.1厌氧生物技术的应用领域11.1.1厌氧处理在世界范围的成功11.1.2厌氧处理的现实和潜在应用领域21.2厌氧处理技术在全世界范围的应用141.2.1不同厌氧技术的应用情况141.2.2厌氧颗粒污泥床反应器141.2.3厌氧处理技术的应用领域151.2.4厌氧处理技术的产业化151.3厌氧处理技术在我国的应用161.3.1在我国的应用统计161.3.2我国厌氧技术发展现状及展望181.4污水处理中的可持续发展问题191.4.1国内外污水处理技术的发展191.4.2我国城市污水处理总体发展及技术路线的思考191.4.3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242.1厌氧发酵反应基础242.1.1有机物的生物代谢242.1.2有机物的厌氧消化过程322.1.3非产甲烷菌的重要作用372.2产甲烷菌的分类、生理和生化特性372.2.1早期研究372.2.2产甲烷菌的分类382.2.3产甲烷菌的鉴别特性392.3产甲烷菌的营养物和抑制物432.3.1生长营养因子432.3.2生长抑制因子432.3.3产甲烷菌中的矿物质组成442.3.4微量营养元素的功能和作用452.4硫酸盐还原菌和硫酸盐还原反应462.4.1硫酸盐还原菌的研究进展462.4.2含SO2－４条件下有机物的厌氧消化过程472.4.3硫酸盐还原菌的微生物学研究472.4.4影响硫酸盐还原菌生长的主要因素492.4.5硫酸盐还原菌的典型生化代谢反应502.4.6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553.1酸碱平衡和pH控制553.1.1缓冲体系及其碱度553.1.2pH控制策略573.1.3厌氧反应体系中的酸碱平衡593.1.4废水特性对pH值的影响623.2温度对厌氧发酵的影响623.2.1厌氧反应温度的初步研究623.2.2厌氧菌的温度类型633.2.3温度对废水物理化学特性的影响653.2.4温度对生物反应特性的影响673.2.5温度影响的基本数学模型693.2.6厌氧处理工艺703.3厌氧反应器的水力学问题723.3.1水力学模型的对象和方法723.3.2理想反应器的停留时间分布743.3.3理想模型扩展753.3.4非理想反应器的流动模型793.4厌氧反应器的水力学模型应用813.4.1厌氧滤池水力学模型813.4.2UASB反应器组合流态模型823.4.3UASB反应器轴向混合模型833.4.4厌氧悬浮污泥床反应器流态853.4.5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954.1动力学基本方程954.1.1厌氧生物反应动力学954.1.2基质抑制方程984.2反应动力学方程的应用1014.2.1有回流系统的厌氧反应器1014.2.2无回流系统的厌氧反应器1034.2.3生物膜反应器1034.3厌氧复杂系统的结构模型方法1044.3.1系统结构模型初步研究1044.3.2结构模型(ADM1模型)1064.4厌氧复杂系统的系统分析方法1154.4.1模糊神经网络模型1154.4.2系统动力学模型1194.4.3系统动力学模型的验证1254.5系统稳定性分析理论1264.5.1运动稳定性问题1274.5.2稳定性数学理论的应用1294.5.3运动稳定性问题的定性分析——相平面分析法1324.5.4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1385.1厌氧反应器的启动1385.1.1厌氧反应器的接种物1385.1.2厌氧反应器的启动初步研究1395.1.3其他接种污泥1415.2UASB反应器中颗粒污泥的培养1415.2.1UASB反应器中污泥的颗粒化及颗粒污泥的类型1415.2.2污泥流失和污泥停留时间及其对污泥龄的影响1455.2.3污泥颗粒类型与接种物和启动条件的关系1485.3运行条件对UASB反应器和污泥颗粒化的影响1505.3.1营养元素和环境条件1505.3.2基质的影响1525.3.3污泥负荷对颗粒污泥形成的影响1565.4UASB反应器的快速启动措施1585.4.1添加载体的作用1585.4.2投加颗粒污泥1595.4.3投加惰性载体1615.5颗粒污泥形成的控制要素1645.5.1最短的启动时间1645.5.2利用载体和颗粒污泥的重要性1655.5.3保持污泥量的措施1655.5.4接种物、基质和启动策略等综合因素的作用1655.6一次启动和二次启动中的技术问题1665.6.1一次启动总结1665.6.2二次启动1675.6.3二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1736.1厌氧颗粒污泥的发现历史1736.1.1高效厌氧反应器和颗粒污泥1736.1.2颗粒污泥的定义1746.1.3污泥颗粒化的意义1766.2厌氧污泥颗粒的组成和性质1786.2.1颗粒污泥的形态1786.2.2颗粒污泥的化学组成1796.2.3颗粒污泥的物理性质1806.2.4颗粒污泥中的微生物1836.3颗粒污泥的研究方法和结果1856.3.1生产装置中颗粒污泥的性质1856.3.2颗粒污泥的微生物组成分析1876.3.3颗粒污泥生物活性的表征和测定1926.4颗粒污泥的形成机理1936.4.1颗粒污泥机理研究的背景1936.4.2颗粒污泥形成观察中的基本现象1956.4.3颗粒污泥的开普敦假说1976.4.4生物膜理论的解释2006.4.5颗粒