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本書(shū)針對(duì)傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮工藝處理高濃度含氮有機(jī)廢水而導(dǎo)致脫氮除碳效率偏低的問(wèn)題，通過(guò)借鑒短程硝化反硝化和厭氧氨氧化兩種工藝優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新性地提出并成功開(kāi)發(fā)出了一種同步好氧氧化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化單級(jí)耦合工藝，實(shí)現(xiàn)在單一反應(yīng)器內(nèi)廢水中NH 4-N、TN和COD高效去除，從而為高NH 4-N低C/N廢水高效處理提供了新的解決思路并開(kāi)辟了應(yīng)用前景。

本書(shū)具有較強(qiáng)的技術(shù)性和針對(duì)性，可供從事污水處理的工程技術(shù)人員和科研人員參考，也可供高等學(xué)校環(huán)境工程、市政工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參閱。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，許多行業(yè)排放了大量高濃度含氮含有機(jī)物廢水，氮和有機(jī)物的過(guò)度排放是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和水環(huán)境污染的重要因素，廢水污染問(wèn)題也嚴(yán)重制約相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此如何確保這類(lèi)廢水有效處理和達(dá)標(biāo)排放是《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱(chēng)水十條）中工業(yè)污染防治目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。傳統(tǒng)生物脫氮工藝往往由于廢水中氨氮（NH 4-N）負(fù)荷高、碳氮比（C/N）不足，致使硝化、反硝化效率嚴(yán)重受限，導(dǎo)致出水NH 4-N和TN超標(biāo)。盡管短程硝化反硝化、厭氧氨氧化等新型脫氮工藝不斷涌現(xiàn)，然而依靠單一過(guò)程作用仍然無(wú)法滿足含氮有機(jī)廢水同步脫氮除碳的要求。因此在短程脫氮工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索和開(kāi)發(fā)基于高濃度含氮有機(jī)廢水生物處理新技術(shù)具有重要意義。

本書(shū)匯集了筆者及其團(tuán)隊(duì)在高濃度含氮有機(jī)廢水生物脫氮方面的最新研究成果。采用填充聚氨酯（PU）海綿為填料的序批式生物膜反應(yīng)器（SBBR）處理高氨模擬有機(jī)廢水，通過(guò)長(zhǎng)期過(guò)程控制與優(yōu)化，開(kāi)發(fā)了一種同步好氧氧化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化脫氮單級(jí)耦合工藝，揭示系統(tǒng)同步脫氮除碳發(fā)生機(jī)制，旨在為高氨有機(jī)廢水單級(jí)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與技術(shù)應(yīng)用提供前期的理論基礎(chǔ)。本書(shū)共分7章，內(nèi)容包括緒論、材料與方法、SBBR系統(tǒng)處理高濃度含氮有機(jī)廢水效能、SBBR反應(yīng)器生物膜微環(huán)境特性、SBBR系統(tǒng)微生物群落特征、SBBR反應(yīng)器生化動(dòng)力學(xué)，以及本書(shū)結(jié)論與展望。本書(shū)所提出的技術(shù)有望突破現(xiàn)有ANAMMOX工藝對(duì)C/N>1.0含氮廢水處理瓶頸，為高氨有機(jī)廢水一步式處理開(kāi)辟更廣闊的應(yīng)用前景。

本書(shū)由太原理工大學(xué)周鑫著，張澤乾、張?chǎng)螑?ài)、王共磊、陳加波等碩士生參與了部分?jǐn)?shù)據(jù)整理、圖片制作和文字編輯等工作。清華大學(xué)周小紅教授在生物膜微電極測(cè)試方面提供了無(wú)私幫助與指導(dǎo)，新加坡南洋理工大學(xué)Liu Yu教授為本書(shū)的撰寫(xiě)和定稿提出了很多有價(jià)值的建議和意見(jiàn)；本書(shū)在編寫(xiě)和出版過(guò)程中得到了太原理工大學(xué)李亞新教授的鼓勵(lì)和支持；本書(shū)的完成與出版得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（21607111）、山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（201803D31052）、污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（PCRRF18011）及城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金等項(xiàng)目的支持與資助。筆者在此對(duì)所有人員在圖書(shū)編寫(xiě)出版過(guò)程的辛勤付出表示衷心感謝。

