See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9370
ETF9370 "Ammooniumi anaeroobse oksüdatsiooniprotsessi alternatiivsed teed ja kasutusvõimalused (1.01.2012−31.12.2015)", Anne Menert, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Molekulaar- ja Rakubioloogia Instituut.
ETF9370
Ammooniumi anaeroobse oksüdatsiooniprotsessi alternatiivsed teed ja kasutusvõimalused
Alternative ways of anaerobic ammonium oxidation process and the ways of its usage
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.8. Keskkonnaseisundit ja keskkonnakaitset hõlmavad uuringudT270 Keskkonnatehnoloogia, reostuskontroll1.4. Maateadused ja sellega seotud keskkonnateadused (geoloogia, geofüüsika, mineroloogia, füüsiline geograafia ning teised geoteadused, meteoroloogia ja ning teised atmosfääriteadused, klimatoloogia, okeanograafia, vulkanoloogia, paleoökoloogia50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.16. Biotehnoloogia (loodusteadused ja tehnika)T490 Biotehnoloogia 2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.20128 496,00 EUR
01.01.2013−31.12.20138 496,00 EUR
01.01.2014−31.12.20148 496,00 EUR
01.01.2015−31.12.20158 496,00 EUR
33 984,00 EUR

Traditsiooniliste meetoditega toimub väävli- ja lämmstikuühendite bioloogiline ärastus reoveest eraldi protsessides. Anaeroobse sulfaadi reduktsiooniga kaasneb toksilise ja korrosiivse vesinikdisulfiidi teke; lämmastkuühendite bioloogilist kõrvaldamist ei saa aga teostada kas täielikult anaeroobsetes või täielikult aeroobsetes tingimustes, vaid on tarvis aeroobsete ja anaeroobsete protsesside kombineerimist. 2001. a. avastati sulfaadi ja ammooniumi vaheline interaktsioon anaeroobses keskkonnas, millega kaasnes kõrge orgaaniliste ühendite ärastus reoveest, gaasilise lämmastiku sisaldus biogaasis ja kolloidväävli teke vedelfaasis. Esmakordselt näidati anammox-protsessi toimimist metanogeenses reaktoris paralleelselt metanogeneesiga. Amammox-mikroflooral võib olla roll väikese molekulmassiga orgaaniliste hapete, näiteks atsetaadi ja propionaadi anaeroobsel metabolismil. Sulfaatsõltuva anammox-protsessi avastamine tugines suhkrupeedimelassi põhisele reoveele (nt pärmitööstuse reovesi), mis tagab betaiini sisalduse reovees. Betaiin degradeerub astmeliselt, kusjuures viimases astmes lagunevad betaiinist moodustunud metüülamiinid metanogeensete arhede toimel, andes ammooniumi ja gaasilise metaani. Metüülamiinide mineraliseerimisel saavutavad mitmekülgse metabolismiga metanogeenid perekonnast Methanosarcina eelise sulfaatredutseeriva mikrofloora ees, vältides sellega korrosiivse H2S teket. Mainitud asjaolu on soodne metanogeneesile üldisemalt. Ammoonium on substraadiks mikrofloorale, kes kasutab elektronaktseptorina reovees leiduvat sulfaati. Seega võib just betaiinil olla keskne roll dünaamilise tasakaalu tagamisel anaeroobses protsessis, nii, et saab võimalikuks metanogeneesi ja sulfaatsõltuva anammox-protsessi üheaegne kulgemine samas keskkonnas. Kavas on läbi viia perioodilised ja fed-batch katseseeriad sulfaatsõltuva anammox-protsessi uurimiseks, võrrelduna “klassikalise” anammox-protsessiga ning anammox-protsessiga propionaadilisandi keskkonnas, vaadeldakse samuti betaiini lisandi mõju anammox-protsessile. Kasutades nii universaalseid kui planktomütseetide spetsiifilisi praimereid, iseloomustatakse puhastusprotsessi anaeroobses ja anoksilises tsoonis olevat mikrofloorat, eesmärgiga tõestada uute sulfaatsõltuvas anammox-protsessis osalevate mikroorganismide olemasolu. Spetsiifiliste praimerite kasutamisel perekonnale Planctomycetes, kuhu kuulub enamus anammox-mikroorganisme, selgitatakse nende olemasolu nii anaeroobses kui anoksilises tsoonis.
