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第1章 微生物学基础1

1.1 细胞2

1.2 分类学与系统发育4

1.3 原核生物5

1.3.1 细菌6

1.3.2 古细菌17

1.4 真核生物19

1.4.1 真菌19

1.4.2 藻类23

1.4.3 原生动物27

1.4.4 其他多细胞微生物30

1.5 病毒31

1.6 传染病32

1.7 生物化学37

1.8 酶37

1.8.1 酶的反应性40

1.8.2 酶活性的调节44

1.9 能量捕获44

1.9.1 电子与能量载体44

1.9.2 能量与电子投入46

1.10 新陈代谢47

1.10.1 分解代谢50

1.10.2 合成代谢66

1.10.3 新陈代谢与营养种群69

1.11 遗传学与信息流70

1.12 脱氧核糖核酸（DNA）71

1.12.1 染色体75

1.12.2 质粒75

1.12.3 DNA复制76

1.13 核糖核酸（RNA）76

1.13.1 转录77

1.13.2 信使RNA（mRNA）78

1.13.3 转运RNA（tRNA）78

1.13.4 翻译与核糖体RNA（rRNA）79

1.13.5 翻译81

1.13.6 调节81

1.14 系统发育82

1.14.1 系统发育分类的基础84

1.15 微生物生态学86

1.15.1 选择86

1.15.2 物质交换88

1.15.3 适应93

1.16 微生物生态学研究工具95

1.16.1 传统富集工具96

1.16.2 分子生物学工具97

1.16.3 多物种模型103

参考文献104

习题106

第2章 化学计量学和细菌能量学110

2.1 化学计量方程式举例110

2.2 微生物细胞的经验分子式111

2.3 基质分配和细胞产率113

2.4 能量反应115

2.5 生物生长的总反应122

2.5.1 发酵反应127

2.6 能量学和细菌生长131

2.6.1 能量反应的自由能132

2.7 产率系数和反应能量学135

2.8 氧化态氮源138

参考文献140

习题141

第3章 微生物动力学144

3.1 基本速率表达式144

3.2 参数估值146

3.3 基本质量平衡149

3.4 惰性菌体和挥发性固体的质量平衡152

3.5 溶解性微生物产物153

3.6 营养物和电子受体160

3.7 输入的活性菌体162

3.8 颗粒物和多聚物的水解165

3.9 抑制作用167

3.10 其他形式的速率表达式172

参考文献173

习题174

第4章 生物膜动力学181

4.1 微生物的聚集181

4.2 为什么要用生物膜181

4.3 理想化的生物膜182

4.3.1 基质现象184

4.3.2 生物膜本身186

4.4 稳态生物膜187

4.5 稳态生物膜的解187

4.6 参数估值192

4.7 生物膜平均SRT195

4.8 完全混合生物膜反应器196

4.9 溶解性微生物产物（SMP）与惰性生物体198

4.10 CMBR工艺特性201

4.11 表面负荷的标准化203

4.12 非稳态生物膜208

4.13 生物膜模型解的特例213

4.13.1 厚生物膜214

4.13.2 零级反应动力学214

参考文献215

习题216

第5章 反应器227

5.1 反应器型式227

5.1.1 悬浮生长式反应器228

5.1.2 生物膜反应器230

5.1.3 反应器组合231

5.2 物料衡算232

5.3 间歇反应器234

5.4 带有回流的连续搅拌式反应器236

5.5 推流式反应器237

5.6 带有回流的推流式反应器239

5.7 沉淀后细胞回流的反应器系统242

5.7.1 带有沉淀和细胞回流的连续搅拌式反应器242

5.7.2 对假设的评价247

5.7.3 带有沉淀和细胞回流的推流式反应器248

5.8 利用其他的速率模型249

5.9 化学当量方程与物料平衡方程的关系249

5.10 反应器的工程设计252

5.11 串联反应器255

参考文献258

习题258

第6章 活性污泥法264

6.1 活性污泥法的工艺特性265

6.1.1 微生物生态265

6.1.2 氧气和营养需求267

6.1.3 污泥停留时间的影响268

6.2 工艺类型269

6.2.1 反应器类型270

6.2.2 供氧类型274

6.2.3 负荷类型276

6.3 设计与运行参数277

6.3.1 历史背景277

6.3.2 食料微生物比278

6.3.3 污泥停留时间280

6.3.4 负荷因子的比较282

6.3.5 混合液悬浮固体浓度、污泥体积指数SVI和回流比283

6.3.6 Eckenfelder和McKinney方程286

6.4 曝气系统287

6.4.1 传氧与混合速率287

6.4.2 鼓风曝气系统289

6.4.3 机械曝气系统290

6.5 污泥膨胀与污泥沉降性问题291

6.5.1 污泥膨胀292

6.5.2 泡沫和浮渣的控制294

6.5.3 污泥上浮294

6.5.4 分散生长和针状污泥295

6.5.5 黏性污泥膨胀295

6.5.6 加入聚合物296

6.6 活性污泥工艺设计与分析296

6.7 沉淀池的设计与分析302

6.7.1 活性污泥特性303

6.7.2 沉淀池组成部分304

6.7.3 负荷基准308

6.7.4 通量理论要点310

6.7.5 状态点分析314

