銨豐富廢水
美國范棟勤, M.S.M. Jetten *和M.C.M.凡雷赫特**
生物工程系,應(yīng)用科學學院,荷蘭代爾夫特大學.技術(shù), Julianalaan 67 ,荷蘭
2828年荷蘭代爾夫特（電子郵箱： MCMvanLoosdrecht@TNW.TUDelft.NL ）
*當前地址：微生物學系科學系,大學.奈梅亨,荷蘭6525 ED鏡頭奈梅亨的
荷蘭
**通訊作者
摘要銨的治療豐富的廢水,如污水污泥沼氣池,可顯著
當新的改進過程,介紹了生物技術(shù).本文結(jié)合部分
硝化過程（硝化® ）和缺氧氨氧化（厭氧氨氧化® ）工藝處理
氨豐富進水評價.在此合并過程中研究了污泥回收利用
酒從污水處理廠鹿特丹Dokhaven .沙龍過程操作穩(wěn)定超過2
多年來在十升CSTR中連續(xù)曝氣,以HRT為1天.氨水在污泥白酒
轉(zhuǎn)換為53 ％ ,亞硝酸鹽只.在測試期間沒有形成硝酸鹽觀察.出水的
沙龍的過程是非常適合作為進水的厭氧氨氧化反應(yīng)器.在厭氧氨氧化過程
經(jīng)營作為顆粒污泥SBR工藝過程. 80 ％以上的氨轉(zhuǎn)化為二
天然氣負荷的1.2 kgN/m3每天. Planctomycete樣細菌為主的混合社會
厭氧氨氧化反應(yīng)器,只有一小的人口比例由好氧氨氧化
細菌.這表明,氨氧化菌在污水沙龍進程并未
積聚在SBR法.測試期間表明,合并沙龍厭氧氨氧化系統(tǒng)可以工作
穩(wěn)定和長期的進程是準備全面實施.
關(guān)鍵詞部分硝化;亞硝酸鹽;好氧和厭氧氨氧化;污泥酒;沙龍
厭氧氨氧化
導言
氨是一種最重要的組成部分廢水已被刪除
在廢水可以出院.這主要是實現(xiàn)了完整的氧化
硝酸鹽,和隨后的硝酸鹽還原為二氣缺氧條件下
犧牲的COD .采用氧氣（空氣）進入廢水的氧化
銨需要大量的能源.此外,大量的COD本是
廢水往往是有限的,使購買中COD的形式甲醇必要.
由于長期污泥硝化所需的年齡,大型反應(yīng)堆（面積要求）
是必要的.其中的一些限制,可能會繞過兩個應(yīng)用
最近開發(fā)的新生物技術(shù)的進程：部分硝化的氨
亞硝酸鹽的快速增長的硝化和反硝化作用的亞硝酸鹽,以二天然氣使用氨水
作為電子供體.這樣氮去除以最小的COD和能源.
阿脫氮工藝極少使用能源和COD
圖1中的一個基本流程擬議沙龍厭氧氨氧化的概念,已部分
在污水處理廠實施Dokhaven ,荷蘭鹿特丹,是描繪.那個
污泥循環(huán)水通常含有15 ％的工廠的總負荷只有1 ％的
水力負荷.氨水（ 1-1.5 gNH4氮/升）在污泥酒采用刪除
部分氧化銨為亞硝酸鹽,亞硝酸鹽是whereafter的denitrified銨
作為電子供體.這兩個系統(tǒng)必不可少的這些進程最近已
水科學和技術(shù)：第1期第44卷第153-160 ©紐倫堡出版社2001年
153
在我們的開發(fā)部：沙龍® ®和厭氧氨氧化過程（范雷赫特
和Jetten 1998年） .這樣,氧氣要求脫氮減少
60 ％ ,沒有需要的化學需氧量,污泥產(chǎn)量邊緣化,凈二氧化碳排放量
大大減少.
氨氧化沒有生物質(zhì)能保留
沙龍進程（ Hellinga等. , 1997年, 1999年）的運作沒有任何生物保留.
這意味著,污泥齡（廣播電視）等于水力停留時間（ HRT ） .在
這樣一個系統(tǒng)出水濃度只有依靠增長率（ 1/SRT ）的
細菌參與,和獨立的進水濃度.在操作過程中的
沙龍過程中溫度超過25 ℃ ,快速增長的銨oxidisers
選定.但是,這些生物體有低親和力的銨（親和常數(shù)
20-40 mgNH4氮/升） .在實踐中,這將導致在應(yīng)用微生物,以廢水
相對較高的銨濃度（ ñ 50-100毫克/升） .因此,沙龍
過程是最適合處理廢水具有高濃度銨（ “ 500毫克
ñ /升） ,而不是出水水質(zhì)的關(guān)鍵.
