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1 氮污染物的人为来源及其对环境和公共健康的影响1

1.1 前言1

1.2 氮污染物的主要人为来源2

1.2.1 无机氮污染2

1.2.2 有机氮污染3

1.3 氮污染的影响3

1.3.1 生态效应3

1.3.1.1 淡水生态系统的酸化3

1.3.1.2 水生生态系统的富营养化4

1.3.2 毒理效应6

1.3.3 对人类健康的影响8

1.3.4 对人类经济的影响9

1.4 防止氮污染的方法9

1.4.1 末端治理技术10

1.4.2 清洁生产11

1.4.3 工业生态学11

参考文献12

2 硝化过程原理16

2.1 前言16

2.2 硝化过程的生物化学机理16

2.2.1 氨氧化过程16

2.2.2 亚硝酸盐氧化过程17

2.2.3 包括生物合成的方程17

2.3 硝化过程的微生物学机理17

2.3.1 氨氧化细菌（AOB）17

2.3.2 亚硝酸盐氧化细菌（NOB）18

2.4 硝化过程的影响因素19

2.4.1 温度19

2.4.2 pH20

2.4.3 氨氮和游离氨的浓度20

2.4.4 溶解氧浓度21

2.4.5 抑制性物质21

2.5 硝化过程的数学模型22

2.5.1 传统一步硝化模型22

2.5.2 两步硝化模型23

2.5.3 包括抑制作用的高级模型23

参考文献26

3 反硝化过程原理28

3.1 前言28

3.2 反硝化过程29

3.2.1 反硝化过程的微生物学机理29

3.2.2 反硝化过程的生物化学机理30

3.2.2.1 硝酸盐（NO？）还原成亚硝酸盐（NO？）31

3.2.2.2 亚硝酸盐（NO？）还原成一氧化氮（NO）31

3.2.2.3 一氧化氮（NO）还原成一氧化二氮（N2O）32

3.2.2.4 一氧化二氮（N2O）还原成氮气（N2）32

3.2.2.5 反硝化酶的遗传控制33

3.2.3 反硝化过程的生理学机理34

3.2.3.1 氧气的影响35

3.2.3.2 氮氧化物的影响35

3.2.3.3 pH和温度的影响35

3.2.3.4 C/N比的影响36

3.2.3.5 不同的电子供体37

3.2.4 反硝化过程的数学模型39

参考文献41

4 厌氧氨氧化过程46

4.1 厌氧氨氧化的发现及其化学计量学46

4.2 热力学参数和动力学参数47

4.3 生物化学机理48

4.4 微生物学机理49

4.5 影响因素50

4.5.1 温度50

4.5.2 pH51

4.5.3 基质和产物浓度52

4.5.4 氧气53

4.5.5 抑制性物质53

4.5.6 剪切力55

4.6 厌氧氨氧化的特定分析技术55

4.6.1 检测55

4.6.2 厌氧氨氧化活性测定56

4.6.2.1 基于液相的测定方法56

4.6.2.2 基于气相的测定方法57

4.7 数学模型57

4.7.1 试验数据的数学模拟59

4.7.2 缺乏试验数据的数学模拟59

4.7.2.1 主要参数59

4.7.2.2 COD的影响59

4.7.2.3 生物膜脱落60

参考文献60

5 去除市政污水中氮元素的环境技术65

5.1 前言65

5.2 悬浮生长微生物处理工艺65

5.2.1 反应器型式及处理过程的基本概念65

5.2.1.1 多池活性污泥工艺65

5.2.1.2 交替曝气式活性污泥工艺66

5.2.1.3 序批式间歇反应器（SBR）67

5.2.2 主要工艺及其设计原则67

5.2.2.1 硝化和好氧区体积67

5.2.2.2 需氧量69

5.2.2.3 出水反硝化70

5.3 生物膜工艺71

5.3.1 反应器型式及处理过程的基本概念71

5.3.1.1 生物滤池71

5.3.1.2 生物转盘法（RBC）72

5.3.1.3 浸没式生物滤池72

5.3.1.4 生物移动床（MBBR）73

5.3.1.5 混合工艺73

5.3.2 设计原则73

5.3.2.1 生物滤池73

5.3.2.2 生物转盘法（RBC）74

5.3.2.3 浸没式生物滤池74

5.3.2.4 生物流化床（MBBR）75

5.3.2.5 混合工艺76

5.3.3 案例：丹麦Frederikshavn中心污水处理厂77

参考文献79

6 高浓度含氮废水脱氮环境技术81

6.1 前言81

6.2 高氮废水的类型82