6.7.6 沉淀池与曝气池的联系320

6.7.7 状态点分析的局限性320

6.8 离心分离320

6.9 膜分离321

参考文献323

习题325

第7章 氧化塘338

7.1 曝气塘338

7.2 稳定塘344

7.3 稳定塘的类型344

7.4 好氧稳定塘345

7.4.1 基本方程345

7.4.2 太阳能的输入和利用效率347

7.4.3 BODL的去除349

7.4.4 光合自养生物生长动力学354

7.4.5 兼性稳定塘357

7.4.6 BOD5表面去除负荷率358

7.4.7 一级反应动力学359

7.5 厌氧稳定塘362

7.6 串联运行364

7.7 大肠杆菌的减量364

7.8 稳定塘设计细节367

7.9 稳定塘出水中悬浮固体的去除367

7.1 0湿地处理系统368

参考文献369

习题371

第8章 好氧生物膜处理工艺374

8.1 生物膜处理工艺需要考虑的事项375

8.2 滴滤池和塔式生物滤池377

8.3 生物转盘388

8.4 颗粒滤料滤池392

8.5 生物流化床和循环床生物膜反应器393

8.6 生物膜-悬浮生长复合工艺398

参考文献399

习题400

第9章 硝化过程405

9.1 硝化细菌的生化和生理特性405

9.2 普通工艺考虑事项409

9.3 活性污泥硝化工艺：单污泥与双污泥系统409

9.4 生物膜硝化工艺417

9.5 复合工艺420

9.6 进水BODL:TKN比率的作用422

9.7 ANAMMOX工艺422

参考文献423

习题424

第10章 反硝化过程430

10.1 反硝化细菌的生理学430

10.2 三级反硝化工艺433

10.2.1 活性污泥437

10.2.2 生物膜工艺439

10.3 单污泥反硝化工艺440

10.3.1 单污泥的基本工艺441

10.3.2 单污泥基本工艺的变形443

10.3.3 单污泥反硝化工艺的定量分析446

参考文献454

习题455

第11章 除磷463

11.1 正常生物体对磷的吸收作用463

11.2 在生物处理系统中投加金属盐进行沉淀除磷465

11.3 强化生物除磷过程467

参考文献472

习题473

第12章 给水处理476

12.1 去除生物不稳定物质的好氧生物膜法工艺477

12.1.1 BOM测定方法478

12.1.2 去除无机生物不稳定物质479

12.1.3 生物膜预处理480

12.1.4 复合生物滤池482

12.1.5 慢速生物滤池485

12.2 微生物的释放486

12.3 特殊有机物的生物降解486

12.4 反硝化487

参考文献489

习题491

第13章 甲烷化厌氧处理工艺492

13.1 甲烷化厌氧处理的用途493

13.2 反应器结构495

13.2.1 完全混合式反应器496

13.2.2 厌氧接触工艺497

13.2.3 升流式和降流式填充床497

13.2.4 流化床和膨胀床498

13.2.5 升流式厌氧污泥床499

13.2.6 其他厌氧反应器500

13.3 过程化学和微生物学502

13.3.1 过程微生物学502

13.3.2 过程化学504

13.4 过程动力学520

13.4.1 温度521

13.4.2 CSTR反应动力学523

13.4.3 复杂基质525

13.4.4 过程最优化529

13.4.5 生物膜反应动力学530

13.4.6 水解为限速步骤的动力学533

13.5 厌氧污泥消化池设计中的特殊因素536

13.5.1 负荷536

13.5.2 混合538

13.5.3 加热538

13.5.4 气体收集539

13.5.5 反应器运行539

参考文献539

习题541

第14章 有害化学物质的脱毒549

14.1 导致分子难降解性的因素551

14.1.1 分子结构552

14.1.2 环境条件552

14.1.3 微生物的存在554

14.2 合成有机化合物的种类554

14.3 能量代谢与共代谢558

14.4 电子供体与电子受体558

14.5 最小基质浓度（Smin）561

14.6 环境污染物的生物降解563

14.6.1 合成洗涤剂563

14.6.2 杀虫剂564

14.6.3 碳氢化合物566

14.6.4 氯代溶剂和其他卤代脂肪烃572

14.6.5 氯代芳香烃580

14.6.6 炸药585

14.6.7 有机化合物归宿的综合模型586

14.6.8 无机元素588

14.7 小结591

参考文献591

习题595

第15章 生物修复600

15.1 污染物的范围和特征601

15.1.1 有机化合物602

15.1.2 有机混合物603

15.1.3 共处置产生的混合物606

15.2 生物可降解性609

15.3 生物降解过程中污染物的可给性610

15.3.1 表面吸附610

15.3.2 形成非水相基质612

15.4 可处理性研究615

15.5 生物修复的工程策略616

15.5.1 污染场址描述616

15.5.2 工程化的原位生物修复617

15.5.3 原位内源生物修复和自然衰减620

15.5.4 原位生物屏蔽620

15.5.5 异位生物修复621

15.5.6 植物修复622

15.5.7 气相VOCs的生物修复623

15.6 生物修复评价624

参考文献626

习题629

附录A 不同化学物质在25℃时的形成自由能632

附录B 归一化的表面-负荷曲线639