Công nghệ khử nitơ hiếu khí

Cơ chế khử nitrat như sau: Lý thuyết ban đầu thừa nhận rằng khả năng thu nhận electron của oxy hòa tan ngăn chặn sự chuyển điện tử thành nitrat hoặc nitrit, do đó ức chế quá trình khử nitrat. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng hệ thống enzyme khử nitrat của vi khuẩn và hệ thống hô hấp hiếu khí cùng tồn tại. Trong khi nitơ nitrat giảm thì oxy hòa tan cũng giảm; oxy không phải là yếu tố trực tiếp ức chế hoạt động hoặc sản xuất enzyme khử nitrat. Việc thiếu nitơ nitrat hoặc oxy hòa tan làm giảm tốc độ phát triển và khử nitrat của vi khuẩn.

Vào những năm 1980, Robertson và cộng sự. đã báo cáo sự tồn tại của vi khuẩn khử nitrat hiếu khí và hệ thống enzyme khử nitrat hiếu khí, đồng thời xác nhận sự tồn tại của *Thiosphaera pantotropha* (hiện được đổi tên thành *Paracoccus khử nitrat*). Trong quá trình sinh trưởng, tốc độ tăng trưởng sẽ cao hơn khi O2 và NO3 cùng tồn tại so với khi chỉ có một trong hai. Ngày càng có nhiều nghiên cứu chứng minh sự tồn tại của quá trình khử nitrat hiếu khí ở vi khuẩn và xác định một số vi khuẩn có tốc độ khử nitrat cao trong điều kiện hiếu khí.

① Đường hô hấp của vi khuẩn khử nitrat hiếu khí

Trong con đường hô hấp giả định của vi khuẩn khử nitrat hiếu khí, cả nitơ nitrat và oxy đều có thể đóng vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng. Các điện tử có thể được chuyển từ chất nền hữu cơ đã khử sang oxy và cả nitơ nitrat, nitơ nitrit và oxit nitơ, khử chúng tương ứng.

② Quá trình khử nitrat và enzyme xúc tác

Quá trình khử nitrat của vi khuẩn khử nitrat hiếu khí bao gồm bốn bước khử: được xúc tác lần lượt bởi nitrat reductase, nitrit reductase, nitric oxit reductase và nitrous oxit reductase.

Nitrat reductase: Khử nitrat thành nitrit;

Nitrite reductase: Vi khuẩn khử nitrat hiếu khí chủ yếu có hai loại nitrite reductase: một loại là cytochrome (Cd) và loại còn lại là enzyme có chứa đồng hòa tan. Nó khử nitrit thành oxit nitric (NO);

Nitric oxit reductase: Giảm oxit nitric thành oxit nitơ;

Nitric oxit reductase: Nitric oxit reductase của vi khuẩn khử nitrat hiếu khí là một protein chứa đồng-nằm trong ngoại chất. Trong điều kiện chứa oxy-, men khử oxit nitơ trong tế bào khử nitrat Paracoccus hoạt động, có khả năng khử đồng thời cả khí NO và NO2 thành N2.

③ Các loại và nguồn vi khuẩn khử nitơ hiếu khí

Vi khuẩn khử nitrat hiếu khí chủ yếu được tìm thấy ở các chi như *Pseudomonas*, *Alcaligenes*, *Paracoccus* và *Bacillus*. Chúng là một loại vi khuẩn khử nitrat dị dưỡng, hiếu khí hoặc hiếu khí tùy ý và sử dụng carbon hữu cơ làm nguồn năng lượng.

① Nguyên tắc phản ánh sự khác biệt của sản phẩm

Nói chung, sản phẩm chính của quá trình khử nitrat hiếu khí là N₂O, trong khi quá trình khử nitrat kỵ khí chủ yếu tạo ra N₂ và một lượng nhỏ N₂O và NO. Điều này phản ánh sự khác biệt tiềm tàng trong hoạt động của hệ thống enzyme khử nitrat và con đường vận chuyển điện tử trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí, dẫn đến các sản phẩm cuối cùng khác nhau.

② Nguyên tắc Nitrat hóa và Khử nitrat đồng thời

Vi khuẩn khử nitrat hiếu khí có thể thực hiện quá trình khử nitrat trong điều kiện hiếu khí, cho phép nó xảy ra đồng thời với quá trình nitrat hóa. Điều này phá vỡ quan niệm truyền thống rằng quá trình nitrat hóa đòi hỏi các quá trình hiếu khí và quá trình khử nitrat đòi hỏi các quá trình kỵ khí. Điều này có thể là do vi khuẩn khử nitrat hiếu khí sở hữu hệ thống enzyme và con đường trao đổi chất độc đáo, cho phép chúng thực hiện các phản ứng khử nitrat một cách hiệu quả trong môi trường hiếu khí.

③ Chuyển đổi trực tiếp nguyên lý nitơ amoni

Vi khuẩn khử nitrat hiếu khí có thể chuyển đổi trực tiếp nitơ amoni thành các sản phẩm khí trong điều kiện hiếu khí. Điều này chỉ ra rằng chúng sở hữu một cơ chế trao đổi chất độc đáo có khả năng hoàn thành một loạt chuyển đổi nitơ amoni trong môi trường hiếu khí, tránh được quá trình phức tạp đầu tiên trải qua quá trình nitrat hóa và sau đó là khử nitrat.

④ Nguyên lý chất nhận điện tử và tiêu thụ oxy

Trong quá trình khử nitrat của vi khuẩn khử nitrat hiếu khí, cả nitơ nitrat và oxy đều có thể đóng vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng. Trong khi loại bỏ nitơ nitrat, oxy cũng được tiêu thụ. Điều này chứng tỏ rằng chuỗi vận chuyển điện tử hô hấp của chúng có thể chuyển điện tử một cách linh hoạt đến các chất nhận khác nhau dựa trên sự hiện diện của nitơ nitrat và oxy trong môi trường, đạt được khả năng loại bỏ nitơ và tiêu thụ oxy.

Cơ sở lý thuyết của quá trình khử nitơ hiếu khí tương đối rõ ràng, nhưng cho đến nay, chưa có ứng dụng kỹ thuật thực tế nào được quan sát và còn thiếu nghiên cứu thực nghiệm liên quan. Nếu bạn tìm thấy các sản phẩm phù hợp, bạn có thể dùng thử nhưng chỉ trả tiền nếu chúng có hiệu quả. Đừng để bị lừa bởi một số công ty môi trường.

Nếu công nghệ khử nitơ hiếu khí có thể được thực hiện thành công trong các dự án xử lý nước, thì đó sẽ là một sự thúc đẩy to lớn cho công nghệ xử lý sinh học trong ngành bảo vệ môi trường, khiến việc tuần hoàn chất lỏng nitrat hóa trở nên không cần thiết.