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第1章 废水收集和处理的历史演变1

1.1 古代给水和废水管理系统1

1.2 中世纪给水和废水管理系统2

1.3 最早的微生物学研究6

1.4 最早的废水管理——直接排放到土壤和水体中9

1.5 河流、土壤或实验中的有机物矿化——是化学过程还是生物过程？10

1.6 早期的废水生物处理过程11

1.7 霍乱流行——是水中或土壤中细菌引起的吗？12

1.8 早期的活性污泥法实验13

1.9 取样和测量14

1.10 废水排放的早期法规15

参考文献16

第2章 废水水质表征和标准19

2.1 废水水量和日变化19

2.2 污染物20

2.2.1 概述20

2.2.2 溶解性物质21

2.2.3 胶体物质24

2.2.4 悬浮固体25

2.3 溶解性有机质总含量的测试方法26

2.3.1 生化耗氧量26

2.3.2 化学耗氧量27

2.3.3 总有机碳和溶解性有机碳27

2.4 废水排放法规29

2.4.1 引言29

2.4.2 德国法规29

2.4.3 欧盟指导方针31

参考文献32

第3章 微生物新陈代谢33

3.1 细菌（真细菌）组分和形态学评述33

3.2 蛋白质和核酸35

3.2.1 蛋白质35

3.2.2 核酸39

3.3 分解和合成代谢46

3.3.1 ADP和ATP46

3.3.2 质子传递47

3.3.3 葡萄糖的分解代谢47

3.3.4 合成代谢51

参考文献52

第4章 分解代谢和合成代谢过程中化学计量学方程53

4.1 概述53

4.2 有机物的好氧降解53

4.2.1 无生物衰减的碳水化合物降解53

4.2.2 2,4-硝基酚的矿化54

4.2.3 考虑微生物衰减的碳水化合物的降解56

4.3 耗氧速率rO2,∑和CO2生成速率rCO2,∑的测定58

参考文献62

第5章 气液相间氧的传质63

5.1 扩散传递63

5.2 传质系数65

5.2.1 比传质系数的定义65

5.2.2 双膜理论67

5.3 总比传质系数KLa的测定69

5.3.1 曝气过程中的氧吸收69

5.3.2 曝气过程中挥发性组分的脱附71

5.4 大型污水处理厂的氧传递速率、能量消耗及效率72

5.4.1 表面曝气72

5.4.2 深层曝气75

5.5 量纲分析及模式转换82

5.5.1 概述82

5.5.2 搅拌无曝气反应池的功率消耗——一个简单的例子83

5.5.3 采用无量纲数描述表面曝气装置的氧气传递、功率消耗及效率85

5.5.4 无量纲数在表面曝气中的应用87

参考文献89

第6章 好氧活性污泥处理系统91

6.1 概述91

6.2 供氧充足和不足情况下的动力学和反应工程模型91

6.2.1 间歇式反应器91

6.2.2 恒化器93

6.2.3 完全混合式活性污泥反应器95

6.2.4 推流式反应器99

6.2.5 有污泥回流的完全混合式串联反应器102

6.2.6 具有轴向扩散的流体反应器103

6.2.7 计量学和动力学系数104

6.2.8 不同反应器的比较105

6.3 活性污泥反应器中的停留时间分布106

6.3.1 停留时间分布106

6.3.2 完全混合式反应器107

6.3.3 完全混合式的串联反应器108

6.3.4 有轴向扩散的管式流反应器108

6.3.5 比较串联反应器和管式流反应器109

6.4 工业规模的活性污泥处理系统110

参考文献113

第7章 好氧生物膜处理系统115

7.1 生物膜115

7.2 废水处理中的生物膜反应器116

7.2.1 滴滤池116

7.2.2 浸没曝气式固定床反应器117

7.2.3 生物转盘反应器118

7.3 生物膜系统中氧传质的机制120

7.4 生物膜系统中氧传质速率模型121

7.4.1 假设121

7.4.2 气液表面传质是速率限制步骤121

7.4.3 液固传质是速率限制步骤122

7.4.4 生物反应是速率限制步骤122

7.4.5 在生物膜内的扩散和反应122

7.4.6 生物膜内的扩散和反应以及液固界面传质的影响123

7.4.7 气泡和生物膜表面传质速率的影响124

参考文献126

第8章 有机物的厌氧降解128

8.1 分解代谢反应——不同种群细菌间的合作128

8.1.1 概述128

