Varför finns nitritoxiderarna? Eller… Kan Commamox bli ett problem?

Ja, vi vill inte ha med nitritoxiderarna (nitrite-oxidising bacteria (NOB)) att göra egentligen, när det gäller avloppsvattenrening. Vi vill ju att anammox ska ta över. Det är de som ska ta nitriten som är producerad av ammoniakoxiderarna (ammonia-oxidising bacteria (AOB)) och sno hälften av ammoniumen som är kvar efter att BOD-reduktionen. Vi vill ju därför också att anammox ska konkurrera med AOB om ammoniumet.

Dock vill vi inte att nitrit ska ackumulera, för då skapar vi förutsättningar för lustgasproduktion hos AOB och dessutom hämmar nitrit alternativt salpetersyrlighet de flesta bakteriegrupper. Denitrifierarna vill vi heller inte ha närvarande då dessa också kan producera lustgas, då lustgas är en intermediär produkt i denitrifikationsprocessen. Anammox verkar dock inte generera någon lustgas, och lustgasen är heller ingen intermediär produkt i anammoxreaktionen. Men för att komma tillräckligt lågt i kväve kan vi kanske inte helt förlita oss på anammoxreaktionen, då enbart 89 % av ingående kväve blir kvävgas, resten blir nitrat. Därför vill vi att anammoxbakterierna ska utnyttjas sin förmåga till organotrof nitratreduktion, d v s utnyttja lättillgängligt COD som är kvar i avloppsvattnet efter ett BOD-reducerande steg för att reducera kvarvarande nitrat till nitrit. Nitriten kan sedan gå via anammoxreaktionen, med viss förlust till nitrat igen o s v.

Jaja, vill en läsa mer om hur vi ska lyckas att implementera anammox i huvudströmmen, vilket är lika med att lyckas bli kvitt nitritoxiderarna på avloppsreningsverken så kan ni läsa min (och mina medförfattares) artikel ”Anammox i huvudströmmen – vad är problemet?” i tidskriften Vatten nu i oktober.

Men, varför finns nu nitritoxiderarna? Varför finns det inte en bakterierart som kan utnyttja energin i att oxidera ammonium hela vägen till nitrat, eller kanske finns det det? Denna bakterie vill vi dock inte ha på reningsverket J. Costa et al. (2006) postulerade att sådana bakterier finns och kallade dem comammox (complete ammonium oxidation) (Anammox, Manammox, Panammox och så nu då comammox). Men Costa et al. (2006) resonerade också kring varför nitritoxiderarna existerar, varför nitrifikationen utförs av två bakteriergrupper utifrån följande teorier:

·         Kataboliska reaktionsföljder optimeras genom det naturliga urvalet för maximal produktionshastighet av ATP, vilket är detsamma som maximal tillväxthastighet om mängden bildad biomassa per mol ATP är konstant.

·         Den totala koncentrationen av enzymer i reaktionsföljden minimeras på grund av att syntes av enzymer är kostar energi.

·         Den totala koncentrationen av intermediära ämnen minimeras på grund av kostnader orsakade av toxicitet, läckage av ämnen ut ur cellen och instabilitet som ökar med ökande koncentrationer.

·         Ju mer ett substrat bryts ned, ju mer ATP kan bildas.

Gällande nitrifikationen förväntas längden på reaktionsföljden vara kort på grund av den lägre ATP-produktionen i nitritoxidationen. Ammoniakoxidationen är mer termodynamisk gynnsam än nitritoxidationen (-46 kJ/mol e^- respektive -37 kJ/mol e^-). Oxidationen av hydroxylamin, som är en mellanprodukt i ammoniakoxidationen, är den reaktion som frigör elektroner. Hydroxylamin, som produceras intracellulärt, är ett giftigt ämne vilket alltså kostar på för ammoniakoxiderarna. Vidare är ju nitriten (och salpetersyrlighet) är också giftig och nitritoxidationen sker intracellulärt hos nitritoxiderarna.

Costa et al. (2006) menar dock att commamox, som skulle ha lägre maximal tillväxthastighet men högre biomassautbyte, kan ha en chans vid låga koncentrationer, t ex i biofilmer där koncentrationsgradienter uppstår, då ett bättre utbyte är mer ekonomiskt jämfört med resursslösande snabbväxt och dessutom riskerar inte högre koncentrationer av de inhiberande intermediärerna att uppkomma.

Min tanke är alltså, kan vi få problem med comammox när vi försöker implementera anammox i huvudströmmen på våra avloppsreningsverk, om vi satsar på en biofilmslösning?

Sommaren är slut sedan länge, och snart är det vinter. Då får en ta fram sommarbilderna. Här är en skogsnätfjäril från i somras i närheten av min sommarstuga på Öland. På avloppsreningsverket får en hålla tillgodo med forsärlorna som dök upp för ett par veckor sedan och som sedan stannar hela vintern.