沙龍進程的污泥消化廢水都是在30-40攝氏度的
微生物生物量沒有任何保留,因此,稀釋率可設(shè)置這樣一個利率
硝酸銨氧化劑的增長速度不夠快留在反應(yīng)堆,而亞硝酸鹽氧化菌
正在洗出.沙龍一直在經(jīng)營過程中的實驗室（ 2升反應(yīng)堆）上
消化廢水超過2年.這是直接擴大到全部規(guī)模（ 1800立方米）
在那里,它正在按照預期（穆爾德等. , 2001年） .
混合微生物群落在沙龍生物量進行了調(diào)查
分子生態(tài)技術(shù)（ Logemann等. , 1998年） .總DNA提取
從生物樣品及用于PCR擴增引物,具有普遍的細菌.
的PCR產(chǎn)物被用來建造一個基因庫.分析表明,克隆
占主導地位的克隆（ 69 ％ ）是非常相似的硝化產(chǎn)堿桿菌.這是質(zhì)量
和定量證實了兩個獨立的微觀方法.存在
約50-70 ％的氨氧化細菌表明使用16縣rRNA基因
有針對性的熒光寡核苷酸探針（ NEU653 ）具體的硝化物種.
硝化產(chǎn)堿桿菌已被描述的文學作為一個快速成長的硝化細菌能夠
在高增長銨和硝酸鹽的濃度.美國范棟勤等人. 154
圖1執(zhí)行沙龍厭氧氨氧化工藝在污水處理廠鹿特丹Dokhaven
沙龍進程產(chǎn)生氨,亞硝酸鹽混合物
當沙龍反應(yīng)堆是用于提供飼料的厭氧氨氧化過程中只有50 ％
對銨需要轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽：
硫酸銨
+ + HCO3
- + 0.75氧氣→ 0.5硫酸銨
+ + 0.5二氧化氮
- +二氧化碳+ 1.5水（ 1 ）
這反應(yīng)化學計量意味著沒有額外增加的基地是必要的,因為污泥
酒造成厭氧消化一般將包含足夠的堿度（在
形式的碳酸氫鈉） ,以彌補生產(chǎn)的酸如果只有50 ％的硝酸銨是
氧化.有可能產(chǎn)生50:50混合銨和亞硝酸鹽的
沙龍一直在評估過程中廣泛的實驗室系統(tǒng),污泥酒
從鹿特丹作為污水處理廠進水.結(jié)果（圖1 ,表1 ）表明,事實上
一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換是可能的.該氧化銨53 ％ ,亞硝酸鹽在1.2千克氮
負荷每立方米每天,沒有任何需要的pH值控制.氨氧化細菌的
耐受高濃度的亞硝酸鹽（ “ 0.5克二氧化氮氮/ L時,在pH 7 ） .
對銨/亞硝酸鹽比出水沙龍過程可以靈敏
受不斷變化的反應(yīng)pH值6.5和7.5之間.以這種方式準確率
充分脫氮厭氧氨氧化過程中可以得到.在實驗
期間,數(shù)個成功的測試進行（第一階段3和5 ）的可能性進行評估
使用pH值的控制方法設(shè)置所需的銨/亞硝酸鹽比率
美國范棟勤等人.
155
表1轉(zhuǎn)換沙龍反應(yīng)堆在測試期間.進水是centrate的
消化污泥離心機在污水處理廠鹿特丹Dokhaven （水力停留時間=廣播電視= 1天）
參數(shù)機組穩(wěn)態(tài)運行共計期間（ 240四）
進水氨氮kg/m3 1.18 ± 0.14 1.17 ± 0.25
進水氮氧化物kg/m3 0 0
廢水氨氮kg/m3 0.55 ± 0.10 0.60 ± 0.20
廢水二氧化氮氮kg/m3 0.60 ± 0.10 0.55 ± 0.20
廢水硝態(tài)氮kg/m3 0 0
pH值6.7 ± 0.3 6.8 ± 1.2
NH4 - N的轉(zhuǎn)化％ 53 49
氮轉(zhuǎn)化kg/m3/d 0.63 ± 0.10 0.52 ± 0.20
圖2硫酸銨轉(zhuǎn)換沙龍反應(yīng)器連續(xù)運轉(zhuǎn).水力停留時間和廣播電視人
雙方一天.期間1 ：啟動期,期間2,4和6穩(wěn)態(tài)運行withot pH值控制,周期3
5測試期間,評估影響反應(yīng)堆的pH值對轉(zhuǎn)換. （十：氨氮的; ö ： NH4 - N的輸出; • ：二氧化氮氮出）
出水.這一控制的原則下,恒化器系統(tǒng)的使用：在不斷稀釋
利率底物濃度的污水將不變.它已經(jīng)表明,氨,而
然后銨
+是積極基板（ Hellinga等. , 1999年） .如果pH值的增加,不斷
氨含量的手段降低銨水平.即通過提高pH值的數(shù)量
廢水中的銨下降迅速.結(jié)果表明：在3日和5日期間的確實是一個
在pH值稍有變化已經(jīng)導致了大量的改變出水銨/亞硝酸鹽的比例.
