【专家解说】：铵丰富废水
美国范栋勤， M.S.M. Jetten *和M.C.M.凡雷赫特**
生物工程系，应用科学学院，荷兰代尔夫特大学。技术， Julianalaan 67 ，荷兰
2828年荷兰代尔夫特(电子邮箱: MCMvanLoosdrecht@TNW.TUDelft.NL )
*当前地址:微生物学系科学系，大学。奈梅亨，荷兰6525 ED镜头奈梅亨的
荷兰
**通讯作者
摘要铵的治疗丰富的废水，如污水污泥沼气池，可显着
当新的改进过程，介绍了生物技术。本文结合部分
硝化过程(硝化® )和缺氧氨氧化(厌氧氨氧化® )工艺处理
氨丰富进水评价。在此合并过程中研究了污泥回收利用
酒从污水处理厂鹿特丹Dokhaven 。沙龙过程操作稳定超过2
多年来在十升CSTR中连续曝气，以HRT为1天。氨水在污泥白酒
转换为53 % ，亚硝酸盐只。在测试期间没有形成硝酸盐观察。出水的
沙龙的过程是非常适合作为进水的厌氧氨氧化反应器。在厌氧氨氧化过程
经营作为颗粒污泥SBR工艺过程。 80 %以上的氨转化为二
天然气负荷的1.2 kgN/m3每天。 Planctomycete样细菌为主的混合社会
厌氧氨氧化反应器，只有一小的人口比例由好氧氨氧化
细菌。这表明，氨氧化菌在污水沙龙进程并未
积聚在SBR法。测试期间表明，合并沙龙厌氧氨氧化系统可以工作
稳定和长期的进程是准备全面实施。
关键词部分硝化;亚硝酸盐;好氧和厌氧氨氧化;污泥酒;沙龙
厌氧氨氧化
导言
氨是一种最重要的组成部分废水已被删除
在废水可以出院。这主要是实现了完整的氧化
硝酸盐，和随后的硝酸盐还原为二气缺氧条件下
牺牲的COD 。采用氧气(空气)进入废水的氧化
铵需要大量的能源。此外，大量的COD本是
废水往往是有限的，使购买中COD的形式甲醇必要。
由于长期污泥硝化所需的年龄，大型反应堆(面积要求)
是必要的。其中的一些限制，可能会绕过两个应用
最近开发的新生物技术的进程:部分硝化的氨
亚硝酸盐的快速增长的硝化和反硝化作用的亚硝酸盐，以二天然气使用氨水
作为电子供体。这样氮去除以最小的COD和能源。
阿脱氮工艺极少使用能源和COD
图1中的一个基本流程拟议沙龙厌氧氨氧化的概念，已部分
在污水处理厂实施Dokhaven ，荷兰鹿特丹，是描绘。那个
污泥循环水通常含有15 %的工厂的总负荷只有1 %的
水力负荷。氨水( 1-1.5 gNH4氮/升)在污泥酒采用删除
部分氧化铵为亚硝酸盐，亚硝酸盐是whereafter的denitrified铵
作为电子供体。这两个系统必不可少的这些进程最近已
水科学和技术:第1期第44卷第153-160 ©纽伦堡出版社2001年
153
在我们的开发部:沙龙® ®和厌氧氨氧化过程(范雷赫特
和Jetten 1998年) 。这样，氧气要求脱氮减少
60 % ，没有需要的化学需氧量，污泥产量边缘化，净二氧化碳排放量
大大减少。
氨氧化没有生物质能保留
沙龙进程( Hellinga等。 ， 1997年， 1999年)的运作没有任何生物保留。
这意味着，污泥龄(广播电视)等于水力停留时间( HRT ) 。在
这样一个系统出水浓度只有依靠增长率( 1/SRT )的
细菌参与，和独立的进水浓度。在操作过程中的
沙龙过程中温度超过25 ℃ ，快速增长的铵oxidisers
选定。但是，这些生物体有低亲和力的铵(亲和常数
20-40 mgNH4氮/升) 。在实践中，这将导致在应用微生物，以废水
相对较高的铵浓度( ñ 50-100毫克/升) 。因此，沙龙
过程是最适合处理废水具有高浓度铵( “ 500毫克
