Desnitrificación: Diferenzas entre revisións
Sen resumo de edición |
|||
| Liña 11: | Liña 11: | ||
O maior problema da desnitrificación biolóxica é a contaminación potencial da agua tratada con bacterias: fonte de carbono residual (desnitrificación heterótrofa) e a posibilidade de formación de [[nitrito]]s, o cal fai necesario un post-tratamento. Actualmente, os procesos desenvolvidos para a desnitrificación biolóxica son diversos usando distintos substratos e diferentes configuracións de reactores. Pero hai que salientr que practicamente a totalidade dos sistemas de desnitrificación desenvolvidos se basean na desnitrificación heterótrofa e coñécese pouco e está pouco desenvolvida a desnitrificación autótrofa. |
O maior problema da desnitrificación biolóxica é a contaminación potencial da agua tratada con bacterias: fonte de carbono residual (desnitrificación heterótrofa) e a posibilidade de formación de [[nitrito]]s, o cal fai necesario un post-tratamento. Actualmente, os procesos desenvolvidos para a desnitrificación biolóxica son diversos usando distintos substratos e diferentes configuracións de reactores. Pero hai que salientr que practicamente a totalidade dos sistemas de desnitrificación desenvolvidos se basean na desnitrificación heterótrofa e coñécese pouco e está pouco desenvolvida a desnitrificación autótrofa. |
||
| ⚫ | |||
== Desnitrificación heterótrofa == |
== Desnitrificación heterótrofa == |
||
A desnitrificación heterótrofa é un proceso biolóxico de redución do nitrato presente nas augas residuais a nitróxeno molecular en condicións anóxicas pola acción de [[bacterias]] heterótrofas (''[[Pseudomonas]], [[Paraccocus]], [[Alcaligenes]], [[Thiobacillus]], [[Bacillus]]''), que usan un substrato orgánico como fonte de carbono e enerxía. |
|||
No proceso de desnitrificación existe ademais a posibilidade de acumulación de intermediarios (NO<sub>2</sub><sup>–</sup>, N<sub>2</sub>O, NO) debido ao tipo e concentración do substrato empregado ou ás condicións de operación (temperatura, [[pH]], tempo de residencia hidráulico, tempo de retención celular). Baseándose nisto, para que a transformación acabe en N<sub>2</sub>, deberán controlarse as condicións ambientais como o nivel de O<sub>2</sub> disolvio, a fonte de carbono orgánico, a concentración de nitratos, a relación C/N, a dispoñibilidade de [[fósforo]], pH, temperatura e a posible presenza de tóxicos.<ref> (Cervantes et al., 1999; Moratalla, 1997)</ref> |
|||
Unha das reaccións tipo que implica unha desnitrificación heterótrofa podería ser a da oxidación do [[ácido acético]]: |
|||
1 |
1,25 CH3COOH + 2NO3- 2,5CO2 + N2 + 2OH- + 1,5 H2O. |
||
∆Gº´=-1054.8 kJ/ reacción. Ecuación |
∆Gº´=-1054.8 kJ/ reacción. [Ecuación 1) |
||
A desnitrificación heterótrofa é aplicada amplamente polo súa alta eficiencia e baixo custo. A taxa de desnitrificación heterótrofa é alta, o que permite o uso de reactores de pouco volume e baixos custos. Potén, o carbono residual deste proceso causa diversos problemas para o tratamento de augas potables, o que converte a desnitrificación autótrofa nunha boa alternativa. |
|||
== Desnitrificación autotrofa == |
== Desnitrificación autotrofa == |
||
Algunhas [[bacterias]] desnitrificantes son quimiolitoautótrofas e poden oxidar compostos inorgánicos de [[xofre]] como ácido sulfhídrico (H<sub>2</sub>S), xofre elemental (S<sup>0</sup>), tiosulfato(S<sub>2</sub>O<sub>3</sub>2<sup>-</sup>) ou sulfito(SO<sub>3</sub>2<sup>-</sup>) anaerobicamente a costa da redución do nitrato.<ref>(Kuenen et al.1992)</ref> Entre elas hai só dous autótrofos obrigados coñecidos que crezan a pHs neutros: ''Thiobacillus denitrificans'' e ''Thiomicrospira denitrificans'',<ref>(Schedel y Truper, 1980; Kuenen et al.1992; Timmer-Ten Hoor, 1975)</ref> que poden levar a cabo a sulfoxidación en condicións aeróbicas ou anóxicas. Recentemente illouse ''Thioalkalivibrio denitrificans'', un autótrofo, oxidador de xofre, que pode crecer anaerobicamente usando nitrito como aceptor de electróns a pH básico<ref> (Sorokin, D.Y., 2001).</ref> |
|||