沒有控制的轉(zhuǎn)換已經(jīng)是一個總的“ 90 ％可以得到,因此值得懷疑
是否額外清除了pH值控制在經(jīng)濟上是值得的.
在厭氧氨氧化過程
在厭氧氨氧化過程是一個過程,其中缺氧條件下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽
二天然氣銨作為電子供體：
硫酸銨
+ +二氧化氮
- →氮氣+ 2水（ 2 ）
這種細菌的厭氧氨氧化催化反應(yīng)是自養(yǎng),這意味著,亞硝酸鹽可
轉(zhuǎn)換為二氣,而無需使用化學需氧量或增加外部甲醇
（ Jetten等. , 1998年） .在厭氧氨氧化過程中被發(fā)現(xiàn)存在一個試驗性工廠安裝
的精神,錦（穆爾德等. , 1992年, 1995年） .生物性質(zhì)的過程可以
表明自厭氧氨氧化活性滅活由伽馬射線照射,
加熱試驗廠污泥或孵化各種抑制劑（ Jetten等. , 1998年） .
細胞可逆性抑制氧氣濃度低至0.5 ％空氣飽和度
（ Strous等. , 1997年, Jetten等. , 1998年） .此外有人指出,亞硝酸鹽
首選的電子受體的進程.
細菌負責進程已豐富的序批式反應(yīng)器
在合成培養(yǎng)基中銨,亞硝酸鹽和碳酸氫鈉（ Strous等. ,
1998年, 1999年） .增長速度（倍增時間11天）和成長率（ 0.11金視/
gNH4 - n ）的生物體是非常低的.明顯的優(yōu)勢的厭氧氨氧化過程,因此
低污泥生產(chǎn).然而,一個有效的系統(tǒng),如生物量保留
SBR系統(tǒng)的使用將有必要保持所有的厭氧氨氧化反應(yīng)器中生物量和
只要啟動時間將需要生產(chǎn)足夠的生物量.具體的高度最高
氮消耗率（ 0.82腎炎/ gVSS.day ） ,非常高的親和力氨水和
亞硝酸鹽（報表“ 0.1毫克ñ / L ）和顆粒增長使高效生物質(zhì)能保留,
使設(shè)計的非常緊湊的裝置成為可能.
先前的研究表明,一些硝化物種也能
氨氧化與亞硝酸鹽作為電子受體.缺氧或氧氣限制
條件下的反應(yīng)速率小于0.08腎炎/ gVSS.day （博克等. , 1995年; Jetten
等. , 1999年;鄶, Verstraete , 1998年;施密特,博克, 1997年;施密特,博克, 1998年; Zart ,
博克, 1998年） .在厭氧氨氧化活性的我們的文化遠高于這一比例.
此外,我們的文化占主導地位70 ％或以上的一個morphotypical微生物.
結(jié)果表明有三個屬性的成員在共同的訂單
Planctomycetales ：細胞分裂的萌芽,內(nèi)部細胞條塊分割的
在場的crateriform結(jié)構(gòu)的細胞壁,以及存在的血脂異常
膜（ Strous等. , 1999年） .基于的16S RNA分析的暫定名稱
Brocadia Anammoxidans已經(jīng)提出了作為負責任的有機體的厭氧氨氧化
進程.
最近大量的氮損失（表2 ）報告了幾個污水處理
系統(tǒng)（海爾默和藝術(shù), 1998年; Hippen等. , 1996年;西格里斯特等人. , 1998年,施密德等
基地. , 2000年） .擁有非常高氮負荷和有限的空氣供應(yīng),大量的
氨損失氣體氮化合物.在這樣的系統(tǒng)條件可能預先美國范棟勤等人. 156
韋爾在這兩個硝化和厭氧氨氧化細菌可以共存
（施密德等人. , 2000年） .借助于具體雜交探針經(jīng)確定
厭氧氨氧化類細菌中存在大量的這些進程.只有在
微反應(yīng)器被發(fā)現(xiàn)大量常規(guī)硝化.這些意見
表明,厭氧氨氧化可能是普遍的性質(zhì)和可
可從許多不同的來源.
