폐수 처리 시스템 및 자연 수성 환경의 질소 순환에서 유기 질소를 암모니아 질소로 변환하는 것은 핵심 과정 중 하나입니다.암모니피케이션으로 알려져 있습니다., 질소 변환의 기본 단계로 작용하여 후속 비질화 및 기타 질소 제거 반응의 효율성에 직접 영향을줍니다.물체 내의 질소 오염을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다.유기 질소는 가정 하수, 산업 하수 및 천연 물체에 널리 존재하며, 그 주요 원천에는 단백질과 같은 질소를 포함하는 유기 화합물이 포함됩니다.아미노산이 물질은 미생물 대사 과정에 의해 분해되어 최종적으로 암모니아 질소 (ce{NH3-N} 또는 ce{NH^{+}_{4}-N}) 로 전환되어야합니다.그 후 질소 이동과 변환에 참여합니다..
1유기 질소를 암모니아 질소 앰모니피케이션으로 변환하는 핵심 과정
암모니피케이션 (ammonification) 은 유기 질소 화합물에 있는 질소를 함유한 그룹이 미생물의 촉매에 의해 점차 분해되는 생화학적 반응이다.결국 암모니아 질소를 방출합니다.관련된 미생물의 종류와 반응 조건에 따라 암모니피케이션은 유산소 및 유산소 암모니피케이션으로 분류 될 수 있습니다.그들의 반응 경로와 지배적인 미생물들은, 최종 제품은 주로 암모니아 질소로 구성됩니다.
아에로브 상태에서 암모니피케이션
에어로브 암모니피케이션 (Aerobic ammonification) 은 에어로브 미생물이 산소 풍부한 환경에서 유기 질소 화합물을 산화하고 분해하는 과정이다.빠른 반응 속도와 높은 변환 효율을 특징으로 합니다., 폐수 처리 (활성 매립물 공정에서 공기 탱크와 같이) 의 유산소 단계에서 유기 질소 변환의 주요 형태로 사용됩니다.
단백질성 유기 질소의 변환 경로
단백질은 물체에서 가장 흔한 유기 질소 오염물질 중 하나이며 암모니아 질소로 변환하는 데에는 두 가지 주요 반응이 있습니다. 첫 번째 단계는 단백질 수분,아에로브 미생물에 의해 분비되는 프로테아세에 의해 촉매되는, 큰 단백질 분자를 더 작은 폴리 펩타이드와 아미노산으로 분해합니다. 트립신과 펩틴을 포함한 단백질은 단백질 분자 내에서 펩타이드 결합을 분할하는 특성을 나타냅니다.두 번째 단계는 아미노산 제거입니다., 아미노산이 디아미나즈의 작용에 의해 산화 디아미나, 환원 디아미나 또는 수분화 디아미나를 통해 아미노 그룹 (NH2) 을 잃는 암모니피케이션의 핵심 과정암모니아 질소로 변환.
산화성 디아미네이션을 예로 들면, 그 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
ce{R-CH(NH2)-COOH + O2 -> R-CO-COOH + NH3}
반응으로 생성되는 암모니아 (ce{NH3}) 는 물 속의 수소 이온과 결합하여 암모니아 이온 (ce{NH^{+}_{4}}) 을 형성한다. 둘 사이의 비율은 물의 pH에 달려 있다.pH가 알칼리성일 때, 암모니아 (ce{NH3}) 가 주를 이루고 pH가 산성일 때 암모니아 이온 (ce{NH^{+}_{4}}) 이 주를 이루고 있습니다.
2유레아 화합물에 유기 질소의 변환 경로
유레아는 가전 하수에서 유기 질소의 중요한 구성 요소입니다. 그 암모니피케이션 과정은 유레아스에 의해 촉매됩니다.가벼운 조건에서 발생하고 유산소 환경에서 빠르게 진행됩니다.유레아스는 유레아 분자 내의 아미드 결합을 분해하여 암모늄 질소와 이산화탄소로 직접 분해합니다. 반응 방정식은 다음과 같습니다.
ce{CO(NH2)2 + H2O -> 2NH3 + CO2}
이 반응은 아미노산 중간 단계가 필요하지 않으며, 매우 높은 변환 효율을 나타내며, 가정용 폐수에서 암모니아 질소의 주요 원천 중 하나입니다.
(2) 아에로브 상태에서 암모니피케이션
아에로브 암모니피케이션 (Anaerobic ammonification) 은 아에로브 또는 선택적 아에로브 미생물이 산소 없는 환경에서 유기 질소 화합물을 발효하고 분해하는 과정이다.폐수 처리 (비동기 소화기 등) 의 무산기 단계에서 흔히 발생하는, 퇴적물, 그리고 저산수체와 비교하면아에로브 암모니피케이션은 느린 속도로 진행되며 메탄과 수소황화질과 같은 기체의 생성과 함께 진행됩니다..
