Brontekst bekijken van Anammox

'''Anammox''' is de naam voor een in [[Technische Universiteit Delft|Delft]] ontwikkelde technologie voor stikstofverwijdering uit afvalwater.<ref name="Anammox Patent">A. Mulder; Gist Brocades, US5259959. [http://www.wikipatents.com/US-Patent-5259959/anoxic-ammonia-oxidation]{{dode link|datum=augustus 2017|bot=InternetArchiveBot}}</ref> Het is een [[acroniem]] voor '''AN'''oxische '''AMM'''onium '''OX'''idatie.

Het anammoxproces is een [[Bacteriën|bacterieel]] proces. De bacteriën kunnen van nut zijn bij de [[Waterzuivering|zuivering van afvalwater]]. Ze verwijderen [[nitriet]] en [[ammonium]] uit afvalwater door omzetting in [[Distikstof|stikstofgas]]. Voor de afvalwaterzuivering is dit een welkome ontwikkeling. Voor de komst van anammox moest immers alle ammonium eerst omgezet worden tot [[nitraat]] (NO<sub>3</sub><sup>−</sup>). In theorie hoeft nu maar de helft van de hoeveelheid ammonium omgezet te worden in nitriet (NO<sub>2</sub><sup>−</sup>), wat gezien maar twee in plaats van 3 zuurstofatomen bij het nitraat-ion op zich al een 2/3e besparing aan zuurstofvraag geeft. Dankzij anammox is in theorie dus in totaal maar 1/3e aan beluchting nodig. Behalve minder zuurstof (en dus minder energieverbruik door [[beluchter]]s) zijn hierdoor ook veel lagere nitraatgehaltes in het afvalwater haalbaar dan voorheen.

Lange tijd werd gedacht dat het alleen mogelijk was ammonium te oxideren onder [[aeroob|aerobe]] omstandigheden. In 1977 voorspelde de Oostenrijkse chemicus [[Engelbert Broda]] een proces waarbij ammonium werd geoxideerd zonder aanwezigheid van zuurstof. In 1986 werd in een anaerobe reactor in de afvalwaterzuivering van “[[Brocades|Gist Brocades]]” (nu [[Koninklijke DSM NV|DSM]]) in Delft een afname van ammonium waargenomen in combinatie met een toename van stikstofgas.

De bacterie verantwoordelijk voor de ammoniumoxidatie bleek nitriet als [[elektronenacceptor]] te gebruiken volgens de volgende reactie:
: NH<sub>4</sub><sup>+</sup> + NO<sub>2</sub><sup>−</sup> → N<sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>O.
Deze anaerobe ammoniumoxidatie, afgekort anammox, bleek in veel ecosystemen een belangrijke rol te spelen bij de afbraak van ammonium.
De bacterie verantwoordelijk voor dit proces werd in 1999 door Strous et al. geïdentificeerd en werd genoemd naar zijn vindplaats en stikstofconversie: ''[[Candidatus brocadia anammoxidans]]''. Inmiddels zijn er nog enkele bacteriën (naast ''brocadia'' nog vier andere [[geslacht (biologie)|genera]]) ontdekt die in staat zijn de anammox reactie uit te voeren: ''[[Candidatus kuenenia stuttgartiensis]]'' welke is gevonden in een waterzuiveringsreactor in Stuttgart, ''[[Scalindua sorokinii]]'' welke is gevonden in de Zwarte zee<ref name="Kuypers">{{cite journal |last=Kuypers |first=M.M.M. |authorlink= |coauthors=Sliekers A.O., Lavik G., Schmid M., Jorgensen B.B., Kuenen J.G., Sinninghe Damste J.S.; Strous M., Jetten M.S.M. |year=2003 |month= |title=Anaerobic ammonium oxidation by anammox bacteria in the Black Sea |journal=Nature |volume= |issue=422 |pages=608-611 |doi=10.1038/nature01472}}</ref>, ''[[Candidatus scalindua wagneri]]''<ref name="Schmid">{{cite journal| last=Schmid |first=S. |authorlink= |coauthors=Walsh K., Webb R., Rijpstra W., Irene C. van de Pas-Schoonen K., Verbruggen M.J., Hill T., Moffett B., Fuerst J., Schouten S., Damsté J.S.S., Harris J., Shaw P., Jetten M., Strous M. |year=2003 |month= |title=Candidatus Scalindua brodae, sp. nov., Candidatus Scalindua wagneri, sp. nov., two new species of anaerobic ammonium oxidizing bacteria |journal=Systematic and Applied Microbiology |volume=26 |issue=4 |pages=529-538 |doi=10.1078/072320203770865837}}</ref>, ''[[Candidatus scalindua brodae]]''<ref name="Schmid"/>, ''[[Anammoxoglobus propionicus]]''<ref name="Kartal">{{cite journal| last=Kartal |first=B. |authorlink= |coauthors= Rattray J., van Niftrik L.A., van de Vossenberg J., Schmid M.C., Webb R.I., Schouten S., Fuerst J.A., Damsté J.S., Jetten M.S., Strous M. |year=2007 |month=januari |title= Candidatus Anammoxoglobus propionicus a new propionate oxidizing species of anaerobic ammonium oxidizing bacteria |journal=Systematic and applied microbiology |volume=30 |issue=1 |pages=39-49 |doi=10.1016/j.syapm.2006.03.004}}</ref> en ''[[Candidatus jettenia asiatica]]''<ref name="Quan et al.">{{cite journal| last=Quan |first=ZX |authorlink= |coauthors=Rhee SK, Zuo JE, Yang Y, Bae JW, Park JR, Lee ST and Park YH|year=2008 |title= Diversity of ammonium-oxidizing bacteria in a granular sludge anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) reactor |journal=Environmental Microbiology |volume=10 |issue=11 |pages=3130-3139 |doi=10.1111/j.1462-2920.2008.01642.x}}</ref>.

