Anammox , viết tắt của một amm onium ox idation hiếu khí , là một quá trình vi sinh vật quan trọng trên toàn cầu của chu trình nitơ [1] diễn ra trong nhiều môi trường tự nhiên. Vi khuẩn làm trung gian cho quá trình này được xác định vào năm 1999, và là một bất ngờ lớn đối với cộng đồng khoa học. [2] Trong phản ứng anammox, các ion nitrit và amoni được chuyển đổi trực tiếp thành nitơ diatomic và nước.
Các vi khuẩn thực hiện quá trình anammox là các chi thuộc họ vi khuẩn Planctomycetes . Tất cả các vi khuẩn anammox đều sở hữu một anammoxosome , một ngăn liên kết với màng kép lipid bên trong tế bào chất , nơi diễn ra quá trình anammox. Màng anammoxosome rất giàu chất béo ladderane ; Sự hiện diện của những chất béo này cho đến nay là duy nhất trong sinh học.
"Anammox" cũng là tên đã đăng ký nhãn hiệu cho một công nghệ loại bỏ amoni dựa trên anammox do Đại học Công nghệ Delft phát triển [3] .
Trong quá trình sinh học này, là một phản ứng cân đối, các ion nitrit và amoni được chuyển đổi trực tiếp thành nitơ diatomic và nước. [5]
Trên toàn cầu, quá trình này có thể tạo ra 30-50% N
2khí sinh ra từ các đại dương. [6] Do đó, nó là bể chứa nitơ cố định chính và do đó hạn chế năng suất sơ cấp của đại dương.
Một bioreactor chứa anammox vi khuẩn stuttgartiensis Kuenenia , Radboud Nijmegen Đại học
C17-C20 lipid ladderane từ vi khuẩn anammox có chứa ba vòng xyclobutan nối tuyến tính và một vòng xyclohexan hoặc năm vòng xyclobutan. Các axit béo được este hóa với metanol hoặc xương sống của glyxerol, và các rượu ladderan được liên kết với ete với glixerol, tất cả đều ở dạng kết hợp khác nhau. [4]
Hình 2. Chu trình N sinh học. DNRA, khử nitrat hòa tan thành amoni .
Hình 3. Con đường sinh hóa có thể có và sự bản địa hóa tế bào của các hệ thống enzym tham gia vào phản ứng anammox.
Hình 4. Các con đường trao đổi chất giả thuyết và vận chuyển ngược điện tử trong anammoxosome. [a] Dị hóa anammox sử dụng nitrit làm chất nhận điện tử để tạo ra động lực proton trên màng anammoxosomal. [b] Vận chuyển điện tử đảo ngược do động lực proton vận chuyển kết hợp dị hóa trung tâm với nitrat reductase [NAR] để tạo ra ferredoxin để khử carbon dioxide trong con đường acetyl-CoA. HAO, hydrazine oxidoreductase ; HD, hydrazine dehydrogenase; HH, hydrazine hydrolase; NIR, nitrit oxidoreductase; Q, quinin. Kim cương xanh nhạt, cytochromes; mũi tên xanh, giảm; mũi tên màu hồng, sự oxy hóa.
Các nhà khoa học vẫn luôn tìm kiếm các giải pháp xử lý Nitơ mới. Việc áp dụng vi khuẩn Anammox giúp giảm đáng kể nhu cầu năng lượng. Và đặc biệt, không cần cơ chất hữu cơ để chuyển Nitơ thành khí N2 trong dòng thải của nhà máy xử lý nước thải.
Đây sẽ là một giải pháp thay thế tuyệt vời để tiết kiệm chi phí năng lượng cho sục khí. Hơn nữa, các chất hữu cơ có trong nước thải có thể được coi là một nguồn năng lượng bổ sung. Cách tiếp cận này hiện đang được nghiên cứu nhiều trên khắp thế giới. Ý tưởng của nó dường như là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực xử lý nước thải. Điều này có mang đến một tầm nhìn rằng chẳng mấy chốc các chất ô nhiễm trong nước thải sẽ không còn được coi là một vấn đề nữa, mà là một nguồn năng lượng tái tạo?
Sau khi bạn đã theo dõi Phần 1: những tác động của vi khuẩn Anammox đến quá trình khử Nito hãy tiếp tục theo dõi phần 2 để biết các phản ứng và đặc điểm vi khuẩn Anammox.
Phản ứng Anammox diễn ra khác với phản ứng khử Nitơ thông thường như thế nào?
Phản ứng 1 là phản ứng tổng thể. Bước đầu tiên liên quan đến việc khử Nitrit thành Oxit Nitric bằng cách khử Nitrat [phản ứng 2]. Sau đó Amoni được kết hợp với Oxit Nitric bằng Hydrazine Hydrolase thành dạng Hydrazine [phản ứng 3]. Ở bước cuối cùng [phản ứng 4] Hydrazine bị Oxy hóa thành khí N2 thông qua Hydrazine/Hydroxylamine Oxyoreductase.
