Emerging aplikasyon biotechnologie nan Anammox

• Entèraksyon ant bakteri Anammox ak amonyak-oksidant archaea, konplè bakteri amonyak-oksidant, ak nitrat\/NITRITE-depandan anaerobik metàn-oksidant mikwo-òganis bay yon nouvo apwòch bay NITRITE nan bakteri anammoxo pou retire nitwojèn soti nan ba-amonyòm dechè.
• Pwogrè nan syans materyèl yo te montre ke entèraksyon ant bakteri anammox ak materyèl carbonaceous tankou oksid grafèn, granulaire aktive kabòn, biochar, ak divès fòm fè ka amelyore aktivite anammox ak retire nitwojèn.
• Dekouvèt la nan kapasite transfè elèktron eksetera nan bakteri Anammox sijere ke sa a se yon pwomèt enèji-efikas apwòch nan retire nitwojèn ak rekiperasyon enèji similtane.
• Adaptasyon an intrinsèques nan bakteri marin anammox nan kondisyon saline fè yo yon zouti kle pou trete kouran dlo ize saline.

Anaerobik amonyòm oksidasyon (Anammox) se yon enèji-efikas metòd pou retire nitwojèn, ak rechèch sou Anammox sou deseni ki sot pase a te konsantre sitou sou aplikasyon li nan tretman dlo ize domestik. Sepandan, rechèch émergentes ap agrandi aplikasyon li nan nouvo aplikasyon biotechnologie ak pwosesis tretman dlo ize.

Anammox bakteri ka dirèkteman anaerobikman oksidasyon amonyòm (NH 4+) nan gaz azòt (N2) lè l sèvi avèk NITRITE (NON 2-) kòm yon aksepte elèktron. Pou dat, pwosesis la Anammox te konsidere kòm yon metòd plis enèji-efikas ak zanmitay anviwònman an nan denitrifikasyon konpare ak tradisyonèl enèji-entansif nitrifikasyon\/pwosesis la denitrifikasyon. Sèvi ak Anammox pou tretman dlo ize ofri avantaj siyifikatif, ki gen ladan yon rediksyon 60% nan konsomasyon enèji, eliminasyon konplè nan ajoute kabòn ekstèn, ak yon rediksyon 80% nan pwodiksyon depase depo, fè pwosesis la Anammox yon eleman kle nan akonplisman enèji-net oswa menm enèji-pozitif tretman dlo ize. Anammox te lajman itilize nan plen-echèl enstalasyon pou endistriyèl ak sidestream tretman dlo ize. Anplis de sa, twa siksè plen-echèl endikap anammox plant amonyòm yo te rapòte nan Strass (Otrich), Changi (Singapore), ak Xi'an (Lachin). Etablisman an Strass rapòte sipleman nan depo endikap ak granules Anammox nan reaktè a sidestream. Se reaktè a opere anba aere tanzantan kontwole NITRITE bakteri oksidant (NOB). Anplis de sa, etablisman an Changi itilize Anammox ki rich anpil flokulan depo konbine avèk etap-manje ak altène kondisyon aerobic ak anoksik siprime NOB. Etablisman an Xi'an sèvi ak transpòtè biofilm kenbe bakteri ralanti-ap grandi nan tank anoksik. Reyaktè yo opere avèk aere tanzantan pou jenere pant oksijèn ki fonn pou pwodiksyon NITRITE. Miyò, byenke enstalasyon yo Changi ak Xi'an pa te orijinèlman ki fèt pou Anammox yo, yo bay prèv ki montre plen-echèl endikap anammox kapab tou gen pou aplike nan enfrastrikti aktyèl tretman dlo ize. Enstalasyon sa yo mete aksan sou potansyèl la nan endikap nitritasyon pasyèl\/anammox (PN\/A). Anplis de sa, tretman dlo ize domestik lè l sèvi avèk anaerobik tretman matyè òganik (Faz A) ak PN\/A (Faz B) te avèk siksè demontre nan laboratwa ak balans pilòt, regilye nèf semenn klas yon etap nan direksyon enèji-net tretman dlo ize.