Anammox bacteriën zijn [[chemo-litho-autotroof|chemo-litho-autotrofe]] micro-organismen en behoren tot de [[Planctomycetes|Planctomyceten]]. In tegenstelling tot andere bacteriën, bezitten Planctomyceten geen peptidoglycaan in de celwand en hebben ze [[membraan]]-omsloten compartimenten in de cel die vergelijkbaar zijn met organellen bij [[eukaryoten]]. Het anammoxproces vindt vermoedelijk plaats in deze organellen die [[Anammoxosoom|anammoxosomen]] worden genoemd. Deze anammoxosomen zijn omgeven door een membraan met zogenaamde [[Ladderaan|ladderanen]]. Dit zijn bijzondere membraan[[lipide]]n die alleen bij anammoxbacteriën voorkomen; ze hebben een grotere dichtheid dan de membraanlipiden van andere cellen. Het membraan zorgt er waarschijnlijk voor dat de toxische intermediairen van de anammoxreactie het [[organel]] niet [[Diffusie|uitdiffunderen]] waardoor het anammoxproces mogelijk wordt (Damsté et al. 2002). Met de komst van het anammox-proces worden nu lagere gehaltes aan het giftige nitriet behaald dan die voorheen haalbaar waren.

==Toepassing in waterzuivering==
De toepassing van de anammox bij het behandelen van [[afvalwater]] is het verwijderen van [[ammonium]] en bestaat uit twee aparte microbiologische processen.

# [[Oxidatie]]: De gedeeltelijke [[nitrificatie]] van de helft van het ammonium tot [[nitriet]] door ammonium oxiderende bacteriën. (AOB's) De benodigde [[dizuurstof|zuurstof]] hiervoor wordt verkregen door beluchting.
#:<chem>2 NH4^+ + 3 O2 -> 2 NO2^- + 4 H^+ + 2 H2O</chem>
# Deammonificatie (anammox): Het resterende ammonium en nitriet reageren tot [[distikstof|stikstof]] gas. Daar waar bij traditionele stikstofverwijdering via [[denitrificatie]] een koolstofbron ([[CZV]]) wordt gebruikt, wordt bij het anammox proces ammonium gebruikt. Beide vormen vinden [[anaeroob]] plaats.
#:<chem>NH4^+ + NO2^- -> N2 + 2 H2O</chem>
# Als nevenreactie bij deze tweede stap wordt er een kleine hoeveelheid [[nitraat]] gevormd.
#:<chem>NO2^- +HCO3^- -> NO3 + CH2O_{0.5}N_{0.15}</chem>
#:De laatste stof in deze vergelijking is geen chemische stof, maar de algemene formule voor biomassa die op basis van 1 ammonium-ion gevormd kan worden.<ref>[https://academic.oup.com/femsre/article-lookup/doi/10.1111/1574-6976.12014 How to make a living from anaerobic ammonium oxidation]. [https://web.archive.org/web/20171013192428/https://academic.oup.com/femsre/article-lookup/doi/10.1111/1574-6976.12014 Gearchiveerd] op 13 oktober 2017.</ref>
Deze processen kunnen plaatsvinden in één reactor waarin beide bacteriesoorten compacte korrels vormen.

== Zie ook ==
* [[stikstofkringloop]]

{{Appendix|2=
{{References}}
}}

[[Categorie:Biotechnologie]]
[[Categorie:Biochemische reactie]]
[[Categorie:Stikstofkringloop]]