Τεχνολογία αερόβιας απονιτροποίησης

Ο μηχανισμός της απονιτροποίησης είναι ο εξής: Η αρχική θεωρία υποστηρίζει ότι η ικανότητα απόκτησης ηλεκτρονίων-διαλυμένου οξυγόνου εμποδίζει τη μεταφορά ηλεκτρονίων σε νιτρικά ή νιτρώδη, αναστέλλοντας έτσι την απονιτροποίηση. Ωστόσο, πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι συνυπάρχουν συστήματα βακτηριακών ενζύμων απονιτροποίησης και αερόβια συστήματα αναπνοής. Ενώ το νιτρικό άζωτο μειώνεται, το διαλυμένο οξυγόνο μειώνεται επίσης. Το οξυγόνο δεν είναι ένας άμεσος παράγοντας που αναστέλλει τη δραστηριότητα ή την παραγωγή του απονιτροποιητικού ενζύμου. Η έλλειψη είτε νιτρικού αζώτου είτε διαλυμένου οξυγόνου μειώνει τους ρυθμούς ανάπτυξης βακτηρίων και απονιτροποίησης.

Στη δεκαετία του 1980, οι Robertson et al. ανέφερε την ύπαρξη αερόβιων βακτηρίων απονιτροποίησης και αερόβιων ενζυμικών συστημάτων απονιτροποίησης και επιβεβαίωσε την ύπαρξη του *Thiosphaera pantotropha* (τώρα μετονομάστηκε *Paracoccus denitrifications*). Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, ο ρυθμός ανάπτυξης είναι υψηλότερος όταν συνυπάρχουν O2 και NO3 από ό,τι όταν υπάρχει κάποιο από αυτά μόνο του. Ένας αυξανόμενος όγκος ερευνών έχει αποδείξει την ύπαρξη αερόβιας απονιτροποίησης σε βακτήρια και εντόπισε ορισμένα βακτήρια που παρουσιάζουν υψηλούς ρυθμούς απονιτροποίησης υπό αερόβιες συνθήκες.

① Αναπνευστική οδός αερόβιων απονιτροποιητικών βακτηρίων

Στην υποθετική αναπνευστική οδό των αερόβιων βακτηρίων απονιτροποίησης, τόσο το νιτρικό άζωτο όσο και το οξυγόνο μπορούν να λειτουργήσουν ως τελικοί δέκτες ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταφερθούν από το υπόστρωμα ανηγμένης οργανικής ύλης στο οξυγόνο, καθώς και στο νιτρικό άζωτο, το νιτρώδες άζωτο και το υποξείδιο του αζώτου, μειώνοντάς τα ανάλογα.

② Διαδικασία απονιτροποίησης και καταλυτικά ένζυμα

Η διαδικασία απονιτροποίησης των αερόβιων βακτηρίων απονιτροποίησης περιλαμβάνει τέσσερα στάδια αναγωγής: καταλύεται από νιτρική αναγωγάση, αναγωγάση νιτρωδών, αναγωγάση μονοξειδίου του αζώτου και αναγωγάση υποξειδίου του αζώτου, αντίστοιχα.

Νιτρική αναγωγάση: Μειώνει τα νιτρικά σε νιτρώδη.

Αναγωγάση νιτρωδών: Τα αερόβια απονιτροποιητικά βακτήρια έχουν κυρίως δύο τύπους αναγωγάσης νιτρωδών: ο ένας είναι κυτόχρωμα (Cd) και ο άλλος είναι ένα ένζυμο που περιέχει διαλυτό χαλκό-. Μειώνει τα νιτρώδη σε μονοξείδιο του αζώτου (NO).

Αναγωγάση μονοξειδίου του αζώτου: Μειώνει το μονοξείδιο του αζώτου σε οξείδιο του αζώτου.

Αναγωγάση μονοξειδίου του αζώτου: Η αναγωγάση του νιτρώδους οξειδίου των αερόβιων βακτηρίων απονιτροποίησης είναι μια πρωτεΐνη που περιέχει χαλκό- και βρίσκεται στο περίπλασμα. Υπό συνθήκες που περιέχουν οξυγόνο-, η αναγωγάση του μονοξειδίου του αζώτου στα απονιτροποιητικά κύτταρα Paracoccus είναι ενεργή, ικανή να μειώνει ταυτόχρονα τα αέρια NO και NO2 σε Ν2.