6.2.1 污泥中温消化上清液82

6.2.2 高固体含量的高温污泥消化液83

6.2.3 垃圾填埋场渗滤液83

6.2.4 某些（农业）工业废水84

6.3 反应器型式及处理过程的基本概念84

6.3.1 物理-化学处理方法84

6.3.2 生物处理方法85

6.4 设计原则89

6.4.1 SBR活性污泥工艺的设计要点89

6.4.2 悬浮生长型完全混合活性污泥工艺的设计要点90

6.4.3 附着生长型移动床生物膜工艺的设计要点90

6.5 案例分析91

6.5.1 案例：DEMON？除氨工艺91

6.5.2 案例：生物膜除氨工艺（Hattingen）92

6.5.3 案例：AT-3生物强化工艺94

参考文献95

7 去除污水中难降解氮污染物的环境技术97

7.1 前言97

7.2 纺织废水97

7.2.1 序言97

7.2.2 排放纺织废水导致的环境问题99

7.2.2.1 生物富集作用99

7.2.2.2 染料的毒性100

7.2.3 纺织废水的特征100

7.2.4 纺织废水处理技术102

7.2.4.1 废水生物处理系统102

7.2.4.2 废水非生物处理系统114

7.2.5 案例：纺织废水生物处理技术116

7.2.5.1 简述116

7.2.5.2 污水处理厂工艺及其运行116

7.3 含爆炸物废水处理118

7.3.1 序言118

7.3.2 含爆炸物废水的特征118

7.3.2.1 爆炸物119

7.3.2.2 推进剂120

7.3.2.3 烟火装置120

7.3.3 含爆炸物废水的处理技术120

7.3.3.1 吸附法120

7.3.3.2 高级氧化工艺（AOPs）121

7.3.3.3 化学还原法122

7.3.3.4 生物处理工艺122

7.3.4 案例：含爆炸物废水的生物处理工艺123

7.3.4.1 简述123

7.3.4.2 中试处理厂的构成及运行状况123

7.3.4.3 成本比较124

7.4 制药废水124

7.4.1 序言124

7.4.2 生物处理工艺126

参考文献128

8 渗滤液脱氮环境技术135

8.1 前言135

8.2 含氮渗滤液的来源135

8.3 脱氮技术137

8.4 生物处理工艺138

8.4.1 硝化-反硝化过程工艺139

8.4.1.1 SBR141

8.4.1.2 氧化塘141

8.4.1.3 膜生物反应器142

8.4.1.4 反硝化工艺142

8.4.1.5 生物膜工艺143

8.4.2 亚硝化-反亚硝化工艺145

8.4.3 亚硝化-厌氧氨氧化工艺145

8.5 物化处理工艺146

8.5.1 离子交换工艺146

8.5.2 氨吹脱工艺147

8.5.3 鸟粪石沉淀工艺148

8.5.4 膜分离工艺149

8.5.5 氧化工艺150

8.6 湿地及其他自然处理系统152

8.7 原位修复应用154

8.8 案例分析155

8.8.1 SBR和芦苇床组合处理工艺156

8.8.2 硝化曝气塘和GAC组合处理工艺157

8.8.3 MBR和RO组合处理工艺159

参考文献160

9 鸟粪石回收氮技术168

9.1 前言168

9.2 鸟粪石的形成168

9.2.1 历史简介168

9.2.2 鸟粪石沉淀处理高氮废水的可行性169

9.3 工艺机理170

9.3.1 鸟粪石的溶解度170

9.3.2 鸟粪石的沉淀173

9.4 工艺参数174

9.4.1 pH的影响174

9.4.2 温度的影响175

9.4.3 TSS的影响176

9.4.4 污水化学组成的影响176

9.4.4.1 离子浓度176

9.4.4.2 鸟粪石沉淀的不同阶段179

9.4.4.3 其他逆反应离子的存在179

9.5 鸟粪石的质量180

9.5.1 鸟粪石的成分180

9.5.2 鸟粪石与氨氮（NH？-N）的结合181

9.5.3 鸟粪石晶体大小183

9.6 经济因素184

9.7 主要技术关键184

9.7.1 总体考虑因素184

9.7.2 案例分析——REM-NUT？184

9.7.3 致谢186

参考文献186

10 离子交换除氨技术191

10.1 前言191

10.2 离子交换材料191

10.2.1 沸石作为离子交换剂193

10.2.2 沸石的结构、性质和分类193

10.3 离子交换195

10.3.1 离子交换原理195

