廢水生物處理原理

前言

　　《廢水生物處理原理》是環(huán)境專業(yè)的一部重要教材，它主要闡述廢水生物處理的基本原理，同時(shí)也提供了工程方面的重要信息。作者U.wiesmann，I.S.Choi和E.M.Dombrowski均長(zhǎng)期在廢水生物處理領(lǐng)域從事研究和教學(xué)工作，在廢水生物處理方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)?！　∩鐣?huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展所產(chǎn)生的大量工業(yè)廢水和生活污水需要得到有效的處理。因此，必須研發(fā)和優(yōu)化高效、合理的廢水處理工藝，以使廢水經(jīng)過(guò)處理后能夠達(dá)標(biāo)排放。在這一方面生物處理技術(shù)具有舉足輕重的地位，這要求廢水處理工程師和研究人員具有豐富的實(shí)踐技能和理論知識(shí)。書中描述的解決廢水生物處理問(wèn)題的方法，是生化工程師基于系統(tǒng)的物質(zhì)守恒原理所建立起來(lái)的，其作者努力呈現(xiàn)其數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程。我們?cè)诜g過(guò)程中深深體會(huì)到，該書體系獨(dú)特，特色鮮明；作者既強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論，又重視實(shí)際工程應(yīng)用。我們期待它能夠成為學(xué)生、工程師及研究人員的重要參考書?！　≡摃仡櫫宋⑸飳W(xué)和廢水處理的歷史發(fā)展，簡(jiǎn)要介紹了廢水特性指標(biāo)和相關(guān)法規(guī)，詳細(xì)闡述了微生物的新陳代謝過(guò)程及其化學(xué)計(jì)量學(xué)，深人討論了氧氣在氣液界面的傳質(zhì)及處理高濃度廢水的厭氧工藝，扼要綜述了持久性污染物生物處理的最新研究結(jié)果，也論述了廢水脫氮、除磷過(guò)程的化學(xué)計(jì)量學(xué)和動(dòng)力學(xué)，解釋了活性污泥1號(hào)模型，介紹了廢水處理中的膜技術(shù)，最后還介紹了如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程和廢水處理的有效結(jié)合。　　《廢水生物處理原理》一書由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)盛國(guó)平博士和山東大學(xué)王曙光博士聯(lián)合主筆翻譯。第1～6章、第8章、第10章和第11章及附錄部分由盛國(guó)平負(fù)責(zé)，第7章、第9章、第12章和第13章由王曙光負(fù)責(zé)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室和山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的多位研究生參與了本書的初譯工作，他們是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的趙全保、岳正波、王進(jìn)、倪丙杰、劉麗、謝文明、臧國(guó)龍和山東大學(xué)的張曉敏、盧磊、趙立健、石義靜、劉菲菲、宋瑞紅、滕少香等。這些研究生的加人大大加快了翻譯速度。在此，我們向他們表示深深的謝意。最后全書由盛國(guó)平和王曙光統(tǒng)稿?！　∪珪姆g工作是在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞漢青教授的支持下開(kāi)展的，他一直關(guān)心我們的翻譯工作，在此表示誠(chéng)摯的感謝?！　≌缭谠S多中譯本專著的序言中所述，專業(yè)書籍的翻譯是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作。限于譯校者的水平，譯著中難免會(huì)有一些不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

本書在闡述廢水生物處理基本原理的基礎(chǔ)上，廣泛論述了廢水生物處理理論和實(shí)踐的最新進(jìn)展。主要內(nèi)容包括微生物的新陳代謝過(guò)程及該過(guò)程中的化學(xué)計(jì)量學(xué)和動(dòng)力學(xué)，氧氣在氣液界面的傳質(zhì)，處理高濃度有機(jī)廢水的厭氧工藝，持久性污染物生物處理的最新研究結(jié)果，生物法脫氮、除磷過(guò)程的化學(xué)計(jì)量學(xué)和動(dòng)力學(xué)，活性污泥數(shù)學(xué)模型，以及廢水生物處理中的膜技術(shù)等。    本書既注重基本知識(shí)和基本概念的介紹，又注重該領(lǐng)域的最新發(fā)展。本書可作為環(huán)境及相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生及研究生的教材和參考書，也可供相關(guān)專業(yè)的教師及科技人員參考。