限于著者水平及編寫(xiě)時(shí)間，不足與疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

著者

2019年5月

第1章緒論1

1.1高濃度含氮有機(jī)廢水來(lái)源、特性及危害2

1.2生物脫氮工藝3

1.2.1傳統(tǒng)硝化反硝化3

1.2.2短程硝化反硝化4

1.2.3厭氧氨氧化7

1.2.4SNAD工藝8

1.3序批式生物膜反應(yīng)器研究進(jìn)展11

1.3.1序批式生物膜反應(yīng)器的發(fā)展及類(lèi)型11

1.3.2SBBR運(yùn)行方式及特點(diǎn)13

1.3.3SBBR處理高濃度含氮有機(jī)廢水研究進(jìn)展16

1.4本書(shū)編寫(xiě)目的與主要內(nèi)容19

1.4.1編寫(xiě)目的19

1.4.2主要內(nèi)容20

參考文獻(xiàn)21

第2章材料與方法32

2.1實(shí)驗(yàn)材料33

2.1.1運(yùn)行裝置33

2.1.2污泥接種33

2.1.3填料34

2.1.4實(shí)驗(yàn)用水35

2.1.5實(shí)驗(yàn)所用試劑及儀器36

2.2分析方法38

2.2.1常規(guī)水質(zhì)分析項(xiàng)目及方法38

2.2.2NH 4-N負(fù)荷計(jì)算38

2.2.3亞硝氮累積率計(jì)算39

2.2.4游離氨及游離亞硝酸鹽濃度計(jì)算39

2.2.5生物量的測(cè)定39

2.2.6SEM分析40

2.2.7原子力顯微鏡分析40

2.2.8氧微電極分析40

2.2.9生物膜胞外聚合物（EPS）分析41

2.2.10微生物群落分析42

參考文獻(xiàn)44

第3章SBBR系統(tǒng)處理高濃度含氮有機(jī)廢水效能46

3.1SBBR系統(tǒng)掛膜啟動(dòng)47

3.1.1NH 4-N去除效果47

3.1.2TN去除效果48

3.2SBBR系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行49

3.2.1總體運(yùn)行情況49

3.2.2R1階段反應(yīng)器脫氮效果50

3.2.3R2階段反應(yīng)器處理效果58

3.2.4R3階段反應(yīng)器處理效果65

3.2.5R4階段反應(yīng)器處理效果73

3.2.6SBBR處理高濃度含氮有機(jī)廢水影響因素78

3.3本章小結(jié)83

參考文獻(xiàn)84

第4章SBBR反應(yīng)器生物膜微環(huán)境特性87

4.1聚氨酯海綿填料特性88

4.2生物膜形貌及微生物相分析90

4.3生物膜EPS分析92

4.3.1傅里葉紅外光譜特性分析92

4.3.2三維熒光分析94

4.4生物膜氧微電極分析98

4.4.1生物膜內(nèi)部溶解氧分布情況99

4.4.2生物膜內(nèi)微結(jié)構(gòu)探究103

4.4.3溶解氧在生物膜內(nèi)傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究106

4.5本章小結(jié)109

參考文獻(xiàn)110

第5章SBBR系統(tǒng)微生物群落特征115

5.1不同階段微生物種類(lèi)豐度及多樣性116

5.2不同階段微生物群落差異性分析117

5.3不同階段微生物群落在高分類(lèi)水平結(jié)構(gòu)分析119

5.4不同階段菌屬分析122

5.4.1不同階段屬水平菌群結(jié)構(gòu)特征122

5.4.2不同階段脫氮功能菌屬分析123

5.5微生物群落結(jié)構(gòu)同環(huán)境因子對(duì)應(yīng)關(guān)系129

5.6本章小結(jié)130

參考文獻(xiàn)131

第6章SBBR反應(yīng)器生化動(dòng)力學(xué)136

6.1反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的建立137

6.1.1一階基質(zhì)去除模型137

6.1.2莫諾接觸氧化動(dòng)力學(xué)模型138

6.1.3改進(jìn)型Stover-Kincannon模型139

6.2反應(yīng)器NH 4-N去除動(dòng)力學(xué)分析140

6.2.1一階基質(zhì)去除動(dòng)力學(xué)模型140

6.2.2莫諾接觸氧化動(dòng)力學(xué)模型141

6.2.3改進(jìn)型Stover-Kincannon模型141

6.2.4模型驗(yàn)證與SBBR系統(tǒng)NH 4-N去除效能評(píng)估142

6.3反應(yīng)器TN去除動(dòng)力學(xué)分析143

6.3.1一階基質(zhì)去除動(dòng)力學(xué)模型143

6.3.2莫諾接觸氧化動(dòng)力學(xué)模型144

6.3.3改進(jìn)型Stover-Kincannon模型144

6.3.4模型驗(yàn)證與TN去除效能評(píng)估146

6.4反應(yīng)器COD去除動(dòng)力學(xué)分析147

6.4.1一階基質(zhì)去除動(dòng)力學(xué)模型147

6.4.2莫諾接觸氧化動(dòng)力學(xué)模型147

6.4.3改進(jìn)型Stover-Kincannon模型148

6.4.4模型驗(yàn)證與COD去除效能評(píng)估150

6.5本章小結(jié)151

參考文獻(xiàn)152

第7章本書(shū)結(jié)論與展望154

7.1結(jié)論155

7.2展望157

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