Anammox

In biokemia , "  anaerobinen ammoniumtypen hapetus  " on lyhenne anaerobisen hapettumisen ja ammonium- NH 4 +.("  Year aerobic amm onium ox idation  " englanniksi). Se on tärkeä mikrobien metabolinen reitti typpisyklissä . Ja bakteerit , jotka suorittavat tätä prosessia tunnistettiin vuonna 1999 ja muodostivat tuolloin yllätys tiedeyhteisölle. Tämän tyyppinen reaktio tapahtuu monissa luonnonympäristöissä. Delftin teknillisen yliopiston kehittämää ammoniumin poistomenetelmää markkinoidaan myös nimellä anammox .

In vivo -havainto

Biologisessa prosessissa, ammonium- kationi NH 4 +hapetetaan nitriitin anioni NO 2 -jolloin saatiin typen N 2. Tämä prosessi tuottaa jopa 50% valtamerissä tuotetusta typestä. Siksi se on tärkeä typen nielu, joka siten rajoittaa valtamerien alkutuotantoa. Globaali reaktio on kirjoitettu:

NH 4 ++ NO 2 -N 2+ 2 H 2 O.

Bakteerit, jotka suorittavat anaerobinen ammoniumtypen hapetus prosessi kuuluvat bakteeri- Mollusca Planktomycetes , tunnetuin sukuja, jotka ovat Planctomyces ja Pirellula . Tällä hetkellä (väliaikaisesti) on määritelty viisi anammoksibakteerien sukua: Brocadia , Kuenenia , Anammoxoglobus ja Jettenia makean veden lajeille ja Scalindua merilajeille .

Anammoksibakteerien erityispiirteet

Anammox-bakteereille on ominaista useita merkittäviä ominaisuuksia.

Veden lämpötilat

Anaerobinen ammoniumtypen hapetus prosessi Alun perin havaittiin, lämpötiloissa välillä 20  ° C ja 43  ° C: ssa , mutta se on äskettäin todettu kuumia lähteitä lämpötiloissa välillä 36  ° C ja 52  ° C: ssa ja hydrotermisten. Sijaitsee pitkin puolivälissä Atlantin ridge at lämpötiloissa välillä 60  ° C ja 85  ° C: ssa .

Soveltaminen jätevedenpuhdistukseen

Menetelmä anaerobinen ammoniumtypen hapetus mukana poistaminen ammonium- , että jäteveden ja koostuu kaksi erillistä prosessia. Ensimmäinen vaihe on puolen ammoniumin osittainen nitrifikaatio ( nitrosointi ) nitriitiksi bakteereilla, kuten Nitrosomonas  :

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

Anaerobinen ammoniumtypen hapetus bakteerit voidaan sitten muuntaa ammonium- NH 4 +ja nitriitti NO 2 -in typen N 2ja noin 15% NO 3 -nitraattia - :

NH 4 ++ NO 2 -N 2+ 2 H 2 O.

Molemmat prosessit voivat tapahtua yhdessä ainoassa reaktorissa, jossa kaksi kiltoja bakteerit muodostavat kompaktin rakeita.

Anammox-prosessi on lupaava vaihtoehto jätevesien puhdistamoissa käytetyille tavanomaisille typenpoistotekniikoille . Tästä syystä on jo jätetty useita patentteja, jotka käyttävät anammox-prosessin ominaisuuksia. Toisin kuin mikrobikasvusto esittää biologisen käsittelyn vaiheet jätevedenpuhdistamon, bakteerien suvun Brocadia anammoxidans pystyvät luopua hapen ja jopa kuluttaa hiilidioksidi (kasvihuonekaasu).. Kallis ilmastus lampia voidaan näin ollen pienentää, mikä vähentää hoito kustannuksia ja CO 2 -päästöjä jopa 88%. Uusien prosessien kehittäminen perustuu 1990-luvulla tehtyyn tutkimukseen, joka keskittyy mikrobiologiseen aktiivisuuteen nitrifikaatio- / denitrifikaatioprosessien aikana ja erityisesti mekanismeihin, jotka estävät typen saatavuutta. Työ toteutettiin Wienissä (Nowak und Svardal, 1993, Nowak, 1996), Delft (van Niel ym., 1993; van Loosdrecht und Jetten, 1998) ja Hannover (Abeling, 1994; Hippen, 1999) on syytä korostettuna tässä. Näitä löytöjä on käytetty Rotterdamissa vuoden 2006 alusta. Saksassa Anammox-prosesseja on sovellettu vuodesta 2000 lähtien useissa puhdistuslaitoksissa, mutta ne rajoittuvat edelleen osan jätevesien (esimerkiksi lietelipeän) käsittelyyn. Toistaiseksi markkinoilla on saatavilla useita järjestelmiä tälle sovellukselle. Tulevina vuosina kokeiden moninkertaistaminen täysimittaisissa asennuksissa antaa mahdollisuuden osoittaa, missä määrin jätevedenpuhdistamon toiminnan tekniset ja taloudelliset vaatimukset täyttyvät. Anammox-prosessin soveltaminen kaikkiin esikäsiteltyihin vesiin on toistaiseksi ollut vain yksi ainoa hakemus Itävallassa Strassin jätevedenpuhdistamossa (Val de Ziller ). Kiinnostus täällä myös siinä vähentäminen hapetus vaatimukset ja vältetään CO 2 päästöt . Haasteena on tässä tapauksessa koota ihanteelliset olosuhteet anamoxibakteerien kasvulle (kuten käsitellyn veden lämpötila, lietteen ikä jne.).