ñ /升) ，而不是出水水质的关键。
沙龙进程的污泥消化废水都是在30-40摄氏度的
微生物生物量没有任何保留，因此，稀释率可设置这样一个利率
硝酸铵氧化剂的增长速度不够快留在反应堆，而亚硝酸盐氧化菌
正在洗出。沙龙一直在经营过程中的实验室( 2升反应堆)上
消化废水超过2年。这是直接扩大到全部规模( 1800立方米)
在那里，它正在按照预期(穆尔德等。 ， 2001年) 。
混合微生物群落在沙龙生物量进行了调查
分子生态技术( Logemann等。 ， 1998年) 。总DNA提取
从生物样品及用于PCR扩增引物，具有普遍的细菌。
的PCR产物被用来建造一个基因库。分析表明，克隆
占主导地位的克隆( 69 % )是非常相似的硝化产碱杆菌。这是质量
和定量证实了两个独立的微观方法。存在
约50-70 %的氨氧化细菌表明使用16县rRNA基因
有针对性的荧光寡核苷酸探针( NEU653 )具体的硝化物种。
硝化产碱杆菌已被描述的文学作为一个快速成长的硝化细菌能够
在高增长铵和硝酸盐的浓度。美国范栋勤等人。 154
图1执行沙龙厌氧氨氧化工艺在污水处理厂鹿特丹Dokhaven
沙龙进程产生氨，亚硝酸盐混合物
当沙龙反应堆是用于提供饲料的厌氧氨氧化过程中只有50 %
对铵需要转化为亚硝酸盐:
硫酸铵
+ + HCO3
- + 0.75氧气→ 0.5硫酸铵
+ + 0.5二氧化氮
- +二氧化碳+ 1.5水( 1 )
这反应化学计量意味着没有额外增加的基地是必要的，因为污泥
酒造成厌氧消化一般将包含足够的碱度(在
形式的碳酸氢钠) ，以弥补生产的酸如果只有50 %的硝酸铵是
氧化。有可能产生50:50混合铵和亚硝酸盐的
沙龙一直在评估过程中广泛的实验室系统，污泥酒
从鹿特丹作为污水处理厂进水。结果(图1 ，表1 )表明，事实上
一个稳定的转换是可能的。该氧化铵53 % ，亚硝酸盐在1.2千克氮
负荷每立方米每天，没有任何需要的pH值控制。氨氧化细菌的
耐受高浓度的亚硝酸盐( “ 0.5克二氧化氮氮/ L时，在pH 7 ) 。
对铵/亚硝酸盐比出水沙龙过程可以灵敏
受不断变化的反应pH值6.5和7.5之间。以这种方式准确率
充分脱氮厌氧氨氧化过程中可以得到。在实验
期间，数个成功的测试进行(第一阶段3和5 )的可能性进行评估
使用pH值的控制方法设置所需的铵/亚硝酸盐比率
美国范栋勤等人。
155
表1转换沙龙反应堆在测试期间。进水是centrate的
消化污泥离心机在污水处理厂鹿特丹Dokhaven (水力停留时间=广播电视= 1天)
参数机组稳态运行共计期间( 240四)
进水氨氮kg/m3 1.18 ± 0.14 1.17 ± 0.25
进水氮氧化物kg/m3 0 0
废水氨氮kg/m3 0.55 ± 0.10 0.60 ± 0.20
废水二氧化氮氮kg/m3 0.60 ± 0.10 0.55 ± 0.20
废水硝态氮kg/m3 0 0
pH值6.7 ± 0.3 6.8 ± 1.2
NH4 - N的转化% 53 49
氮转化kg/m3/d 0.63 ± 0.10 0.52 ± 0.20
图2硫酸铵转换沙龙反应器连续运转。水力停留时间和广播电视人
双方一天。期间1 :启动期，期间2,4和6稳态运行withot pH值控制，周期3
5测试期间，评估影响反应堆的pH值对转换。 (十:氨氮的; ö : NH4 - N的输出; • :二氧化氮氮出)
出水。这一控制的原则下，恒化器系统的使用:在不断稀释
利率底物浓度的污水将不变。它已经表明，氨，而
然后铵