可行性研究
在最近的可行性研究報告（ Strous等. , 1997年）取消銨從污泥
沼氣池廢水進行了調(diào)查與厭氧氨氧化過程.這項研究的結(jié)果
表明,化合物中的沼氣池污水沒有產(chǎn)生不利影響厭氧氨氧化
污泥. pH值（ 7.0-8.5 ）和溫度（ 30-37 ℃ ）優(yōu)化的進程良好
的范圍之內(nèi)的價值預計為沼氣池廢水.實驗室實驗
規(guī)模（ 2升）流化床反應(yīng)器表明,厭氧氨氧化污泥能力
氨和亞硝酸鹽去除高效沼氣池的污泥污水.氮
負荷厭氧氨氧化流化床反應(yīng)器,可提高由0.2千克Ntot/m3d 2.6
公斤Ntot/m3d .由于亞硝酸鹽的限制,最大的能力沒有達到.在
實驗合成廢水,價值觀五點一公斤Ntot/m3d已獲得
（ Jetten等. 1998年） .
相結(jié)合,厭氧氨氧化過程和部分硝化（沙龍）
進程已成功試射利用污泥消化池出水.沙龍反應(yīng)堆
經(jīng)營未經(jīng)pH值控制的總氮負荷約1.2公斤N/m3每天.
對銨在沼氣池污水污泥轉(zhuǎn)化為53 ％ ,而pH值
控制（表1 ） .這樣一銨,亞硝酸鹽混合物適合厭氧氨氧化
過程產(chǎn)生的.出水沙龍反應(yīng)堆作為進水的
厭氧氨氧化序批式反應(yīng)器.亞硝酸鹽在有限的厭氧氨氧化反應(yīng)器所有亞硝酸鹽
刪除,剩余銨依然存在.在測試期間的氮負荷
0.75公斤ñ每天每立方米（表3 ） .活動達成價值高達0.8千克氮每公斤
干體重每天.
一個關(guān)鍵方面的可行性研究是可能的影響,生物量
（硝酸銨氧化劑和污泥中的細菌酒）在進水的厭氧氨氧化
厭氧氨氧化過程的進程.稍有積累的淤泥,進水
在厭氧氨氧化反應(yīng)器可產(chǎn)生不利影響的厭氧氨氧化過程.凈生產(chǎn)
的厭氧氨氧化細胞低和積累量的影響將淡化
厭氧氨氧化生物量顯著. FISH分析表明,大多數(shù)的細菌
在厭氧氨氧化反應(yīng)器的厭氧氨氧化型,只有少量的硝化原產(chǎn)
從沙龍的過程,可檢測.此外數(shù)額銨
氧化細菌在厭氧氨氧化出水和進水了比較.這表明
該洗出量從沙龍系統(tǒng)（經(jīng)營無生物
美國范棟勤等人.
157
表2報告厭氧氨氧化活性和存在planctomycete像厭氧氨氧化細菌
系統(tǒng)進水條件魚類神經(jīng)/ Amx參考
紅細胞廢水O2 -的有限+ / +西格里斯特等人. 1998年
紅細胞滲濾液O2 -的有限+ / + Hippen等. 1996年
赫爾默1998年
滴濾銨中O2 -的有限+ / +施密德等人. 2000年
填料床銨介質(zhì)缺氧- / + Ashbolt屬.商業(yè).
流化床銨介質(zhì)缺氧- / + Jetten等. 1998年
SBR法硫酸銨介質(zhì)缺氧- / + Strous等. 1998年
SBR工藝污泥酒缺氧- / +本文
保留）并沒有負面影響的厭氧氨氧化過程完成時,它是在一個
顆粒污泥反應(yīng)器.
目前,全面實施合并沙龍厭氧氨氧化過程
評價.為此全過程設(shè)計和經(jīng)濟評價了
治療污泥污水處理廠酒在鹿特丹Dokhaven .這一進程
設(shè)計給出了表4 .三起案件進行了評估,因為污泥管理
有相當影響的流量和濃度的centrate水.直接消化
的剩余污泥導致銨含量500 mgN /湖集中
污泥增厚或離心消化之前給出了更高濃度銨
和較低的流動.過程而不污泥停留（沙龍） ,主要
尺度上的水力停留時間,沙龍反應(yīng)堆尺寸,因此強烈
影響更集中進水.生物膜過程基本上是尺度
實際負荷,并不會影響進水濃度.保留
時間在這里的變量參數(shù).由于生物膜反應(yīng)器中生物膜領(lǐng)域主要是
確定轉(zhuǎn)換能力,顆粒污泥型過程（如顆粒污泥
SBR工藝,上流式厭氧污泥床或內(nèi)循環(huán)（ IC ）的反應(yīng)堆）導致反應(yīng)堆尺寸小得多.
