Im Stickstoffkreislauf von Kläranlagen und natürlichen aquatischen Umgebungen ist die Umwandlung von organischem Stickstoff in Ammoniakdioxid einer der Kernprozesse.sogenannte Ammonifizierung, dient als grundlegender Schritt bei der Stickstoffumwandlung und beeinflusst unmittelbar die Effizienz der anschließenden Denitrifizierung und anderer Stickstoffentfernungsreaktionen.Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Stickstoffverschmutzung in GewässernOrganischer Stickstoff ist weit verbreitet im Haushaltswasser, im Industrieabwasser und in natürlichen Gewässern vorhanden, wobei seine primären Quellen Stickstoff enthaltende organische Verbindungen wie Proteine,AminosäurenDiese Stoffe müssen durch mikrobielle Stoffwechselprozesse zersetzt und schließlich in Ammoniak Stickstoff (ce{NH3-N} oder ce{NH^{+}_{4}-N}) umgewandelt werden.der dann an der anschließenden Stickstoffmigration und -umwandlung teilnimmt.
1Der Kernprozess der Umwandlung von organischem Stickstoff in Ammoniak
Ammonifizierung bezeichnet die biochemische Reaktion, bei der stickstoffhaltige Gruppen in organischen Stickstoffverbindungen durch die Katalyse von Mikroorganismen allmählich abgebaut werden,letztendlich Ammoniak Stickstoff freisetzenAbhängig von der Art der beteiligten Mikroorganismen und den Reaktionsbedingungen kann die Ammonifizierung in aerobe und anaerobe Ammonifizierung eingeteilt werden.Obwohl sich ihre Reaktionswege und die dominanten Mikroorganismen unterscheiden, bestehen die Endprodukte hauptsächlich aus Ammoniak Stickstoff.
Ammonifizierung unter aeroben Bedingungen
Die aerobe Ammonifizierung ist der Prozess, bei dem aerobe Mikroorganismen organische Stickstoffverbindungen in einer sauerstoffreichen Umgebung oxidieren und zersetzen.Es verfügt über schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und eine hohe Umwandlungseffizienz, die als primäre Form der organischen Stickstoffumwandlung in der aeroben Phase der Abwasserbehandlung dient (z. B. der Belüftungstank im Aktivschlammprozess).
Umwandlungswege von organischem Stickstoff aus Proteinen
Protein ist einer der häufigsten organischen Stickstoffverschmutzer in Gewässern, und seine Umwandlung in Ammoniak Stickstoff umfasst zwei Schlüsselreaktionen.durch Proteasen katalysiert, die von aeroben Mikroorganismen ausgeschieden werdenProteasen, darunter Trypsin und Pepsin, weisen Spezifität bei der Spaltung von Peptidbindungen innerhalb von Proteinmolekülen auf.Der zweite Schritt ist die Aminosäure-Deamination., der Kernprozess der Ammonifizierung, bei dem Aminosäuren unter der Wirkung von Deaminase ihre Aminogruppe (NH2) durch oxidative Deamination, reduzierende Deamination oder hydrolytische Deamination verlieren,Umwandlung in Ammoniak Stickstoff.
Bei der oxidativen Entamination kann die Reaktion folgendermaßen dargestellt werden:
Die in Anhang I der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 aufgeführte Methode wird in Anhang I der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 festgelegt.
Das durch die Reaktion erzeugte Ammoniak (ce{NH3}) verbindet sich mit Wasserstoff-Ionen im Wasser, um Ammoniumionen (ce{NH^{+}_{4}}) zu bilden.Bei alkalischem pH-Wert, Ammoniak (ce{NH3}) dominiert; wenn der pH-Wert sauer ist, dominieren Ammoniumionen (ce{NH^{+}_{4}}).
