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前言1

1 概述1

1.1　产酸发酵微生物生理生态学的研究基础1

1.1.1　厌氧生物处理的基本原理1

目录1

1.1.2　两相厌氧生物处理16

1.1.3　产酸发酵微生物生态学22

1.2.1　产酸发酵细菌的生理生态学26

1.2.2　产氢发酵细菌的生理生态学26

1.2　产酸发酵微生物生理生态学的研究内容26

1.2.3　产酸相反应器处理硫酸盐废水过程中微生物的生理生态学27

1.3　产酸发酵微生物生理生态学的研究方法28

1.3.1　直接测定法28

1.3.2　细胞培养法28

1.3.3　生理生化法28

1.3.4　分子生物学诊断法29

1.3.5　数学模型法32

2　微生物产酸发酵类型及其稳定性34

2.1　微生物的经典发酵途径34

2.1.1　丁酸发酵和丙酮-丁醇发酵37

2.1.2　丙酸发酵40

2.1.3　混合酸发酵和丁二醇发酵41

2.1.4　乳酸发酵45

2.1.5　酵母菌的乙醇发酵和甘油发酵48

2.1.6　发酵平衡50

2.2　产酸发酵混合菌群的发酵类型51

2.2.1　丁酸型发酵52

2.2.2　丙酸型发酵54

2.2.3　乙醇型发酵56

2.3.1　丁酸型发酵的稳定性59

2.3　废水处理产酸发酵类型的稳定性59

2.3.2　乙醇型发酵的稳定性61

2.3.3　丙酸型发酵的稳定性62

2.4　产酸发酵过程中丙酸产生和积累的条件与原因62

2.4.1　生理学原因导致丙酸的产生64

2.4.2　生态学条件导致丙酸的积累65

2.4.3　丙酸积累的控制对策66

2.5　微生物产酸发酵过程中液相末端产物的选择67

2.6　产酸相发酵产物对产甲烷相的影响68

2.6.1 乙醇型发酵液相末端产物在产甲烷相中的转化规律68

2.6.2　丁酸型发酵液相末端产物在产甲烷相中的转化规律71

2.6.3　丙酸型发酵液相末端产物在产甲烷相中的转化规律72

3　产酸发酵细菌群落生理生态学74

3.1　废水厌氧生物处理系统中微生物群落生态学原理74

3.1.1　微生物群落74

3.1.2　废水厌氧生物处理系统中的微生物群落演替75

3.1.3　产酸发酵微生物顶极群落的主要类型76

3.2　产酸发酵细菌的群落结构特征77

3.2.1 絮状活性污泥的表观特征77

3.2.2　絮状活性污泥的形成机理与生态学意义78

3.3.1　pH制约的产酸发酵细菌群落生态演替82

3.3　产酸发酵细菌的群落生态演替82

3.3.2　氧化还原电位制约的产酸发酵细菌群落生态演替90

3.3.3　有机负荷制约的产酸发酵细菌群落生态演替91

3.3.4　初始生态位对微生物群落定向演替及顶极群落的影响94

3.4　产酸发酵微生物群落的内平衡与反馈调节机制98

4　产酸发酵细菌种群生理生态学100

4.1　顶极群落中优势种群的种类100

4.2　优势种群的耐性限度101

4.2.1　pH耐性限度规律101

4.2.2　氧化还原电位耐性限度规律104

4.3　pH对优势种群发酵产物影响105

4.4　优势种群的种间关系107

4.4.1　种间的生存竞争108

4.4.2　优势种群的实现生态位及其生态位图谱112

4.4.3　种间协同作用113

5　产酸发酵细菌限制因子的量化与调控120

5.1 温度120

5.2　pH122

5.2.1 乙醇型发酵细菌在不同pH下的间歇产酸发酵试验122

5.2.2　乙醇型发酵细菌在不同pH下的连续流产酸发酵试验123

5.2.3　pH是形成不同发酵类型的限制因子124

5.3　接种污泥126

5.4.2　容积负荷127

5.4　有机负荷127

5.4.1　污泥负荷127

5.5　氧化还原电位131

6　产氢发酵细菌生理生态学135

6.1　产氢发酵细菌及其生理特性135

6.1.1 产氢发酵细菌135

6.1.2 产氢发酵细菌生理特性136

