Dwa punkty widzenia, czyli... Anammox okiem biologa i technologa

• Autorzy: Ziembińska A. , Cema G.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aktualny stan środowiska, które nas otacza pozostawia wiele do życzenia. Duża liczba przeróżnych związków chemicznych dostaje się do powietrza, gleby oraz przede wszystkim do wody. Natomiast usuwanie nadmiaru związków azotowych z wód i ścieków jest głównym procesem niezbędnym dla ich ratowania. Procesy biologiczne, odpowiadające za usuwanie nieorganicznych związków azotowych podczas oczyszczania ścieków zarówno komunalnych, jak i przemysłowych, do niedawna sprowadzały się do nitryfikacji i denitryfikacji. Procesy te posiadają jednak pewne ograniczenia, a mianowicie nitryfikacja wymaga znacznych nakładów energii aby stworzyć warunki tlenowe dla jej przebiegu, natomiast denitryfikacja wymaga znacznych zasobów węgla organicznego. Aby proces oczyszczania był najefektywniejszy, a jednocześnie niedrogi, poszukuje się alternatywnych metod oczyszczania ścieków. Takim procesem jest odkryty w latach 90. ubiegłego wieku, a przewidywany już od lat 70. proces beztlenowego utleniania amoniaku, czyli Anammox(ang. Anaerobic Ammonium Oxidation). Artykuł ten ma na celu przybliżyć Czytelnikowi ten proces, przedstawiając zarówno jego aspekt technologiczny, jak i podstawy biochemiczne i biologiczne, wskazując jak ściśle powiązane są te dwa punkty widzenia.

Słowa kluczowe

PL

usuwanie nieorganicznych związków azotowych; anammox

EN

removal of inorganic nitrogen compounds; anammox

• Wydawca: Stowarzyszenie Eksploatatorów Obiektów Gospodarki Wodno-Ściekowej
• Czasopismo: Forum Eksploatatora
• Rocznik: 2010
• Tom: Nr 6 (51)
• Strony: 86--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 54 poz., rys.

Twórcy

autor

Ziembińska A.