2. Umwandlungswege von organischem Stickstoff in Harnstoffverbindungen
Harnstoff ist ein wesentlicher Bestandteil des organischen Stickstoffs im Haushaltsabwasser.unter milden Bedingungen auftreten und in einer aeroben Umgebung schnell voranschreitenUrease bricht die Amidbindung im Harnstoffmolekül auf und zerfällt direkt in Ammonium Stickstoff und Kohlendioxid.
die CO2 + H2O -> 2NH3 + CO2
Diese Reaktion erfordert keine Aminosäure-Zwischenstufe, weist eine äußerst hohe Umwandlungseffizienz auf und dient als eine der Hauptquellen für Ammoniak Stickstoff im Haushaltsabwasser.
(2) Ammonifizierung unter anaeroben Bedingungen
Anaerobe Ammonifizierung ist der Prozess, bei dem anaerobe oder fakultative anaerobe Mikroorganismen organische Stickstoffverbindungen in einer sauerstofffreien Umgebung fermentieren und zersetzen,häufig in den anaeroben Phasen der Abwasserbehandlung auftreten (z. B. anaeroben Verdauer)Im Vergleich zur aeroben AmmonifizierungDie anaerobe Ammonifizierung erfolgt langsamer und begleitet die Erzeugung von Gasen wie Methan und Schwefelwasserstoff..
Die Zersetzung von organischem Stickstoff durch anaerobe Mikroorganismen beginnt auch mit der Hydrolyse von makromolekularen organischen Verbindungen wie Proteinen,die durch anaerobe Proteasen in Aminosäuren abgebaut werdenDie Aminosäuren geben dann durch Reduktions- oder Fermentationsdeamination Ammoniak Stickstoff frei.
Die in Anhang I der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 aufgeführten Verfahren gelten nicht für die Verwendung von Kohlenwasserstoffen, sondern für die Verwendung von Kohlenwasserstoffen.
Darüber hinaus können in anaeroben Umgebungen auch komplexe organische Stickstoffverbindungen wie Nukleinsäuren und Humus von Mikroorganismen allmählich abgebaut werden, wodurch Ammoniak Stickstoff freigesetzt wird.der Umwandlungsprozess ist komplexer und beinhaltet die synergistische Wirkung mehrerer Enzyme.
II. Wichtige Mikrobiengruppen, die an der Ammonifizierung beteiligt sind
Die Essenz der Ammonifizierung ist der Stoffwechselprozess von Mikroorganismen, an dem eine Vielzahl von mikrobiellen Arten beteiligt ist, darunter Bakterien, Pilze, Actinomyceten und mehr.Verschiedene Mikroorganismen weisen unterschiedliche Fähigkeiten auf, organischen Stickstoff zu zersetzen und sich an Umweltbedingungen anzupassen..
` ` (1) Bakteriengruppen
Bakterien sind die dominierenden Mikroorganismen in der Ammonifizierung, hauptsächlich in aerobe und anaerobe Typen eingeteilt.und Proteus, die sich unter aeroben Bedingungen rasch vermehren und eine hohe Protease- und Deaminaseaktivität aufweisen, was eine effiziente Protein- und Aminosäurenzerlegung ermöglicht.Anaerobe ammonifizierende Bakterien werden durch Gattungen wie Clostridium und Methanogene dargestelltClostridium kann Proteine unter anaeroben Bedingungen zersetzen, um Ammoniak Stickstoff und organische Säuren zu erzeugen.Während Methanogene einfache organische Stickstoffverbindungen zur weiteren Gärung verwenden und an Ammonifizierungsreaktionen teilnehmen.
(2) Pilz- und Aktinomycetentaxen
Pilze und Aktinomyceten spielen auch eine wichtige Rolle bei der Umwandlung von organischem Stickstoff, insbesondere bei der Behandlung von Abwasser mit komplexem organischem Stickstoff,Einheitliche Anlagen für die Verarbeitung von Abwasser. Pilze wie Aspergillus und Penicillium können verschiedene extrazelluläre Enzyme ausscheiden, um gebundenen organischen Stickstoff in widerstrebende organische Verbindungen wie Zellulose und Lignin zu zersetzen; Streptomyces,eine Gattung von ActinomycetesDie durch ihren Stoffwechsel erzeugten Enzyme können die stabile Struktur von Humstoffen brechen und Ammoniak Stickstoff freisetzen.
