Aeróbna denitrifikačná technológia

Mechanizmus denitrifikácie je nasledovný: Počiatočná teória predpokladá, že schopnosť rozpusteného kyslíka získavať elektróny- bráni prenosu elektrónov na dusičnany alebo dusitany, čím bráni denitrifikácii. Nedávne štúdie však ukázali, že bakteriálne denitrifikačné enzýmové systémy a aeróbne dýchacie systémy koexistujú. Zatiaľ čo dusičnanový dusík je znížený, rozpustený kyslík je tiež znížený; kyslík nie je priamym faktorom inhibujúcim aktivitu alebo produkciu denitrifikačného enzýmu. Nedostatok dusičnanového dusíka alebo rozpusteného kyslíka znižuje rast baktérií a rýchlosť denitrifikácie.

V 80. rokoch 20. storočia Robertson a spol. informovali o existencii aeróbnych denitrifikačných baktérií a aeróbnych denitrifikačných enzýmových systémov a potvrdili existenciu *Thiosphaera pantotropha* (teraz premenovanej na *Paracoccus denitrifications*). Počas rastu je rýchlosť rastu vyššia, keď O2 a NO3 koexistujú, ako keď sú prítomné samostatne. Rastúci počet výskumov preukázal existenciu aeróbnej denitrifikácie v baktériách a identifikoval niektoré baktérie vykazujúce vysoké rýchlosti denitrifikácie v aeróbnych podmienkach.

① Respiračná dráha aeróbnych denitrifikačných baktérií

V hypotetickej respiračnej dráhe aeróbnych denitrifikačných baktérií môžu ako konečné akceptory elektrónov pôsobiť dusičnanový dusík aj kyslík. Elektróny môžu byť prenesené z redukovaného substrátu organickej hmoty na kyslík a tiež na dusičnanový dusík, dusitanový dusík a oxid dusný, čím ich zodpovedajúcim spôsobom redukujú.

② Proces denitrifikácie a katalytické enzýmy

Proces denitrifikácie aeróbnych denitrifikačných baktérií zahŕňa štyri redukčné kroky: katalyzované nitrátreduktázou, dusitanreduktázou, oxidom dusnatým reduktázou a reduktázou oxidu dusného.

Dusičnan reduktáza: Redukuje dusičnany na dusitany;

Dusitanreduktáza: Aeróbne denitrifikačné baktérie majú hlavne dva typy dusitanreduktázy: jeden je cytochróm (Cd) a druhý je rozpustný enzým obsahujúci meď-. Redukuje dusitany na oxid dusnatý (NO);

Oxid dusnatý reduktáza: Redukuje oxid dusnatý na oxid dusný;

Reduktáza oxidu dusnatého: Reduktáza oxidu dusného aeróbnych denitrifikačných baktérií je proteín obsahujúci meď- nachádzajúci sa v periplazme. V podmienkach obsahujúcich kyslík-je aktívna reduktáza oxidu dusného v denitrifikačných bunkách Paracoccus, ktorá je schopná súčasne redukovať plyny NO aj NO2 na N2.

③ Typy a zdroje aeróbnych denitrifikačných baktérií

Aeróbne denitrifikačné baktérie sa nachádzajú hlavne v rodoch ako *Pseudomonas*, *Alcaligenes*, *Paracoccus* a *Bacillus*. Sú to typ heterotrofných denitrifikačných baktérií, ktoré sú aeróbne alebo fakultatívne aeróbne a využívajú organický uhlík ako zdroj energie.

① Princípy odrážajúce rozdiely medzi produktmi

Vo všeobecnosti je hlavným produktom aeróbnej denitrifikácie N2O, zatiaľ čo anaeróbna denitrifikácia produkuje hlavne N2 a malé množstvá N2O a NO. To odráža potenciálne rozdiely v aktivite denitrifikačných enzýmových systémov a dráh transportu elektrónov za aeróbnych a anaeróbnych podmienok, čo vedie k rôznym konečným produktom.

② Princípy simultánnej nitrifikácie a denitrifikácie

Aeróbne denitrifikačné baktérie môžu vykonávať denitrifikáciu za aeróbnych podmienok, čo umožňuje, aby prebiehala súčasne s nitrifikáciou. Toto prelomí tradičnú predstavu, že nitrifikácia vyžaduje aeróbne procesy a denitrifikácia vyžaduje anaeróbne procesy. Je to pravdepodobne preto, že aeróbne denitrifikačné baktérie majú jedinečné enzýmové systémy a metabolické dráhy, ktoré im umožňujú efektívne vykonávať denitrifikačné reakcie v aeróbnom prostredí.

③ Princíp priamej konverzie amónneho dusíka

Aeróbne denitrifikačné baktérie môžu za aeróbnych podmienok priamo premieňať amónny dusík na plynné produkty. To naznačuje, že majú jedinečný metabolický mechanizmus schopný dokončiť sériu konverzií amónneho dusíka v aeróbnom prostredí, pričom sa vyhýbajú zložitému procesu najprv nitrifikácie a potom denitrifikácie.

④ Akceptor elektrónov a princíp spotreby kyslíka

V procese denitrifikácie aeróbnych denitrifikačných baktérií môžu ako konečné akceptory elektrónov pôsobiť dusičnanový dusík aj kyslík. Pri odstraňovaní dusičnanového dusíka sa spotrebúva aj kyslík. To ukazuje, že ich respiračný elektrónový transportný reťazec môže flexibilne prenášať elektróny do rôznych akceptorov na základe prítomnosti dusičnanového dusíka a kyslíka v prostredí, čím sa dosiahne odstránenie dusíka a spotreba kyslíka.

Teoretický základ aeróbnej denitrifikácie je pomerne jasný, ale doteraz neboli pozorované žiadne praktické inžinierske aplikácie a chýba súvisiaci experimentálny výskum. Ak narazíte na relevantné produkty, môžete ich vyskúšať, ale platíte len vtedy, ak sú účinné. Nenechajte sa oklamať niektorými ekologickými spoločnosťami.

Ak sa podarí úspešne implementovať technológiu aeróbnej denitrifikácie v projektoch úpravy vody, bude to obrovský impulz pre technológiu biologickej úpravy v priemysle ochrany životného prostredia, čím sa recirkulácia nitrifikačnej kvapaliny stane zbytočnou.