Phản ứng Anammox luôn liên quan đến sản xuất Nitrat. Những phản ứng này xảy ra trong Anammoxosome. Các nhà nghiên cứu đề xuất các chỉ số cân bằng hóa học khác nhau cho các thành phần riêng lẻ của các phản ứng Anammox nhưng luôn giống nhau và quan trọng đối với quá trình là tỷ lệ Nitrit so với Amoni [NAR] bằng 1,3.
Hơn nữa, sự tương đồng có thể nhìn thấy trong Nitơ được giải phóng trên 2,3 mol Amoni và Nitrit, khoảng 1 mol khí Nitơ [N2] được tạo ra. Từ phản ứng 5 có thể là thấy rằng 0,066 mol Carbon được cố định trên 1 mol Amoni oxy hóa. Tương đương với 1 carbon trên 15 chu kỳ dị hóa. Vi khuẩn Anammox là kỵ khí bắt buộc.
Đặc điểm của vi khuẩn Anammox?
Vi khuẩn Anammox là vi sinh vật phức tạp và chưa được hiểu 1 cách rõ ràng. Vi khuẩn vừa mang thuộc tính của vi sinh vật nhân thật và khuẩn cổ.¬ Đặc biệt đáng chú ý là cấu trúc đặc biệt của một tế bào được chia thành ba thành phần riêng biệt bởi màng hai lớp và bao gồm thành tế bào, paryphoplasm, riboplasm và anoxosome. Kiến thức về thành phần hoặc chức năng của cả thành tế bào và khoang paryphoplasm còn hạn chế. Phản ứng Anammox diễn ra trong anammo-xosome chiếm phần lớn thể tích tế bào.
Cho đến nay, 10 loài Anammox đã được xác định. Các loài được biết đến được chia thành 5 chi: [1] Kuenenia, đại diện bởi Kuenenia stutt- gartiensis; [2] Brocadia bao gồm 3 loài: B. anammoxidans, B. Fulgida và B. sinica; [3] Anammoxoglobus, 1 loài: A. propionicus; [4] Loài Jettenia 1: J. asiatica; và [5] Scalindua có 4 loài: S. brodae, S. sorokinii, S. wag- neri và S. profunda [Kartal et al., 2013]. Phân tích phylogenetic đặt tất cả chúng trong Planctomycete phylum.
Tất cả năm chi vi khuẩn Anammox được công nhận hiện nay đều có chung đặc điểm sinh lý và hình thái với điểm mấu chốt là sự hiện diện của Anammoxosome.
Những hạn chế của vi khuẩn Anammox và giải pháp xử lý Nitơ đang được ưa chuộng hiện nay sẽ được cập nhật ở bài viết nghiên cứu vi khuẩn Anammox .
Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY TNHH ĐẤT HỢP
Địa chỉ: Số 2, Đường số 4, Khu nhà ở Vạn Phúc 1, P. Hiệp Bình Phước, Q. Thủ Đức, Tp.HCM
Hotline/Zalo: 0909 538 514
Website: //microbelift.vn/
Tài liệu tham khảo:
- Vi khuẩn Anammox – Công nghệ chuyển hóa trực tiếp amoni và Nitrit trành Nitơ
- CASTRO-BARROS, Celia M., et al. Evaluating the potential for dissimilatory nitrate reduction by anammox bacteria for municipal wastewater treatment. Bioresource technology, 2017, 233: 363-372.
- TERADA, Akihiko; ZHOU, Sheng; HOSOMI, Masaaki. Presence and detection of anaerobic ammonium-oxidizing [anammox] bacteria and appraisal of anammox process for high-strength nitrogenous wastewater treatment: a review. Clean Technologies and Environmental Policy, 2011, 13.6: 759-781.
giải pháp xử lý nitơ, xử lý nitơ, xử lý nitơ trong nước thải, xử lý nước thải, xử lý nước thải sinh học
Ứng dụng của vi khuẩn Anammox cho quá trình xử lý Nitơ trong nước thải đã được nghiên cứu từ hơn 20 năm trước và cho đến nay, đã mang lại những kết quả nhất định.
Nhóm vi khuẩn xử lý Nitơ trong nước thải
Chỉ tiêu về Nitơ trong nước thải được quy định khá nghiêm ngặt cho các hệ thống. Và để đạt tiêu chuẩn về điều kiện Nitơ cũng đã và đang gây đau đầu cho nhiều kỹ sư vận hành.
Có rất nhiều chủng vi sinh vật trong tự nhiên được biết đến về khả năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý Nitơ. Một trong số đó là nhóm vi khuẩn Nitrat hóa. Nhóm vi khuẩn này có khả năng oxy hóa Ammonia thành Nitrit [NO2-] và tiếp tục là chuyển hóa thành Nitrat [NO3-]. Và nhóm khác là nhóm vi khuẩn khử Nitrat hóa.