+是积极基板( Hellinga等。 ， 1999年) 。如果pH值的增加，不断
氨含量的手段降低铵水平。即通过提高pH值的数量
废水中的铵下降迅速。结果表明:在3日和5日期间的确实是一个
在pH值稍有变化已经导致了大量的改变出水铵/亚硝酸盐的比例。
没有控制的转换已经是一个总的“ 90 %可以得到，因此值得怀疑
是否额外清除了pH值控制在经济上是值得的。
在厌氧氨氧化过程
在厌氧氨氧化过程是一个过程，其中缺氧条件下转化为亚硝酸盐
二天然气铵作为电子供体:
硫酸铵
+ +二氧化氮
- →氮气+ 2水( 2 )
这种细菌的厌氧氨氧化催化反应是自养，这意味着，亚硝酸盐可
转换为二气，而无需使用化学需氧量或增加外部甲醇
( Jetten等。 ， 1998年) 。在厌氧氨氧化过程中被发现存在一个试验性工厂安装
的精神，锦(穆尔德等。 ， 1992年， 1995年) 。生物性质的过程可以
表明自厌氧氨氧化活性灭活由伽马射线照射，
加热试验厂污泥或孵化各种抑制剂( Jetten等。 ， 1998年) 。
细胞可逆性抑制氧气浓度低至0.5 %空气饱和度
( Strous等。 ， 1997年， Jetten等。 ， 1998年) 。此外有人指出，亚硝酸盐
首选的电子受体的进程。
细菌负责进程已丰富的序批式反应器
在合成培养基中铵，亚硝酸盐和碳酸氢钠( Strous等。 ，
1998年， 1999年) 。增长速度(倍增时间11天)和成长率( 0.11金视/
gNH4 - n )的生物体是非常低的。明显的优势的厌氧氨氧化过程，因此
低污泥生产。然而，一个有效的系统，如生物量保留
SBR系统的使用将有必要保持所有的厌氧氨氧化反应器中生物量和
只要启动时间将需要生产足够的生物量。具体的高度最高
氮消耗率( 0.82肾炎/ gVSS.day ) ，非常高的亲和力氨水和
亚硝酸盐(报表“ 0.1毫克ñ / L )和颗粒增长使高效生物质能保留，
使设计的非常紧凑的装置成为可能。
先前的研究表明，一些硝化物种也能
氨氧化与亚硝酸盐作为电子受体。缺氧或氧气限制
条件下的反应速率小于0.08肾炎/ gVSS.day (博克等。 ， 1995年; Jetten
等。 ， 1999年;郐， Verstraete ， 1998年;施密特，博克， 1997年;施密特，博克， 1998年; Zart ，
博克， 1998年) 。在厌氧氨氧化活性的我们的文化远高于这一比例。
此外，我们的文化占主导地位70 %或以上的一个morphotypical微生物。
结果表明有三个属性的成员在共同的订单
Planctomycetales :细胞分裂的萌芽，内部细胞条块分割的
在场的crateriform结构的细胞壁，以及存在的血脂异常
膜( Strous等。 ， 1999年) 。基于的16S RNA分析的暂定名称
Brocadia Anammoxidans已经提出了作为负责任的有机体的厌氧氨氧化
进程。
最近大量的氮损失(表2 )报告了几个污水处理
系统(海尔默和艺术， 1998年; Hippen等。 ， 1996年;西格里斯特等人。 ， 1998年，施密德等
基地。 ， 2000年) 。拥有非常高氮负荷和有限的空气供应，大量的
氨损失气体氮化合物。在这样的系统条件可能预先美国范栋勤等人。 156
韦尔在这两个硝化和厌氧氨氧化细菌可以共存
(施密德等人。 ， 2000年) 。借助于具体杂交探针经确定
厌氧氨氧化类细菌中存在大量的这些进程。只有在
微反应器被发现大量常规硝化。这些意见
表明，厌氧氨氧化可能是普遍的性质和可