autor

Cema G.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Biotechnoogii Środowiskowej, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• [1] Broda E. (1977). Two kinds of lithotrophs missing in nature. Zeitsthrift fur allgemeine Mikrobiologie, 17 (6), 491-493.
• [2] Caffaz S., Lubello C., Canziani R., Santianni D. (2006). Autotrophic nitrogen removal from anaerobic supernatane of Florences WWTP digesters. Water Science and Technology - 53 (12), 129 - 137.
• [3] Cema G. (2009). Comparative stutdy on difffrent Anammox systems. TRITA_LWR PhD Thesis 1053, (ISBN 978-91-7415-501-3).
• [4] Cema G., Wiszniowski J., Żabczyński S., Zabłocka-Godlewska E., Raszka A., Surmacz-Górska J. (2007). Biological nitrogen removal from landfill leachate by deammonification assisted by heterotrophic denitrification in rotating biological contactor (RBC). Water Science and Technology. 55(8-9), 35-42.
• [5] Chen J. W., Zeng P., Yu Y, Tang C. J., Mahmood Q. (2001). Promoting sludge quanity and activity results in high loading rates in annamos UBF. Biorescure Technology, 8, 2700 - 2705. Dapena Mora A., (2007). Wastewater treatment by anammox process: A short-circuit in the natural nitrogen cycle. PhD thesis, Departamento dt Ingenieria Quimica, Universidare de Santiago de Compostela.
• [6] Dapena Mora A., (2007). Wastewater treatment by anammo process: A short-circuit in the natural nitrogen cycle. PhD thesis, Departamento de Ingenicria Quimica, Universidare de Santiago de Compostela.
• [7] Dosta J., Fernandez L, Vazquez-Padin J.R., Mosquera-Corral A., Campos J.L., Mata-Alvarez J., Mendez R. (2008). Short- and long-term effects of temperature on the Anammos process. Journal of Hazardous Materials, 154 (1-3), 688-693.
• [8] Egli K., Fanger U., Alvarez P.J.J., Siegrist H., van der Meer J.R., Zehnder A.J.B. (2001). Enrichment and characterisation of an anammox bacterium from rotating biological contactor treating ammonium-rich leachate. Archives of Microbiology 175, 198-207.
• [9] Fernandez I. R. (2010). Towards the improvement of start-up and operation of Annanmox reactors. Ph.D. Thesis The Universitv of Santiago De Compostela, Spain.
• [10] Fernandez, I., Vazquez-Padin, J.R., Mosquera-Corral, A., Campos, J.L., Mendel R. (2008). Biofilm and granular systems to improve Anamnox biomass retention. Biochemical Engineering Journal, 42, 308-313.
• [11] Furukawa K., Inatomi Y, Qjao S., Quant L., Taichi Y., Isaka K., Sumino T. (2009). Innovative treatment system for digester liquor using Anammox process. Bioresource Technology, 100, 5437 - 5443.
• [12] Fux C. (2003). Biological nitrogen elimination of ammonium-rich sludge digester liquids. PhD Thesis, Swiss Federal Institute of Technology Zurich. DISS. ETH NO. 15018.
• [13] Ganigue R., López H., Balaguer m.D., Colprim J. (2007). Partial ammonium oxidation to nitrite of high ammonium content urban landfil leachates. Water Research 41, 3317 - 3326.
• [14] Gut L. (2Q06).Assessment of a partial nitrification/Anammox system for nitrogen removal. Trita-LWR. LIC:2034, licentiate thesis.
• [15] Hirsch M. D., Long Z. T., Song B. (2010). Anammox bacteria diversity in various aquatic ecosystems based on the detection of hydrazine oxidase genes. Environmental Microbiology, doi: 10.1007A00248-010-9743-1.
• [16] Hu B.-L, Zheng R, Tang C.-J., Chen J.-W., van der Biezen E., Zhang L., Ni B.-J., Jetten M. S. M., Yan J., Yu H.-Q., Kartal B. (2010). Identification and quantification of Anammox bacteria in eight nitrogen removal reactors. Water Research, doi: 10.1016/j. watres.2010.07.021.
• [17] Isaka K., Yoshie S., Sumino T., Inamori Y., Tsuneda S. (2007). Nitrification of landfill leachate using immobilized nitrifying bacteria at low temperatures. Biochemical Engineering Journal, 37, 49 - 55.
• [18] K. Miksch i J. Sikory (praca zbiorowa pod redakcją) (2010). Biotechnologia Ścieków. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• [19] Kartal B. (2008). Ecophysiology of the anammox bacteria. PhD thesis. Department of Microbiology, Radbound University Nijmegen. Nijmege, ISBN 978 90 90227 14 6.
• [20] Kartal B., Rattay J., van Niftrik L. A., van de Vossenberg J., Schmid M. C., Webb R. L, Schaouten S., Fuerst J. A., Damste J. S. S., Jetten M. S. M., Strous M. (2007). Candidatus "Anammoxoglobus propionicus" a new propionate oxidizing species of anaerobic ammonium oxidizing bacteria. Systematic and Applied Microbiology, 30 (1), 39 - 49.
