生物工程论文英语文献

铵丰富废水 美国范栋勤， . Jetten *和.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： ） *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 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（ 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 - + 氧气→ 硫酸铵 + + 二氧化氮 - +二氧化碳+ 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（ “ 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值和之间。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 ± ± 进水氮氧化物kg/m3 0 0 废水氨氮kg/m3 ± ± 废水二氧化氮氮kg/m3 ± ± 废水硝态氮kg/m3 0 0 pH值 ± ± NH4 - N的转化％ 53 49 氮转化kg/m3/d ± ± 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 ％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（ 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（ 肾炎/ ） ，非常高的亲和力氨水和 亚硝酸盐（报表“ 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肾炎/ （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（ ）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，可提高由千克Ntot/m3d 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 公斤ñ每天每立方米（表3 ） 。活动达成价值高达千克氮每公斤 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 ± 进水二氧化氮氮kg/m3 ± NH4 - N的转化kg/m3/d ± NO2的氮转化kg/m3/d ± 废水二氧化氮氮kg/m3 0 体积转换。公斤Ntot/m3/d ± 污泥转化公斤Ntot /公斤党卫军/天 ± 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 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小时 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。 参考资料 博克，大肠杆菌，施密特，一， Stuven ，河和Zart ， 4 （ 1995年） 。氮素流失所造成的反硝化 细胞铵或使用氢气作为电子受体。拱桥。微生物。 163 ， 16-20 。 Hellinga ，角， Schellen ， . ，穆德。 . ，凡雷赫特。 .和Heijnen ， . （ 1998年） 。那个 硝化过程：一种创新的方法脱氮铵丰富的废水。笏。 科学。技术。 37 （ 9 ） ， 135-142 。 Hellinga ，角，面包车雷赫特， .和Heijnen ， . （ 1999年） 。基于模型的设计一种新型的进程 脱氮集中流动。数学。压缩机。莫代尔。强啡肽。系统。 5 ， 1月13日。 赫尔默， C.和艺术，美国（ 1998年） 。同时硝化/反硝化的好氧生物膜系统。 笏。科学。技术。 37 （ 4-5 ） ， 183-187 。 Hippen ，答： ， Rosenwinkel ，锁眼，鲍姆加滕湾和Seyfried叶酸（ 1996年） 。有氧deammonification ： 1 新的治疗体会废水。笏。科学。技术。 35 （ 10 ） ， 111-120 。 Jetten ， . ，非洲之角， .和Van雷赫特， . （ 1997年） 。建立一个更加可持续的城市 废水处理系统。笏。科学。技术。 35 （ 9 ） ， 171-180 。 美国范栋勤等人。 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 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 每千克氮成本除去f 2月30日 Jetten ，的MSM ， Strous先生，范德加莱Schoonen ， KT公司， Schalk ，学者，范栋勤，研究，凡德格拉夫，机管局， Logemann ，南， Muyzer湾，范雷赫特， .和Kuenen ， . （ 1998年） 。厌氧氧化 硫酸铵。 FEMS观测微生物。评论22 ， 421-437 。 Logemann ，南， Schantl ，学者， Bijvank ，南，凡雷赫特，多芯片组件， Kuenen ， JG和Jetten ， . （ 1998年） 。 分子微生物多样性的硝化反应器系统中污泥停留。 FEMS观测微生物 生态27 ， 239-249 。 加上原有的A ， （ 1992年） 。缺氧氨氧化美国专利427849 （ 5078884 ）的美国专利。 穆尔德，答： ，凡德格拉夫，机管局，罗伯逊，洛杉矶和Kuenen ， JG （ 1995年） 。厌氧氨氧化 发现了反硝化流化床反应器。 FEMS观测微生物生态。 16 ， 177-83 。 穆尔德，金威，凡雷赫特，多芯片组件， Hellinga ，角和Van肯潘，河（ 2001年） 。全面应用 沙龙处理拒绝水的消化污泥脱水。笏。科学。技术。 ， 43 （ 11 ） ， 127-134段。 西格里斯特阁下， Reithaar ， S.和莱斯，第（ 1998年） 。氮素损失在硝化轮流承办治疗铵 没有丰富的渗滤液有机碳。笏。科学。技术。 37 （ 4-5 ） ， 589-591 。 施密德先生， Twachtmann ，美国，克莱因先生， Strous ，先生， Juretschko ，南， Jetten先生，梅茨格，学者， Schleifer ，锁眼 和瓦格纳先生（ 2000年） 。分子水平的证据，属不同的细菌能够催化 厌氧氨氧化。系统。应用微生物。 23 ， 93-106 。 Stowa （ 1995年） 。治疗氮丰富返回流动污水处理厂（在荷兰） 。 STOWA报告 95-08 ，乌得勒支荷兰。 Strous先生，范Gerven ，东平，卓， Kuenen ， JG和Jetten ， . （ 1997年） 。铵免职 废物流集中的厌氧氨氧化（厌氧氨氧化）过程中不同 反应器的配置。笏。水库。 31日， 1955年至1962年。 Strous先生，范Gerven ，大肠杆菌， Kuenen ， JG 。和Jetten ， . （ 1997年） 。有氧和微 条件对厌氧氨氧化（厌氧氨氧化）污泥。应用。环境。微生物。 63 ， 2446年至2448年。 Strous先生， Heijnen ， . ， Kuenen ， .和Jetten ， . （ 1998年） 。在序批式反应器作为一个强有力的 工具研究非常缓慢增长的微生物。应用。微生物。生物工程。 50 ， 589-596 。 Strous先生，富尔斯特，学者，克莱默，大肠杆菌， Logemann ，南， Muyzer湾，范德双人舞，光，韦伯，河， Kuene ， J.和 Jetten先生（ 1999年） 。失踪lithotroph确定为新的planctomycete 。自然400 ， 446-449 。 Strous先生， Kuenen ， .和Jetten ， . （ 1999年） 。关键生理厌氧氨氧化。 应用。环境。微生物。 65 ， 3248-3250 。 凡雷赫特， .和Jetten ， . （ 1998年） 。微生物转换脱氮。 笏。科学。技术。 38 （ 1 ） ， 1-7 。 美国范栋勤等人。