可从许多不同的来源。
可行性研究
在最近的可行性研究报告( Strous等。 ， 1997年)取消铵从污泥
沼气池废水进行了调查与厌氧氨氧化过程。这项研究的结果
表明，化合物中的沼气池污水没有产生不利影响厌氧氨氧化
污泥。 pH值( 7.0-8.5 )和温度( 30-37 ℃ )优化的进程良好
的范围之内的价值预计为沼气池废水。实验室实验
规模( 2升)流化床反应器表明，厌氧氨氧化污泥能力
氨和亚硝酸盐去除高效沼气池的污泥污水。氮
负荷厌氧氨氧化流化床反应器，可提高由0.2千克Ntot/m3d 2.6
公斤Ntot/m3d 。由于亚硝酸盐的限制，最大的能力没有达到。在
实验合成废水，价值观五点一公斤Ntot/m3d已获得
( Jetten等。 1998年) 。
相结合，厌氧氨氧化过程和部分硝化(沙龙)
进程已成功试射利用污泥消化池出水。沙龙反应堆
经营未经pH值控制的总氮负荷约1.2公斤N/m3每天。
对铵在沼气池污水污泥转化为53 % ，而pH值
控制(表1 ) 。这样一铵，亚硝酸盐混合物适合厌氧氨氧化
过程产生的。出水沙龙反应堆作为进水的
厌氧氨氧化序批式反应器。亚硝酸盐在有限的厌氧氨氧化反应器所有亚硝酸盐
删除，剩余铵依然存在。在测试期间的氮负荷
0.75公斤ñ每天每立方米(表3 ) 。活动达成价值高达0.8千克氮每公斤
干体重每天。
一个关键方面的可行性研究是可能的影响，生物量
(硝酸铵氧化剂和污泥中的细菌酒)在进水的厌氧氨氧化
厌氧氨氧化过程的进程。稍有积累的淤泥，进水
在厌氧氨氧化反应器可产生不利影响的厌氧氨氧化过程。净生产
的厌氧氨氧化细胞低和积累量的影响将淡化
厌氧氨氧化生物量显着。 FISH分析表明，大多数的细菌
在厌氧氨氧化反应器的厌氧氨氧化型，只有少量的硝化原产
从沙龙的过程，可检测。此外数额铵
氧化细菌在厌氧氨氧化出水和进水了比较。这表明
该洗出量从沙龙系统(经营无生物
美国范栋勤等人。
157
表2报告厌氧氨氧化活性和存在planctomycete像厌氧氨氧化细菌
系统进水条件鱼类神经/ Amx参考
红细胞废水O2 -的有限+ / +西格里斯特等人。 1998年
红细胞渗滤液O2 -的有限+ / + Hippen等。 1996年
赫尔默1998年
滴滤铵中O2 -的有限+ / +施密德等人。 2000年
填料床铵介质缺氧- / + Ashbolt属。商业。
流化床铵介质缺氧- / + Jetten等。 1998年
SBR法硫酸铵介质缺氧- / + Strous等。 1998年
SBR工艺污泥酒缺氧- / +本文
保留)并没有负面影响的厌氧氨氧化过程完成时，它是在一个
颗粒污泥反应器。
目前，全面实施合并沙龙厌氧氨氧化过程
评价。为此全过程设计和经济评价了
治疗污泥污水处理厂酒在鹿特丹Dokhaven 。这一进程
设计给出了表4 。三起案件进行了评估，因为污泥管理
有相当影响的流量和浓度的centrate水。直接消化
的剩余污泥导致铵含量500 mgN /湖集中
污泥增厚或离心消化之前给出了更高浓度铵
和较低的流动。过程而不污泥停留(沙龙) ，主要
尺度上的水力停留时间，沙龙反应堆尺寸，因此强烈
影响更集中进水。生物膜过程基本上是尺度
实际负荷，并不会影响进水浓度。保留
时间在这里的变量参数。由于生物膜反应器中生物膜领域主要是
确定转换能力，颗粒污泥型过程(如颗粒污泥
SBR工艺，上流式厌氧污泥床或内循环( IC )的反应堆)导致反应堆尺寸小得多。
基于进程的成本估算了。在此假定安装
都必须建立在一个新网站。这些费用应被视为绝对的指示，因为