書籍目錄

譯者序前言符號(hào)和縮寫列表第1章  廢水收集和處理的歷史演變  1.1  古代給水和廢水管理系統(tǒng)  1.2  中世紀(jì)給水和廢水管理系統(tǒng)  1.3  最早的微生物學(xué)研究  1.4  最早的廢水管理——直接排放到土壤和水體中  1.5  河流、土壤或?qū)嶒?yàn)中的有機(jī)物礦化——是化學(xué)過(guò)程還是生物過(guò)程？  1.6  早期的廢水生物處理過(guò)程  1.7  霍亂流行——是水中或土壤中細(xì)菌引起的嗎？  1.8  早期的活性污泥法實(shí)驗(yàn)  1.9  取樣和測(cè)量  1.10  廢水排放的早期法規(guī)  參考文獻(xiàn)第2章  廢水水質(zhì)表征和標(biāo)準(zhǔn)  2.1  廢水水量和日變化  2.2  污染物    2.2.1  概述    2.2.2  溶解性物質(zhì)    2.2.3  膠體物質(zhì)    2.2.4  懸浮固體  2.3  溶解性有機(jī)質(zhì)總含量的測(cè)試方法    2.3.1  生化耗氧量    2.3.2  化學(xué)耗氧量    2.3.3  總有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳  2.4  廢水排放法規(guī)    2.4.1  引言    2.4.2  德國(guó)法規(guī)    2.4.3  歐盟指導(dǎo)方針  參考文獻(xiàn)第3章  微生物新陳代謝  3.1  細(xì)菌(真細(xì)菌)組分和形態(tài)學(xué)評(píng)述  3.2  蛋白質(zhì)和核酸    3.2.1  蛋白質(zhì)    3.2.2  核酸  3.3  分解和合成代謝    3.3.1  ADP和ATP    3.3.2  質(zhì)子傳遞    3.3.3  葡萄糖的分解代謝    3.3.4  合成代謝  參考文獻(xiàn)第4章  分解代謝和合成代謝過(guò)程中化學(xué)計(jì)量學(xué)方程  4.1  概述  4.2  有機(jī)物的好氧降解    4.2.1  無(wú)生物衰減的碳水化合物降解    4.2.2  2，4-硝基酚的礦化    4.2.3  考慮微生物衰減的碳水化合物的降解  4.3  耗氧速率rO2，∑和CO2生成速率rCO2，∑的測(cè)定  參考文獻(xiàn)第5章  氣液相間氧的傳質(zhì)  5.1  擴(kuò)散傳遞  5.2  傳質(zhì)系數(shù)    5.2.1  比傳質(zhì)系數(shù)的定義    5.2.2  雙膜理論  5.3  總比傳質(zhì)系數(shù)KLα的測(cè)定    5.3.1  曝氣過(guò)程中的氧吸收    5.3.2  曝氣過(guò)程中揮發(fā)性組分的脫附  5.4  大型污水處理廠的氧傳遞速率、能量消耗及效率    5.4.1  表面曝氣    5.4.2  深層曝氣  5.5  量綱分析及模式轉(zhuǎn)換    5.5.1  概述    5.5.2  攪拌無(wú)曝氣反應(yīng)池的功率消耗——一個(gè)簡(jiǎn)單的例子    5.5.3  采用無(wú)量綱數(shù)描述表面曝氣裝置的氧氣傳遞、功率消耗及效率    5.5.4  無(wú)量綱數(shù)在表面曝氣中的應(yīng)用  參考文獻(xiàn)第6章  好氧活性污泥處理系統(tǒng)  6.1  概述  6.2  供氧充足和不足情況下的動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)工程模型    6.2.1  間歇式反應(yīng)器    6.2.2  恒化器    6.2.3  完全混合式活性污泥反應(yīng)器    6.2.4  推流式反應(yīng)器    6.2.5  有污泥回流的完全混合式串聯(lián)反應(yīng)器    6.2.6  具有軸向擴(kuò)散的流體反應(yīng)器    6.2.7  計(jì)量學(xué)和動(dòng)力學(xué)系數(shù)    6.2.8  不同反應(yīng)器的比較  6.3  活性污泥反應(yīng)器中的停留時(shí)間分布    6.3.1  停留時(shí)間分布    6.3.2  完全混合式反應(yīng)器    6.3.3  完全混合式的串聯(lián)反應(yīng)器    6.3.4  有軸向擴(kuò)散的管式流反應(yīng)器    6.3.5  比較串聯(lián)反應(yīng)器和管式流反應(yīng)器  6.4  工業(yè)規(guī)模的活性污泥處理系統(tǒng)  參考文獻(xiàn)第7章  好氧生物膜處理系統(tǒng)  7.1  生物膜  7.2  廢水處理中的生物膜反應(yīng)器    7.2.1  滴濾池    7.2.2  浸沒(méi)曝氣式固定床反應(yīng)器    7.2.3  生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器  7.3  生物膜系統(tǒng)中氧傳質(zhì)的機(jī)制  7.4  生物膜系統(tǒng)中氧傳質(zhì)速率模型    7.4.1  假設(shè)    7.4.2  氣液表面?zhèn)髻|(zhì)是速率限制步驟    7.4.3  液固傳質(zhì)是速率限制步驟    7.4.4  生物反應(yīng)是速率限制步驟    7.4.5  在生物膜內(nèi)的擴(kuò)散和反應(yīng)    7.4.6  生物膜內(nèi)的擴(kuò)散和反應(yīng)以及液固界面?zhèn)髻|(zhì)的影響    7.4.7  氣泡和生物膜表面?zhèn)髻|(zhì)速率的影響  參考文獻(xiàn)第8章  有機(jī)物的厭氧降解  8.1  分解代謝反應(yīng)——不同種群細(xì)菌間的合作    