Anammox

W Biochemistry „  Anammox  ” jest skrótem dla beztlenowej utleniania z amonowego NH 4 +.(„  Year aerobic amm onium ox idation  ” w języku angielskim). Jest to ważny szlak metaboliczny drobnoustrojów w cyklu azotowym . Od bakterii , które wykonują tego procesu zostały zidentyfikowane w 1999 roku i tworzą w czasie niespodziankę dla społeczności naukowej. Ten typ reakcji zachodzi w wielu środowiskach naturalnych. Metoda usuwania amoniaku opracowana przez Delft University of Technology jest również sprzedawana pod nazwą anammox .

Obserwacja in vivo

W procesie biologicznym kation amonu NH 4 +utlenia się przez anion azotynowy NO 2 -dając azot N 2. Proces ten dostarcza do 50% azotu wytwarzanego w oceanach. Jest zatem ważnym pochłaniaczem azotu, który ogranicza w ten sposób pierwotną produkcję oceanów. Globalna reakcja jest napisana:

NH 4 ++ NIE 2 -N 2+ 2 H 2 O.

Bakterie, które prowadzą proces Anammox należą do bakterii Gromada Planktomycetes , najlepiej znany genera które są Planctomyces i Pirellula . Obecnie zdefiniowano (tymczasowo) pięć rodzajów bakterii anammox: Brocadia , Kuenenia , Anammoxoglobus i Jettenia dla gatunków słodkowodnych oraz Scalindua dla gatunków morskich.

Specyfika bakterii anammox

Bakterie Anammox charakteryzują się kilkoma niezwykłymi właściwościami.

Temperatura wody

Początkowo proces anammox obserwowano w temperaturach od 20  ° C do 43  ° C , ale ostatnio zaobserwowano go w gorących źródłach w temperaturach między 36  ° C a 52  ° C oraz w kominach hydrotermalnych. Położonych wzdłuż grzbietu środkowoatlantyckiego w temperatury pomiędzy 60  ° C a 85  ° C .

Zastosowanie do oczyszczania ścieków

Metoda anammox polega na eliminacji amoniaku w ściekach i składa się z dwóch oddzielnych procesów. Pierwszym krokiem jest częściowa nitryfikacja ( nitrozacja ) połowy amonu do azotynu przez bakterie, takie jak Nitrosomonas  :

4 NH 4 ++ 3 O 2→ 2 NH 4 ++ 2 NO 2 -+ 4 H + + 2 H 2 O.

Bakterie Anammox mogą następnie przekształcić amon NH 4 +i azotyn NO 2 -w azocie N 2i około 15% azotanu NO 3 - :

NH 4 ++ NIE 2 -N 2+ 2 H 2 O.

Oba procesy mogą odbywać się w jednym reaktorze, w którym dwie cechy bakterii tworzą zwarte granulki.

Proces Anammox stanowi obiecującą alternatywę dla konwencjonalnych technik usuwania azotu stosowanych w oczyszczalniach ścieków. Z tego powodu zgłoszono już kilka patentów wykorzystujących właściwości procesu anammox. W przeciwieństwie do flory bakteryjnej występującej na etapach biologicznego oczyszczania oczyszczalni ścieków, bakterie z rodzaju Brocadia anammoxidans są w stanie pozbyć się tlenu, a nawet zużywać dwutlenek węgla (gaz cieplarniany). Dzięki temu można zmniejszyć kosztowne napowietrzanie stawów, a tym samym zmniejszyć koszty oczyszczania i emisję CO 2 nawet o 88%. Rozwój nowych procesów oparty jest na badaniach prowadzonych w latach 90. XX wieku, koncentrujących się na aktywności mikrobiologicznej podczas procesów nitryfikacji / denitryfikacji, aw szczególności na mechanizmach utrudniających dostępność azotu. Na wyróżnienie zasługują prace wykonane w Wiedniu (Nowak und Svardal, 1993; Nowak, 1996), Delft (van Niel i in., 1993; van Loosdrecht und Jetten, 1998) i Hanowerze (Abeling, 1994; Hippen, 1999) tutaj. cytowany. Odkrycia te są stosowane w Rotterdamie od początku 2006 r. W Niemczech procesy Anammox są stosowane od 2000 r. W różnych oczyszczalniach, jednak nadal ograniczają się do oczyszczania części ścieków (np. Ługu osadowego). Jak dotąd na rynku dostępne są różne systemy do tego konkretnego zastosowania. W kolejnych latach zwielokrotnienie eksperymentów na pełnowymiarowych instalacjach pozwoli wykazać, w jakim stopniu spełnia to wymagania techniczne i ekonomiczne funkcjonowania oczyszczalni. Zastosowanie procesu Anammox do całej wstępnie uzdatnionej wody było do tej pory przedmiotem tylko jednego zastosowania w Austrii , w ramach oczyszczalni ścieków Strass (Val de Ziller ). Zainteresowanie polega również na zmniejszeniu wymagań dotyczących utleniania i unikaniu emisji CO 2 . Wyzwaniem w tym przypadku jest stworzenie idealnych warunków dla rozwoju bakterii anammox (takich jak temperatura uzdatnionej wody, wiek szlamu itp.).

