El mecanismo de la desnitrificación es el siguiente: la teoría inicial postula que la capacidad de adquisición de electrones del oxígeno disuelto impide la transferencia de electrones a nitrato o nitrito, inhibiendo así la desnitrificación. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que coexisten sistemas de enzimas desnitrificantes bacterianas y sistemas de respiración aeróbica. Mientras se reduce el nitrógeno nitrato, también se reduce el oxígeno disuelto; El oxígeno no es un factor directo que inhiba la actividad o producción de la enzima desnitrificante. La falta de nitrógeno nitrato u oxígeno disuelto reduce el crecimiento bacteriano y las tasas de desnitrificación.
01 Principio de desnitrificación aeróbica
En la década de 1980, Robertson et al. informaron la existencia de bacterias desnitrificantes aeróbicas y sistemas de enzimas desnitrificantes aeróbicas, y confirmaron la existencia de *Thiosphaera pantotropha* (ahora rebautizada como *Paracoccus denitrifications*). Durante el crecimiento, la tasa de crecimiento es mayor cuando coexisten O2 y NO3 que cuando cualquiera de ellos está presente solo. Un creciente conjunto de investigaciones ha demostrado la existencia de desnitrificación aeróbica en bacterias e identificado algunas bacterias que exhiben altas tasas de desnitrificación en condiciones aeróbicas.
① Vía respiratoria de las bacterias desnitrificantes aeróbicas
En la hipotética vía respiratoria de las bacterias desnitrificantes aeróbicas, tanto el nitrógeno nitrato como el oxígeno pueden actuar como aceptores finales de electrones. Los electrones se pueden transferir desde el sustrato de materia orgánica reducida al oxígeno, y también al nitrógeno nitrato, al nitrógeno nitrito y al óxido nitroso, reduciéndolos en consecuencia.
② Proceso de desnitrificación y enzimas catalíticas
El proceso de desnitrificación de las bacterias desnitrificantes aeróbicas implica cuatro pasos de reducción: catalizado por nitrato reductasa, nitrito reductasa, óxido nítrico reductasa y óxido nitroso reductasa, respectivamente.
Nitrato reductasa: Reduce el nitrato a nitrito;
Nitrito reductasa: las bacterias desnitrificantes aeróbicas tienen principalmente dos tipos de nitrito reductasa: uno es citocromo (Cd) y el otro es una enzima que contiene cobre-soluble. Reduce el nitrito a óxido nítrico (NO);
Óxido nítrico reductasa: Reduce el óxido nítrico a óxido nitroso;
Óxido nítrico reductasa: el óxido nitroso reductasa de las bacterias desnitrificantes aeróbicas es una proteína que contiene cobre- ubicada en el periplasma. En condiciones que contienen oxígeno-, la óxido nitroso reductasa en las células desnitrificantes de Paracoccus está activa y es capaz de reducir simultáneamente los gases NO y NO2 a N2.
③ Tipos y fuentes de bacterias desnitrificantes aeróbicas
Las bacterias desnitrificantes aeróbicas se encuentran principalmente en géneros como *Pseudomonas*, *Alcaligenes*, *Paracoccus* y *Bacillus*. Son un tipo de bacterias desnitrificantes heterótrofas que son aeróbicas o aeróbicas facultativas y utilizan carbono orgánico como fuente de energía.
02 Diferencias con la desnitrificación anaeróbica y otros métodos de eliminación de nitrógeno
① Principios que reflejan las diferencias de productos
Generalmente, el principal producto de la desnitrificación aeróbica es el N₂O, mientras que la desnitrificación anaeróbica produce principalmente N₂ y pequeñas cantidades de N₂O y NO. Esto refleja las diferencias potenciales en la actividad de los sistemas de enzimas desnitrificantes y las vías de transporte de electrones en condiciones aeróbicas y anaeróbicas, lo que conduce a diferentes productos finales.
② Principios de nitrificación y desnitrificación simultáneas
Las bacterias desnitrificantes aeróbicas pueden llevar a cabo la desnitrificación en condiciones aeróbicas, lo que permite que se produzca simultáneamente con la nitrificación. Esto rompe con la noción tradicional de que la nitrificación requiere procesos aeróbicos y la desnitrificación requiere procesos anaeróbicos. Es probable que esto se deba a que las bacterias desnitrificantes aeróbicas poseen sistemas enzimáticos y vías metabólicas únicos, lo que les permite llevar a cabo eficazmente reacciones de desnitrificación en ambientes aeróbicos.
③ Principio de conversión directa del nitrógeno amónico
Las bacterias desnitrificantes aeróbicas pueden convertir directamente el nitrógeno amónico en productos gaseosos en condiciones aeróbicas. Esto indica que poseen un mecanismo metabólico único capaz de completar una serie de conversiones de nitrógeno amoniacal en ambientes aeróbicos, evitando el complejo proceso de sufrir primero nitrificación y luego desnitrificación.
④ Principio del aceptor de electrones y del consumo de oxígeno
En el proceso de desnitrificación de las bacterias desnitrificantes aeróbicas, tanto el nitrógeno nitrato como el oxígeno pueden actuar como aceptores finales de electrones. Mientras se elimina el nitrógeno nitrato, también se consume oxígeno. Esto demuestra que su cadena de transporte de electrones respiratoria puede transferir electrones de manera flexible a diferentes aceptores en función de la presencia de nitrato de nitrógeno y oxígeno en el medio ambiente, logrando la eliminación de nitrógeno y el consumo de oxígeno.
03 Conclusión
La base teórica de la desnitrificación aeróbica es relativamente clara, pero hasta ahora no se han observado aplicaciones prácticas de ingeniería y faltan investigaciones experimentales relacionadas. Si encuentra productos relevantes, puede probarlos, pero solo pague si son efectivos. No se deje engañar por algunas empresas medioambientales.
Si la tecnología de desnitrificación aeróbica se puede implementar con éxito en proyectos de tratamiento de agua, será un gran impulso para la tecnología de tratamiento biológico en la industria de protección ambiental, haciendo innecesaria la recirculación del líquido de nitrificación.