Desnitrificación
La desnitrificación es un proceso metabólico que usa el nitrato como receptor terminal de electrones en condiciones anaerobias (ausencia de oxígeno) principalmente, conduciendo finalmente a nitrógeno molecular (gas, N2).
La realizan exclusivamente ciertos microorganismos, entre los que destacan Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus, Rhizobium, Thiosphaera, entre otros.
[2][3] Los géneros de bacterias desnitrificantes más citados incluyen: Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus, Rhizobium, Thiosphaera, entre otros.
por ejemplo en el caso de Magnetospirillum magnetotacticum que consume O2 mientras desnitrifica.
El proceso de reducción de nitratos hasta nitrógeno molecular (gas, N2) tiene lugar en etapas sucesivas, catalizadas por sistemas enzimáticos diferentes, apareciendo como productos intermedios nitritos, óxido nítrico y óxido nitroso:
La desnitrificación requiere un sustrato oxidable, ya sea orgánico o inorgánico, que actúe como fuente de energía, por lo que la desnitrificación puede llevarse a cabo tanto por bacterias heterótrofas como autótrofas.
La desnitrificación heterótrofa es un proceso biológico de reducción del nitrato presente en las aguas residuales a nitrógeno molecular en condiciones anóxicas por la acción de bacterias heterótrofas (Pseudomonas, Paraccocus, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus), que usan un sustrato orgánico como fuente de carbono y energía.
La desnitrificación heterótrofa es ampliamente aplicada por su alta eficiencia y bajo costo.
Sin embargo el carbón residual de este proceso causa diversos problemas para el tratamiento de aguas potables, lo que convierte a la desnitrificación autótrofa en una buena alternativa.
Algunas bacterias desnitrificantes son quimiolitoautótrofas y pueden oxidar compuestos inorgánicos de azufre como sulfhídrico (H2S), azufre elemental (S0), tiosulfato(S2O32-) o sulfito(SO32-) anaeróbicamente a expensas de la reducción del nitrato.
[7] Entre ellas, autótrofos obligados que crezcan a pHs neutros tan solo se conocen dos: Thiobacillus denitrificans y Thiomicrospira denitrificans[8] y pueden llevar a cabo la sulfoxidación en condiciones aeróbicas o anóxicas.
[10] Además los organismos autótrofos están mejor adaptados para el tratamiento de aguas subterráneas porque crecen a bajas concentraciones de compuestos orgánicos biodegradables.
De acuerdo con la literatura, los microorganismos desnitrificantes presentan actividad entre 5 y 75 °C.
[4][13] A valores de pH debajo de 6, se inhibe la enzima óxido nitroso reductasa y se acumula óxido nitroso.
En general las enzimas reductasas son inmediatamente o gradualmente inactivadas por la presencia de oxígeno.
[15] La capacidad que tienen los compuestos orgánicos de donar electrones es uno de los factores más importantes que controlan la actividad heterotrófica y por lo tanto la actividad desnitrificante heterotrófica.
Existe una gran variedad de compuestos que pueden ser usados para llevar a cabo la desnitrificación en aguas residuales.
[15] Otro grupo de microorganismos desnitrificantes, los autótrofos, utilizan compuestos inorgánicos como sulfuro, hidrógeno, amonio para reducir nitratos.
[25] En respuesta al problema de la contaminación por nitratos, han surgido diversas tecnologías para eliminarlo del medio tales como intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis y desnitrificación biológica.
Entre las diversas alternativas, se prefieren los tratamientos biológicos por su sencillez, selectividad y bajo coste ante los físico-químicos, más caros y con mayor generación de residuos tóxicos.
Un ejemplo es la oxidación del tiosulfato que se ajusta a la siguiente reacción:
