厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用

前言

　  環(huán)境生物技術(shù)是環(huán)境科學(xué)與生物技術(shù)緊密結(jié)合而產(chǎn)生的新興邊緣學(xué)科，是解決人類(lèi)面臨的生存和發(fā)展問(wèn)題的核心技術(shù)之一。目前，環(huán)境生物技術(shù)已經(jīng)在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)降解、清潔可再生能源開(kāi)發(fā)、廢物處置與資源化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境友好材料合成、污染環(huán)境的修復(fù)和污染嚴(yán)重的工業(yè)清潔生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮著極為重要的作用。厭氧生物技術(shù)是厭氧微生物技術(shù)原理和方法在環(huán)境工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用和延伸。本書(shū)是作者在長(zhǎng)期從事厭氧生物技術(shù)工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)提煉多年的研究成果，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的最新技術(shù)進(jìn)展編寫(xiě)而成。 　  本書(shū)立足于污染物處理和廢棄物資源化兩個(gè)核心點(diǎn)，圍繞微生物的工作原理和應(yīng)用實(shí)例，著重闡述廢水（物）處理厭氧生物技術(shù)和有機(jī)廢液發(fā)酵法生物制氫技術(shù)。全書(shū)共分為11章，其中第3～7章圍繞第一代到第三代廢水厭氧處理工藝，介紹了相關(guān)厭氧生物技術(shù)；第8章介紹廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除的厭氧生物技術(shù)；第9章介紹固體廢物處理（置）的厭氧生物技術(shù)；第10章介紹有機(jī)廢液發(fā)酵法生物制氫技術(shù)；第11章介紹廢棄物資源化厭氧生物技術(shù)。同時(shí)，作為補(bǔ)充內(nèi)容，書(shū)后還附錄了厭氧細(xì)菌分離鑒定方法和厭氧實(shí)驗(yàn)室分析方法。全書(shū)內(nèi)容豐富，并注重系統(tǒng)性、科學(xué)性、前沿性、實(shí)踐性和指導(dǎo)性。 　  本書(shū)有機(jī)廢液發(fā)酵法生物制氫技術(shù)部分由哈爾濱工業(yè)大學(xué)任南琪教授和丁杰博士執(zhí)筆完成；廢水（物）處理厭氧生物技術(shù)部分由哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉敏博士、王愛(ài)杰副教授、趙丹博士、施悅博士、王相晶博士和杜大仲執(zhí)筆完成；廢棄物資源化厭氧生物技術(shù)部分由閆險(xiǎn)峰、王相晶、汪群慧教授和王旭明博士執(zhí)筆完成；其他章節(jié)內(nèi)容由任南琪教授和王愛(ài)杰副教授執(zhí)筆完成。全書(shū)最后由任南琪教授和王愛(ài)杰副教授統(tǒng)稿。本書(shū)在撰寫(xiě)過(guò)程中，陳兆波博士、包紅旭博士和陳鳴岐也參加了部分編寫(xiě)工作。 　  本書(shū)可以作為高等院校環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)和微生物等專(zhuān)業(yè)研究生和本科生的教材或科研參考書(shū)，也可以供生物技術(shù)等領(lǐng)域的相關(guān)研究人員參考。 由于編者水平有限，書(shū)中錯(cuò)誤和疏漏之處，請(qǐng)有關(guān)專(zhuān)家和廣大讀者批評(píng)指正。 　  作者 　  2004年2月

內(nèi)容概要