③ Τύποι και πηγές αερόβιων απονιτροποιητικών βακτηρίων

Τα αερόβια απονιτροποιητικά βακτήρια βρίσκονται κυρίως σε γένη όπως *Pseudomonas*, *Alcaligenes*, *Paracoccus* και *Bacillus*. Είναι ένας τύπος ετερότροφων απονιτροποιητικών βακτηρίων που είναι αερόβια ή προαιρετικά αερόβια και χρησιμοποιούν οργανικό άνθρακα ως πηγή ενέργειας.

① Αρχές που αντανακλούν τις διαφορές προϊόντων

Γενικά, το κύριο προϊόν της αερόβιας απονιτροποίησης είναι το N2O, ενώ η αναερόβια απονιτροποίηση παράγει κυρίως N2 και μικρές ποσότητες N2O και NO. Αυτό αντανακλά τις πιθανές διαφορές στη δραστηριότητα των συστημάτων απονιτροποίησης ενζύμων και των οδών μεταφοράς ηλεκτρονίων υπό αερόβιες και αναερόβιες συνθήκες, που οδηγούν σε διαφορετικά τελικά προϊόντα.

② Αρχές ταυτόχρονης νιτροποίησης και απονιτροποίησης

Τα αερόβια απονιτροποιητικά βακτήρια μπορούν να πραγματοποιήσουν απονιτροποίηση υπό αερόβιες συνθήκες, επιτρέποντάς της να συμβεί ταυτόχρονα με τη νιτροποίηση. Αυτό σπάει την παραδοσιακή αντίληψη ότι η νιτροποίηση απαιτεί αερόβιες διεργασίες και η απονιτροποίηση απαιτεί αναερόβιες διεργασίες. Αυτό είναι πιθανό επειδή τα αερόβια απονιτροποιητικά βακτήρια διαθέτουν μοναδικά ενζυμικά συστήματα και μεταβολικές οδούς, που τους επιτρέπουν να πραγματοποιούν αποτελεσματικά αντιδράσεις απονιτροποίησης σε αερόβια περιβάλλοντα.

③ Αρχή άμεσης μετατροπής αζώτου αμμωνίου

Τα αερόβια απονιτροποιητικά βακτήρια μπορούν να μετατρέψουν απευθείας το άζωτο αμμωνίου σε αέρια προϊόντα υπό αερόβιες συνθήκες. Αυτό δείχνει ότι διαθέτουν έναν μοναδικό μεταβολικό μηχανισμό ικανό να ολοκληρώσει μια σειρά από μετατροπές αζώτου αμμωνίου σε αερόβια περιβάλλοντα, αποφεύγοντας την πολύπλοκη διαδικασία της νιτροποίησης και στη συνέχεια της απονιτροποίησης.

④ Αρχή δέκτη ηλεκτρονίων και κατανάλωση οξυγόνου

Στη διαδικασία απονιτροποίησης των αερόβιων βακτηρίων απονιτροποίησης, τόσο το νιτρικό άζωτο όσο και το οξυγόνο μπορούν να λειτουργήσουν ως τελικοί δέκτες ηλεκτρονίων. Κατά την αφαίρεση του νιτρικού αζώτου, καταναλώνεται επίσης οξυγόνο. Αυτό δείχνει ότι η αναπνευστική τους αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων μπορεί να μεταφέρει με ευελιξία ηλεκτρόνια σε διαφορετικούς δέκτες με βάση την παρουσία νιτρικού αζώτου και οξυγόνου στο περιβάλλον, επιτυγχάνοντας απομάκρυνση αζώτου και κατανάλωση οξυγόνου.

Η θεωρητική βάση της αερόβιας απονιτροποίησης είναι σχετικά σαφής, αλλά μέχρι στιγμής δεν έχουν παρατηρηθεί πρακτικές εφαρμογές μηχανικής και λείπει σχετική πειραματική έρευνα. Εάν συναντήσετε σχετικά προϊόντα, μπορείτε να τα δοκιμάσετε, αλλά πληρώστε μόνο εάν είναι αποτελεσματικά. Μην ξεγελιέστε από ορισμένες περιβαλλοντικές εταιρείες.

Εάν η τεχνολογία αερόβιας απονιτροποίησης μπορεί να εφαρμοστεί με επιτυχία σε έργα επεξεργασίας νερού, θα είναι μια τεράστια ώθηση στην τεχνολογία βιολογικού καθαρισμού στη βιομηχανία προστασίας του περιβάλλοντος, καθιστώντας περιττή την ανακυκλοφορία υγρού νιτροποίησης.