8.1.1  概述    8.1.2  厭氧菌    8.1.3  產(chǎn)甲烷菌對(duì)產(chǎn)乙酸的調(diào)節(jié)    8.1.4  硫酸鹽和硝酸鹽的還原  8.2  動(dòng)力學(xué)——模型和參數(shù)    8.2.1  引言    8.2.2  酸化細(xì)菌水解和產(chǎn)生低級(jí)脂肪酸的過(guò)程    8.2.3  產(chǎn)乙酸菌對(duì)低級(jí)脂肪酸的轉(zhuǎn)化    8.2.4  乙酸和氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷    8.2.5  結(jié)論  8.3  分解代謝與合成代謝  8.4  高速厭氧處理工藝    8.4.1  概述    8.4.2  厭氧接觸工藝    8.4.3  上流式厭氧污泥床反應(yīng)器    8.4.4  厭氧固定床反應(yīng)器    8.4.5  厭氧轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器    8.4.6  厭氧膨脹床和流化床反應(yīng)器  參考文獻(xiàn)第9章  特殊有機(jī)化合物的生物降解  9.1  概述  9.2  含氯化合物    9.2.1  氯代烷烴，特別是二氯甲烷和1，2-二氯乙烷    9.2.2  氯苯    9.2.3  氯酚  9.3  硝基芳香類化合物    9.3.1  性質(zhì)、用途、環(huán)境問(wèn)題和動(dòng)力學(xué)    9.3.2  含4-硝基酚或2，4-二硝基甲苯廢水的處理  9.4  多環(huán)芳烴和礦物油    9.4.1  性質(zhì)、用途和環(huán)境問(wèn)題    9.4.2  礦物油    9.4.3  PAH的生物降解  9.5  偶氮活性染料    9.5.1  性質(zhì)、用途和環(huán)境問(wèn)題    9.5.2  化學(xué)工業(yè)中偶氮染料的生產(chǎn)——萘磺酸的生物可降解性    9.5.3  偶氮染料的生物降解    9.5.4  含偶氮染料活性黑5廢水的降解  9.6  總結(jié)  參考文獻(xiàn)第10章  生物法去除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)  10.1  概述  10.2  生物脫氮    10.2.1  氮循環(huán)及處理過(guò)程    10.2.2  硝化過(guò)程    10.2.3  反硝化過(guò)程    10.2.4  硝化過(guò)程中亞硝酸鹽的積累    10.2.5  新的生物脫氮工藝  10.3  生物除磷    10.3.1  強(qiáng)化生物除磷過(guò)程    10.3.2  除磷動(dòng)力學(xué)模型    10.3.3  批式實(shí)驗(yàn)結(jié)果    10.3.4  影響生物除磷的參數(shù)  10.4  生物脫氮除磷工藝    10.4.1  引言    10.4.2  脫氮工藝    10.4.3  化學(xué)除磷與生物除磷    10.4.4  脫氮除磷工藝  10.5  氮磷循環(huán)    10.5.1  磷的循環(huán)    10.5.2  氮的循環(huán)  參考文獻(xiàn)第11章  活性污泥數(shù)學(xué)模型  11.1  數(shù)學(xué)模型的必要性  11.2  描述C和N去除的模型    11.2.1  碳的去除    11.2.2  碳的去除和微生物衰減    11.2.3  無(wú)微生物衰減的C去除和硝化  11.3  用于優(yōu)化活性污泥過(guò)程的數(shù)學(xué)模型    11.3.1  引言    11.3.2  模擬曝氣對(duì)碳去除影響    11.3.3  活性污泥1號(hào)模型(ASM1)    11.3.4  ASM1的應(yīng)用    11.3.5  更加復(fù)雜的模型  參考文獻(xiàn)第12章  廢水生物處理中的膜技術(shù)  12.1  概述  12.2  傳質(zhì)機(jī)制    12.2.1  膜的特性和定義    12.2.2  無(wú)孔膜的傳質(zhì)過(guò)程    12.2.3  多孔膜的傳質(zhì)過(guò)程  12.3  傳質(zhì)阻力機(jī)制    12.3.1  引言    12.3.2  傳質(zhì)阻力    12.3.3  濃差極化模型    12.3.4  溶解-擴(kuò)散模型和濃差極化    12.3.5  孔模型和濃差極化  12.4  性能和組件設(shè)計(jì)    12.4.1  膜材料    12.4.2  膜組件的設(shè)計(jì)和構(gòu)型    12.4.3  膜污染和清洗操作  12.5  膜生物反應(yīng)器    12.5.1  深度處理(二沉池后)    12.5.2  廢水好氧處理中的膜生物反應(yīng)器    12.5.3  膜生物反應(yīng)器與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除  參考文獻(xiàn)第13章  生產(chǎn)集成水管理和分散式廢水處理  13.1  概述  13.2  化學(xué)工業(yè)中的生產(chǎn)集成水管理系統(tǒng)    13.2.1  可持續(xù)發(fā)展和工藝優(yōu)化    13.2.2  用水的最少化    13.2.3  網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)方法  13.3  分散式廢水處理    13.3.1  廢水處理的最少化    13.3.2  分散式廢水處理工藝  參考文獻(xiàn)索引