• [21] Kartal B., van der Star W.R.L., Schmid M.C., van de Pas-Schoonen K., Picioreau C., Abma W.R., Op den Camp H., Jetten M.S.M., van Loosdrecht M., Strous M. (2007). Anammox Process: State Of The Art. In: Proceeding of the CLONIC Final Workshop, 19 - 20th April 2007 Barcelona, Spain, 8-21.
• [22] Kartal B., van Niftrik L. A., Rattay J., van de Yossenberg J., Schmid M. C., Damste J. S. S., Jetten M. S. M., Strous M. (2008). Candidatus "Brocardia fulgida" an autofluorescen anaerobic ammonium oxidizing bacterium. FEMS Microbiology Ecology, 63 (1), 46-55.
• [23] Kuenen J. G. (2008). Anammox bacteria: from discovery to application. Nature, 6, 320 - 326.
• [24] Kuypers M.M.M., Lavik G., Woebken D., Schmidt M., Fuchs B. M., Amman R., Jorgensen B. B., Jetten M. S. M. (2005). Massive nitrogen loss from the Banguela upwelling system through anaerobic ammonium oxidation. Proceeding of the National Academy of Science of the United States of America, 102 (18),6478 - 6483.
• [25] Kuypers M.M.M., Sliekers A. O., Lavik G., Schmid M., Jorgensen B. B., Kuenen J. G., Sinninghe Damste J. S., Strous M., Jetten M. S. M. (2003). Anaerobic ammonium oxidation by anammox bacteria in the Black Sea. Nature, 422 (10), 608 - 611.
• [26] Li H., Chen S., Mu B.-Z., Gu J.-D. (2010). Molecular detection of anaerobic ammonium-oxidizing (Anammox) Bacteria in high temperature petroleum reservoirs", Microbial Ecology, doi: 10.1007/s00248-010-9733-3
• [27] Mulder A., van de Graaf A.A., Robertson L.A., Kuenen J.G. (1995). Anaerobic ammonium oxidation discovered in denitrifying fluidized bed reactor. FEMS Microbiology Ecology, 16, 177-184.
• [28] Op den Camp H.J.M., Kartal B., Guven D., van Niftrik L.A.M.P., Haaijer S.C.M. , van der Star W.R.L., van de Pas-Schoonen , Cabezas A., Ying Z., Schmid M.C., Kuypers M.M.M., van de Vossenberg J., Har-hangi H.R., Picioreanu C., van Loosdrecht M.C.M., Kuenen J.G., Strous M., Jetten M.S.M. (2006). Global impact and application of the anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria. Biochemical Society Transactions, 34 (1), 174 - 178.
• [29] Paredes D., Kuschk P., Stange R, Muller R., Koser H. (2007). Model experiments on improving nitrogen removal in laboratory scale subsurface constructed wetlands by enhancing the anaerobic ammonia oxidation. Water Science and Technology, 56 (3), 145 - 150.
• [30] Penton C. R., Devol A. H., Tiedje J. M. (2006). Molecular evidence or the broad distribution of anaerobic ammonium oxidizing bacteria in freshwater and marine sediments. Applied and Environmental Microbiology, 72 (10), 6829 - 6832.
• [31] Quan Z. X., Rhee S. K., Zuo J. E., Yang Y., Bae J. W., Park J. R., Lee S.T., Park Y. H. (2008). Diversity of ammonium oxidizing bacteria in granular sludge anaerobic ammonium oxidizing (Anammox) reactor. Environmental Microbiology, 10 (1), 3130 -3139.
• [32] Schmid M., Twachtmann U., Klein M., Strous M., Juretschko S., Jetten M., Metzger J. W., Schleifer H. - K., Wagner M. (2000). Molecular evidence for genus level diversity of bacteria capable of catalyzing anaerobic ammonium oxidation. Systematic and Applied Microbiology. 23(1), 93 - 106.
• [33] Schmid M., Walsh K., Webb R., Rijpstra W. L C., van de Pas-Schoonen K., Verbruggen M. J., Hill T., Moffett B., Fuerst J., Schouten S., Damste J. S.S., Harris J., Shaw P., Jetten M., Strous M. (2003). Candidatus "Scalindua brodeae" sp. nov. Candidatus "Scalindua wagenrii' sp. nov., two new species of anaerobic ammonium oxidizing bacteria. Systematic and Applied Microbiology. 26 (4), 529 - 538.
• [34] Schneider Y, Beier M, Rosenwinkel K.-H. (2009). Impact of seeding on the start-up of the deammonification process with different sludge systems. In: Proceedings of the IWA 2nd Specialized Conference Nutrient Management in Wastewater Treatment Processes. Kraków, Poland, 6-9 September 2009.
• [35] Siegrist H., Salzgeber D., Eugster J., Joss A. (2008). Anammox brings WWTP closer to energy autarky due to increased biogas production and reduced aeration energy for N-removal. Water Science and Technology, 57 (3), 383-388.
• [36] Strous M. (2000). Microbiology of anaerobic ammonium oxidation. Ph.D. Thesis, Technical University of Delft, The Nederlands.
