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厌氧氨氧化菌厌氧由于增加了沼气的产生并减少了用于脱氮的曝气能，使污水处理厂更接近能源自给自足

摘要

五十年前，当市政污水处理厂仅去除BOD时，主要澄清池的设计采用了2 – 3小时的水力停留时间（HRT）。随着活性污泥处理中除氮的引入，这种情况发生了变化，这需要更多的BOD进行反硝化。对于干燥的天气流程，初次澄清的HRT降低到不到一小时，其结果是必须分别增稠二次污泥并减少沼气的产生。仅在最近，富含氨的消化液（入口氨负荷的15 – 20％）

与硝化和异养反硝化相比，可以通过非常经济的自养硝化/厌氧氨处理来处理，仅需一半的曝气能量，并且无需有机碳源。随着这种新型创新型蒸煮器液体处理技术的推出，情况得到了改变，使我们能够提高一级澄清池的HRT，从而提高沼气产量，并在以类似的总氮去除率进行BOD去除和硝化的过程中减少曝气能量。

关键词：厌氧菌，厌氧消化，沼气生产，硝化，初级澄清池。

介绍

设计用于去除BOD的市政废水处理厂（WWTP）大多配备了相当大的一级沉降器（在干燥天气条件下为HRTfrac14;2–3小时），以减少生物处理的BOD负荷。在上世纪八十年代，随着反硝化的引入及其对BOD对硝酸盐还原的更高要求，这种情况发生了变化。对于干燥的天气流程，一级澄清池的HRT降低到不到一小时，其结果是二级污泥必须分别增稠，沼气产量减少。

十多年前，在生物膜系统中发现了亚硝酸盐（厌氧氨）自养厌氧铵氧化（Mulder等。1995; Binswanger等。1997）与传统的硝化和异养反硝化工艺相比，该工艺允许使用自养硝化/厌氧氨氧化工艺处理富含氨的消化液，该工艺使用一半的曝气能量且无需碳源进行反硝化（图1）。

通过引入单独的蒸煮器液体处理，可以降低生物主处理中的反硝化效率，而不会降低整个植物的总氮去除率。这可以再次提高一级澄清池的HRT，以提高沼气产量，并显着减少用于BOD去除和硝化的曝气能量，从而使市政污水处理厂更接近能源自给自足。

消化液处理的硝化/厌氧氨氧化工艺

在市政废水处理厂中，富含氨的污泥液（由于厌氧消化中有机氮化合物的降解而产生）使氮的入口负荷增加了15–20％（图2).

在过去的10到20年中，已经进行了几个过程（例如剥离，鸟粪石沉淀和生物脱氮）。

doi：10.2166 /递增2008.048.

已研究以分别处理消化液（齐格里斯特 1996）。 在瑞士，有几个全规模测序分批反应器（SBR）正在运行，用于通过添加有机碳源（主要是甲醇）进行硝化/反硝化处理消化池液体。

厌氧氨氧化过程发现于十年前，由Strous等。（1998）可以显着减少曝气能量，并且不需要有机碳源（图1）。

图1硝化/异养反硝化（左）与自养硝化/厌氧氨氧化工艺（右），用于处理富氨水

在厌氧氨氧化研究开始之初，分两个阶段研究了硝化和厌氧铵氧化（福克斯等。2003; 等。2007年），因为据信单个过程不太稳定。在有氧旋转生物接触器中（西格里斯特等。1998）该工艺稳定运行，但由于亚硝酸盐部分氧化为硝酸盐，因此只能去除50-60％的氮。在生物膜中，厌氧菌（浮霉状菌），Jetten等。2001）覆盖着一层硝化生物，可以保护它们免受氧气的渗透。在实验室规模的单一SBR工艺中，部分情况也可能是这种情况（潜行者 等。2002），并在奥地利的污水处理厂Strass首次全面运行（500 m³）（2006年下注）。 维特从福克斯（2003）并通过从实验室到全面的多个步骤将合并的过程。

图2市政污水处理厂中的氮质量通量，其中氮去除率为70 – 80％

图3用于污泥液体处理的SBR（400升）（左），具有用于电导率，pH，氧气（未显示）的原位传感器和用于铵，亚硝酸盐和硝酸盐的离子选择电极（右）

上清液充填15-30% (600-700gNHm³)

曝气：NH-氧化

混合：氨氧化反应

当NH lt; 20gN m-3

或电导率lt; 1.2 ms cm-1时开始沉降(取决于污泥液)

处理过的上清液倾析

图4SBR操作，循环长度为8小时，氧气浓度为0.5 gO2m23时，间歇或连续通气（左）。前三个月（右）的厌氧菌活性呈指数增长，每个循环中约40％的厌氧菌活性时间（右）。

