Aerobní denitrifikace - Aerobic denitrification

Aerobní denitrifikace nebo společné dýchání současné použití obou kyslík (Ó2) a dusičnan (NE3−) tak jako oxidační činidla, prováděné různými rody mikroorganismů.[1] Tento proces se liší od anaerobní denitrifikace nejen necitlivostí na přítomnost kyslíku, ale také tím, že má vyšší potenciál vytvářet škodlivý vedlejší produkt oxidu dusného.[2]

Dusík, který působí jako oxidační činidlo, se proto redukuje v řadě čtyř reakcí prováděných enzymy dusičnan, dusitany, oxid dusnatý, a oxid dusičitý reduktázy.[2] Dráha nakonec vede ke snížení molekulové hmotnosti dusík (N2), stejně jako, když reakce nedosáhne dokončení, přechodné druhy oxid dusičitý (N2Ó). Jednoduchý denitrifikace reakce probíhá jako:

NE
3− → NE
2− → NE → N
2Ó → N
2 (G)

The dýchání reakce, při které se jako oxidant používá kyslík, je:

C
6H
12Ó
6 (aq) + 6Ó
2 (g) → 6CO
2 (g) + 6H
2Ó

Klasicky se předpokládalo, že k denitrifikaci nedojde za přítomnosti kyslíku, protože se zdá, že použití dusičnanu jako oxidačního činidla, pokud je kyslík k dispozici, nemá žádnou energetickou výhodu.[2] Experimenty od té doby prokázaly, že denitrifikátory jsou často fakultativní anaeroby[3] a tato aerobní denitrifikace se skutečně vyskytuje v širokém rozsahu mikrobiální organismy s různou úrovní produktivity, obvykle nižší produktivitou, než je výsledkem čistě aerobního dýchání. Výhody možnosti provádět denitrifikaci v přítomnosti kyslíku jsou nejisté, i když je možné, že hraje roli schopnost přizpůsobit se změnám hladin kyslíku.[1] Aerobní denitrifikaci lze nalézt v prostředích, kde jsou k dispozici kolísavé koncentrace kyslíku a snížený obsah uhlíku.[4] Relativně drsné prostředí inspiruje potenciál denitrifikátorů degradovat toxický dusičnan nebo dusičnany pod aerobní atmosférou. Aerobní denitrifikátory mají tendenci účinně pracovat při 25 - 37 ° C a pH 7 - 8, když je koncentrace rozpuštěného kyslíku 3 - 5 mg / la poměr poměru C / N 5 - 10.[4]

Zásah do životního prostředí

Čištění odpadních vod

Úprava vody se často spoléhá na činnost společnosti anaerobně denitrifikační bakterie za účelem odstranění dusičnan z vody.[5] Vzhledem k nepřítomnosti kyslíku však nelze dusičnany plně redukovat na dinitrogen, dusičnan tedy zůstane ve vodě nebo se přemění na oxid dusný.[5] Přetrvávající dusičnan v pitné vodě představuje nepřeberné množství zdravotních rizik a dusičnan i oxid dusný mají zásadní dopady na životní prostředí.[6][7] Některá rizika zahrnují karcinogenní dusičnanové ionty v pitné vodě nebo eutrofizace způsobené očkováním oxidovaného dusíku Květy řas.[5][8] Naopak aerobní denitrifikace může dále snížit oxidovaný dusík v méně specializovaném prostředí.[5] Například mnoho aerobně denitrifikačních bakterií z pseudomonas rod (Odpoledne. stutzeri, Odpoledne. Mendocina a Odpoledne. Putida ) bylo prokázáno, že jsou izolovány od Řeka Liangshui v Číně a mohly by být dále použity v bioaugmentace vyčistit kontaminovanou vodu.[5] Kromě Pseudomas, Acinetobacter sp. SYF26 byl izolován z Ahoj He nádrž v Čína.[9] Genomická analýza odhalila napA gen kódování a periplazmatický nitrátreduktáza a nirK a nirS pro gen pro nitrit reduktáza (oba enzymy aeritická denitrifikace dusičnanů).[9]

