4003

Tabela 4.2. Konwersja amonu w reaktorze typu SHARON

Parametr

Stężenie N-NHz* w dopływie Stężenie NNH₄'^r w doptywie Stężenie N-NO2' w odpływie Ładunek azotowy

Wartości

(mg N/ł)

(mg N/ł)

(mg N/l)

(mg N/l doba^-1)

1156±160 519-164 547±151 1070±300

4.3.2. Anammox (anaerobic ammonia oxidation) (lub anamoks). Dotychczas wiefc dziano, żc utlenianie amonu odbywa się w warunkach tlenowych lub w warunką o obniżonej ilości tlenu w hodowlach z zastosowaniem bakterii nitrytikacyjnych. Utle-nianie amonu było również obserwowane w warunkach beztlenowych, w obecn gazowego dwutlenku azotu (NO2). Nitrozobakterie mogą również prowadzić pr denitryfikacji w obecności amonu jako donora elektronów, w warunkach zmniej nego stężenia tlenu.

Mulder i wsp. (1995) pierwsi stwierdzili istnienie procesu beztlenowego utlenia amonu (anammox) w denitryfikacyjnym złożu fluidalnym, w którym usuwano azot ze ścieków wcześniej poddanych procesowi metagenizacji. Jak podawali autorzy, duże $0 ści amonu znikały w obecności azotanów, z wydzieleniem azotu cząsteczkowego, zgod nic z reakcją:

5 NH₄⁺ + 3 NO," -> 4 N_: + 9 H_:0 + 2H⁺ AG = -1483,5 kJ/rcakcję

Dalsze badania dowodzą, że w procesie anammox preferowanymi akceptorami ciek' nów okazały się azotyny:

N1V + NO; -> N_: + 2 H₂0 AG = -358 kj/mol NH₄⁺

Głównym produktem utleniania amonu w procesie anammox był N;, a jedynie około 10% azotu było transferowane do azotanów. Sumarycznie reakcje anammox moż zapisać równaniem reakcji:

NH₄⁺ + 1,31 NO; + 0,066 HCO., + 0,13 H⁺

-> 1,02 N_: + 0,26 NO, + 2,03 H_:0 + 0,066 CH₂O₀jN₀.i5

Reakcje prowadzone w procesie anammox otwierają nowe możliwości usuwania azot ze ścieków, bez dodawania egzogennego źródła węgla i energii. Produktami pośre"

NO,

0

NO,

Ryc. 4.3. Schemat mechanizmu utleniania a w obecności azotynów (azotanów) w pr_ anammox (z: Khin I Annachhatre Ajit P. , Novel microbial nitrogen removal processes. B technotogy Advances 22(7) 519 532 dzięki up mości 1 za zgodą Elsewer)

j_lT)j utleniania amonu w obecności azotynów, z udziałem mikroorganizmów, jest hydroksylamina i hydrazyna. Głównym źródłem węgla dla bakterii prowadzących re-ikcje anammox jest dwutlenek węgla.

W 1977 roku Broda pisał, że istnieje termodynamiczna możliwość występowania bakterii chemolitotroficznych zdolnych do utleniania amonu do azotu cząsteczko-w obecności azotynów i dwutlenku węgla, ale autor nie wykazał istnienia tego _tvpu mikroorganizmów w przyrodzie. Pierwsze doniesienie o mikroorganizmach zdolnych do prowadzenia beztlenowego utleniania amonu zostało skierowane do uczestników V Europejskiego Kongresu Biotechnologicznego w Kopenhadze _w 1990 roku.

Bakterie prowadzące reakcje anammox (ryc. 4.4) należą do trzech rodzajów: Bro-caditi- Kuenenia i Scalindua, przy czym pierwsze dwa rodzaje zostały wyizolowane i systemów oczyszczających ścieki, ostatni Scalindua wyizolowano z prób pobranych w Morzu Czarnym. Jest to grupa mikroorganizmów należących do rzędu Planctomyce-les w domenie Bacteria. Mikroorganizmy prowadzące reakcje anammox - utleniania amonu w warunkach beztlenowych najlepiej rosną w podłożach lub ściekach zawierających amon w stężeniu 5-30 mM, azotyny 5-35 mM, węglany w stężeniu 10 mM. fosforany w stężeniu poniżej 0,5 mM oraz tlen w stężeniu < 1 mM. Z zachowaniem tych warunków mikroorganizmy anammox hodowane w beztlenowym złożu fluidalnym zdolne były do konwersji azotu z 0,4 g do 3 g/l-doba'¹, przy maksymalnej aktywności wynoszącej 25 nmoli/mg s.m. • min'¹. Zasymilowanie jednej cząsteczki CO? wymaga utlenienia 24 moli amonu. Jednakże specyficzna szybkość wzrostu wynosiła 0,001 godz ’, co odpowiada czasowi podwojenia komórek około 29 dni (ryc. 4.5 oraz iyc. 4.6).

Wysoka aktywność w procesie anammox jest wykrywana u tych gatunków bakterii w środowisku pH 6,4 do 8,3, w temperaturze od 20 do 43"C dla szczepów mezofilnych i od 6°C dla szczepów morskich. Bardziej aktywne bakterie należą do Kuenenia słuttgar-tiensis (55 nmoli Nymg białka min^-1 przy pH 8,0 i temperaturze inkubacji 40°C) niż gatunku Brocadia anammoxidans (26,5 nmoli Nfing białka ■ min^-1 przy pH 8,0 i temperaturze inkubacji 37°C). Dodatkowo szczep Kuenenia stuttgartiensis jest bardziej oporny na azotyny niż Brocadia ananunoxidans. Aktywność bakterii prowadzących reakcje anammox jest dwadzieścia pięć razy większa niż tlenowych nitrozobakterii utleniających amon w warunkach denitryfikacyjnych. Ale z drugiej strony, są one siedem razy mniej aktywne niż nitrozobakterie utleniające amon w warunkach tlenowych. Ogólnie bakterie prowadzące reakcje anammox są bardzo wrażliwe na tlen przy stęże-ⁿ'^u tak małym jak 2 mM oraz nz azotyny (5-10 mM całkowicie hamuje aktywność, która może być odwracalna).

Badania dotyczące beztlenowego utleniania amonu w hodowlach mikroorganizmów prowadzono z zastosowaniem znakowanego ^l5N. Z badań tych wynika, że azotyny będące akceptorem elektronów są redukowane do hydroksylaminy, która następnie ^re<tguje z amonem będącym donorem elektronów, w wyniku czego do środowiska ^vvydzielany jest azot cząsteczkowy. W hodowlach stacjonarnych, z nadmiarem hydroksylaminy i amonu, obserwowano przejściową kumulację hydrazyny, wskazując, że hydrazyna jest ostatnim produktem pośrednim przed transformacją do azotu cząsteczkowego. Utlenianie hydrazyny do azotu cząsteczkowego generuje elektrony, które są