8.1.2 厌氧菌129

8.1.3 产甲烷菌对产乙酸的调节131

8.1.4 硫酸盐和硝酸盐的还原133

8.2 动力学——模型和参数134

8.2.1 引言134

8.2.2 酸化细菌水解和产生低级脂肪酸的过程134

8.2.3 产乙酸菌对低级脂肪酸的转化135

8.2.4 乙酸和氢气转化为甲烷136

8.2.5 结论136

8.3 分解代谢与合成代谢138

8.4 高速厌氧处理工艺139

8.4.1 概述139

8.4.2 厌氧接触工艺140

8.4.3 上流式厌氧污泥床反应器142

8.4.4 厌氧固定床反应器142

8.4.5 厌氧转盘反应器143

8.4.6 厌氧膨胀床和流化床反应器144

参考文献146

第9章 特殊有机化合物的生物降解148

9.1 概述148

9.2 含氯化合物149

9.2.1 氯代烷烃，特别是二氯甲烷和1,2-二氯乙烷149

9.2.2 氯苯152

9.2.3 氯酚154

9.3 硝基芳香类化合物155

9.3.1 性质、用途、环境问题和动力学155

9.3.2 含4-硝基酚或2,4-二硝基甲苯废水的处理157

9.4 多环芳烃和矿物油157

9.4.1 性质、用途和环境问题157

9.4.2 矿物油157

9.4.3 PAH的生物降解159

9.5 偶氮活性染料161

9.5.1 性质、用途和环境问题161

9.5.2 化学工业中偶氮染料的生产——萘磺酸的生物可降解性162

9.5.3 偶氮染料的生物降解163

9.5.4 含偶氮染料活性黑5废水的降解165

9.6 总结165

参考文献166

第10章 生物法去除营养物质171

10.1 概述171

10.2 生物脱氮173

10.2.1 氮循环及处理过程173

10.2.2 硝化过程175

10.2.3 反硝化过程182

10.2.4 硝化过程中亚硝酸盐的积累185

10.2.5 新的生物脱氮工艺187

10.3 生物除磷187

10.3.1 强化生物除磷过程187

10.3.2 除磷动力学模型188

10.3.3 批式实验结果190

10.3.4 影响生物除磷的参数191

10.4 生物脱氮除磷工艺192

10.4.1 引言192

10.4.2 脱氮工艺193

10.4.3 化学除磷与生物除磷193

10.4.4 脱氮除磷工艺194

10.5 氮磷循环197

10.5.1 磷的循环197

10.5.2 氮的循环198

参考文献201

第11章 活性污泥数学模型205

11.1 数学模型的必要性205

11.2 描述C和N去除的模型205

11.2.1 碳的去除205

11.2.2 碳的去除和微生物衰减206

11.2.3 无微生物衰减的C去除和硝化207

11.3 用于优化活性污泥过程的数学模型208

11.3.1 引言208

11.3.2 模拟曝气对碳去除影响209

11.3.3 活性污泥1号模型（ASM1）211

11.3.4 ASM1的应用218

11.3.5 更加复杂的模型220

参考文献222

第12章 废水生物处理中的膜技术223

12.1 概述223

12.2 传质机制224

12.2.1 膜的特性和定义224

12.2.2 无孔膜的传质过程226

12.2.3 多孔膜的传质过程229

12.3 传质阻力机制231

12.3.1 引言231

12.3.2 传质阻力231

12.3.3 浓差极化模型232

12.3.4 溶解-扩散模型和浓差极化235

12.3.5 孔模型和浓差极化236

12.4 性能和组件设计236

12.4.1 膜材料236

12.4.2 膜组件的设计和构型237

12.4.3 膜污染和清洗操作242

12.5 膜生物反应器244

12.5.1 深度处理（二沉池后）244

12.5.2 废水好氧处理中的膜生物反应器244

12.5.3 膜生物反应器与营养物质去除247

参考文献250

第13章 生产集成水管理和分散式废水处理254

13.1 概述254

13.2 化学工业中的生产集成水管理系统255

13.2.1 可持续发展和工艺优化255

13.2.2 用水的最少化260

13.2.3 网络化设计方法263

13.3 分散式废水处理265

13.3.1 废水处理的最少化265

13.3.2 分散式废水处理工艺267

参考文献271

索引272