廃棄物水処理システムと天然水中環境の窒素サイクルでは 有機窒素をアモニア窒素に変換することが 主要なプロセスですアムニフィケーションとして知られています窒素変換の基本的ステップとして機能し,次なるデニトリフィケーションおよび他の窒素除去反応の効率に直接影響します.水体内の窒素汚染を制御する上で重要な役割を果たします有機窒素は,家庭用排水,産業用廃水,天然水体に広く存在し,その主要な源には,タンパク質などの窒素を含む有機化合物が含まれます.アミノ酸これらの物質は微生物の代謝過程で分解され 最終的にアンモニア窒素に変換されその後の窒素移動と変換に参加します.
1オルガニック窒素をアモニアに変換するコアプロセス
アモニフィケーションとは有機窒素化合物における窒素を含むグループが微生物の催化により徐々に分解する生化学反応を意味します原子炉から原子炉へアモニフィケーションは,微生物の種類と反応条件に応じて,有酸素と無酸素に分類される.細菌の反応経路と 主要な微生物はそして,最終的な製品は主にアモニア窒素からなる.
アエロビック条件下でのアモニフィケーション
エアロビックアモニフィケーションは,酸素豊富な環境で有酸素窒素化合物を酸化し分解する有酸素微生物のプロセスです.反応率も高速で 変換効率も高い排水処理の有酸素段階における有機窒素変換の主な形態として機能している (例えば活性化泥処理の空気タンク).
タンパク質性有機窒素の変換経路
タンパク質は水中の最も一般的な有機窒素汚染物質の1つで, 窒素がアンモニアに変換されるには2つの重要な反応があります.エアロビック微生物が分泌するタンパク質によって催化されますトリプシンやペプシンを含むタンパク質は タンパク質分子内のペプチド結合を 分裂する特異性を示しています2つ目のステップはアミノ酸消毒です核酸がデアミナゼの作用下において 酸化デアミナゼ,還元デアミナゼ,または水解脱デアミナゼによってアモニア,窒素に変換する.
酸化除酸化を例として,その反応は以下のように表される.
塩基配列は,
反応によって生成されるアンモニアは水中の水素イオンと結合してアンモニアイオンを形成します. 両者の比率は水のpHに依存します.pHがアルカリ化するとpHが酸性であれば,アンモニアイオンが支配する.
2オーガニック窒素の変換経路
Ureaは,家庭用下水中の有機窒素の重要な成分です.軽度の条件下で発生し,エアロビック環境で急速に進行するUreaseは,尿素分子内のアミド結合を壊し,直接それをアンモニア窒素と二酸化炭素に分解します.
炭素は,炭素の2倍に等しい.
この反応にはアミノ酸中間段階を必要とせず,非常に高い変換効率を示し,家庭用廃水におけるアモニア窒素の主要な源の一つとして機能します.
(2) アナエロビック条件下でのアモニフィケーション
アナエロビックアモニフィケーションは,無酸素または選択性無酸素微生物が酸素のない環境で有機窒素化合物を発酵し分解するプロセスです.排水処理の無酸素段階 (無酸素消化機など) でよく起こりますアエロビックアモニフィケーションと比較するとアナエロビクアモニフィケーションは ゆっくりと進行し メタンや硫化水素などのガスの生成に伴います.
微生物による有機窒素の分解は タンパク質や 微生物などのマクロ分子有機化合物の水解から始まりますアナエロビックプロテアースによって 分解されその後,アミノ酸は減量除酸化または発酵除酸化によってアモニア窒素を放出します. 減量除酸化を例として,反応方程式は:
塩基配列は,
さらに,無酸素環境では,核酸や湿液などの複雑な有機窒素化合物は,微生物によって徐々に分解され,アモニア窒素を放出することができます.変換プロセスはより複雑で 多数の酵素の合成作用を伴う.
II. 大規模な微生物群がアモニフィケーションに関与する
細菌,真菌,アクチノマイケテスなど 様々な微生物種を 含む微生物の代謝プロセスです異なる微生物は有機窒素を分解する能力と 環境条件への適応性に変化を示します.
バクテリアグループ
バクテリアはアンモニフィケーションにおける支配的な微生物であり,主に有酸素および無酸素タイプに分類される.そしてプロテウスタンパク質とアミノ酸分解を効率的に可能にします タンパク質とアミノ酸分解はアナエロビクアモニファイングバクテリアは クラストリジウムやメタノゲンなどの種によって 代表されていますクロストリジウムは 無酸素状態で タンパク質を分解し 窒素と有機酸を産生しますメタノゲン菌は 単純な有機窒素化合物を利用し 更に発酵し 溶解反応に参加します.