• [37] Strous M., Fuerst J. A., Kramer E. H. M., Logeman S., Muyzer G., van de Pas-Schonnen K. T., Webb R., Kuenen J. G., Jetten M. S. M. (1999) Missing lithotroph identified as new planctomycete, Nature. 400 (6743), 446 - 449.
• [38] Strous M., Heijen J. J., Kuenen J. G., Jetten M. S. M. (1998). The sequencing batch bioreactor as a powerful tool for the study of slow growing anaerobic ammonium-oxidizing microorganisms. Applied Microbiology and Biotechnology, 50, 589 - 596.
• [39] Strous M., Pelletier E., Mangenot S., Rattei T., Lehner A., Taylor M.W., Horn M., Daims H., Bartol-Mavel D., Wincker P., Barbe V., Fonknechten N., Vallenet D., Segurens B., Schenowitz-Truong C., Medigue C., Collingro A., Snel B., Dutilh B.E., Op den Camp H.J.M., Van der Drift C., Cirpus L, Van de Pas-Schoonen K.T., Harhangi H.R., Van Niftrik L., Schmid M., Keltjens J., Van de Vossenberg J., Kartal B., Meier H., Frishman D., Huynen M.A., Mewes H-W., Weissenbach J., Jetten M.S.M., Wagner M., Le Paslier D. (2006). Deciphering the evolution and metabolism of an Anammox bacterium from a community genome. Nature, 440, 790-794.
• [40] Strous M., Van Gerven E., Kuenen J.G., Jetten M.S.M. (1997). Effects of aerobic and microaerobic conditions on anaerobic ammonium-oxidizing (Anammox) sludge. Applied and Enwironmental Microbiology 63, 2446-2448.
• [41] Surmacz-Górska J., Cema G., Miksch K. (2004). Deammonification process in the membrane assisted bioreactor. In: Integration and optimization of urban sanitation systems. (ed.) Plaza E., Levlin E., Hultman B. Joint Polish - Swedish Reports, Stockholm, 81-91.
• [42] Szatkowska B., Plaza E. (2006). Temperature as a factor influencing the Anammox process performance. Water and Environmental Management Series, Young Researchers 2006, 51-58.
• [43] Szatkowska B, Cema G., Plaza E., Trela J., Hultman B. (2007). One-stage system with partial nitritation and Anammox processes in moving-bed biofilm reactor. Water Science and Technology, 55 (8-9), 19-26.
• [44] Tang C. J., Zheng P., Mahmood Q., Chen J. W. (2010) Effect on substrate concentration on stability of Anammox biofilm reactors. Journal of Central South University of Technology. 17 (1), 79-84.
• [45] Tsushimal, Kindaichit., Okabe S. (2007). Quantification of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in enrichment cultures by real-time PCR. Water Research, 41 (4), 785 - 794.
• [46] van de Graaf A A., Mulder A., de Bruijn P., Jetten M. S., Robertson L. A., Kuenen J. G. (1995). Anaerobic oxidation of ammonium is a biologically mediated process. Applied and Environmental Microbiology, 1995, 61, 1246 - 1251.
• [47] van de Graaf A.A., de Bruijn P., Robertson L.A., Jetten M.S.M., Kuenen J.G. (1996). Autotrophic growth of anaerobic ammonium-oxidizing microorganisms in a fluidized bed reactor. Microbiology, UK, 142, 2187-2196.
• [48] van de Graaf A.A., de Bruijn P., Robertson L.A., Jetten M.S.M., Kuenen J.G. (1997). Metabolic pathway of anaerobic ammonium oxidizing microorganism in a fluidized bed reactor. Microbiology, UK., 143, 2415-2421.
• [49] van de Yosenberg J., Rattray J.E., Geerts W., Kartal B., van Niftrik L., van Donselaar E. G., Damste J. S. S., Strous M., Jetten M. S. M. (2008). Enrichment and characterization of marine Anammox bacteria associated with global nitrogen gas production. Environmental Microbiology, 10 (11), 3120 - 3129.
• [50] van der Star W. (2008). Growth and Metabolism of AnammoK Bacteria. PhD Thesis, ISBN: 978-90-9022771-9.
• [51] van der Star W., Abma W.R., Blommers D., Mulder J.W., Tokutomi T., Strous M., picioreau C., Van Loosdrecht M.C.M. (2007). Startup of reactor for anoxic ammonium oxidation: Experiences from the first full-scale anammox reactor in Rotterdam. Water Research, 41(18), 4149-4163.
• [52] van der Star W., Miclea A.L, van Don-gen U.G., Muyzer G., Picioreanu C., van Loosdrecht M.C. (2008). The membrane bioreactor: a novel tool to grow anammox bacteria as free cells. Biotechnology and Bioengineering, 101 (2), 286 - 94.
• [53] Van Hulle S. Yandeweyer B. D., Meesschaert P.A., Vanrolleghem R, Dumoulin A. (2010). Engineering aspects and practical application of autotrophic nitrogen removal from nitrogen rich streams. Chemical Enginering Journal, 162, 1-20.
• [54] Wett B. (2006). Solved upscaling problems for implementing deammonification of rejection water. Water Science and Technology, 53(12), 121-128.