CCI20130725062

64

4. Przemiany związków azotu

mów typu konstytutywnego zdolnych do dysymilacyjnej redukcji azotanów(V). Enzymy te pozostają aktywne także w warunkach tlenowych, umożliwiając równoczesne wykorzystanie azotanów(V) i tlenu cząsteczkowego jako akceptora elektronów.

4.7.Anammox

Alternatywą dla tradycyjnego procesu nitryfikacji-denitryfikacji może być odkryty kilkanaście lat temu proces Anammox (ANcierobic AMMonium OXidation). W 1977 roku austriacki biochemik Engelbert Broda, na podstawie obliczeń termodynamicznych wysunął hipotezę, że w naturze muszą być obecne bakterie zdolne do beztlenowego utleniania amoniaku. Jednak dopiero w 1995 roku udało się odkryć ten proces w reaktorze denitryfi-kującym, oczyszczającym ścieki o wysokiej zawartości azotu. Same bakterie odpowiedzialne za reakcje Anammox udało się zidentyfikować w 1999 roku.

Proces Anammox polega na utlenianiu azotu amonowego do azotu gazowego z wykorzystaniem azotanów(III) jako ostatniego akceptora elektronów. Energia swobodna Gib-bsa (AG) wydzielana podczas procesu Anammox jest oceniana na -357 kJ/mol NH₄⁺, co sugeruje, że reakcja jest nie tylko możliwa z punktu widzenia termodynamiki, ale jest nawet bardziej korzystna niż np. nitryfikacja. Na podstawie bilansu masowego, w pomiarach doświadczalnych została zaproponowana następująca stechiometria procesu:

NH+ +1,32 N0₂ + 0,066 HCO” + 0,13 H⁺ ^ 1,02 N₂ +    _(Ą 2g

+ 0,26NO3 + 0,066 CH₂O₀ ,N₀₁₅ + 2,03H₂O

Głównym produktem beztlenowego usuwania azotu amonowego jest azot gazowy, jednak około 10% azotu w dopływie jest przekształcane do azotanów(V). Ogólny bilans azotu pokazuje stosunek około 1 : 1,32 : 0,26 dla przemian amoniaku, azotanów(IH) i azotanów(V). Przypuszcza się, że część azotanów(III) jest utleniana do azotanów(Y) w celu uwolnienia elektronów, które następnie są wykorzystywane w celu wiązania C0₂. Mechanizm biochemiczny tego procesu nie jest jeszcze jednak do końca poznany. W pierwszych badaniach z użyciem znaczonych atomów azotu ¹⁵N, wykazano, że hydrazyna (N₂H₄) jest ważnym produktem pośrednim procesu. Według obecnej wiedzy, obecność wolnej hydrazyny w mikrobiologicznym metabolizmie azotu jest rzadka, jeśli nie unikatowa. Natomiast nie ma pewności co do pozostałych produktów pośrednich (rys. 4.9). Początkowo stwierdzono, że azotany(III) są redukowane do hydroksyloaminy (NH₂OH), która następnie jest przekształcana do azotu gazowego. Badania nad genomem bakterii Anammox wykazały, że tlenek azotu(II) (NO) może być drugim produktem pośrednim reakcji. Jednak najnowsze badania wskazują, że zarówno tlenek azotu(II), jak i hydroksyloamina mogą być jednak produktami pośrednimi w katabolizmie procesu Anammox.

W 1999 roku po raz pierwszy udało się wyizolować bakterię odpowiedzialną za beztlenowe utlenianie amoniaku i opisano ją, jako Candidatus „Brocadia anammoxidans”. Anammox jest prowadzony przez bakterie należące do gromady Planctomycetes, do której należy co najmniej pięć rodzajów bakterii odpowiedzialnych za ten proces: Brocadia,