Biological removal of sulfur and nitrogen compounds from wastewater is traditionally performed in separate processes. Anaerobic sulfate reduction is accompanied by generation of toxic and corrosive H2S while biological removal of nitrogen compounds can be performed in neither completely anaerobic nor completely aerobic conditions – combination of these processes is required. In 2001 interaction between sulfate and ammonium in anaerobic environment was discovered, accompanied by high removal efficiency of organic compounds from wastewater, content of nitrogen in gaseous phase and appearance of colloidal sulfur into the liquid phase. Thus for the first time functioning of anammox process in methanogenic reactor in parallel with methanogenesis was demonstrated. Anammox microflora can also have a role in the anaerobic metabolism of organic acids, e.g. acetate and propionate. The discovery of sulfate dependent anammox process was based on wastewater containing sugar beet molasses, e.g. wastewater from yeast production with betaine content. Betaine is degraded stepwise and in the final steps methylated amines from betaine are degraded by methanogenic archea resulting in production of ammonium and gaseous methane. In mineralization of methylated amines methanogens from Methanosarcina family gain advantage over sulfate reducing microorganisms, avoiding thus generation of H2S. This fact is very favourable to the methanogenesis as a whole. Ammounium is substrate for the microorganisms using sulfate from wastewater as electron acceptor. Thus betaine has a centric role in providing the dynamic balance in anaerobic process in the way that simultaneous occurrence of methanogenesis and sulfate dependent anammox are possible in one and the same environment. During the project batch and fed-batch experiments to study the sulfate dependent anammox process are designed in comparison with the “classical” anammox process and anammox process in the presence of organic acids; also the influence of betaine on the anammox process will be studied. Using universal and specific primers to Planctomycetes family, the microbial community in anoxic as well as anaerobic zone of the wastewater treatment system will be characterized with the aim to confirm the presence of new microorganisms participating in the sulfate dependent anammox process. Using Planctomycetes family specific primers, the presence of anammox microorganisms will be clarified in anaerobic as well as in anoxic zone.
Grandiprojekti põhieesmärk oli uurida väävli- ja lämmastikuühendite metabolismi seoseid reovee anaeroobses käitlusprotsessis. Anammox-protsess eeldab reovee piiratud kontakti õhuhapnikuga, kuid võib toimuda ka täiesti anaeroobsetes tingimustes (SRAO – sulfate reduction dependent anammox): NH4+ + SO42- → S0 + N2↑ + 4H2O (1). SRAO protsess on võimalik, kui see toimub samaaegselt orgaanika lagundamisega mõnede reovete (vinass, pärmitööstuse reovesi) anaeroobsel töötlemisel. Identifitseeriti bakteritüved, kes kuulusid hõimkondadesse Planctomycetales (anammox) ja Verrucomicrobia (SRAO). SRAO protsess toimub lämmastiku-, väävli- ja süsinikuühendite (sh kinoidsete rühmade) bioloogiliste ja füüsikalis-keemiliste interaktsioonide kompleksis, mille tulemuseks on suurem NH4+ eemaldamine reaktorist kui stöhhimeetriline suhe SO42- taandamise põhjal ette näeb. Põhjuseks võib olla S0 või sulfiidide reoksüdeerumine sulfaadiks väävlit kasutava denitrifitseerimise / denitriteerimise kaudu. Seda võib tõendada taandatud S-ühendeid oksüdeeriva denitrifitseeriva organismi S. denitrificans DSM 1251 leidumine SRAO- reaktoris. Hõimkond Verrucomicrobia on seotud nii lämmastiku eemaldamise kui SRAO protsessiga. SRAO-reaktoris domineerisid väävliringe mikroorganismid, Anammox-reaktoris lämmastikuringe mikroorganismid. Sobivate füüsikalis-keemiliste tingimuste, substraatide ja mikroobikoosluse valikuga on võimalik saavutada samaaegne lämmastiku- ja väävliühendite mineralisatsioon, millega muudetakse anaeroobsel lagundamisel tekkivad inhibeerivad vaheühendid (H2, NH3, H2S) ohututeks lõpp-produktideks – H2O, N2 ja S0 ning orgaanilistest süsinikuühenditest tekib metaangaas. Grandiprojektis saadud tulemusi on kasutatud kahe Eestis töötava reoveepuhasti (AS Tallinna Vesi Paljassaare reoveepuhastusjaam ja AS Tartu Veevärk) töö optimeerimisel. Teadmine, et lisaks traditsioonilisele anammox-protsessile on võimalik lämmastikku eemaldada ka SRAO-protsessis on võimaldanud mõlemas puhastis probleemiks on olnud heitvee liigse lämmastikusisalduse viia normatiividega ette nähtud tasemele.