아에로브 미생물들에 의한 유기 질소의 분해는 또한 단백질과 같은 대분자 유기 화합물의 수분과 함께 시작됩니다.아나에로브 단백질酶에 의해 아미노산으로 분해되는그 후 아미노산은 환원 비염 또는 발효 비염을 통해 암모니아 질소를 방출한다. 환원 비염을 예로 들면, 반응 방정식은 다음과 같다.
ce{R-CH(NH2)-COOH + 2H -> R-CH2-COOH + NH3}
또한, 무산기성 환경에서, 핵산과 수분과 같은 복잡한 유기 질소 화합물은 또한 미생물들에 의해 점차 분해되어 암모니아 질소를 방출할 수 있습니다.변환 과정은 더 복잡하고 여러 효소의 시너지 작용을 포함합니다..
II. 암모니피케이션에 관여하는 주요 미생물 그룹
암모니피케이션의 본질은 미생물의 대사 과정이며, 박테리아, 곰팡이, 액티노마이세트 등 다양한 미생물 종을 포함합니다.각기 다른 미생물은 유기 질소를 분해하는 능력과 환경 조건에 적응하는 능력에 차이가 있습니다..
` ` ` 1) 박테리아 그룹 ` `
박테리아는 암모니피케이션에서 지배적인 미생물이며, 주로 유산소와 무산소 유형으로 분류됩니다. 유산소 암모니피케이션 박테리아에는 백일루스, 사이두모나스,그리고 프로테우스, 에어로브 조건에서 빠르게 증식하고 높은 단백질酶 및 디아미나스 활동을 나타내며 효율적인 단백질과 아미노산 분해를 가능하게합니다.아에로브 암모니피케이션 박테리아는 클로스트리디움과 메탄호겐과 같은 과로 대표됩니다.클로스트리디움은 아에로브 상태에서 단백질을 분해하여 암모니아 질소와 유기산을 생성할 수 있습니다.메탄오겐은 단순 유기 질소 화합물을 추가 발효에 사용하며 암모니피케이션 반응에 참여합니다..
(2) 곰팡이 및 액티노마이세트 종
곰팡이와 액티노마이세테스 또한 유기 질소 변환, 특히 복잡한 유기 질소를 포함하는 폐수 처리에서 중요한 역할을합니다.인쇄 및 염색 폐수 및 의약품 폐수아스퍼길러스 (Aspergillus) 와 페니실리움 (Penisillium) 과 같은 곰팡이는 세포외 효소를 분비하여 세포질과 리그닌과 같은 고집성 유기 화합물에 결합된 유기 질소를 분해할 수 있습니다.아크티노마이케테스 속이 물질의 대사 과정에서 생성되는 효소는 휴믹 물질의 안정적인 구조를 깨고 암모니아 질소를 방출 할 수 있습니다.
3유기 질소를 암모니아 질소로 변환하는 주요 요인
암모니피케이션의 효율은 다양한 환경 요인과 기판 특성에 의해 영향을 받는다.이러한 요인을 조절하면 유기 질소가 암모니아 질소로 변환되는 속도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다., 후속의 질소화 및 비질소화을위한 유리한 조건을 만듭니다.
(1) 온도
온도는 미생물 효소 활동에 영향을 미치는 핵심 요소이며, 직접적으로 암모니피케이션 반응 속도를 결정합니다.암모니피케이션 미생물에 적합한 성장 온도는 20 °C ~ 35 °C입니다.이 온도 범위 내에서 효소의 활동은 높고, 암모니피케이션 반응 속도는 온도가 증가함에 따라 가속화됩니다. 온도가 10 °C 이하로 떨어지면,미생물의 대사율이 현저하게 감소합니다., 효소의 활동이 억제되고 암모니피케이션의 효율성이 크게 감소합니다. 온도가 40 °C를 넘으면 미생물 세포의 효소 단백질이 비정성화됩니다.암모니피케이션 반응의 침체로 이어집니다.실제 하수처리에서는암모니피케이션 효율의 감소를 보완하기 위해 겨울에 낮은 온도 조건에서 수압 유지 시간을 연장하거나 진흙 농도를 증가시키는 것이 종종 필요합니다..
(2) PH 값
pH 값은 미생물의 성장 환경과 효소 활동에 영향을 미치면서 암모니피케이션에 간접적으로 영향을 미친다.0미생물의 프로테아즈와 디아미나즈 활동이 가장 높을 때 pH 값이 5.5 이하 또는 9 이상인 경우0, 효소의 공간 구조가 방해되고 미생물 성장이 억제되고 암모니피케이션 반응이 방해됩니다.아에로브 암모니피케이션 미생물은 pH 값에 대한 비교적 넓은 적응 범위를 가지고 있습니다.6,0~7의 pH 범위가 적합합니다.5가벼운 산성 환경은 아에로브 암모니피케이션 박테리아의 발효 대사에 더 유리한 환경입니다. 또한 pH 값은 암모니아 질소 형태에도 영향을 줄 수 있습니다.이는 후속 질화 반응에 대한 기질 공급에 영향을 미칩니다..
