Аэробная денитрификация - Aerobic denitrification
Аэробная денитрификация или совместное дыхание - одновременное использование кислорода (O 2 ) и нитрата (NO 3 - ) в качестве окислителей , выполняемое различными видами микроорганизмов. Этот процесс отличается от анаэробной денитрификации не только своей нечувствительностью к присутствию кислорода, но и более высоким потенциалом образования вредного побочного продукта закиси азота.
Азот, действуя как окислитель, поэтому восстанавливается в последовательности четырех реакций, выполняемых ферментами нитрат , нитрит , оксид азота и оксид азота редуктазами. Путь в конечном итоге дает восстановленный молекулярный азот (N 2 ), а также, когда реакция не доходит до завершения, промежуточный вид закиси азота (N 2 O). Простая реакция денитрификации протекает как:
-
НЕТ
3- → НЕТ
2- → НЕТ → Н
2O → N
2 (грамм)
Реакция дыхания с использованием кислорода в качестве окислителя:
-
C
6ЧАС
12О
6(водн.) + 6 O
2(г) → 6 СО
2(г) + 6 часов
2О
Традиционно считалось, что денитрификация не будет происходить в присутствии кислорода, поскольку, по-видимому, нет энергетического преимущества использования нитрата в качестве окислителя, когда кислород доступен. С тех пор эксперименты доказали, что денитрификаторы часто являются факультативными анаэробами и что аэробная денитрификация действительно происходит у широкого круга микробных организмов с различными уровнями продуктивности, обычно более низкой, чем результат чисто аэробного дыхания. Преимущества возможности выполнять денитрификацию в присутствии кислорода неясны, хотя возможно, что способность адаптироваться к изменениям уровня кислорода играет роль. Аэробная денитрификация может происходить в средах, где доступны колебания концентрации кислорода и пониженного содержания углерода. Относительно суровая окружающая среда дает возможность денитрификаторам разлагать токсичные нитраты или нитраты в аэробной атмосфере. Аэробные денитрификаторы обычно работают эффективно при 25 ~ 37 ° C и pH 7 ~ 8, когда концентрация растворенного кислорода составляет 3 ~ 5 мг / л, а соотношение нагрузки C / N составляет 5 ~ 10.
Воздействие на окружающую среду
Очистки сточных вод
Обработка воды часто зависит от активности анаэробных денитрифицирующих бактерий , которые удаляют нитраты из воды. Однако из-за отсутствия кислорода нитрат не может быть полностью восстановлен до диазота , поэтому нитрат остается в воде или превращается в закись азота. Сохранение нитратов в питьевой воде представляет множество рисков для здоровья, а нитраты и закись азота оказывают серьезное воздействие на окружающую среду. К некоторым опасностям относятся канцерогенные ионы нитрата в питьевой воде или эвтрофикация, вызванная цветением водорослей, вызванным высевом окисленным азотом . И наоборот, аэробная денитрификация может дополнительно уменьшить окисленный азот в менее специализированной среде. Например, было показано , что многие аэробно денитрифицирующие бактерии из рода Pseudomonas ( P. stutzeri , P. mendocina и P. putida ) изолированы из реки Линшуй в Китае и могут быть в дальнейшем использованы в биоаугментации для очистки загрязненной воды. Помимо Pseudomonas, Acinetobacter sp. SYF26 был выделен из водохранилища Хэйхэ в Китае . Геномный анализ выявил ген napA , кодирующий периплазматическую нитратредуктазу , и nirK и nirS для гена нитритредуктазы (оба фермента необходимы для аэробной денитрификации нитрата).
Глобальное потепление
Закись азота является парниковым газом в 200-300 раз сильнее, чем углекислый газ , что составляет 5% глобального эффекта парниковых газов. Во время снижения содержания нитратов при очистке сточных вод закись азота выделяется только при отсутствии соответствующего регулирования содержания кислорода . Некоторые решения для борьбы с выбросом закиси азота при очистке сточных вод могут заключаться в использовании аэробно денитрифицирующих организмов, способных полностью восстанавливать азот. Например, P. denitrificans продемонстрировал эффективность восстановления нитратов до N 2 в культуральных средах и сточных водах. Кроме того, штаммы TR2 P. sturzeri и Pseudomonas sp. также было показано, что штамм K50 имеет существенно низкие уровни образования закиси азота при очистке воды . Таким образом, обогащение активного ила аэробными денитрифицирующими бактериями может быть эффективным в борьбе с эффектом глобального потепления закиси азота при очистке сточных вод .