值可以是非常具体的网站。这些费用可以比较类似计算
其他进程已测试的试验工厂规模氮去除污泥消化
酒类( STOWA ， 1995年) 。为与反硝化过程甲醇
这使得估算的F 2-3/kgN拆除。在这种比较结果表明，该费用
对甲醇和曝气脱氮平衡常规的额外投资
第二厌氧氨氧化反应器。其他生物技术(如生物膜与膜
美国范栋勤等人。 158
表3转换的颗粒污泥厌氧氨氧化反应器SBR法与美联储
nitrified污水由一名沙龙反应堆(表1 )
参数机组稳态运行
测试期间，每天110
进水氨氮kg/m3 0.55 ± 0.10
进水二氧化氮氮kg/m3 0.60 ± 0.10
NH4 - N的转化kg/m3/d 0.35 ± 0.08
NO2的氮转化kg/m3/d 0.36 ± 0.01
废水二氧化氮氮kg/m3 0
体积转换。公斤Ntot/m3/d 0.75 ± 0.20
污泥转化公斤Ntot /公斤党卫军/天0.18 ± 0.03
表4维度全面沙龙-厌氧氨氧化过程的三种不同的情况下
反应器的参数股案例1案例2案例3
一般氮负荷千克氮/天1,200 1,200 1,200
NH4 - N的浓度公斤N/m3 500 1,200 2,000
进水流量m3/day 2400 1000 600
沙龙反应器体积立方米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
移动床体积立方米450 450 450
厌氧氨氧化反应器的水力停留时间4.5小时11月18日
颗粒污泥体积立方米75 75 75
厌氧氨氧化反应器的水力停留时间为0.75小时1.8 3
*计算假设氧耗15 g/Nm3/mreactor
流程)有较高的投资成本和运行成本较高，由于转换
超过硝酸盐引起的F 5-10/kg ñ删除。为物理/化学技术的价值
的F 10-25/kg ñ删除估计。这些值可以改变大大如果如能源是
免费或低价提供。然而，预处理必须消除碳酸盐
中的物理过程作出重大贡献的价格。
结论
两个新概念的脱氮废水制定了
这大大减少了能源，化工利用的目的。使用的
合并沙龙厌氧氨氧化过程中，脱氮将不再需要
投入的化学需氧量。合并后的系统，因此，可以独立运作。这使得
尽可能优化COD和脱氮分开。拟议的概念
考验，长时间显示一个稳定的污水，高氨氮去除
而不需要为过程控制。鉴于积极的成本计算的全面实施
可以预期在不久的将来。
鸣谢
研究氮转化技术在财政支持
基金会的应用水研究( STOWA ) ，该基金会为应用科学
(短期豁免书) ，皇家艺术和科学院( KNAW ) ， DSM的主旨，帕克，和
Grontmij顾问。我们感谢我们的同事们进行富有成效的讨论和合作。
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159
表5费用估算为沙龙厌氧氨氧化过程的三个案件中提到的表4
参数股案例1案例2案例3
氮负荷千克氮/天1,200 1,200 1,200
流M3/day 2400 1000 600
浓度kg/m3 500 1,200 2,000
投资的KF 4983 3997 3603
折旧的KF /年528 433 393
维修的KF /年101 90 83
个人的KF /年24 24 24
共计D物磷的KF /年653 547 500
电力的KF /年181 167 163
总成本的KF /年834 714 663
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