As vantaxes deste proceso respecto á heterotrofia son varias. Para o tratamento de augas residuais, evita ter que engadir [[materia orgánica]], reducíndose así os custos, e para o tratamento de [[Auga potable|augas potables]], evita o carbono residual no efluente, xa que reduce o risco de sobrecrecemento nos sistemas a tratar e de desinfección da zona polos produtos producidos debido a que os organismos autotrófos crecen máis a modo e producen menos [[biomasa]], coa conseguinte formación de menos produtos celulares.<ref>( K.S.Haugen.2002)</ref> Ademais os organismos autótrofos están mellor adaptados para o tratamento de augas subterráneas porque crecen a baixas concentracións de compostos orgánicos biodegradables. Tamén posúen un grande interese comercial e desde o punto de vista da biotecnoloxía ambiental porque é un dos poucos exemplos nos que poden oxidarse bioloxicamente compostos reducidos do xofre (sulfoxidación) en ausencia de oxíxeno elemental. Pero a principal vantaxe deste proceso é a aparición da desnitrificación acoplada á oxidación de compostos reducidos do xofre, combinando a eliminación simultánea de dous tipos de contaminantes, os nitratos e os compostos reducidos do xofre (ecuación 2), tendo así grande interese polas súas aplicacións biotecnolóxicas. |
|||
| ⚫ | |||
== |
== Principais factores que afectan á desnitrificación == |
||
=== Temperatura === |
=== Temperatura === |
||
| Liña 68: | Liña 68: | ||
∆Gº´=-765.7 kJ/ reacción. Ecuación (2) |
∆Gº´=-765.7 kJ/ reacción. Ecuación (2) |
||
--> |
--> |
||
== Notas == |
== Notas == |
||
{{Listaref}} |
{{Listaref}} |
||
Revisión como estaba o 16 de xullo de 2014 ás 11:49
 | Este artigo está a ser traducido ao galego por un usuario desta Wikipedia; por favor, non o edite. O usuario Miguelferig (conversa · contribucións) realizou a última edición na páxina hai 9 anos. Se o usuario non publica a tradución nun prazo de trinta días, procederase ó seu borrado rápido. |
A desnitrificación é un proceso metabólico feito por microorganismos no que usa o nitrato como aceptor terminal de electróns en condicións anóxicas (ausencia de oxíxeno) principalmente, no cal os nitratos redúcense orixinando nitróxeno gas. Isto ocorre en etapas sucesivas catalizadas por sistemas encimáticos diferentes, nas que aparecen como produtos intermedios nitritos, óxido nítrico e óxido nitroso. Realízana exclusivamente certos microorganismos, entre os que salientan Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus, Rhizobium, e Thiosphaera, entre outros. Supón unha perda de fertilidade para os solos (que depende dos nitratos), pero forma parte do ciclo do nitróxeno.
Principio básico da desnitrificación
Existen máis de 50 xéneros de bacterias que poden levar a cabo a desnitrificación.[1] A capacidade desnitrificante tamén se encontrou en arqueas e fungos.[2][3] Os xéneros de bacterias desnitrificantes máis habituais son: Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus, Rhizobium, Thiosphaera, entre outros. A maioría das bacterias desnitrificantes son heterótrofas, pero algunhas poden crecer autotroficamente con hidróxeno (H2) e dióxido de carbono, con compostos sulfurados reducidos, ou con compostos de arsénico reducidos, entre outros.[4] Ademais, téñense informes de que a desnitrificación se pode levar a cabo aerobicamente, como, por exemplo, no caso de Magnetospirillum magnetotacticum, que consome O2 mentres desnitrifica.[5] A desnitrificación é un proceso que usa o nitrato como aceptor terminal de electróns en condicións anóxicas (ausencia de oxíxeno) principalmente. O proceso de redución de nitratos ata nitróxeno gas ocorre en etapas seriais, catalizadas por sistemas encimáticos diferentes, e orixínanse como produtos intermedios nitritos, óxido nítrico e óxido nitroso:
A desnitrificación require un substrato oxidable, xa sexa orgánico ou inorgánico que actúe como fonte de enerxía, polo que a desnitrificación pode levarse a cabo tanto por bacterias heterótrofas coma autótrofas. Na desnitrificación heterótrofa, un substrato orgánico, como metanol, etanol, ácido acético, glicosa, etc., actúa como fonte de enerxía (doador de electróns) e fonte de carbono. Na desnitrificación autótrofa, a fonte de enerxía é inorgánica, como hidróxeno ou compostos reducidos de xofre, ácido sulfhídrico (H2S) ou tiosulfato (S2O32-), a fonte de carbono, tamén inorgánica, é o CO2.
O maior problema da desnitrificación biolóxica é a contaminación potencial da agua tratada con bacterias: fonte de carbono residual (desnitrificación heterótrofa) e a posibilidade de formación de nitritos, o cal fai necesario un post-tratamento. Actualmente, os procesos desenvolvidos para a desnitrificación biolóxica son diversos usando distintos substratos e diferentes configuracións de reactores. Pero hai que salientr que practicamente a totalidade dos sistemas de desnitrificación desenvolvidos se basean na desnitrificación heterótrofa e coñécese pouco e está pouco desenvolvida a desnitrificación autótrofa.