污泥形成机理的宏观解释2046.5颗粒污泥结构形成的综合性理论2096.5.1以甲烷丝菌为核心的多层颗粒污泥结构2096.5.2颗粒污泥分层结构实验观察2126.5.3颗粒污泥的宏观结构理论和应用2136.6颗粒污泥的增殖和消亡2176.6.1负荷对颗粒污泥的影响2176.6.2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2297.1生物处理工艺中的分级作用2297.1.1好氧生物污水处理中的分级工艺2297.1.2分相/分级反应器对厌氧污水(污泥)处理工艺的改善2297.1.3厌氧反应器的分相2307.1.4厌氧反应器的分级2317.1.5反应器的分相和分级的异同2327.2可能影响工艺运行的构造形式2327.2.1反应器可能的组合形式对分相/分级的影响2327.2.2采用CSTR反应器的定性研究2337.2.3工程上各种类型的分相/分级反应器2357.2.4分级和不分级的厌氧滤池的对比实验研究2367.3厌氧发酵的气相管理2377.3.1气体吹脱去除硫化氢2377.3.2厌氧处理的气体管理实例2387.4厌氧分级反应器处理“复杂”废水2397.4.1“复杂”废水的类型2397.4.2新型厌氧分级反应器的发展2417.4.3分级处理易降解和难降解基质——PTA废水2437.5通过电子受体分级厌氧好氧串联处理2447.5.1多级串联处理工艺的扩展2447.5.2采用厌氧好氧序批工艺处理偶氮染料2457.6分级处理工艺在高、低温废水处理中的应用2467.6.1分级EGSB反应器处理低温废水2467.6.2分级厌氧生物反应器应用高温条件处理废水2497.7两级厌氧工艺处理复杂废水2507.7.1UASR反应器处理高悬浮物含量污水2507.7.2两级工艺处理屠宰废水的研究2517.7.3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2578.1新型高效生物反应器的形成和发展2578.1.1新型高效生物反应器的类型2578.1.2第三代高效生物反应器简介2598.2新型高效生物反应器的基本理论2618.2.1基本概念分析2618.2.2SP反应器的基本参数2658.2.3生物膜对载体流化的影响2678.3载体颗粒的生物膜2718.3.1细胞固定化的过程2718.3.2生物颗粒的形态和结构2728.3.3生物膜的特性与生物量2768.3.4生物膜生长的影响2778.4气提反应器2788.4.1气提反应器的基本结构2788.4.2气提反应器的基本参数2798.4.3气提反应器的特性参数2808.4.4气提反应器的流态2818.4.5气、液、固三相传质2848.5流化床反应器的数学模型2898.5.1生物颗粒模型2898.5.2反应器流动模型2908.5.3流化床反应器的设计2918.5.4流化床反应器的性能分析2928.6高效生物反应器的限制因素2938.6.1形成生物膜的限制条件2938.6.2保留颗粒污泥或生物膜颗粒的条件2948.6.3液固传质的限制2948.6.4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2989.1氮和硫的循环原理及应用2989.1.1氮元素在水环境中的循环过程2989.1.2硫的自然和人工循环2989.1.3硫的生物循环应用原理3009.2利用氮循环开发的生物处理新工艺3029.2.1短程硝化反硝化和SHARON工艺3029.2.2厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺3049.2.3SHARON与ANAMMOX组合工艺3089.2.4基于亚硝酸盐途径的完全自养脱氮(CANON)工艺3119.2.5限氧自养硝化反硝化(OLAND)工艺3129.2.6同时硝化反硝化（ＳＮＤ）工艺3159.2.7生物脱氮技术的展望3179.3硫循环的工程应用3189.3.1沼气脱硫3189.3.2天然气的生物脱硫3209.3.3从石化炼油厂尾气中去除H2S和回收硫3239.3.4天然气和石化工业废气生物脱硫工艺的技术经济分析3259.4从污染废水中同时去除(和回收)重金属和硫酸盐3269.4.1基本原理3279.4.2Budelco锌厂等示范工程3279.5烟气生物脱硫工艺3329.5.1国外烟气生物脱硫技术的研究进展3329.5.2国内烟气生物脱硫技术进展及配套设备的开发3369.5.3BioFGD工艺与LSFO工艺的技术经济比较3379.6脱硫技术在采矿和冶炼领域的应用3379.6.1采矿和冶炼废水污染的治理3379.6.2金属选择性回收的原理和经济性3389.6.3酸性矿井废水中金属的去除和回收3399.6.4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

本书介绍厌氧生物技术的理论与应用,和《厌氧生物技术(Ⅱ）——工程与实践》构成一个完整的、有机的体系。本书回顾了世界范围内厌氧技术三十多年的发展史，重点介绍了厌氧生化反应和厌氧微生物的理论、反应器流态理论、反应器理论和厌氧反应动力学等基础理论问题，丰富充实了当前厌氧领域对颗粒污泥现象、厌氧高效反应器的发展、厌氧分相分级反应器以及碳、氮、硫的(厌氧)生物循环与应用的认识。本书涉及厌氧生物技术的多个研究领域，介绍了众多新技术，对工业行业废水污染控制提出了解决方案，可作为有关企业、环境工程设计单位的科研人员及相关工作者的参考资料，也可作为大专院校相关专业师生的教学参考书。