Malgre demonstrasyon siksè nan endikap PN\/A, gen plizyè defi nan aplikasyon an toupatou nan Anammox nan tretman endikap, ki gen ladan bezwen an pou ki estab NO 2- pwodiksyon, redwi pèfòmans nan tanperati ki ba ak ba NH 4+ konsantrasyon, ak bezwen nan siprime aktivite NOB. Rechèch nan dènye dekad la te dirije nan direksyon pou adrese limit sa yo konplètman esplwate Anammox pou trete dlo ize domestik. Gen pwogrè siyifikatif ki te fèt nan akonplisman ki estab PN, amelyore pèfòmans nan tanperati ki ba ak konsantrasyon ki ba amonyòm, kontwole NOB, ak opere nan nan yon pakèt domèn kabòn nan rapò azòt (C: N). Anplis de sa, dènye pwogrè yo te chanje pèsepsyon nan tan an dousman double nan bakteri Anammox, ki se pa konsidere kòm yon baryè nan aplikasyon nan teknoloji a. Rechèch te montre ke, tou depann de espès yo, fwa rapid double yo se yon pwopriyete intrinsèques sinetik nan bakteri Anammox. Anplis de sa, divèsite a ogmante nan espès Anammox ak pwogrè nan metòd kilti yo te montre ke bakteri sa yo ka grandi pi vit pase deja espere, sa ki pèmèt teknoloji a yo dwe lajman aplike kèlkeswa to kwasans yo.

Pandan ke efò yo te fè nan adrès defi yo tradisyonèl yo ak obstak nan aplikasyon pou Anammox nan anviwònman endikap, dènye rechèch te tou konsantre sou apwòch inovatè nan adrès sa yo defi, tankou entèraksyon anammox-mikrobi pou retire nitwojèn inovatè soti nan dlo ize yo anamoinesinsezin anamoinmoxeclectements anamoinmoxecels analmoxecels anmèdan anmamo nan setmeticlements anmèdan anamoinmo- ak bakteri Anammox. Rechèch sa a ap fèt pandan y ap eksplore nouvo aplikasyon pou biotechnologie, tankou retire amonyak soti nan dlo ize salin lè l sèvi avèk marin Anammox bakteri (MAB).

Anammox bakteri egziste nan yon rezo konplèks ekolojik kote yo kominike avèk yon varyete de lòt popilasyon microbes nan anviwònman natirèl la, sistèm tretman dlo ize, ak kilti anrichisman. Etandone ke Anammox te parèt kòm yon pwosesis kle pou denitrifikasyon dlo ize, konprann sa yo entèraksyon konplèks microbes pa sèlman anrichi konpreyansyon nou nan monte bisiklèt azòt microbes men se tou esansyèl pou devlope pwochen-jenerasyon teknoloji tretman dlo ize. Tipikman, nan yon sistèm yon sèl-etap PN\/A, Anammox bakteri coexist ak bakteri amonyak oksidant (AOB) nan patikil yo fòme yon relasyon symtrophic, kidonk reyisi denitrifikasyon pi efikas. AOB ki pasyèlman oksidasyon NH 4+ NO2−, ak NO2 -pwodwi a pwodwi kòm yon aksepte elèktron pou bakteri Anammox, oksidant NH 4+ ak pwodwi N2. Avantaj nan yon yon sèl-etap PN\/A sistèm.

Interactions between anammox bacteria and (A) ammonia oxidizing bacteria (AOB) and nitrite oxidizing bacteria (NOB), (B) ammonia oxidizing archaea (AOA), (C) complete ammonia oxidizing (comammox) bacteria, and (D) nitrate\/nitrite-dependent anaerobic methane oxidizing (n-DAMO) microorganisms.