3, Schlüsselfaktoren für die Umwandlung von organischem Stickstoff in Ammoniak Stickstoff
Die Effizienz der Ammonifizierung wird durch verschiedene Umweltfaktoren und Substratmerkmale beeinflusst.Durch die Regulierung dieser Faktoren kann die Umwandlungsrate von organischem Stickstoff in Ammoniakdioxid effektiv verbessert werden., die günstige Bedingungen für die anschließende Nitrifizierung und Denitrifizierung schaffen.
(1) Temperatur
Die Temperatur ist der Kernfaktor, der die Aktivität der mikrobiellen Enzyme beeinflusst und die Geschwindigkeit der Ammonifizierungsreaktion direkt bestimmt.Die geeignete Wachstumstemperatur für ammonifizierende Mikroorganismen beträgt 20 °C bis 35 °CInnerhalb dieses Temperaturbereichs ist die Enzymaktivität hoch, und die Ammonifizierungsreaktionsgeschwindigkeit beschleunigt sich mit steigender Temperatur.die Stoffwechselrate der Mikroorganismen deutlich abnimmt, wird die Enzymaktivität gehemmt und die Wirksamkeit der Ammonifizierung sinkt deutlich; wenn die Temperatur 40 °C übersteigt, werden die Enzymproteine in mikrobiellen Zellen denaturiert,die zur Stagnation der Ammonifizierungsreaktion führtIn der eigentlichen AbwasserbehandlungEs ist häufig notwendig, die hydraulische Retentionszeit zu verlängern oder die Schlammkonzentration im Winter bei niedrigen Temperaturen zu erhöhen, um den Rückgang der Ammonifizierungseffizienz auszugleichen..
(2) pH-Wert
Der pH-Wert beeinflusst indirekt die Ammonifizierung, indem er die Wachstumsumgebung und die Enzymaktivität der Mikroorganismen beeinflusst.0, in denen die Protease- und Deaminaseaktivität der Mikroorganismen am höchsten ist;0, wird die räumliche Struktur des Enzyms gestört, das mikrobielle Wachstum wird gehemmt und die Ammonifizierungsreaktion wird behindert.Anaerobe ammonifizierende Mikroorganismen haben einen relativ breiten Anpassungsbereich an pH-Werte, mit einem geeigneten pH-Bereich von 6,0 bis 7.5. Eine leicht saure Umgebung fördert den Fermentationsstoffwechsel von anaeroben ammonifizierenden Bakterien.die wiederum die Substratversorgung für nachfolgende Nitrifizierungsreaktionen beeinflusst.
(3) gelöster Sauerstoff (DO)
Der aufgelöste Sauerstoff ist eine Schlüsselbedingung, um die aeroben und anaerobe Ammonifizierung zu unterscheiden.Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs muss auf 2 mg/L bis 4 mg/L gehalten werden, um den Atembedarf der aeroben Ammonifizierungsmikroorganismen zu decken.. Wenn die Konzentration des gelösten Sauerstoffs unter 0,5 mg/l liegt, wird die Aktivität der aeroben Mikroorganismen gehemmt,und anaerobe ammonifizierende Mikroorganismen werden zur dominierenden mikrobiellen GruppeIn Prozessen wie A 2/O und Oxidationsgräben in der Abwasserbehandlung wird der synergistische Prozess der organischen Stickstoffammonifizierung, Nitrifizierung,und Denitrifizierung kann durch Kontrolle der Konzentration des gelösten Sauerstoffs in verschiedenen Bereichen erreicht werden.