　　《厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用》是作者在長(zhǎng)期從事厭氧生物技術(shù)工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)提煉多年的研究成果，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的最新技術(shù)進(jìn)展編寫(xiě)而成?！秴捬跎锛夹g(shù)原理與應(yīng)用》立足于污染物處理和廢棄物資源化兩個(gè)核心點(diǎn)，圍繞微生物的工作原理和應(yīng)用實(shí)例，著重闡述廢水（物）處理厭氧生物技術(shù)和有機(jī)廢液發(fā)酵法生物制氫技術(shù)。全書(shū)共分11章，主要介紹了環(huán)境生物技術(shù)的特性及內(nèi)容、厭氧處理生物技術(shù)的一般原理、傳統(tǒng)厭氧處理生物技術(shù)、升流式厭氧污泥床生物處理技術(shù)、兩相厭氧廢水處理生物技術(shù)、硫酸鹽廢水厭氧處理生物技術(shù)、第三代廢水厭氧處理生物技術(shù)、廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除的厭氧生物技術(shù)、固體廢物處理（置）的厭氧生物技、有機(jī)廢液發(fā)酵法生物制氫技術(shù)、廢棄物資源化厭氧生物技術(shù)；同時(shí)，為補(bǔ)充內(nèi)容，書(shū)后還附錄了厭氧細(xì)菌分離鑒定方法和厭氧實(shí)驗(yàn)室分析方法?！秴捬跎锛夹g(shù)原理與應(yīng)用》內(nèi)容豐富，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、科學(xué)性、實(shí)用性和可操作性，可供環(huán)境科學(xué)與工程、生物技術(shù)等領(lǐng)域的研究人員及工程技術(shù)人員參考，也可供高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生參閱。

書(shū)籍目錄

1總論11.1環(huán)境生物技術(shù)11.1.1環(huán)境生物技術(shù)及其基本特征11.1.2環(huán)境生物技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容21.1.3環(huán)境生物技術(shù)的主要發(fā)展進(jìn)程21.2厭氧生物處理技術(shù)及其優(yōu)越性41.2.1選擇廢水（物）厭氧處理技術(shù)的依據(jù)41.2.2廢水（物）處理厭氧生物技術(shù)51.2.3厭氧生物處理的技術(shù)優(yōu)越性和缺點(diǎn)92厭氧處理生物技術(shù)的一般原理142.1厭氧可處理性原則與要點(diǎn)142.1.1厭氧可處理性原則142.1.2厭氧可處理性參數(shù)152.1.3厭氧可處理性研究注意要點(diǎn)152.2有機(jī)物厭氧生物降解162.2.1微生物降解轉(zhuǎn)化有機(jī)物的巨大潛力162.2.2有機(jī)物厭氧生物降解的基本過(guò)程182.2.3水解處理222.2.4缺氧處理222.3厭氧微生物降解動(dòng)力學(xué)232.3.1分析厭氧微生物降解動(dòng)力學(xué)的必要性232.3.2厭氧生物轉(zhuǎn)化速率與細(xì)胞產(chǎn)率232.4厭氧處理微生物生態(tài)學(xué)252.4.1非產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的相互關(guān)系252.4.2產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生態(tài)學(xué)特性262.4.3厭氧處理過(guò)程中微生物的群落生態(tài)演替262.4.4產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌的生態(tài)學(xué)特性272.5廢水厭氧處理中的關(guān)鍵因素探討282.5.1溫度282.5.2酸堿度（pH值）302.5.3氧化還原電位312.5.4基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)比例312.5.5基質(zhì)微生物比(COD/VSS)312.5.6毒性物質(zhì)313傳統(tǒng)厭氧處理生物技術(shù)333.1厭氧消化生物技術(shù)333.1.1厭氧消化過(guò)程中的微生物333.1.2厭氧消化過(guò)程的生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)353.1.3影響微生物厭氧消化的主要因素363.1.4厭氧消化反應(yīng)器設(shè)計(jì)393.1.5厭氧消化工藝的運(yùn)行與管理433.1.6兩級(jí)厭氧消化443.1.7兩相厭氧消化453.1.8厭氧接觸工藝453.2厭氧濾池（AF）生物技術(shù)463.2.1厭氧濾池的原理和特點(diǎn)463.2.2厭氧濾池中的微生物相473.2.3厭氧生物濾池的設(shè)計(jì)483.3厭氧膨脹床和厭