Malgre ke yon sèl-etap PN\/A sistèm lan gen avantaj sou sistèm nan de-etap, tanperati ki pi ba ki afekte aktivite a nan AOB ak Anammox, osi byen ke kenbe yon ki estab pa gen okenn 2- pwodiksyon, poze defi nan operasyon an nan byoreactors ak aplikasyon an nan pwosesis anammox nan tretman dlo ize Minisipal. Anplis de sa, nati a oksijèn-depandan nan PN ajoute yon kouch konpleksite nan operasyon reaktè. Pwovizyon pou oksijèn apwopriye ka limite oksidasyon an nan NH 4+ pa gen okenn 2-, kidonk ki afekte retire nan NH 4+ pa bakteri Anammox. Kontrèman, sou-aeration ka mennen nan depase pwodiksyon NO2, ki inibit bakteri anammox ak stimul NOB. Sa a pwodui efluan ki rich nan nitrat (NO3–) ak NOB, ki fè bakteri Anammox outcompete. Akimilasyon nan NO3-, si wi ou non soti nan aktivite nan metabolik nannan nan bakteri Anammox oswa NOB, ka diminye bon jan kalite a an jeneral nan efluan la. Se poutèt sa, li nesesè yo devlope metòd pi efikas ak ki estab bay pa gen okenn 2- Anammox.

Kouti Anammox ak amonyak-oksidant archaea (AOA) se yon zòn émergentes nan rechèch ki pwomès yo bay yon sistèm tretman pi solid ak efikas konpare ak PN tradisyonèl\/A ak AOB. AOA se yon branch dominan nan phylum Thaumarchaeota yo te jwenn nan divès anviwònman oligotwofik, tankou zòn minimòm oksijèn (OMZs). Konpare ak AOB, AOA gen yon detèminasyon ki pi wo a fluctuations tanperati anbyen e li gen yon vokasyon siyifikativman pi wo pou oksijèn ak NH 4+. Segondè AOA a pou NH 4+ ak oksijèn pèmèt li opere avèk efikasite nan anviwònman ki gen konsantrasyon ki ba substrate. Pwopriyete sa yo ka fè AOA apwopriye pou konbinezon ak Anammox pou tretman dlo ize domestik, ki souvan gen fluctuation kondisyon opere tankou chanjman tanperati ak konsantrasyon amonyòm ki ba. Modèl biofilm sijere ke AOA ka bay yon sous pi estab nan NO 2- pase AOB nan pi ba konsantrasyon amonyak.

Malgre ke etid sa yo bay Sur prometteur nan potansyèl la nan AOA-Anammox sistèm, optimize sa a patenarya microbes nan pi gwo-echèl aplikasyon pou rete yon defi. Anplis de sa, AOA yo entravée pa to kwasans ralanti yo ak kapasite pòv yo fòme biofilms, fè yo mwens apwopriye pou aplikasyon pou lavi reyèl kote rapid aktivite microbes ak fòmasyon biofilm ki estab yo kritik. Nan contrast, konplè bakteri amonyak oksidant (COMAMMOX) bakteri ofri yon altènatif pi efikas. Konpare ak AOA, bakteri Comammox pa sèlman montre pi gwo pousantaj kwasans, men tou, gen yon vokasyon substrate pi laj epi yo ofri posibilite pou kwasans nan biofilms makonnen ak Anammox. Comammox bakteri yo se yon sou nan genus Nitrospira a ak kapasite a inik fè tou de etap nan nitrifikasyon epi yo ka oksidasyon NH 4+ NO2– ak plis nan NO3 - nan yon òganis sèl. Etid yo te rapòte viv ansanm ak koperasyon nan Comammox ak Anammox bakteri pandan denitrifikasyon nan laboratwa ak gwo-echèl sistèm tretman dlo ize. Sepandan, sistèm sa yo pa te okòmansman ki fèt anrichi Anammox-Commamox kominote espesyalman. Designing ak etabli kominote sentetik se pi difisil, ak mwens etid yo te eseye enjenyè oswa anrichi pou entèraksyon sa yo. Yon etid pa Gottshall ak kòlèg li etabli sentetik Anammox-Commamox kominote nan enklizyon pèl hydrogel. Nan pèl sa yo, bakteri Comammox te okipe zòn nan aerobic ekstèn, pandan y ap Anammox bakteri abite nan kouch anoksik anba a. Sa a entèraksyon ak aranjman espasyal lakòz nan retire prèske konplè nitwojèn ak siyifikativman redwi NO3 - fòmasyon, yon karakteristik kle nan tretman dlo ize, kote NO3 - se yon byproduct vle. NO3-konsantrasyon ki ba nan dlo ize a ka rive akòz aktivite a nitrat-diminye amonyak (DNRA) aktivite nan bakteri anammox ak\/oswa denitrifiers etewotwofik.