Desnitrificación heterótrofa
A desnitrificación heterótrofa é un proceso biolóxico de redución do nitrato presente nas augas residuais a nitróxeno molecular en condicións anóxicas pola acción de bacterias heterótrofas (Pseudomonas, Paraccocus, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus), que usan un substrato orgánico como fonte de carbono e enerxía.
No proceso de desnitrificación existe ademais a posibilidade de acumulación de intermediarios (NO2–, N2O, NO) debido ao tipo e concentración do substrato empregado ou ás condicións de operación (temperatura, pH, tempo de residencia hidráulico, tempo de retención celular). Baseándose nisto, para que a transformación acabe en N2, deberán controlarse as condicións ambientais como o nivel de O2 disolvio, a fonte de carbono orgánico, a concentración de nitratos, a relación C/N, a dispoñibilidade de fósforo, pH, temperatura e a posible presenza de tóxicos.[6]
Unha das reaccións tipo que implica unha desnitrificación heterótrofa podería ser a da oxidación do ácido acético:
1,25 CH3COOH + 2NO3- 2,5CO2 + N2 + 2OH- + 1,5 H2O.
∆Gº´=-1054.8 kJ/ reacción. [Ecuación 1)
A desnitrificación heterótrofa é aplicada amplamente polo súa alta eficiencia e baixo custo. A taxa de desnitrificación heterótrofa é alta, o que permite o uso de reactores de pouco volume e baixos custos. Potén, o carbono residual deste proceso causa diversos problemas para o tratamento de augas potables, o que converte a desnitrificación autótrofa nunha boa alternativa.
Desnitrificación autotrofa
Algunhas bacterias desnitrificantes son quimiolitoautótrofas e poden oxidar compostos inorgánicos de xofre como ácido sulfhídrico (H2S), xofre elemental (S0), tiosulfato(S2O32-) ou sulfito(SO32-) anaerobicamente a costa da redución do nitrato.[7] Entre elas hai só dous autótrofos obrigados coñecidos que crezan a pHs neutros: Thiobacillus denitrificans e Thiomicrospira denitrificans,[8] que poden levar a cabo a sulfoxidación en condicións aeróbicas ou anóxicas. Recentemente illouse Thioalkalivibrio denitrificans, un autótrofo, oxidador de xofre, que pode crecer anaerobicamente usando nitrito como aceptor de electróns a pH básico[9]
As vantaxes deste proceso respecto á heterotrofia son varias. Para o tratamento de augas residuais, evita ter que engadir materia orgánica, reducíndose así os custos, e para o tratamento de augas potables, evita o carbono residual no efluente, xa que reduce o risco de sobrecrecemento nos sistemas a tratar e de desinfección da zona polos produtos producidos debido a que os organismos autotrófos crecen máis a modo e producen menos biomasa, coa conseguinte formación de menos produtos celulares.[10] Ademais os organismos autótrofos están mellor adaptados para o tratamento de augas subterráneas porque crecen a baixas concentracións de compostos orgánicos biodegradables. Tamén posúen un grande interese comercial e desde o punto de vista da biotecnoloxía ambiental porque é un dos poucos exemplos nos que poden oxidarse bioloxicamente compostos reducidos do xofre (sulfoxidación) en ausencia de oxíxeno elemental. Pero a principal vantaxe deste proceso é a aparición da desnitrificación acoplada á oxidación de compostos reducidos do xofre, combinando a eliminación simultánea de dous tipos de contaminantes, os nitratos e os compostos reducidos do xofre (ecuación 2), tendo así grande interese polas súas aplicacións biotecnolóxicas.
Notas
- ↑ Delwiche CC. 1982. Denitrification, Nitrification and Atmospheric Nitrous Oxide. edition F, editor. New York, USA: John Wiley & Sons, Inc
- ↑ Zumft WG. 1997. Cell biology and molecular basis of denitrification. Microbiology and Molecular Biology Reviews 61(4):533-+.
- ↑ Thorndycroft FH, Butland G, Richardson DJ, Watmough NJ. 2007. A new assay for nitric oxide reductase reveals two conserved glutamate residues form the entrance to a proton-conducting channel in the bacterial enzyme. Biochemical Journal 401:111-119.
- ↑ Ahn YH. 2006. Sustainable nitrogen elimination biotechnologies: A review. Process Biochemistry 41(8):1709-1721.
- ↑ Bazylinski DA, Blakemore RP. 1983. Denitrification and Assimilatory Nitrate Reduction in Aquaspirillum-Magnetotacticum. Applied and Environmental Microbiology 46(5):1118-1124.
- ↑ (Cervantes et al., 1999; Moratalla, 1997)
- ↑ (Kuenen et al.1992)
- ↑ (Schedel y Truper, 1980; Kuenen et al.1992; Timmer-Ten Hoor, 1975)
- ↑ (Sorokin, D.Y., 2001).
- ↑ ( K.S.Haugen.2002)