氧流化床工藝493.3.1厭氧膨脹床（AAFEB）工藝503.3.2厭氧流化床反應(yīng)器（AFB）524升流式厭氧污泥床（UASB）生物處理技術(shù)574.1UASB的工作原理和特點(diǎn)574.1.1升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)574.1.2升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的原理與特點(diǎn)574.2升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)594.2.1有效容積594.2.2進(jìn)水配水系統(tǒng)604.2.3三相分離器614.2.4出水系統(tǒng)644.2.5浮渣清除系統(tǒng)644.2.6排泥系統(tǒng)644.2.7防腐措施654.2.8沼氣的收集、貯存654.2.9水封高度664.2.10反應(yīng)器加熱和保溫所需熱量計(jì)算664.3UASB啟動(dòng)和運(yùn)行中的關(guān)鍵生物技術(shù)684.3.1啟動(dòng)684.3.2顆粒污泥的培養(yǎng)及其結(jié)構(gòu)704.3.3顆粒污泥培養(yǎng)過(guò)程的注意事項(xiàng)715兩相厭氧廢水處理生物技術(shù)735.1兩相厭氧工藝系統(tǒng)的相分離735.1.1相分離的方法735.1.2相分離的微生物學(xué)基礎(chǔ)755.1.3兩相厭氧工藝中微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)785.2產(chǎn)酸相發(fā)酵類(lèi)型的形成及其特征性產(chǎn)物組成815.2.1有機(jī)廢水產(chǎn)酸發(fā)酵原理815.2.2不同發(fā)酵類(lèi)型的特征性產(chǎn)物組成855.2.3影響三種發(fā)酵類(lèi)型形成的生態(tài)因子及其調(diào)控885.2.4厭氧發(fā)酵類(lèi)型的穩(wěn)定性分析925.3產(chǎn)甲烷相物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究935.3.1甲烷的形成途徑945.3.2連續(xù)流條件下產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)產(chǎn)酸相發(fā)酵產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化規(guī)律945.3.3產(chǎn)酸相不同發(fā)酵類(lèi)型對(duì)產(chǎn)甲烷相運(yùn)行穩(wěn)定性的影響985.3.4產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器不同高度菌群的底物轉(zhuǎn)化規(guī)律995.4兩相厭氧工藝處理高濃度廢水的工程應(yīng)用1145.4.1兩相厭氧工藝處理啤酒廢水1145.4.2兩相厭氧工藝處理含高懸浮物的有機(jī)廢水1155.4.3兩相厭氧工藝處理中藥廢水1155.4.4兩相厭氧工藝處理固體有機(jī)廢棄物1165.4.5兩相厭氧工藝處理醫(yī)藥廢水1165.4.6溫度兩相厭氧工藝1175.5一體化兩相厭氧工藝1175.5.1一體化兩相厭氧工藝特點(diǎn)1175.5.2甲醇廢水在一體化兩相厭氧反應(yīng)器中的降解途徑1225.5.3一體化兩相厭氧系統(tǒng)的影響因素分析1275.5.4一體化兩相厭氧系統(tǒng)中微生物的特征1286硫酸鹽廢水厭氧處理生物技術(shù)1316.1硫酸鹽廢水生物處理技術(shù)研究現(xiàn)狀1316.1.1傳統(tǒng)單相厭氧工藝的弊端1316.1.2硫酸鹽廢水處理新工藝1326.2硫酸鹽廢水厭氧處理中限制因子的生態(tài)調(diào)控對(duì)策1356.2.1硫酸鹽負(fù)荷率1356.2.2pH值1366.2.3堿度1376.2.4氧化還原電位（ORP）1406.2.5SRB代謝產(chǎn)物的反饋抑制與調(diào)節(jié)1426.3硫酸鹽廢水厭氧處理中AB和SRB的生物學(xué)特征1446.3.1產(chǎn)酸菌的發(fā)酵類(lèi)型1446.3.2SRB對(duì)底物的利用規(guī)律1456.4提高硫酸鹽廢水生物處理效能的要點(diǎn)1467第三代廢水厭氧處理生物技術(shù)1477.1厭氧膨脹顆粒污泥床（EGSB）反應(yīng)器1487.1.1反應(yīng)器及其工作原理1487.1.2EGSB中顆粒污泥的特性1487.1.3EGSB工藝的主要特