Nan yon lòt etid, yo te etabli yon kominote comammox-anammox lè l sèvi avèk Nitrospira inopinata ak Anammox, ki te ko-enkapsule ak kabòn nan pèl hydrogel. Sa a konfigirasyon reaktè roman itilize chofaj radyan nan kabòn nan ko-enklizyon ak òganis yo reyalize prèske konplè NH 4+ retire nan tanperati ki ba (sètadi, 4 degre) lè trete effluan sentetik ak aktyèl prensipal soti nan plant tretman dlo ize minisipal yo.

Bati sou sa yo jwenn, plis etid yo te mete aksan sou ki segondè NH 4+ ak konsantrasyon oksijèn ki ba yo se yo ki pami paramèt yo ki pi enpòtan pou fè pwomosyon anrichisman ak aksyon sinèrjetik nan bakteri fakiltatif ak anaerobik reyalize denitrifikasyon endikap dlo ize. Rechèch pwochen yo ta dwe konsantre sou devlope fòma granulaire apwopriye pou sekans reyaktè pakèt (SBRs) ak bezwen yo dwe teste anba kondisyon pratik ak nan pi gwo-echèl sistèm tretman dlo ize. Sistèm granulaire natirèlman ogmante pousantaj transfè mas akòz zòn sifas ogmante yo ak dinamik koule optimize, ki se esansyèl pou difizyon efikas nan substrate ak oksijèn nan biofilm la. Anplis de sa, sistèm sa yo gen pi wo retansyon Biomass, plis ki estab kominote microbes, ak kondisyon volim reaktè yo redwi anpil akòz Compact nan sistèm granulaire. Sistèm granulaire comammox-anammox yo tou pi toleran nan fluctuations nan konsantrasyon substrate ak kondisyon anviwònman an. Lè ou konsidere avantaj sa yo, devlopman sistèm granulaire comammox-anammox ta ka yon gwo avanse nan aplikasyon pratik entèraksyon sa a. Objektif final la se esplwate microaerophilicity nan entèraksyon an A. microbiophilum-anammox pou konsève pou enèji aere ak maksimize itilize nan sa a patenarya microbes pou retire efikas nitwojèn.

Entèraksyon an senbyotik ant anammox ak nitrat\/NITRITE-depandan anaerobik metàn oksidant (N-DAMO) mikwo-òganis bay yon apwòch inik ak anviwònman an dirab pou retire similtane nan nitwojèn anaerobik ak metàn (CH4) nan sistèm tretman dlo ize. Kominote a microbes ki enplike nan pwosesis la N-DAMO gen ladan yon gwoup bakteri soti nan phylum NC10 a (sètadi, candidatus methylomirabilis) ak yon gwoup arkeal soti nan phylum euryarchaeota a (sa vle di, candidatus methanoperedens). Bakteri N-Damo yo kapab redwi pa gen okenn 2- N2, pandan y ap N-Damo archaea a diminye pa gen okenn 3- pa gen okenn 2-, tou de lè l sèvi avèk CH4 kòm yon donatè elèktron. Konbine Anammox ak pwosesis la N-Damo pèmèt pou retire anaerobik anaerobik nan CH4 ki fonn, NH 4+, pa gen okenn 2-, epi pa gen okenn 3- soti nan dlo ize. Dènye pwogrè yo te demontre kouti sinèrjetik nan pwosesis anaerobik ak Damo nan konfigirasyon byoreactor tankou réacteurs biofilm manbràn (MBFRs) ak k ap deplase réacteurs biofilm kabann (MBBRs) makonnen ak fib kre. Sa yo konfigirasyon reaktè pèmèt pou efikas retansyon Biomass ak livrezon CH4 via manbràn ak fib kre, konsa etabli yon mikwo -anviwònman optimal pou Anammox ak Damo òganis.

