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第1章 绪论1

1.1 氮素循环1

1.1.1 生物固氮2

1.1.2 氨的同化2

1.1.3 氨化作用2

1.1.4 硝化作用3

1.1.5 反硝化作用3

1.1.6 异化性硝酸盐还原作用3

1.2 氮素污染及其危害3

1.2.1 氮素污染物的来源4

1.2.2 氮素污染的危害5

1.3 氮素污染控制7

1.3.1 物化法7

1.3.2 生物法10

1.4 生物脱氮进展12

1.4.1 生物脱氮理论的突破12

1.4.2 生物脱氮技术的创新13

1.4.3 脱氮细菌研究方法的改进14

2.1 硝化细菌的种类15

2.1.1 氨氧化细菌15

第2章 硝化作用原理15

2.1.2 亚硝酸盐氧化细菌19

2.2 硝化细菌的生理特性22

2.2.1 硝化细菌的营养物质22

2.2.2 硝化细菌生长的环境条件26

2.3 硝化细菌的亲缘关系、生态关系和遗传特性30

2.3.1 硝化细菌的亲缘关系30

2.3.2 硝化细菌的生态关系31

2.3.3 硝化细菌的遗传学特性33

2.4 硝化过程的生化反应35

2.4.1 氨氧化为羟胺36

2.4.2 羟胺氧化为亚硝酸盐38

2.4.3 亚硝酸盐氧化为硝酸盐39

2.4.4 电子传递与能量转化39

2.4.5 CO2的同化44

2.4.6 硝化作用的化学计量关系45

2.5 亚硝酸细菌的研究进展46

2.5.1 NO和NO2对氨氧化的作用46

2.5.2 N.eutropha的厌氧氨氧化48

2.5.3 N.eutropha的代谢模型49

3.1.2 反硝化细菌的种类55

3.1.1 反硝化细菌的定义55

3.1 反硝化细菌的种类55

第3章 反硝化作用原理55

3.2 反硝化细菌的生理特性58

3.2.1 反硝化细菌的营养物质58

3.2.2 反硝化细菌生长的环境条件59

3.3 反硝化细菌的生化反应60

3.3.1 硝酸盐还原成亚硝酸盐61

3.3.2 亚硝酸盐还原成NO64

3.3.3 NO还原成N2O65

3.3.4 N2O还原成N265

3.3.6 反硝化过程的化学计量关系66

3.3.5 反硝化过程的电子传递与能量转化66

3.4 反硝化细菌的遗传特性68

3.4.1 反硝化酶基因的组织68

3.4.2 反硝化酶基因的表达70

3.5 反硝化过程的调控72

3.5.1 氧对反硝化过程的调控作用72

3.5.2 反硝化中间产物的生成与转化74

第4章 厌氧氨氧化原理76

4.1 厌氧氨氧化的发现76

4.1.1 Broda的预言76

4.1.2 Mulder的发现77

4.2 厌氧氨氧化是生物反应的证明79

4.2.1 污泥活性试验80

4.2.2 抑制或灭活试验80

4.2.3 厌氧试验82

4.2.4 产物来源示踪82

4.3 厌氧氨氧化菌是自养型细菌的证明83

4.3.1 初步试验83

4.3.2 重现试验85

4.4.1 厌氧氨氧化菌的形态特征87

4.4 厌氧氨氧化菌的形态特征和生理特性87

4.4.2 厌氧氨氧化菌的生理特征90

4.5 厌氧氨氧化菌的分离和鉴定99

4.5.1 厌氧氨氧化菌的分离99

4.5.2 厌氧氨氧化菌的鉴定99

4.6 厌氧氨氧化的反应机理101

4.6.1 化学反应模型101

4.6.2 化学反应模型的实验证据102

4.6.3 细胞和生化反应模型106

4.6.4 生化反应模型的实验证据107

4.7.2 厌氧氨氧化菌与亚硝酸细菌的竞争与合作112

4.7.1 厌氧氨氧化菌的分布112

4.7 厌氧氨氧化菌的生态学特性112

第5章 短程硝化-反硝化工艺115

5.1 Sharon工艺的概念115

5.2 Sharon工艺的原理116

5.2.1 经济性原理116

5.2.2 微生物学原理116

5.2.3 反应工程学原理119

5.2.4 Sharon工艺的实施策略123

5.3.1 温度控制126

5.3 Sharon工艺的技术要点126

5.3.2 pH控制128

5.3.3 溶解氧浓度控制131

5.3.4 基质浓度和负荷控制132

5.3.5 泥龄控制136

5.4 Sharon工艺的小试与放大138

5.4.1 实验室小型试验138

5.4.2 工艺放大140

5.4.3 反应器设计141

5.4.4 技术经济分析141

5.5.2 Sharon工艺的运行性能143

5.5.1 Sharon工艺的应用场合143

5.5 Sharon工艺的应用143

5.5.3 Sharon工艺的应用效果146

第6章 厌氧氨氧化及其组合工艺147

6.1 Anammox工艺的原理147

6.1.1 经济性原理147

6.1.2 微生物学原理148

6.1.3 反应器原理149

6.2 Anammox工艺的技术要点154

6.2.1 温度控制155

6.2.2 pH控制155

6.2.4 基质浓度和负荷控制156

6.2.3 溶解氧浓度控制156

6.2.5 泥龄控制158

6.3 Anammox工艺的小试与中试158

6.3.1 实验室试验158

6.3.2 中间试验164

6.4 Anammox工艺的应用169

第7章 其他新型生物脱氮工艺171

7.1 好氧脱氨工艺171

7.1.1 概述171

7.1.2 好氧脱氨作用的发现171

7.1.3 好氧脱氨机理的研究174

7.1.4 好氧脱氨工艺的开发设想178

7.2 Canon工艺179

7.2.1 概述179

7.2.2 Canon序批式反应器179

7.2.3 Canon气提式反应器183

7.2.4 Canon工艺的操作要点185

7.3 Oland工艺187

7.3.1 概述187

7.3.2 硝化污泥与Oland污泥188

7.3.3 Oland工艺的性能189

第8章 脱氮细菌的研究方法191

8.1 形态学研究技术191

8.1.1 显微镜技术191

8.1.2 细胞染色技术193

8.1.3 形态学研究技术的局限性196

8.2 分离纯化技术196

8.2.1 富集培养196

8.2.2 分离培养199

8.3 细菌鉴定技术204

8.3.1 免疫抗体技术204

8.3.2 核酸杂交技术205

8.3.3 报告基因技术207

8.4 细菌计数技术207

8.4.1 显微直接计数法207

8.4.2 平板菌落计数法208

8.4.3 稀释培养测数法209

8.4.4 cPCR测数法209

8.5 活性测定技术211

8.5.1 细菌活性测定法211

8.5.2 Km和Vmax的测定212

8.6.2 用生物反应器模拟自然生态位213

8.6.1 设定生态位213

8.6 厌氧氨氧化菌生态生理学研究法213

8.6.3 研究富集培养物的生理特性214

8.6.4 研究优势菌的谱系特性214

8.6.5 分离优势菌215

8.6.6 确认分离物的生态功能216

8.7 细菌群落生物多样性研究法216

8.7.1 Koch准则216

8.7.2 谱系分析原理217

8.7.3 细菌群落的谱系分析220

主要参考文献224