Ekologinen kiinnostus

Nitrifikaatiota / denitrifikaatiota ( ammoniakin muuttuminen vaiheittain nitriitteiksi, sitten nitraateiksi, sitten ilmakehän typpeiksi bakteerien vaikutuksesta anoksisissa olosuhteissa ) on pitkään pidetty ainoana typestä vapautuvan ilman lähteenä. Anaerobisten bakteerien havaitsemalla ammoniumin hapettumisella on siis laajat seuraukset typpisyklin tieteelliselle ymmärrykselle. Anammox-prosessi antaa uuden ulottuvuuden typpisyklille valtamerissä.

Katso myös

Huomautuksia ja viitteitä

  1. (sisään) Laura A. van Niftrik, John A. Fuerst Jaap S.Sinninghe Damsté, J.Gijs Kuenen, Mike SM Jetten ja Marc Strous , The anammoxosome: an introxytoplasmic compartment in anammox bakters  " , FEMS Microbiology Letters , voi.  233, n °  1, 1. st huhtikuu 2004, s.  7-13 ( lue verkossa ) DOI : 10.1016 / j.femsle.2004.01.044
  2. (in) Jaap S. Sinninghe Damsté Marc Strous, W. Irene C. Rijpstra Ellen C. Hopmans, Jan AJ Geenevasen, CT Adri van Duin, Laura A. van Niftrik ja Mike SM Jetten , Lineaarisesti ketjutettujen syklobutaani lipidit muodostavat tiiviin bakteerikalvo  ” , Nature , voi.  419, 17. lokakuuta 2002, s.  708-712 ( lue verkossa ) DOI : 10.1038 / nature01128 PMID 12384695
  3. (in) Vincent Mascitti ja EJ Corey , Enantioselective Yhteenveto Pentacycloanammoxic Acid  " , Journal of American Chemical Society , Vol.  128, n °  10, 2006, s.  3118-3119 ( lue verkossa ) DOI : 10.1021 / ja058370g PMID 16522072
  4. (sisään) Marc Strous, J. Gijs Kuenen ja Mike SM Jetten , Anaerobisen ammoniumhapetuksen avainfysiologia  " , Applied and Environmental Microbiology , Voi.  65, n o  7, Heinäkuu 1999, s.  3248–3250 ( lue verkossa )
  5. (sisään) A. Jaeschke, JJ Op den Camp, Harhangi H., et ai. , 16S rRNA -geeni- ja lipidibiomarkkeritodisteet anaerobisista ammoniumia hapettavista bakteereista (anammox) Kalifornian ja Nevadan kuumissa lähteissä  " , FEMS Microbiology Ecology , voi.  67, n °  3, maaliskuu 2009, s.  343-350 ( lue verkossa )
  6. (in) Nathalie Byrne, Marc Strous, Valentin Crepeau, Boran Kartal, Jean-Louis Birrien Markus Schmid, Françoise LESONGEUR Stefan Schouten, Andrea Jaeschke Mike Jetten, Daniel Prieur ja Anne Godfrey , Anaerobisten ammoniumia hapettavien bakteerien läsnäolo ja aktiivisuus syvänmeren hydrotermiset tuuletusaukot  ” , ISME-lehti (Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology) , voi.  3, n o  1, tammikuu 2009, s.  117-123 ( lue verkossa ) DOI : 10.1038 / ismej.2008.72
  7. (vuonna) B. Kartal, JG Kuenen ja MCM van Loosdrecht , Jäteveden käsittely anammoksilla  " , Science , voi.  328, n °  5979, 7. toukokuuta 2010, s.  702-703 ( lue verkossa ) DOI : 10.1126 / tiede.1185941

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Bibliografia