创新的pH控制。在最近的研究中，我们可以显示，厌氧氨氧化菌可以暴露在2-3 mg O2l21的氧气中30分钟，而不会明显降低厌氧氨氧化效率（可逆抑制）。2006年8月，我们开始生产400升单级SBR（图3）含污水处理厂污水处理厂厌氧污泥和活性污泥（进行硝化和异养反硝化；萨尔茨伯格等。2007). SBR以8小时的循环周期开始，并通过缓慢增加有氧相的间歇通气来防止亚硝酸盐的积累，亚硝酸盐对较高浓度的厌氧氨氧化细菌有毒（图4左和图5剩下）。
污泥液分数添加的每个周期从开始时的不到5％增加到80天后的约30％。在最初的80天内，厌氧氨氧化活性从300 gN m^-3d^-1呈指数增长，增长率为0.023 d^-1（图4 对）。由于厌氧氨氧化过程仅在周期长度的40％内才起作用，因此最大生长速率估计为0.06 d。

运行约三个月后，在氧气浓度为0.5 g O2m23（图5对）。这样可以加快处理速度（有效处理时间仅为循环长度的50％），但剩余的4小时需要异养反硝化。

铵

氧

硝酸

氧

硝酸

铵

图5 SBR运行为8 h周期（HRTfrac14;1.3 d，308C），间歇和连续通气

表 1两种不同的主要沉降器操作模式的COD和氮去除（案例b结合单独的污泥液体处理

	时间	BOD/COD去除率	脱氮
例子A	0.5-1小时	20-25%（ATV,1997）	10%：1.0gNp-1d-1
例子B	2小时 添加絮凝剂	32-48%（桑迪诺，2007）	15%：1.5gNp-1d-1

防止硝酸盐积累（图5对）。在少量硝酸盐积累的情况下，该过程可以加速到大约一天的HRT。

单一的硝化/厌氧氨氧化工艺可以在25和208°C下稳定运行另外3个月，而没有亚硝酸盐和硝酸盐的积累，但在HRT相应较高的情况下（每18°C氧化氨活性降低约0.07）。观察到的最佳pH条件在6.5至8.0（萨尔茨伯格等。2007). 升级到8 m3SBR飞行员的工作非常迅速，而在8个月内8 m3反应堆也以1.2 d HRT运行。该试验性SBR产生的污泥将用作接种物，以证明在市政污水处理厂的全面SBR中硝化/厌氧氨氧化工艺的适应性和稳定运行。

反硝化作用

初级废水

污泥消化

预处理

污泥消化

入口

污泥液处理

污泥液

厌氧氨氧化菌

二次污泥

出口

原污泥

生物处理

污泥消化

沼气

污泥消化

二次污泥

原污泥

退化

生物处理

预处理

入口

图6具有两种不同的主要沉降器模式的市政污水处理厂每人每天的N和COD通量：（aHRTfrac14;0.5 – 1 h，b）HRTfrac14;2 h，添加絮凝剂并用厌氧氨氧化处理污泥液。

表 2两种不同的主要沉降器操作的COD和N质量通量的假设

	平均进口负荷	平均出口负荷	消化污泥
两种情况	100gCODp-1d-1 10gNp-1d-1	35gCODp-1d-1 1.5gNp-1d-1	5gCODp-1d-1 2.5gNp-1d-1
	生物质产量 40-50%的消除.COD	0.5gNg/COD	反硝化 主要废水中N的50-60%
情况a	40gCODp-1d-1	2.0gCODp-1d-1	6.0gCODp-1d-1
情况b	30gCODp-1d-1	1.5gCODp-1d-1	4.5gCODp-1d-1

消化液处理结合情况B 95%脱氮=1.5gNp^-1d^-1

生物处理中的有机负荷，并提高初级污泥消化产生的沼气量。三十年前，随着反硝化的引入，需要降低生化需氧量的硝酸盐，对于干燥的天气，主要定居者的HRT降低到不到一小时，结果产生了二次污泥。

表 3根据表中所示的质量通量数据计算净能耗图6

	质量通量gp-1d-1		能源kWhp-1d-1
	情况a	情况b	情况a	情况b
曝气的耗氧量和电能（包括使用厌氧氨气单独处理的污泥液体处理）
用于COD降解	40	30	0.04	0.03
硝化/反硝化（10 gNH4-N）6 gN2（2.5 gNO3-N）	22	22	0.022	0.022
泵送和混合电能			0.02	0.02
甲烷的COD和沼气产生的电能	30	40	0.038	0.051
净耗能			0.044	0.021

如本文所述，采用单独的污泥液体处理技术可以再次减少主要处理中的反硝化作用，而不会减少污水处理厂的总氮去除量（图2）。 因此，主要定居者的HRT可以再次提高，这与两阶段沉淀（预沉淀和同时沉淀）相结合，可降低生物处理的BOD负荷并改善用于消化的主要污泥生产（表格1, 图6）。

鳕鱼和n质量通量与能量消耗的比较

COD和N质量通量

列出的假设表2 被用于两个初级化学需氧量和氮的质量通

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