10.4 平衡研究196

10.5 动态离子交换199

10.6 工艺运行特性和介质离子交换容量200

10.6.1 穿透浓度201

10.6.2 接触时间201

10.6.3 溶液强度202

10.6.3.1 最终出水处理202

10.6.3.2 污泥消化液处理204

10.6.4 再生204

10.7 总结205

10.8 致谢206

参考文献206

11 工业烟道废气脱氮技术209

11.1 前言209

11.1.1 NOx的来源209

11.1.2 氮氧化物的去除211

11.2 化学去除NOx技术212

11.2.1 选择性催化还原212

11.2.2 电化学去除NOx技术212

11.3 生物去除NOx技术213

11.3.1 硝化213

11.3.2 反硝化214

11.3.3 藻类去除氧化氮技术215

11.3.4 NO去除技术的评估215

11.4 生物转鼓过滤法的概念216

11.4.1 水溶性Fe（Ⅱ）EDTA2-溶液法用于烟道废气脱氮217

11.4.2 一氧化氮（NO）的铁还原217

11.4.2.1 Fe（Ⅱ）EDTA2-作为电子供体217

11.4.2.2 Fe（Ⅱ）EDTA2-与酶的相互作用219

11.4.3 生物转鼓过滤反应器的再生能力：铁还原220

参考文献221

12 自养反硝化去除污水中氮源和硫源污染物225

12.1 前言225

12.1.1 自养反硝化的基本概念225

12.1.2 基于硫的反硝化226

12.1.3 应用及其局限性227

12.2 氮源和硫源污染物的工业来源228

12.2.1 含有氮源和硫源污染物的工业废水228

12.2.2 含硝酸盐和硫废水同步处理的可行性231

12.3 自养反硝化的微生物机理232

12.3.1 反硝化微生物232

12.3.2 自养反硝化菌232

12.4 自养反硝化的生化机理234

12.4.1 基因、酶和代谢途径234

12.4.1.1 氮氧化物还原过程234

12.4.1.2 硫的氧化过程235

12.4.2 自养反硝化过程236

12.4.3 自养反硝化的热力学238

12.5 自养反硝化的动力学239

12.5.1 自养反硝化动力学的注意事项239

12.5.2 生物膜动力学模型（硫-石灰填充床反应器）240

12.5.3 活性污泥动力学模型（硫代硫酸盐或者硫酸盐作为电子供体）243

12.6 自养反硝化系统的运行特性244

12.6.1 自养条件下反硝化系统的性能244

12.6.2 混合营养条件下反硝化系统的性能244

12.6.3 设计原则247

12.6.3.1 UASB和EGSB系统247

12.6.3.2 流化床反应器248

12.6.3.3 完全混合系统249

12.6.4 案例分析：自养反硝化去除炼油废水中的硫酸盐250

12.6.4.1 简述250

12.6.4.2 中试装置的构成和运行特性250

12.6.4.3 生产性应用及其效益分析251

12.7 自养反硝化反应器的关键运行参数251

12.7.1 电子供体的类型和浓度251

12.7.2 氮和硫的负荷率252

12.7.3 HRT252

12.7.4 温度253

12.7.5 pH253

12.7.6 传质限制254

12.7.7 S/N比255

12.7.8 C/N比255

12.8 总结257

参考文献257

13 好氧颗粒污泥脱氮系统263

13.1 前言263

13.2 好氧颗粒污泥的基础知识264

13.2.1 反应器类型264

13.2.2 操作条件264

13.2.2.1 基质组成265

13.2.2.2 饱-饥阈265

13.2.2.3 水力剪切力265

13.2.2.4 短的沉降时间266

13.3 好氧颗粒污泥脱氮267

13.3.1 好氧颗粒污泥中的生物过程267

13.3.2 颗粒污泥的特性267

13.4 好氧颗粒污泥脱氮影响因素269

13.4.1 溶解氧浓度269

13.4.2 有机物组成269

13.4.3 pH270

13.4.4 碱度（碳酸氢根）270

13.4.5 温度270

13.5 好氧颗粒内微生物群落的分布271

13.6 好氧颗粒污泥的数学模型272

13.7 工业应用275

13.7.1 好氧颗粒污泥的实验室研究275

13.7.2 好氧颗粒污泥的中试研究276

参考文献277