Nhóm này có nhiệm vụ chuyển hóa làm giảm các dạng Nitơ bị oxy hóa để đáp ứng với quá trình oxy hóa khử. Cả hai quá trình đều tiêu thụ năng lượng. Quá trình Nitrat hóa đòi hỏi phải sục khí. Và khử Nitrat cần cung cấp cơ chất hữu cơ. Vấn đề là nếu không đủ cơ chất trong nước thải thì phải bổ sung thêm lượng cơ chất từ bên ngoài.
>>> Xem thêm: 02 vi khuẩn thực hiện quá trình Nitrat hóa hiệu quả nhất?
Quá trình khử Nitơ trong nước thải cơ bản gồm những bước nào?
Khử Nitơ trong nước thải bao gồm 2 quá trình: Nitrat hóa và khử Nitrat, thông qua 3 bước:
Bước 1. Oxy hóa Amoniac thành Nitrit
Amoniac bị Oxy hoa tạo ra tạo ra Oxit Nitric và ba Electron. Oxit Nitric sau đó có thể bị oxy hóa bởi các enzyme khác [hoặc oxy] thành Nitrite.
- NH3 + O2 → NO−2 + 3H+ + 2e−
- NH3 + O2 + 2H+ + 2e− → NH2OH + H2O
- NH2OH + H2O → NO−2 + 5H+ + 4e−
Nhóm vi khuẩn oxy hóa Amoniac và Nitrit gồm: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira.
Bước 2. Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat
Nitrite được sinh ra trong phản ứng đầu tiên của quá trình Nitrat hóa tự dưỡng được oxy hóa thành Nitrat bởi Nitrite Oxyoreductase [NXR]. Đó là một Molybdoprotein liên kết với màng và là một phần của chuỗi chuyển điện tử chuyển các electron từ Nitrit sang Oxy phân tử. Cơ chế phân tử của Nitrite oxy hóa ít được mô tả hơn so với oxy hóa Amoni.
- NO−2 + H2O → NO−3 + 2H+ + 2e−
Nhóm vi khuẩn oxy hóa Amoniac và Nitrit gồm: Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrospira.
Bước 3. Quá trình Khử Nitrat
Quá trình khử Nitrat hoàn chỉnh có thể được biểu thị dưới dạng phản ứng oxy hóa-khử cân bằng. Trong đó Nitrat [NO3−] được khử hoàn toàn thành Nitơ tự do [N2]:
- 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O
Nhóm vi khuẩn oxy hóa amoniac và nitrit gồm: Pseudomonas sp. , Bacillus lichenliformis, Thiobacillus denitrificans,…
Đây là các chủng vi sinh vật cơ bản đã được nghiên cứu và ứng dụng vào các công trình thực tế và chứng minh những hiệu quả rõ rệt. Tuy vậy, việc nghiên cứu để áp dụng những giải pháp mới vẫn luôn được tìm kiếm.
>>> Xem thêm: 05 yếu tố liên quan đến chỉ tiêu Nitơ trong nước thải sinh hoạt
Vi khuẩn Anammox là gì? Tác động thế nào đến hàm lượng Nitơ trong nước thải?
Trong nhiều thập kỷ qua, kiến thức và kỹ thuật áp dụng sự hiểu biết về chu trình Nitơ và xử lý nước thải sinh học đã phát triển nhanh chóng. Các nhà khoa học luôn nghiên cứu để tìm hiểu các giải pháp mới và bền vững hơn. Và vi khuẩn Anammox [Anaerobic Ammonium Oxidation] xử lý Nitơ trong nước thải đã được phát hiện.
Việc phát hiện ra vi khuẩn Anammox đã thay đổi quan điểm về chu trình Nitơ trong một nghiên cứu xử lý nước thải tích cực trên toàn thế giới.
Mặc dù nghiên cứu về quá trình Anammox đã diễn ra trong khoảng 20 năm và kiến thức về vi khuẩn Anammox đã tăng lên đáng kể, nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi liên quan đến hành vi và hiệu suất của các vi khuẩn này. Đặc biệt là ứng dụng của vi khuẩn Anammox cho quá trình khử Nitơ trong nước thải.
Hãy đón đọc Phần 2: đặc điểm của vi khuẩn Anammox để biết vi khuẩn Anammox ảnh hưởng đến quá trình khử Nito như thế nào
Mọi thông tin thắc mắc cần giải đáp vui lòng liên hệ hotline 0909 538 514 để được hỗ trợ nhanh nhất. Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ các giải pháp xử lý Nitơ hiệu quả nhất cho hệ thống của bạn!
Mọi thông tin xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY TNHH ĐẤT HỢP
Địa chỉ: Số 2, Đường số 4, Khu nhà ở Vạn Phúc 1, P. Hiệp Bình Phước, Q. Thủ Đức, Tp.HCM
Hotline/Zalo: 0909 538 514
Website: //microbelift.vn/
Tài liệu tham khảo:
annamox, vi khuẩn annamox, xử lý nitơ, xử lý nitơ trong nước thải, xử lý nước thải sinh học