Globální oteplování

Oxid dusičitý je 200–300krát účinnější skleníkový plyn než oxid uhličitý, což představuje 5% globálního efektu skleníkových plynů.[10][7] Během redukce dusičnanů v čištění odpadních vod, oxid dusný se uvolňuje pouze v nepřítomnosti vhodných látek kyslík nařízení.[10] Některými řešeními v boji proti uvolňování oxidu dusného z čištění odpadních vod by mohlo být použití aerobně denitrifikačních organismů se schopností plně redukovat dusík.[5] Například, P. Denitrificans prokázal účinné snížení dusičnanů na N2 v kultivovaných médiích a odpadních vodách.[10] Dále kmeny TR2 P. sturzeri a Pseudomonas sp. Rovněž se ukázalo, že kmen K50 má v podstatě podstatně nízkou hladinu produkce oxidu dusného úprava vody.[10] Takto obohacující aktivovaný kal pro aerobní denitrifikační bakterie může být účinný v boji proti účinkům oxidu dusného na globální oteplování v čištění odpadních vod.[10]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Robertson, Lesley A .; J. Gijs Kuenen (22. dubna 1984). „Aerobní denitrifikace: kontroverze znovu ožila“. Archiv mikrobiologie. 139 (4): 351–354. doi:10.1007 / BF00408378. ISSN  0302-8933. S2CID  24219772.
  2. ^ A b C Lloyd, David (říjen 1993). „Aerobní denitrifikace v půdách a sedimentech: od omylů k faktům“. Trendy v ekologii a evoluci. 8 (10): 352–356. doi:10.1016 / 0169-5347 (93) 90218-E. PMID  21236194.
  3. ^ Schlesinger, William H. (1997). Biogeochemistry: An Analysis of Global Change. Akademický tisk. ISBN  978-0-12-625155-5.
  4. ^ A b Ji, Bin; Yang, Kai; Zhu, Lei; Jiang, Yu; Wang, Hongyu; Zhou, červen; Zhang, Huining (srpen 2015). „Aerobní denitrifikace: Přehled důležitých pokroků za posledních 30 let“. Biotechnologie a bioprocesní inženýrství. 20 (4): 643–651. doi:10.1007 / s12257-015-0009-0. ISSN  1226-8372. S2CID  85744076.
  5. ^ A b C d E F Lv, Pengyi; Luo, Jinxue; Zhuang, Xuliang; Zhang, Dongqing; Huang, Zhanbin; Bai, Zhihui (30. 8. 2017). „Rozmanitost kultivovatelných aerobních denitrifikačních bakterií v sedimentu, vodě a biofilmech v čínské Pekingu na řece Liangshui“. Vědecké zprávy. 7 (1): 10032. Bibcode:2017NatSR ... 710032L. doi:10.1038 / s41598-017-09556-9. ISSN  2045-2322. PMC  5577267. PMID  28855587.
  6. ^ Richard, Alyce M .; Diaz, James H .; Kaye, Alan David (2014). „Přezkoumání rizik dusičnanů pitné vody pro veřejné zdraví“. Ochsnerův deník. 14 (3): 392–398. ISSN  1524-5012. PMC  4171798. PMID  25249806.
  7. ^ A b Aronson, Emma L .; Allison, Steven D. (2012-07-31). „Metaanalýza dopadů na životní prostředí na uvolňování oxidu dusného v reakci na změnu N“. Hranice v mikrobiologii. 3: 272. doi:10.3389 / fmicb.2012.00272. ISSN  1664-302X. PMC  3408851. PMID  22866053.
  8. ^ Lloyd, David (01.10.1993). „Aerobní denitrifikace v půdách a sedimentech: od klamů po fakta“. Trendy v ekologii a evoluci. 8 (10): 352–356. doi:10.1016 / 0169-5347 (93) 90218-E. PMID  21236194.
  9. ^ A b Su, Jun-feng; Zhang, Kai; Huang, Ting-lin; Wen, Gang; Guo, Lin; Yang, Shao-fei (2015). „Heterotrofní nitrifikace a aerobní denitrifikace za nízkých nutričních podmínek nově izolovanou bakterií, Acinetobacter sp. SYF26“. Mikrobiologie. 161 (4): 829–837. doi:10.1099 / mic.0.000047. PMID  25667009. S2CID  206197998.
  10. ^ A b C d E Takaya, Naoki; Katalánština-Sakairi, Maria; Sakaguchi, Yasushi; Kato, Isao; Zhou, Zhemin; Shoun, Hirofumi (červen 2003). „Aerobní denitrifikační bakterie, které produkují nízké hladiny oxidu dusného“ (PDF). Americká společnost pro mikrobiologii: 3152–3157 - prostřednictvím http://aem.asm.org.