Bacterias anaerobias oxidantes de amonio de bacterias rojas
En el siglo XX, la población mundial se triplicó y el uso humano del agua se quintuplicó. Alrededor de 1.200 millones de personas sufrieron escasez de agua, especialmente la escasez de agua, que se ha convertido en un recurso común que enfrenta el mundo. Las aguas residuales de crisis, domésticas, industriales y agrícolas son las principales fuentes de aguas residuales, y el tratamiento de aguas residuales se ha convertido naturalmente en una industria emergente. La esencia del tratamiento biológico de las aguas residuales es descomponer la materia orgánica de las aguas residuales mediante la actividad metabólica de los microorganismos, logrando así el propósito de purificar las aguas residuales. Si bien mejora la calidad del agua, el tratamiento de aguas residuales también requiere tecnologías con bajo consumo de energía y baja pérdida de recursos. La conversión autótrofa completa de nitrógeno que combina procesos anaeróbicos de oxidación y nitrificación de amonio es la forma más sostenible de desnitrificar las aguas residuales. Las bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio son las portadoras de este camino mágico.
En las noticias, las bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio se llaman bacterias rojas. ¿Por qué? Las bacterias oxidantes de amonio anaeróbicas son de forma esférica y ovalada, con un diámetro de aproximadamente 0,8 a 1,1 μm. En la naturaleza y en los sistemas de tratamiento biológico de aguas residuales, la abundancia de bacterias oxidantes de amonio anaeróbicas es muy baja y su actividad es casi indetectable. están en biopelículas Cuando hay poca actividad, el lodo no es el negro habitual, sino que aparece gris. Después de un período de aclimatación, a medida que aumenta el número de bacterias, el color del lodo cambia a marrón rojizo ya que contienen bacterias oxidantes de amonio anaeróbicas. ricos en citocromos. Cuando se convierte en la flora bacteriana dominante, el lodo de anammox maduro tendrá un hermoso color rojo intenso y el cambio en el color del lodo también se puede utilizar como indicador del proceso de puesta en marcha del reactor de anammox. Debido a su distintivo color rojo, los trabajadores de la planta de tratamiento de aguas residuales comúnmente la llaman bacteria roja.
El viaje del descubrimiento de las bacterias rojas: Los microorganismos utilizados para el tratamiento de aguas residuales siempre han existido en la naturaleza, pero entrar al campo de las aguas residuales para mostrar sus poderes mágicos es porque la comprensión humana ha llegado tarde o temprano, y las personas han Empecé a empezar. Por ejemplo, las bacterias fotosintéticas que florecieron hace 2 mil millones de años se han utilizado con éxito en procesos orgánicos de aguas residuales desde la década de 1970. Sin embargo, el descubrimiento y la aplicación de bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio, que están igualmente extendidas en la naturaleza, son mucho más dramáticos y tortuosos. En 1977, los científicos especularon que puede haber microorganismos quimioautótrofos en la naturaleza que pueden oxidar NH4+ en N2, pero no hubo evidencia experimental que lo respalde hasta finales de la década de 1980. Fluidización de la desnitrificación de aguas residuales en una fábrica de levadura en Delft, Países Bajos. En el reactor, se descubrió un fenómeno extraño. Cuando el NH4+ desapareció en el reactor, se generó N2 al mismo tiempo. Se puede juzgar que hay una reacción anaeróbica de oxidación de amonio que los científicos habían especulado antes. Después de tres años de repetición, los científicos confirmaron la existencia de esta vía metabólica en 1990. En comparación con la nitrificación, la oxidación anaeróbica del amonio reemplaza el oxígeno con nitrito y cambia el aceptor terminal de electrones; en comparación con la desnitrificación, el amoníaco reemplaza la materia orgánica y cambia el donante de electrones; La fórmula de la reacción química es la siguiente: NH4+ + NO2- →N2+ 2H2O
Pero esta bacteria mágica no es fácil de controlar, se utilizan métodos tradicionales de separación por dilución en serie y extracción en placa, como la separación lineal y microscópica. La separación unicelular fracasó. En 1999, los científicos holandeses utilizaron la centrifugación en gradiente de densidad para obtener bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio por primera vez. Entre 200 y 800 células contenían solo una célula contaminada. Desafortunadamente, hasta el día de hoy no se han obtenido en el mundo cepas de cultivo puro de bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio. Afortunadamente, muchos científicos trabajaron juntos para abordar el problema. En 2006, utilizaron métodos de genómica ambiental para secuenciar el genoma completo de esta cepa de cultivo no puro de bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio y descubrieron que más de 200 genes están involucrados en su corta duración. Transformación de rango y metabolismo del nitrógeno amoniacal.
El oxidante de amonio anaeróbico, que representa más del 30% del volumen celular total, es el orgánulo más importante y único de las bacterias oxidantes de amonio anaeróbico. Se supone que es la fuente de producción de energía celular de las bacterias. origen endógeno También es el primer orgánulo productor de energía independiente descubierto en células procarióticas, similar a la función de las mitocondrias en las células eucariotas. Las bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio pueden oxidar directamente el nitrógeno amoniacal y el nitrógeno nitrito en gas nitrógeno en condiciones anóxicas sin la participación de materia orgánica. En comparación con el engorroso proceso de transferencia de electrones de las reacciones tradicionales de nitrificación y desnitrificación, reduce en gran medida el consumo de energía y es el método más eficiente. El método económico de desnitrificación biológica, cuyo costo de desnitrificación es solo una décima parte del tradicional, sin duda se ha convertido en una dirección muy atractiva para el tratamiento de desnitrificación de aguas residuales.
Solo existen en el mundo más de 10 plantas de tratamiento de aguas residuales anaeróbicas a gran escala por oxidación de amonio. En 2002, después de tres años y medio de depuración, se construyó en Rotterdam (Países Bajos) el primer reactor de tratamiento de aguas residuales de oxidación anaeróbica completa y orientado a la producción en Rotterdam, Países Bajos, y finalmente alcanzó una operación estable.
El proceso de puesta en marcha de un reactor anaeróbico de oxidación de amonio es esencialmente un proceso de activación y proliferación de microorganismos en el mismo. Dado que las bacterias anaeróbicas oxidantes de amonio tardan 11 días en completar la duplicación, el coeficiente de rendimiento del lodo es bajo y la actividad es alta. fácilmente inhibido por el oxígeno. El tiempo de puesta en marcha suele tardar medio año. Anteriormente, se han establecido más de 10 proyectos a gran escala de tratamiento de aguas residuales por oxidación de amonio anaeróbico en el mundo, incluidos los Países Bajos, Alemania, Japón, Australia, Suiza y el Reino Unido, así como varios en China. La planta de tratamiento de aguas residuales por oxidación se considera una comparación a nivel nacional.
Aunque la tecnología de tratamiento de desnitrificación de aguas residuales con oxidación anaeróbica de amonio tiene excelentes ventajas, como tratamiento biológico, debe tener limitaciones biológicas generales, como poca resistencia al impacto, gran impacto ambiental y efectos nocivos sobre la materia orgánica en las aguas residuales. Los requisitos de proporción de contenido son relativamente estrictos. El desarrollo y la utilización de bacterias de ingeniería compuestas y el estudio de procesos combinados se convertirán en la dirección de desarrollo futuro de la tecnología de tratamiento de aguas residuales por oxidación anaeróbica de amonio. El efecto sinérgico de las bacterias y las microalgas también es un tema candente.