厌氧氨氧化菌(anammox)对全球氮循环有着重要的贡献,它可以在缺氧条件下,以NO2-作为胞内电子受体将NH4+ 氧化为N2,并产生少量NO3-。然而我们尚不清楚厌氧氨氧化菌是否具有胞外电子传递(extracellular electron transfer, EET)的能力将电子传递至胞外不溶性性电子受体(insoluble extracellular electron acceptors)。
近日,一项发表在《自然通讯(Nature Communications )》期刊上的研究证明了厌氧氨氧化菌可以进行胞外呼吸并氧化NH4+ ,并提出了一种新的工艺,可以直接去除废水中的NH4+ 并同时回收电能或者或富能氢气,对高氨氮废水的节能处理具有重要的意义。
研究人员表示,厌氧氨氧化菌能够耦合NH4+ 的氧化以及电子传递至胞外不溶性电子受体(如微生物电解池中的氧化石墨烯电极)的过程。15N 同位素标记实验表明,NH4+ 通过羟胺(NH2OH)作为代谢中间体被氧化为N2,而转录组学分析显示,厌氧氨氧化菌具有电活性(electroactivity),可以以固体碳基电极为电子受体来实现NH4+ 的氧化。在依赖胞外电子传递的厌氧氨氧化反应中,NH4+ 完全被氧化成N2,没有NO2-和NO3-的累积。
目前,研究团队在KAUST污水处理厂旁搭建了中试反应器,来测试电活性厌氧氨氧化菌处理含氮有机废水的能力。研究人员表示,该工艺不需要太多的能量驱动,因此可以与太阳能结合使用。
参考资料
KAUST. (2020, December 29). Recoveringresources from wastewater streams supports the circular economy. Retrievedfrom KAUST: https://www.kaust.edu.sa/en/news/wastewater-streams-support-the-circular-economy
Shaw, D., Ali, M., Katuri, K.,Gralnick, J., Reimann, J., Mesman, R., . . . Saikaly , P. (2020). Extracellularelectron transfer-dependent anaerobic oxidation of ammonium by anammoxbacteria. Nature Communications, 11(2058).
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