污水生物处理热力学及自给能路径

本书是一部关于污水生物处理能量计量与评估分析的专著，以污水生物处理微生物代谢化学计量学和代谢能量学为基础，重点阐述污水生物处理工艺的热力学基础与微生物物质-能量代谢偶联的微观本质；详述污水生物处理过程能质的宏观规律和污染物化学能高效定向转化的原理与途径；提出污水处理厂能效评估方法和自给能污水处理厂数学模型。结合我国区域气候特征，开展不同气候区污水处理厂自给能的可行性评估，揭示污水厂能源自给潜力的地理空间分布，提出污水处理零能耗实现碳中和的工艺调控与优化途径。

目录
第1章 污水生物处理微生物化学计量学 1
1.1 理论化学需氧量与电子当量 2
1.2 微生物细胞的经验化学计量式 2
1.3 基质分配和化学计量学的细胞产率 4
1.3.1 基于基质分配及基于化学计量学的细胞产率 4
1.3.2 基于微生物能量学估算实际产率 6
1.3.3 污水处理工艺中的细胞产率 8
1.4 生物处理工艺化学计量学 9
1.4.1 好氧活性污泥工艺化学计量学 10
1.4.2 自养硝化化学计量学 12
1.4.3 异养反硝化化学计量学 13
1.4.4 厌氧消化化学计量学 13
术语表 14
第2章 污水生物处理微生物代谢能量学 17
2.1 微生物代谢能量学基本概念 17
2.1.1 电子与能量载体 17
2.1.2 微生物代谢的能量特征 18
2.2 微生物代谢的能量反应 27
2.3 微生物代谢的总反应 30
2.4 微生物代谢反应的自由能 34
2.5 微生物代谢的热力学描述 36
2.5.1 基于电子当量的热力学描述 36
2.5.2 基于生物体碳元素物质的量的热力学描述 40
2.6 污水处理生物体系的能量迁移 42
2.6.1 热力学平衡与自由能 43
2.6.2 能量代谢的动态平衡 44
2.6.3 物质代谢过程中的能量迁移 45
术语表 46
第3章 污染物化学能及其定向转化 49
3.1 污水生物处理工艺的热力学基础 49
3.1.1 污水生物处理过程热力学基本概念 50
3.1.2 热力学第一定律与焓 51
3.1.3 热力学第二定律与熵 54
3.2 污水中污染物化学能(焓) 56
3.2.1 热力学“死态”与化学能 56
3.2.2 基准物和元素的化学焓 59
3.2.3 有机物质化学焓的估算法 60
3.3 理想功与损耗功的概念 61
3.4 污染物化学?与分析模型 62
3.4.1 ?的概念与组成 62
3.4.2 ?与理想功 64
3.4.3 热量?与有机物质化学? 64
3.4.4 ?分析模型 69
3.5 污染物化学能与理论需氧量的关系 75
3.5.1 化学焓与理论需氧量的定量关系 76
3.5.2 化学?与理论需氧量的定量关系 77
3.6 污染物化学能高效定向转化 80
3.6.1 不同电子受体能量传递效率 80
3.6.2 不同电子受体的污泥产率计算 82
术语表 87
第4章 城市污水处理厂能耗与能效评价 92
4.1 城市污水污泥元素特征与分析 92
4.1.1 城市污水污泥元素测试方法 92
4.1.2 城市污水污泥元素特征分析案例 97
4.2 城市污水污泥热值特征与分析 106
4.2.1 城市污水污泥热值分析方法 106
4.2.2 案例城市污水污泥热值特征 109
4.2.3 案例污水处理厂污水污泥含能构成分析 120
4.3 污水处理工艺能量平衡与能效评价 121
4.3.1 能耗研究的评价指标 121
4.3.2 污水处理能量分析模型 122
4.3.3 污水处理工艺能量分析案例 126
4.3.4 基于能量分析的工艺节能优化 147
术语表 164
第5章 基于微生物代谢的零能耗污水处理与模型 169
5.1 零能耗污水处理的概念及碳流分析 169
5.2 零能耗污水处理模型构建 172
5.2.1 零能耗污水处理模型构建思路与方法 173
5.2.2 零能耗污水处理模型的数学推导 174
5.3 零能耗污水处理的可行性分析 177
5.3.1 零能耗污水处理的评估 177
5.3.2 零能耗污水处理的温室气体减排潜力 186
5.3.3 零能耗污水处理模型的工程意义 187
5.4 基于零能耗评估的中国零能耗城市污水处理厂地理分布 189
5.4.1 案例城市污水处理厂及其特征 189
5.4.2 我国城市污水COD特征与能量回收潜力 193
5.4.3 城市污水处理能耗影响因素分析 195
5.4.4 不同区域零能耗污水处理实现的潜力 200
5.4.5 我国污水处理厂能量回收优化策略 203
术语表 204
参考文献 207
附录A 式(3.55)的推导 217
附录B 案例城市污水处理厂的工艺特征参数表 219