El mecanisme de desnitrificació és el següent: la teoria inicial planteja que la capacitat d'adquisició d'electrons-de l'oxigen dissolt impedeix la transferència d'electrons a nitrat o nitrit, inhibint així la desnitrificació. Tanmateix, estudis recents han demostrat que coexisteixen sistemes enzimàtics desnitrificants bacterians i sistemes de respiració aeròbica. Mentre que el nitrogen nitrat es redueix, també es redueix l'oxigen dissolt; l'oxigen no és un factor directe que inhibi l'activitat o la producció de l'enzim desnitrificant. La manca de nitrogen nitrat o d'oxigen dissolt redueix el creixement bacterià i les taxes de desnitrificació.
01 Principi de desnitrificació aeròbica
A la dècada de 1980, Robertson et al. va informar de l'existència de bacteris aeròbics desnitrificants i sistemes enzimàtics aeròbics desnitrificants, i va confirmar l'existència de *Thiosphaera pantotropha* (ara rebatejada *Paracoccus desnitrifications*). Durant el creixement, la taxa de creixement és més alta quan coexisteixen O2 i NO3 que quan es troben sols. Un nombre creixent d'investigacions ha demostrat l'existència de desnitrificació aeròbica en bacteris i ha identificat alguns bacteris que presenten altes taxes de desnitrificació en condicions aeròbiques.
① Via respiratòria de bacteris aeròbics desnitrificants
En la hipotètica via respiratòria dels bacteris aeròbics desnitrificants, tant el nitrogen nitrat com l'oxigen poden actuar com a acceptors finals d'electrons. Els electrons es poden transferir del substrat de matèria orgànica reduïda a l'oxigen, i també al nitrogen nitrat, nitrogen nitrit i òxid nitrós, reduint-los en conseqüència.
② Procés de desnitrificació i enzims catalítics
El procés de desnitrificació dels bacteris aeròbics desnitrificants implica quatre passos de reducció: catalitzat per nitrat reductasa, nitrit reductasa, òxid nítric reductasa i òxid nitrós reductasa, respectivament.
Nitrat reductasa: Redueix el nitrat a nitrit;
Nitrit reductasa: els bacteris aeròbics desnitrificants tenen principalment dos tipus de nitrit reductasa: un és el citocrom (Cd) i l'altre és un enzim que conté coure-soluble. Redueix el nitrit a òxid nítric (NO);
Òxid nítric reductasa: redueix l'òxid nítric a òxid nitrós;
Òxid nítric reductasa: l'òxid nitrós reductasa dels bacteris aeròbics desnitrificants és una proteïna que conté coure-ubicada al periplasma. En condicions que contenen oxigen-, l'òxid nitrós reductasa de les cèl·lules desnitrificadores de Paracoccus és activa, capaç de reduir simultàniament els gasos NO i NO2 a N2.
③ Tipus i fonts de bacteris aeròbics desnitrificants
Els bacteris aeròbics desnitrificants es troben principalment en gèneres com *Pseudomonas*, *Alcaligenes*, *Paracoccus* i *Bacillus*. Són un tipus de bacteris desnitrificants heteròtrofs que són aeròbics o aeròbics facultatius i utilitzen carboni orgànic com a font d'energia.
02 Diferències amb la desnitrificació anaeròbica i altres mètodes d'eliminació de nitrogen
① Principis que reflecteixen les diferències de producte
En general, el principal producte de la desnitrificació aeròbica és N₂O, mentre que la desnitrificació anaeròbica produeix principalment N₂ i petites quantitats de N₂O i NO. Això reflecteix les diferències de potencial en l'activitat dels sistemes enzimàtics desnitrificants i les vies de transport d'electrons en condicions aeròbiques i anaeròbies, donant lloc a diferents productes finals.
② Principis de nitrificació i desnitrificació simultànies
Els bacteris desnitrificants aeròbics poden dur a terme la desnitrificació en condicions aeròbiques, cosa que permet que es produeixi simultàniament amb la nitrificació. Això trenca amb la noció tradicional que la nitrificació requereix processos aeròbics i la desnitrificació requereix processos anaeròbics. Això és probable perquè els bacteris aeròbics desnitrificants posseeixen sistemes enzimàtics i vies metabòliques únics, que els permeten dur a terme de manera eficaç reaccions de desnitrificació en entorns aeròbics.
③ Principi de conversió directa del nitrogen d'amoni
Els bacteris aeròbics desnitrificants poden convertir directament el nitrogen d'amoni en productes gasosos en condicions aeròbiques. Això indica que posseeixen un mecanisme metabòlic únic capaç de completar una sèrie de conversions de nitrogen d'amoni en ambients aeròbics, evitant el complex procés de sofrir primer nitrificació i després desnitrificació.
④ Acceptor d'electrons i principi de consum d'oxigen
En el procés de desnitrificació dels bacteris aeròbics desnitrificants, tant el nitrogen nitrat com l'oxigen poden actuar com a acceptors finals d'electrons. Mentre s'elimina el nitrogen nitrat, també es consumeix oxigen. Això demostra que la seva cadena respiratòria de transport d'electrons pot transferir electrons de manera flexible a diferents acceptors en funció de la presència de nitrogen nitrat i oxigen a l'entorn, aconseguint l'eliminació de nitrogen i el consum d'oxigen.
03 Conclusió
La base teòrica de la desnitrificació aeròbica és relativament clara, però fins ara, no s'han observat aplicacions pràctiques d'enginyeria i falta investigació experimental relacionada. Si trobeu productes rellevants, podeu provar-los, però només pagar si són efectius. No us deixeu enganyar per algunes empreses mediambientals.
Si la tecnologia de desnitrificació aeròbica es pot implementar amb èxit en projectes de tractament d'aigua, suposarà un gran impuls a la tecnologia de tractament biològic a la indústria de protecció del medi ambient, fent innecessària la recirculació de líquids de nitrificació.