(4) Arten und Konzentrationen organischer Stickstoffsubstrate
Die Art und Konzentration der organischen Stickstoffmatrix beeinflusst unmittelbar die Ammonifizierungsrate und -grad.Kleinmolekulare organische Stickstoffverbindungen (z. B. Aminosäuren und Harnstoff) können direkt von Mikroorganismen absorbiert und genutzt werden, mit einer schnellen Ammonifizierungsrate;Organische Stickstoffverbindungen mit großem Molekül (z. B. Proteine und Nukleinsäuren) müssen Hydrolyse-Reaktionen durchlaufen, um in kleine Molekülstoffe zu zerfallenAußerdem kann eine zu hohe Konzentration an organischem Stickstoff zu einem Ungleichgewicht des osmotischen Drucks der mikrobiellen Zellen führen.Hemmung des mikrobiellen Wachstums■ Wenn die Konzentration zu niedrig ist, kann sie nicht ausreichend Nahrung für Mikroorganismen liefern, und die Wirksamkeit der Ammonifizierungsreaktion ist gering.für Abwasser mit hoher Konzentration an organischem Stickstoff, Vorbehandlungsprozesse (z. B. Hydrolyse-Säuerung) werden häufig verwendet, um großen molekularen organischen Stickstoff in kleine molekulare Stoffe zu zersetzen,Auf diese Weise wird die Effizienz der anschließenden Ammonifizierung verbessert..
(5) Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft
Die Vielfalt und Fülle der mikrobiellen Gemeinschaften sind die wichtigsten biologischen Faktoren, die die Ammonifizierung beeinflussen.Wenn die Vielfalt der ammonifizierenden Mikroorganismen im System reichlich vorhanden ist und die Anzahl der dominierenden Bakteriengruppen ausreichtDie Effizienz der organischen Stickstoffzersetzung und -umwandlung ist höher.wenn die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft einzeln ist oder Hemmstoffe (wie Schwermetalle) vorhanden sind, toxische organische Verbindungen), die den Tod dominierender mikrobieller Gemeinschaften verursachen, wird die Ammonifizierung stark beeinträchtigt.Wirksam ammonifizierende mikrobielle Gemeinschaften können durch Zugabe von ammonifizierenden Mitteln oder durch Impfung von reifen Schlamm schnell hergestellt werden, wodurch der Zyklus der Inbetriebnahme des Systems verkürzt wird.
4Die Umwelt- und Ingenieurtechnische Bedeutung der Umwandlung von organischem Stickstoff in Ammoniaknitrogen
Die Umwandlung von organischem Stickstoff in Ammoniak Stickstoff ist ein wichtiges Glied im Stickstoffkreislauf und hat sowohl in natürlichen Umgebungen als auch in Abwasseraufbereitungsprojekten große Bedeutung.
In natürlichen Gewässern kann durch Ammonifizierung erzeugter Ammoniak Stickstoff Stickstoffquellen für Phytoplankton, Algen usw. liefern und den Stoffkreislauf von aquatischen Ökosystemen fördern.Übermäßiger Ammoniak Stickstoff kann zur Eutropisierung von Gewässern führenIn der Abwasserbehandlung ist die Ammonifizierung eine Voraussetzung für die biologische Denitrifizierung. 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), wodurch eine vollständige Abfertigung von Stickstoff erreicht wird.Der ammoniakhaltige Stickstoff, der durch die Ammonifizierung erzeugt wird, kann die organischen Säuren neutralisieren, die während des Verdauungsprozesses entstehen., die Stabilität des pH-Wertes des Systems aufrechtzuerhalten und den reibungslosen Ablauf der anaeroben Verdauung zu gewährleisten.
V. Schlussfolgerung
Die Umwandlung von organischem Stickstoff in Ammoniak Stickstoff ist ein komplexer mikrobieller Prozess, der von mehreren Faktoren wie Temperatur, pH-Wert, gelöstem Sauerstoff,und Substrat-Eigenschaften. 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- Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Anforderungen an die Steuerung der Wasserumgebung ist es notwendig, den Stoffwechselregulationsmechanismus von ammonifizierenden Mikroorganismen weiter zu untersuchen,Entwicklung effizienter ammonifizierender Bakterien und Strategien zur Prozessoptimierung in Zukunft, und eine stärkere technische Unterstützung für die Lösung des Problems der Stickstoffverschmutzung in Gewässern.