Zainteresowanie ekologiczne

Nitryfikacja / denitryfikacja (stopniowa przemiana amoniaku w azotyny, a następnie w azotany, a następnie w azot atmosferyczny poprzez aktywność bakteriologiczną w warunkach beztlenowych ) od dawna uważana jest za jedyne źródło uwalniania azotu z powietrza. Odkrycie utleniania amonu przez bakterie beztlenowe ma zatem szerokie konsekwencje dla naukowego zrozumienia cyklu azotowego. Proces anammox nadaje nowy wymiar cyklowi azotu w oceanach.

Zobacz też

Uwagi i odniesienia

  1. (w) Laura A. van Niftrik, John A. Fuerst Jaap S. Sinninghe Damsté, J.Gijs Kuenen, Mike SM Jetten i Marc Strous , „  Anammoxosome: an intracytoplasmic interval in anammox virus  ” , FEMS Microbiology Letters , vol.  233 n o  1, 1 st kwiecień 2004, s.  7-13 ( czytaj online ) DOI : 10.1016 / j.femsle.2004.01.044
  2. (w) Jaap S. Sinninghe Damsté Marc Strous, W. Irene C. Rijpstra Ellen C. Hopmans, Jan AJ Geenevasen, CT Adri van Duin, Laura A. van Niftrik i Mike SM Jetten , „  Liniowo połączone lipidy cyklobutanu tworzą gęsty membrana bakteryjna  ” , Nature , vol.  419, 17 października 2002, s.  708-712 ( czytaj online ) DOI : 10.1038 / nature01128 PMID 12384695
  3. (w) Vincent Mascitti i EJ Corey , „  Enantioselective Synthesis of Pentacycloanammoxic Acid  ” , Journal of the American Chemical Society , tom.  128 n O  10, 2006, s.  3118-3119 ( czytaj online ) DOI : 10.1021 / ja058370g PMID 16522072
  4. (w) Marc Strous, J. Gijs Kuenen i Mike SM Jetten , „  Key Physiology of Anaerobic Ammonium Oxidation  ” , Applied and Environmental Microbiology , tom.  65, n o  7, Lipiec 1999, s.  3248–3250 ( czytaj online )
  5. (w) A. Jaeschke, JJ Op den Camp, Harhangi H., et al. , „  Gen 16S rRNA i biomarker lipidów potwierdzających obecność bakterii beztlenowych utleniających amon (anammox) w gorących źródłach Kalifornii i Nevady  ” , FEMS Microbiology Ecology , vol.  67, n o  3, Marzec 2009, s.  343-350 ( czytaj online )
  6. (w) Nathalie Byrne, Marc Strous, Valentin Crepeau, Boran Kartal, Jean-Louis Birrien Markus Schmid, Françoise LESONGEUR Stefan Schouten, Andrea Jaeschke Mike Jetten, Daniel Prieur i Anne Godfrey , „  Obecność i aktywność beztlenowych bakterii utleniających amoniak w głębinowe kominy hydrotermalne  ” , czasopismo ISME (Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology) , t.  3, N O  1, styczeń 2009, s.  117-123 ( czytaj online ) DOI : 10.1038 / ismej.2008.72
  7. (w) B. Kartal, JG Kuenen i MCM van Loosdrecht , „  Oczyszczanie ścieków z anammox  ” , Science , vol.  328 n O  5979, 7 maja 2010, s.  702-703 ( czytaj online ) DOI : 10.1126 / science.1185941

Powiązane artykuły

Bibliografia