6.2　细菌的产氢发酵机理与产氢途径137

6.2.1 细菌产氢发酵的生物物化机理137

6.2.2　细菌产氢发酵的生物化学机理145

6.2.3　细菌的产氢发酵动力学分析154

6.3.1　纯菌种的产氢能力167

6.3　产氢发酵细菌的产氢能力167

6.3.2　混合菌群的产氢能力170

6.4　产氢发酵细菌乙醇型发酵的生态调控173

6.4.1　限制性因子的调控173

6.4.2　细胞水平上的调控对策176

6.4.3　群落水平上的监测与调控181

7.1　微生物的群落生态特征187

7.1.1　种群的数量分布187

7　产酸相反应器处理硫酸盐废水过程中微生物的生理生态学特征187

7.1.2　微生物群落的结构模式188

7.13　微生物群落的种群间关系分析190

7.2　乙酸型代谢方式的形成及其稳定性191

7.2.1　产酸细菌的发酵类型分析191

7.2.2　微生物群落的乙酸型代谢方式193

7.2.3　乙酸型代谢方式的成因分析195

7.2.4　乙酸型代谢方式的重要性197

7.3　碳硫比制约的群落生态演替198

7.3.1　碳硫比从5.0降低到3.0198

7.3.2　碳硫比从3.0提高至4.0203

7.3.3　碳硫比从4.0降低到2.0207

7.4.1　碳硫比制约的群落内平衡与反馈调节210

7.4　微生物群落的内平衡与反馈调节210

7.4.2 顶极群落调节氧化还原电位的内平衡机制212

7.5　限制因子的量化与调控214

7.5.1　硫酸盐负荷率214

7.5.2　pH216

7.5.3　碱度218

7.5.4　氧化还原电位222

8.1　有机废水处理工艺的确立225

8.1.1 废水处理过程的基本特征225

8　产酸发酵工艺的工程应用225

8.1.2　处理工艺的选择226

8.2　生物制药废水处理工程228

8.2.1 废水的水质水量228

8.2.2　处理工艺选择229

8.2.3　构筑物与设备230

8.2.4　生物相分析231

8.2.5 工艺特征232

8.2.6　小结233

8.3　高浓度中草药废水处理工程233

8.3.2　处理工艺选择234

8.3.1 废水的水质水量234

8.3.3　构筑物与设备237

8.3.4　生物相分析238

8.3.5 工艺特征240

8.3.6　小结241

8.4　高浓度精细化工废水处理工程241

8.4.1　废水的水质水量242

8.4.2　处理工艺选择242

8.4.3　构筑物与设备243

8.4.4　生物相分析244

8.4.5　工艺特征248

8.4.6　小结249

8.5　还原性染料废水处理工程249

8.5.1　原有废水一级处理装置250

8.5.2　处理工艺选择251

8.5.3　构筑物及装置252

8.5.4　生物相分析252

8.5.5　工艺特征254

8.5.6　小结259

参考文献260

附1.1　产酸发酵细菌267

附录1 产酸发酵微生物的分离与鉴定方法267

附录267

附1.2　产氢发酵细菌271

附1.3　利用电子显微镜分析产酸发酵微生物273

附录2　产酸发酵过程相关实验分析方法275

附2.1　碱度测定275

附2.2　氧化还原电位的测定280

附2.3　pH的测定282

附2.4　挥发性脂肪酸的测定284

附2.5　硫酸盐和硫化物的测定289

附2.6　有机物厌氧生物可降解性测定294

附2.7　产酸发酵反应器内活性污泥生物量的测定299

附2.8　产酸发酵过程中还原糖的测定301

附2.9　淀粉含量的测定304

附2.10　蛋白质含量的测定304

附录3　产酸发酵微生物生态学研究中的分子生物学诊断方法306

附3.1　16S rRNA文库及其序列分析技术306

附3.2　变性梯度凝胶电泳技术监测微生物群落312

附3.3　荧光原位杂交技术监测微生物群落318

附3.4　SSCP技术在微生物群落动态监测中的应用326

附3.5　TRFLP技术在微生物群落分析中的应用333