點(diǎn)1497.1.4EGSB反應(yīng)器的工程應(yīng)用1497.2內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器1507.2.1IC厭氧反應(yīng)器的工藝思想1507.2.2IC厭氧工藝的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)1517.2.3IC厭氧工藝的工作原理1517.2.4IC厭氧工藝的特性分析1527.2.5IC厭氧工藝的應(yīng)用情況1537.3厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）工藝1547.3.1厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）的工藝思想1547.3.2厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）的生物相分離特性1567.3.3厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）的顆粒污泥特性1577.3.4厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）的應(yīng)用1617.3.5厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）的研究趨勢(shì)1628廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除的厭氧生物技術(shù)1648.1傳統(tǒng)脫氮除磷生物技術(shù)1648.1.1生物脫氮技術(shù)1648.1.2生物除磷技術(shù)1678.2厭氧氨氧化生物技術(shù)1688.2.1ANAMMOX工藝的原理1688.2.2ANAMMOX工藝的研究進(jìn)展1698.2.3ANAMMOX工藝的應(yīng)用1698.3短程硝化?反硝化生物技術(shù)1708.4全程自氧脫氮生物技術(shù)1728.4.1自養(yǎng)反硝化菌的厭氧反硝化途徑1728.4.2OLAND工藝1738.5同步脫氮除磷生物技術(shù)1738.5.1反硝化除磷工藝1748.5.2影響反硝化除磷和有機(jī)物降解的限制因子1749固體廢物處理（置）的厭氧生物技術(shù)1769.1固體廢物1769.1.1固體廢物的相關(guān)概念1769.1.2固體廢物的來(lái)源及分類(lèi)1779.1.3固體廢物的危害與控制1779.1.4固體廢物處理與處置1809.2垃圾填埋厭氧生物技術(shù)1819.2.1垃圾厭氧微生物降解的基本原理1829.2.2微生物的活性1829.2.3影響填埋場(chǎng)中垃圾生物降解的因素1839.2.4填埋場(chǎng)垃圾中的微生物生態(tài)及演替規(guī)律1899.2.5填埋實(shí)例1979.3垃圾滲濾液處理厭氧生物技術(shù)2069.3.1滲濾液的特點(diǎn)及危害2069.3.2滲濾液的厭氧生物處理工藝20810有機(jī)廢液發(fā)酵法生物制氫技術(shù)21210.1生物制氫技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景21210.1.1生物制氫技術(shù)的研究現(xiàn)狀21210.1.2生物制氫技術(shù)的應(yīng)用前景21810.2細(xì)菌產(chǎn)氫發(fā)酵機(jī)理21910.2.1細(xì)菌產(chǎn)氫發(fā)酵的生物物理化學(xué)機(jī)理21910.2.2細(xì)菌產(chǎn)氫發(fā)酵的生物化學(xué)機(jī)理22410.2.3細(xì)菌產(chǎn)氫發(fā)酵的生態(tài)學(xué)機(jī)理23310.2.4細(xì)菌產(chǎn)氫發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)分析23910.3生物制氫反應(yīng)器及其最佳控制條件24710.3.1生物制氫反應(yīng)器分析24710.3.2生物制氫反應(yīng)器的最佳控制條件25610.4高效產(chǎn)氫發(fā)酵細(xì)菌的選育與生物強(qiáng)化技術(shù)26510.4.1選育高效產(chǎn)氫發(fā)酵細(xì)菌26510.4.2高效產(chǎn)氫細(xì)菌B49的生長(zhǎng)及產(chǎn)氫特性26610.4.3Fe2+和Mg2+對(duì)高效產(chǎn)氫細(xì)菌B49產(chǎn)氫的促進(jìn)作用26910.4.4生物制氫反應(yīng