(2) Fungal and actinomycete taxa 菌類とアクチノマイケート・タクサ
菌類とアクチノマイセテスは有機窒素の変換にも重要な役割を果たします 特に複雑な有機窒素を含む廃水処理には印刷や染料の廃棄水や 医薬品の廃棄水などアスペルギルスやペニシリウムなどの真菌は 細胞質やリグニンなどの 反抗性有機化合物における 有機窒素を分解する様々な細胞外酵素を分泌しますアクチノマイケテスの属代謝によって生じる酵素は 安定した構造を壊し 窒素を放出します
3アモニア窒素に有機窒素の変換に影響するキー要因
排水処理システムでは 排水処理の効率は 環境要因や 基板の特徴によって 左右されますこれらの要因を規制することで 有機窒素からアモニア窒素への変換率を効果的に改善できます微生物の細胞は 微生物の細胞を
(1) 温度
温度は微生物酵素活動に影響する 核要因であり 直接アンモニフィケーション反応の速さを決定します細菌の成長温度は 20°C~35°Cですこの温度範囲内では,酵素の活性が高く,酸化反応率は温度上昇とともに加速します.微生物の代謝率が著しく低下します微生物細胞内の酵素タンパク質は 代謝されアモニフィケーション反応の停滞に繋がる実際の排水処理では冬の低温条件下でのスラッド濃度を増やしたり,水力保持時間を延長したりすることがしばしば必要で,アンモニフィケーション効率の低下を補償します.
(2) PH値
The pH value indirectly affects ammonification by influencing the growth environment and enzyme activity of microorganisms. 微生物の成長環境と酵素活動に影響を与えることで,PH値が間接的に影響する.0微生物のタンパク質酶とデアミナゼの活動が最も高いとき pH値が5.5以下または9を超えるとき0微生物の成長が抑制され 酸化反応が阻害されますアナエロビク・アンモニフィーシング微生物は pH 値に比較的広い適応範囲を持っています6.0〜7の適した pH 範囲で5さらに,pH値は,アモニア窒素の形に影響を与えます.塩基配列の配列が変化し.
(3) 溶解酸素 (DO)
溶解酸素は,無酸素のアンモニフィケーションから有酸素のアンモニフィケーションを区別するための重要な条件です.溶けた酸素濃度は 2mg/L-4mg/L に維持されなければなりません溶解酸素濃度が0.5mg/L以下になると 微生物の活性が抑制されますそして無酸素性アンモニファイング微生物が 主要な微生物群になります排水処理におけるA2/Oや酸化溝などのプロセスでは,有機窒素の排水,窒素酸化,溶けた酸素濃度を制御することで達成できます.
(4) 有機窒素基地の種類と濃度
有機窒素マトリックスの種類と濃度は,直接アモニフィケーションの速度と程度に影響します.小分子有機窒素化合物 (アミノ酸や尿素など) は,微生物によって直接吸収され利用できます.アモニフィケーションの速さで大分子有機窒素化合物 (タンパク質や核酸など) は 小分子物質に分解するために 水解反応を受けなければなりませんさらに,有機窒素の濃度が高すぎると 微生物細胞のオスモティック圧力の不均衡を引き起こします.微生物の成長を阻害する濃度が低すぎると 微生物に十分な栄養を供給できず高濃度有機窒素の廃棄水大量の分子有機窒素を小分子物質に分解するために使用されます処理の効率を向上させる.
(5) 微生物のコミュニティ構造
微生物の多様性と豊富さは 細菌の多様化に影響する 基本的な生物学的要因ですシステム内の多様性や 多様性のある細菌群が 十分あるとき生物分解と変換の効率が高く,微生物コミュニティ構造が単一である場合や 抑制物質 (重金属など) が存在する場合排水処理システムのスタートアップ段階では, 排水処理システムに効率的なアンモニフィーシング微生物コミュニティは,アンモニフィーシングエージェントを加えたり,成熟したスラドをワクチンに投与することで,迅速に確立できます.システム開始サイクルを短縮する
4"有機窒素がアンモニア窒素に 変換される環境と工学の重要性"
オルガニック窒素をアンモニア窒素に変換することは窒素サイクルにおける重要なリンクであり,自然環境と廃棄水処理プロジェクトの両方で重要な重要性があります.
水中生態系の物質循環を促進する. しかし,水中生態系の物質循環を促進する過剰なアンモニア窒素は 水体の枯渇を引き起こす可能性があります排水処理工学では 生物学的デニトリフィケーションの前提ステップです Only by efficiently converting organic nitrogen into ammonia nitrogen can sufficient substrates be provided for subsequent nitrification reactions (ammonia nitrogen converted to nitrate nitrogen) and denitrification reactions (nitrate nitrogen converted to nitrogen)さらに,無酸素消化プロセスでは,消化過程で生成される有機酸を中和しますアナエロビック消化が 順調に進んでいきます
V. 結論
有機窒素をアモニア窒素に変換するのは 複雑な微生物によるプロセスで 温度,pH値,溶解酸素,そして基板のプロパティ. A deep understanding of the mechanism and influencing factors of ammonification has important theoretical and practical significance for optimizing sewage treatment processes and improving biological nitrogen removal efficiency水環境管理の要求の継続的な改善により 微生物の代謝制御メカニズムをさらに研究することが必要です効率的な細菌性アンモニフィケーション剤と プロセス最適化戦略を 開発する水域における窒素汚染の問題を解決するための より強力な技術支援を提供します