章節(jié)摘錄

　　第1章　廢水收集和處理的歷史演變　　1.1　古代給水和廢水管理系統(tǒng)　　大約在公元前1500年，在Indus河畔的Mohejo-Daro（屬于巴基斯坦）建造了一個(gè)最古老的廢水管理系統(tǒng)。幾個(gè)世紀(jì)之后，該河流改道，城鎮(zhèn)廢棄，在隨后的幾十年里被黃沙覆蓋。20世紀(jì)30～40年代，這個(gè)早期的高度文明被重新發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)的私人和公共建筑都建有衛(wèi)生間，洗滌用水、洗澡水和雨水通過(guò)特殊的凹槽流人溝渠，溝渠建造有一定的坡度以便將這些廢水導(dǎo)人Indus河中。這些設(shè)施標(biāo)志著早期文明具有很高的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。　　公元前500年，羅馬就開(kāi)始使用一種古老的溝渠作為主要的廢水收集設(shè)施，稱為Cloaca Maxima。然而很快它就不足以處理越來(lái)越大的廢水水量。在隨后的世紀(jì)中，它被不停地?cái)U(kuò)建、延伸，并增加了頂蓋（Lamprecht l988）?？脊艑W(xué)研究為我們展現(xiàn)了它的完整圖像：從Forum Augustum起始一直流人Ponto Palatin0附近的Tiber河。在羅馬帝國(guó)時(shí)代（公元前31年～公元193年），這個(gè)溝渠寬3.2 m，高4.2m（圖1.1），小船可以在里面行駛，人也可以通過(guò)檢修孔進(jìn)入到溝渠中。　　……

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