)器的生物強(qiáng)化27211廢棄物資源化厭氧生物技術(shù)27611.1工業(yè)廢物的農(nóng)用資源化27611.1.1工業(yè)廢物農(nóng)用資源化的可行性27611.1.2工業(yè)廢物農(nóng)用資源化的途徑27611.1.3工業(yè)廢物厭氧堆肥化27711.1.4工業(yè)廢物制造有機(jī)復(fù)合肥27911.2工業(yè)廢物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白28111.2.1生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的廢物原料28111.2.2生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物28311.2.3工業(yè)廢物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的方法28411.3有機(jī)廢棄物資源化制取乳酸28511.3.1乳酸菌與乳酸發(fā)酵28511.3.2有機(jī)廢棄物發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的研究現(xiàn)狀28811.3.3有機(jī)廢棄物資源化制取乳酸的關(guān)鍵技術(shù)條件28911.3.4乳酸發(fā)酵生產(chǎn)的新技術(shù)290附錄1厭氧細(xì)菌分離鑒定方法2941.1產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌2941.1.1細(xì)菌計(jì)數(shù)2941.1.2產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌的分離鑒定2941.2產(chǎn)甲烷菌2971.2.1分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌應(yīng)具備的條件2971.2.2分離產(chǎn)甲烷細(xì)菌的基本要點(diǎn)2981.2.3產(chǎn)甲烷菌培養(yǎng)基2981.2.4產(chǎn)甲烷菌計(jì)數(shù)2981.2.5產(chǎn)甲烷菌鑒定方法2981.3硫酸鹽還原菌3001.3.1硫酸鹽還原菌計(jì)數(shù)3011.3.2硫酸鹽還原菌分離301附錄2厭氧實(shí)驗(yàn)室分析方法3032.1沼氣測(cè)定3032.1.1液體置換系統(tǒng)3032.1.2沼氣測(cè)定方法及換算3042.2堿度測(cè)定3062.2.1堿度與碳酸氫鹽堿度3062.2.2堿度的溴甲酚綠?甲基紅指示劑滴定法分析3062.2.3堿度的電位滴定法分析3072.2.4堿度的分步滴定法分析3082.2.5碳酸氫鹽堿度和VFA分析的聯(lián)合滴定法3092.3氧化還原電位的測(cè)定3102.3.1基本概念與測(cè)定原理3102.3.2Eh的電位計(jì)測(cè)定方法3112.4pH值的測(cè)定3112.4.1測(cè)定意義3112.4.2pH值的比色測(cè)定法3112.4.3pH值的電位計(jì)測(cè)定法3122.5揮發(fā)性脂肪酸的測(cè)定3132.5.1C2～C5揮發(fā)性脂肪酸的氣相色譜測(cè)定法3132.5.2揮發(fā)性脂肪酸總量的比色測(cè)定法3152.6硫酸鹽和硫化物的測(cè)定3172.6.1硫酸鹽的絡(luò)合滴定法測(cè)定3172.6.2硫酸鹽的質(zhì)量法測(cè)定3182.6.3硫化物的甲基藍(lán)比色法測(cè)定3182.7厭氧生物可降解性測(cè)定3202.7.1目的與原理3202.7.2測(cè)定的條件3202.7.3測(cè)定所用裝置3212.7.4測(cè)定步驟3212.7.5結(jié)果計(jì)算3212.8產(chǎn)甲烷毒性的測(cè)定3222.8.1目的和原理3222.8.2測(cè)定的裝置3222.8.3測(cè)定的方法與結(jié)果的分析3222.9厭氧消化污泥產(chǎn)甲烷活性測(cè)定3232.9.1產(chǎn)甲烷細(xì)菌的氫化酶活性分析法3232.9.2最大比產(chǎn)CH4速率測(cè)定3252.10反應(yīng)器內(nèi)污泥量的測(cè)定3292.10.1意義和原理3292.10.2目的3292.10.3儀器與設(shè)備3292.10.4取樣3292.10.5測(cè)定步驟3292.10.6計(jì)算330參考文獻(xiàn)331

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