При анаммоксе азот двух соединений объединяется в молекулярный азот N₂. Упрощённая схема основного превращения: NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2H₂O. Она показывает смысл реакции, но не является полным технологическим балансом: растущая биомасса требует углерода и других элементов, а реальный процесс сопровождается образованием дополнительных продуктов, включая часть нитрата.
Это отличается от обычной нитрификации: там аммоний окисляется с участием кислорода и остаётся в воде в другой минеральной форме. Отличается и от гетеротрофной денитрификации, для которой обычно требуется органическое вещество как источник электронов. Описание обнаруженного в реакторе анаэробного удаления аммония было опубликовано в 1995 году; последующие исследования уточнили участников и механизм процесса.[1]
Где анаммокс действует в природе
Важное подтверждение получено в Чёрном море. Исследователи связали присутствие анаммокс-бактерий с превращением азота под кислородной зоной, используя химические профили, молекулярные признаки и изотопные опыты. В этой области аммоний, поступающий снизу, встречается с подходящими окисленными формами азота. Работа показала самостоятельный путь потери связанного неорганического азота в природной среде.[2]
Для процесса недостаточно просто отсутствия кислорода. Нужны одновременно аммоний, нитрит, подходящая температура и активное сообщество. Если один из реагентов почти не поступает, большая концентрация другого не обеспечивает высокую скорость. Поэтому распределение анаммокса связано с границами слоёв и встречными потоками веществ, а не с одинаковой активностью во всей бескислородной толще.
Экологически это один из путей возвращения доступного организмам азота в резервуар N₂. Он может влиять на питание первичных продуцентов и общий азотный баланс. Но уменьшение аммония в одной пробе не доказывает анаммокс: его могли усвоить организмы, окислить другие микроорганизмы или унести потоки воды. Для разделения путей нужны специальные исследования, а не только две последовательные концентрации.
Почему технология требует управления сообществом
В очистке часто используют сочетание частичного окисления аммония до нитрита и последующего анаммокса. На первой стадии кислород необходим, на второй его поступление ограничивают. Такая схема позволяет уменьшить потребность в аэрации и внешнем органическом субстрате по сравнению с определёнными традиционными схемами, однако фактическая экономия зависит от состава стока и принятой технологии.
Опыт первого полномасштабного реактора в Роттердаме показал значение медленного роста и удержания анаммокс-биомассы. В исследованной начальной фазе время удвоения оценивалось примерно в 10–12 суток; это результат конкретного запуска, а не универсальная постоянная для всех установок. Отсюда практическая важность сохранения активных гранул или биоплёнки и осторожного изменения режима.[3]
Работу анаммокс-процесса контролируют по поступлению аммония и нитрита, условиям среды и удержанию специализированной биомассы. Баланс азота показывает фактическое удаление из обрабатываемого потока.