(3) 용해된 산소 (DO)
용해된 산소는 아에로브 암모니피케이션과 아에로브 암모니피케이션을 구별하는 핵심 조건입니다.에어로브 암모니피케이션 미생물의 호흡 필요를 충족시키기 위해 용해된 산소 농도는 2mg/L-4mg/L로 유지되어야 합니다.이 시점에서는 유산소 암모니피케이션이 지배적이며 변환 효율이 높습니다. 용해된 산소 농도가 0.5mg/L 이하인 경우 유산소 미생물의 활동이 억제됩니다.그리고 아에로브적 암모니피케이션 미생물은 지배적인 미생물 그룹이 됩니다., 그 결과 암모니피케이션 반응 속도가 느려집니다. 하수 처리에서 A 2/O 및 산화 구덩이와 같은 프로세스에서 유기 질소 암모니피케이션, 질소화,그리고 디닛리피케이션은 다른 영역에서 용해된 산소 농도를 제어함으로써 달성 할 수 있습니다..
(4) 유기 질소 기판의 종류 및 농도
유기 질소 매트릭스의 종류와 농도는 암모니피케이션의 속도와 정도에 직접적으로 영향을 미친다.소 분자 유기 질소 화합물 (아미노산 및 유레아 등) 은 미생물들에 의해 직접 흡수되고 활용 될 수 있다, 암모니피케이션 변환 속도가 빠르다큰 분자 유기 질소 화합물 (프로테인 및 핵산 등) 은 작은 분자 물질로 분해되기 위해 수분화 반응을 겪어야 합니다.또한 유기 질소 농도가 너무 높으면 미생물 세포의 오스모틱 압력 불균형을 일으킬 수 있습니다.미생물의 성장을 억제합니다.· 농도가 너무 낮으면 미생물에 충분한 영양을 공급할 수 없으며, 암모니피케이션 반응의 효율성은 낮습니다.고농도 유기 질소 폐수, 전처리 프로세스 (수분산 산화와 같은) 는 종종 큰 분자 유기 질소를 작은 분자 물질로 분해하는 데 사용됩니다.따라서 후속 암모니피케이션 처리의 효율성을 향상시킵니다..
(5) 미생물 공동체의 구조
미생물 공동체의 다양성과 풍부함은 암모니피케이션에 영향을 미치는 핵심 생물학적 요소입니다.시스템 내의 암모니피케이션 미생물의 다양성이 풍부하고 지배적인 박테리아 집단의 수가 충분할 때, 유기 질소 분해 및 변환의 효율은 더 높습니다. 반대로,미생물 공동체의 구조가 단일하거나 억제 물질이있는 경우 (중금속과 같은), 독성 유기 화합물) 가 지배적 인 미생물 공동체의 죽음을 유발하면 암모니피케이션이 심각하게 영향을 받게됩니다.효율적인 암모니피케이션 미생물 공동체는 암모니피케이션 물질을 첨가하거나 성숙한 진흙을 접종함으로써 빠르게 형성 될 수 있습니다., 시스템 시동 주기를 단축합니다.
4, 유기 질소를 암모니아 질소로 변환하는 환경 및 엔지니어링의 중요성
유기 질소를 암모니아 질소로 변환하는 것은 질소 순환의 핵심 연결고리이며 자연 환경과 폐수 처리 프로젝트 모두에서 중요한 의미를 갖습니다.
자연 물체에서, 암모니케이션으로 생성된 암모니아 질소는 식물성 플랑크톤, 해조류 등에 질소 공급원을 제공하여 수생 생태계의 물질 순환을 촉진할 수 있습니다.과도한 암모니아 질소는 물체의 유트로피화로 이어질 수 있습니다.폐수 처리 공학에서 암모니피케이션은 생물학적 비질화을위한 전제 단계입니다. Only by efficiently converting organic nitrogen into ammonia nitrogen can sufficient substrates be provided for subsequent nitrification reactions (ammonia nitrogen converted to nitrate nitrogen) and denitrification reactions (nitrate nitrogen converted to nitrogen)아에로브 소화 과정에서 아에로브 소화 과정에서암모니피케이션으로 생성된 암모니아 질소는 소화 과정에서 생성된 유기산을 중화시킬 수 있습니다., 시스템 pH 값의 안정성을 유지하고 무산화 소화의 원활한 진행을 보장합니다.
V. 결론
유기 질소를 암모니아 질소로 변환하는 것은 복잡한 미생물 매개 과정이며, 온도, pH 값, 용해된 산소,그리고 기판의 특성. A deep understanding of the mechanism and influencing factors of ammonification has important theoretical and practical significance for optimizing sewage treatment processes and improving biological nitrogen removal efficiency물 환경 관리 요구 사항의 지속적인 개선으로 인해 암모니피케이션 미생물의 대사 조절 메커니즘을 더 자세히 연구해야합니다.효율적인 암모니피케이션 세균제 및 프로세스 최적화 전략을 개발합니다., 물체에서의 질소 오염 문제를 해결하기 위해 더 강력한 기술 지원을 제공합니다.
