Technologia aerobowej denitryfikacji

Mechanizm denitryfikacji jest następujący: Początkowa teoria zakłada, że ​​zdolność-przejmowania elektronów przez rozpuszczony tlen zapobiega przeniesieniu elektronów do azotanu lub azotynu, hamując w ten sposób denitryfikację. Jednakże ostatnie badania wykazały, że bakteryjne układy enzymów denitryfikacyjnych i układy oddychania tlenowego współistnieją. Podczas gdy azot azotanowy ulega redukcji, zmniejsza się również ilość rozpuszczonego tlenu; tlen nie jest bezpośrednim czynnikiem hamującym aktywność lub produkcję enzymów denitryfikacyjnych. Brak azotu azotanowego lub rozpuszczonego tlenu zmniejsza rozwój bakterii i tempo denitryfikacji.

W latach 80. Robertson i in. donieśli o istnieniu tlenowych bakterii denitryfikacyjnych i tlenowych układów enzymów denitryfikacyjnych oraz potwierdzili istnienie *Thiosphaera pantothrofa* (obecnie przemianowanej na *Paracoccus denitrifications*). Podczas wzrostu tempo wzrostu jest wyższe, gdy O2 i NO3 współistnieją, niż gdy którykolwiek z nich występuje osobno. Coraz większa liczba badań wykazała istnienie tlenowej denitryfikacji u bakterii i zidentyfikowała niektóre bakterie wykazujące wysoką szybkość denitryfikacji w warunkach tlenowych.

① Droga oddechowa tlenowych bakterii denitryfikacyjnych

W hipotetycznym szlaku oddechowym tlenowych bakterii denitryfikacyjnych zarówno azot azotanowy, jak i tlen mogą działać jako końcowe akceptory elektronów. Elektrony mogą być przenoszone z substratu zredukowanej materii organicznej do tlenu, a także do azotu azotanowego, azotu azotynowego i podtlenku azotu, odpowiednio je redukując.

② Proces denitryfikacji i enzymy katalityczne

Proces denitryfikacji tlenowych bakterii denitryfikacyjnych obejmuje cztery etapy redukcji: katalizowane odpowiednio przez reduktazę azotanową, reduktazę azotynową, reduktazę tlenku azotu i reduktazę podtlenku azotu.

Reduktaza azotanowa: redukuje azotany do azotynów;

Reduktaza azotynowa: tlenowe bakterie denitryfikacyjne mają głównie dwa typy reduktazy azotynowej: jeden to cytochrom (Cd), a drugi to rozpuszczalny enzym-zawierający miedź. Redukuje azotyny do tlenku azotu (NO);

Reduktaza tlenku azotu: redukuje tlenek azotu do podtlenku azotu;

Reduktaza tlenku azotu: reduktaza podtlenku azotu tlenowych bakterii denitryfikacyjnych to białko zawierające miedź-, zlokalizowane w peryplazmie. W warunkach zawierających tlen-reduktaza podtlenku azotu w komórkach denitryfikacyjnych Paracoccus jest aktywna i zdolna do jednoczesnej redukcji gazów NO i NO2 do N2.

③ Rodzaje i źródła tlenowych bakterii denitryfikacyjnych

Tlenowe bakterie denitryfikacyjne występują głównie w rodzajach takich jak *Pseudomonas*, *Alcaligenes*, *Paracoccus* i *Bacillus*. Są rodzajem heterotroficznych bakterii denitryfikacyjnych, które są tlenowe lub fakultatywnie tlenowe i wykorzystują węgiel organiczny jako źródło energii.

① Zasady odzwierciedlające różnice w produktach

Ogólnie rzecz biorąc, głównym produktem denitryfikacji tlenowej jest N₂O, podczas gdy denitryfikacja beztlenowa wytwarza głównie N₂ oraz niewielkie ilości N₂O i NO. Odzwierciedla to potencjalne różnice w aktywności układów enzymów denitryfikacyjnych i szlakach transportu elektronów w warunkach tlenowych i beztlenowych, co prowadzi do różnych produktów końcowych.

② Zasady jednoczesnej nitryfikacji i denitryfikacji

Tlenowe bakterie denitryfikacyjne mogą przeprowadzać denitryfikację w warunkach tlenowych, dzięki czemu może ona zachodzić jednocześnie z nitryfikacją. Przełamuje to tradycyjne przekonanie, że nitryfikacja wymaga procesów tlenowych, a denitryfikacja wymaga procesów beztlenowych. Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że tlenowe bakterie denitryfikacyjne posiadają unikalne układy enzymatyczne i szlaki metaboliczne, umożliwiające im skuteczne przeprowadzanie reakcji denitryfikacyjnych w środowiskach tlenowych.

③ Zasada bezpośredniej konwersji azotu amonowego

Tlenowe bakterie denitryfikacyjne mogą bezpośrednio przekształcać azot amonowy w produkty gazowe w warunkach tlenowych. Wskazuje to, że posiadają one unikalny mechanizm metaboliczny zdolny do zakończenia serii przemian azotu amonowego w środowiskach tlenowych, unikając złożonego procesu najpierw nitryfikacji, a następnie denitryfikacji.

④ Zasada akceptora elektronów i zużycia tlenu

W procesie denitryfikacji tlenowych bakterii denitryfikacyjnych zarówno azot azotanowy, jak i tlen mogą działać jako końcowe akceptory elektronów. Podczas usuwania azotu azotanowego zużywany jest także tlen. Pokazuje to, że ich oddechowy łańcuch transportu elektronów może elastycznie przenosić elektrony do różnych akceptorów w oparciu o obecność azotu azotanowego i tlenu w środowisku, osiągając usuwanie azotu i zużycie tlenu.

Teoretyczne podstawy denitryfikacji tlenowej są stosunkowo jasne, jednak jak dotąd nie zaobserwowano żadnych praktycznych zastosowań inżynieryjnych i brakuje powiązanych badań eksperymentalnych. Jeśli natkniesz się na odpowiednie produkty, możesz je wypróbować, ale płać tylko wtedy, gdy są skuteczne. Nie dajcie się zwieść niektórym firmom zajmującym się ochroną środowiska.

Jeśli technologię denitryfikacji tlenowej uda się z powodzeniem wdrożyć w projektach uzdatniania wody, będzie to ogromny impuls do technologii biologicznego oczyszczania w przemyśle ochrony środowiska, dzięki czemu recyrkulacja cieczy nitryfikacyjnej stanie się niepotrzebna.