Sepandan, malgre avantaj ki genyen nan manbràn ki baze sou konfigirasyon, gen defi nan mete ann aplikasyon yo nan pi gwo-echèl sistèm yo. Zòn nan sifas segondè nan manbràn lan se nesesè yo kenbe ralanti-ap grandi mikwo-òganis, ki siyifikativman ogmante depans envestisman. Anplis de sa, li pran apeprè 1-3 ane pou N-DAMO ak bakteri anaerobik yo fòme yon biofilm, ki siyifikativman ogmante tan kòmanse-up. Devlopman nan granulaire Damo bay nouvo opsyon pou konfigirasyon reaktè pi efikas, konsa pran yon etap nan direksyon pou aplikasyon pratik. Etid la te montre ke itilize nan granules anaerobik ki gen matirite kòm biocarriers akselere fòmasyon nan N-Damo granules. Sa a se patikilyèman enpòtan paske nan etid anvan yo, li te pran plis pase yon ane yo jwenn N-DAMO granules soti nan Flocs sispann. Sistèm granulaire Damo-AnamoMox la te montre tou pi wo pousantaj transfè mas, pi wo retansyon Biomass, yon rediksyon enpòtan nan kondisyon volim reaktè, ak pi gwo tolerans nan fluctuations nan konsantrasyon manje ak kondisyon opere tankou to loading nitwojèn ak tanperati. Malgre ke entèraksyon an Anamox-N-Damo te montre pwomès, li rete yon defi pou yon ekstansyon pou li nan aplikasyon pou laboratwa a aplikasyon pou gwo-echèl. Rechèch pwochen pral konsantre sou optimize pwosesis la anaerobik-DAMO amelyore efikasite retire nitwojèn ak tès pwosesis la nan tanperati ki pi ba, adrese transfè mas ak pwoblèm difizyon, ak fè tès pilòt lè l sèvi avèk dlo ize aktyèl.

Retire inovatè nitwojèn nan dlo ize lè l sèvi avèk entèraksyon anammox-microbes ofri yon nouvo apwòch nan adrès defi ki pèsiste nan aplikasyon Anammox ak tradisyonèl PN\/A sistèm. Rezistans nan AOA nan fluctuations anviwònman ak vokasyon segondè li yo pou oksijèn ak NH 4+, ansanm ak kapasite nan bakteri comammox fè de etap nitrifikasyon, ofri altènativ pwomèt AOB pou PN\/A. Sepandan, to kwasans lan dousman nan AOA ak defi nan comammox nan fòmasyon biofilm mete aksan sou limit intrinsèques ki gen ankò yo dwe simonte pa rechèch émergentes. Anplis de sa, malgre pwomès la nan entèraksyon senbyotik ant Anammox ak N-Damo mikwo-òganis nan echèl la laboratwa, dekale sa yo entèraksyon nan aplikasyon pou plen-echèl rete yon defi enpòtan ak mete aksan sou bezwen pou plis rechèch optimize pwosesis sa yo pou aplikasyon pou mond reyèl la.

Etid sa yo sijere ke entegre pwosesis sa yo microbes gen potansyèl la nan adrès kèk nan pwoblèm yo ki potansyèl ak aplikasyon Anammox, men yo pa konplètman rezoud defi sa yo. Anplis de sa, entegrasyon an nan sa yo innovations prezante defi adisyonèl ki bezwen yo dwe adrese. Sepandan, gen valè nan eksplore apwòch rechèch miltip pi lwen pase metòd tradisyonèl tankou sa a se chemen an nan kreye dekouvèt nouvo, solisyon, ak aplikasyon pou. Anplis de sa, etid sa yo te fè kontribisyon enpòtan nan konpreyansyon yo genyen sou dinamik yo konplèks microbes ki antoure bakteri Anammox, ki se kritik pou amelyore ki deja egziste ak nouvo inite tretman dlo ize. Malgre ke aplikasyon an nan entèraksyon sa yo roman pa ka bay solisyon konplè nan obstak ki egziste deja nan pwochen prévisible, li mete aksan sou bezwen nan konsantre rechèch nan lavni sou tradui siksè laboratwa nan pratik, solisyon évolutive pou tretman dlo ize minisipal yo.