基于進程的成本估算了.在此假定安裝
都必須建立在一個新網(wǎng)站.這些費用應(yīng)被視為絕對的指示,因為
值可以是非常具體的網(wǎng)站.這些費用可以比較類似計算
其他進程已測試的試驗工廠規(guī)模氮去除污泥消化
酒類（ STOWA , 1995年） .為與反硝化過程甲醇
這使得估算的F 2-3/kgN拆除.在這種比較結(jié)果表明,該費用
對甲醇和曝氣脫氮平衡常規(guī)的額外投資
第二厭氧氨氧化反應(yīng)器.其他生物技術(shù)（如生物膜與膜
美國范棟勤等人. 158
表3轉(zhuǎn)換的顆粒污泥厭氧氨氧化反應(yīng)器SBR法與美聯(lián)儲
nitrified污水由一名沙龍反應(yīng)堆（表1 ）
參數(shù)機組穩(wěn)態(tài)運行
測試期間,每天110
進水氨氮kg/m3 0.55 ± 0.10
進水二氧化氮氮kg/m3 0.60 ± 0.10
NH4 - N的轉(zhuǎn)化kg/m3/d 0.35 ± 0.08
NO2的氮轉(zhuǎn)化kg/m3/d 0.36 ± 0.01
廢水二氧化氮氮kg/m3 0
體積轉(zhuǎn)換.公斤Ntot/m3/d 0.75 ± 0.20
污泥轉(zhuǎn)化公斤Ntot /公斤黨衛(wèi)軍/天0.18 ± 0.03
表4維度全面沙龍-厭氧氨氧化過程的三種不同的情況下
反應(yīng)器的參數(shù)股案例1案例2案例3
一般氮負荷千克氮/天1,200 1,200 1,200
NH4 - N的濃度公斤N/m3 500 1,200 2,000
進水流量m3/day 2400 1000 600
沙龍反應(yīng)器體積立方米3120 1300 780
需氧量公斤O2/day 2181 2181 2181
航空需求
*
Nm3/day 56,000 56,000 56,000
移動床體積立方米450 450 450
厭氧氨氧化反應(yīng)器的水力停留時間4.5小時11月18日
顆粒污泥體積立方米75 75 75
厭氧氨氧化反應(yīng)器的水力停留時間為0.75小時1.8 3
*計算假設(shè)氧耗15 g/Nm3/mreactor
流程）有較高的投資成本和運行成本較高,由于轉(zhuǎn)換
超過硝酸鹽引起的F 5-10/kg ñ刪除.為物理/化學技術(shù)的價值
的F 10-25/kg ñ刪除估計.這些值可以改變大大如果如能源是
免費或低價提供.然而,預處理必須消除碳酸鹽
中的物理過程作出重大貢獻的價格.
結(jié)論
兩個新概念的脫氮廢水制定了
這大大減少了能源,化工利用的目的.使用的
合并沙龍厭氧氨氧化過程中,脫氮將不再需要
投入的化學需氧量.合并后的系統(tǒng),因此,可以獨立運作.這使得
盡可能優(yōu)化COD和脫氮分開.擬議的概念
考驗,長時間顯示一個穩(wěn)定的污水,高氨氮去除
而不需要為過程控制.鑒于積極的成本計算的全面實施
可以預期在不久的將來.
鳴謝
研究氮轉(zhuǎn)化技術(shù)在財政支持
基金會的應(yīng)用水研究（ STOWA ） ,該基金會為應(yīng)用科學
（短期豁免書） ,皇家藝術(shù)和科學院（ KNAW ） , DSM的主旨,帕克,和
Grontmij顧問.我們感謝我們的同事們進行富有成效的討論和合作.
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美國范棟勤等人.
159
表5費用估算為沙龍厭氧氨氧化過程的三個案件中提到的表4
參數(shù)股案例1案例2案例3
氮負荷千克氮/天1,200 1,200 1,200
流M3/day 2400 1000 600
濃度kg/m3 500 1,200 2,000
投資的KF 4983 3997 3603
折舊的KF /年528 433 393
維修的KF /年101 90 83
個人的KF /年24 24 24
共計D物磷的KF /年653 547 500
電力的KF /年181 167 163
總成本的KF /年834 714 663
每千克氮成本除去f 2月30日1.97 1.83
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