Aerobe Denitrifikationstechnologie

Der Mechanismus der Denitrifikation ist wie folgt: Die ursprüngliche Theorie geht davon aus, dass die Fähigkeit des gelösten Sauerstoffs zur Elektronenaufnahme die Elektronenübertragung zu Nitrat oder Nitrit verhindert und somit die Denitrifikation hemmt. Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass bakterielle denitrifizierende Enzymsysteme und aerobe Atmungssysteme nebeneinander existieren. Während Nitratstickstoff reduziert wird, wird auch gelöster Sauerstoff reduziert; Sauerstoff ist kein direkter Faktor, der die Aktivität oder Produktion denitrifizierender Enzyme hemmt. Ein Mangel an Nitratstickstoff oder gelöstem Sauerstoff verringert das Bakterienwachstum und die Denitrifikationsrate.

In den 1980er Jahren haben Robertson et al. berichteten über die Existenz aerober denitrifizierender Bakterien und aerober denitrifizierender Enzymsysteme und bestätigten die Existenz von *Thiosphaera pantotropha* (jetzt umbenannt in *Paracoccus denitrifications*). Während des Wachstums ist die Wachstumsrate höher, wenn O2 und NO3 gleichzeitig vorhanden sind, als wenn eines von beiden allein vorhanden ist. Eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten hat die Existenz einer aeroben Denitrifikation bei Bakterien nachgewiesen und einige Bakterien identifiziert, die unter aeroben Bedingungen hohe Denitrifikationsraten aufweisen.

① Atmungsweg aerober denitrifizierender Bakterien

Im hypothetischen Atmungsweg aerober denitrifizierender Bakterien können sowohl Nitratstickstoff als auch Sauerstoff als letzte Elektronenakzeptoren fungieren. Elektronen können vom Substrat aus reduzierter organischer Substanz auf Sauerstoff sowie auf Nitratstickstoff, Nitritstickstoff und Lachgas übertragen werden, wodurch diese entsprechend reduziert werden.

② Denitrifikationsprozess und katalytische Enzyme

Der Denitrifikationsprozess aerober denitrifizierender Bakterien umfasst vier Reduktionsschritte: katalysiert durch Nitratreduktase, Nitritreduktase, Stickoxidreduktase bzw. Lachgasreduktase.

Nitratreduktase: Reduziert Nitrat zu Nitrit;

Nitritreduktase: Aerobe denitrifizierende Bakterien verfügen hauptsächlich über zwei Arten von Nitritreduktase: Eine davon ist Cytochrom (Cd) und die andere ist ein lösliches kupferhaltiges Enzym. Es reduziert Nitrit zu Stickoxid (NO);

Stickoxidreduktase: Reduziert Stickoxid zu Lachgas;

Stickoxidreduktase: Die Lachgasreduktase aerober denitrifizierender Bakterien ist ein kupferhaltiges Protein, das sich im Periplasma befindet. Unter sauerstoffhaltigen Bedingungen ist die Lachgasreduktase in denitrifizierenden Paracoccus-Zellen aktiv und in der Lage, gleichzeitig sowohl NO- als auch NO2-Gase zu N2 zu reduzieren.

③ Arten und Quellen aerober denitrifizierender Bakterien

Aerobe denitrifizierende Bakterien kommen hauptsächlich in Gattungen wie *Pseudomonas*, *Alcaligenes*, *Paracoccus* und *Bacillus* vor. Sie sind eine Art heterotropher denitrifizierender Bakterien, die aerob oder fakultativ aerob sind und organischen Kohlenstoff als Energiequelle nutzen.

① Grundsätze, die Produktunterschiede widerspiegeln

Im Allgemeinen ist das Hauptprodukt der aeroben Denitrifikation N₂O, während bei der anaeroben Denitrifikation hauptsächlich N₂ und geringe Mengen N₂O und NO entstehen. Dies spiegelt die potenziellen Unterschiede in der Aktivität denitrifizierender Enzymsysteme und Elektronentransportwege unter aeroben und anaeroben Bedingungen wider, die zu unterschiedlichen Endprodukten führen.

② Prinzipien der gleichzeitigen Nitrifikation und Denitrifikation

Aerobe denitrifizierende Bakterien können unter aeroben Bedingungen eine Denitrifikation durchführen, sodass diese gleichzeitig mit der Nitrifikation erfolgen kann. Dies durchbricht die traditionelle Vorstellung, dass die Nitrifikation aerobe Prozesse und die Denitrifikation anaerobe Prozesse erfordert. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass aerobe denitrifizierende Bakterien über einzigartige Enzymsysteme und Stoffwechselwege verfügen, die es ihnen ermöglichen, Denitrifikationsreaktionen in aeroben Umgebungen effektiv durchzuführen.

③ Direkte Umwandlung des Ammonium-Stickstoff-Prinzips

Aerobe denitrifizierende Bakterien können unter aeroben Bedingungen Ammoniumstickstoff direkt in gasförmige Produkte umwandeln. Dies weist darauf hin, dass sie über einen einzigartigen Stoffwechselmechanismus verfügen, der in der Lage ist, eine Reihe von Umwandlungen von Ammoniumstickstoff in aeroben Umgebungen durchzuführen und so den komplexen Prozess der ersten Nitrifizierung und anschließenden Denitrifizierung zu vermeiden.

④ Elektronenakzeptor- und Sauerstoffverbrauchsprinzip

Im Denitrifikationsprozess aerober denitrifizierender Bakterien können sowohl Nitratstickstoff als auch Sauerstoff als letzte Elektronenakzeptoren fungieren. Bei der Entfernung von Nitratstickstoff wird auch Sauerstoff verbraucht. Dies zeigt, dass ihre respiratorische Elektronentransportkette je nach Vorhandensein von Nitratstickstoff und Sauerstoff in der Umgebung Elektronen flexibel an verschiedene Akzeptoren übertragen kann, wodurch eine Stickstoffentfernung und ein Sauerstoffverbrauch erreicht werden.

Die theoretischen Grundlagen der aeroben Denitrifikation sind relativ klar, aber bisher wurden keine praktischen technischen Anwendungen beobachtet und es mangelt an entsprechenden experimentellen Untersuchungen. Wenn Sie auf relevante Produkte stoßen, können Sie diese ausprobieren, aber nur bezahlen, wenn sie wirksam sind. Lassen Sie sich nicht von einigen Umweltunternehmen täuschen.

Wenn die aerobe Denitrifikationstechnologie erfolgreich in Wasseraufbereitungsprojekten eingesetzt werden kann, wird dies einen enormen Aufschwung für die biologische Aufbereitungstechnologie in der Umweltschutzindustrie bedeuten und die Rückführung der Nitrifikationsflüssigkeit überflüssig machen.