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脫硝反應(英語:denitrification,亦稱為脫硝作用、脫氮作用)是指細菌將硝酸鹽(NO3−)中的氮(N)通過一系列中間產物(NO2−、NO、N2O)還原為氮氣分子(N2)的生物化學過程。參與這一過程的細菌統稱為脫硝細菌或脫氮細菌。
脫硝化菌在無氧條件下,以將硝酸鹽(NO3−)為電子受體完成呼吸作用(respiration)以獲得能量。這一過程是硝酸鹽呼吸(nitrate respiration)的兩種途徑之一,另一種途徑是另一類是硝酸異化還原成銨鹽(Dissimilative reduction of nitrate to ammonia, DRNA)。
總的脫硝過程可以用以下方程式表示:
其中包括以下四個還原反應:
以上四個反應均為放熱反應,所以在無氧或缺氧條件下,細菌可以將硝酸鹽(NO3−)作為電子傳遞鏈(ETC)的最終電子受體(TEA, terminal electron acceptor),來完成物質能量交換。
脫硝菌在自然界以各種形式廣泛存在,如:
脫硝菌主要為原核生物,大量存在於在α-, β- 和γ-變形菌綱中。已知的脫硝菌的屬有Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Bacillus, Chromobacterium, Flavobacterium, Spirillum, Vibrio, Halobacterium, Methanomonas, Pseudomonas等。
脫硝反應在自然界具有重要意義,是氮循環的關鍵一環,它和無氧氨氧化(Anammox)一起,組成自然界被固定的氮元素重新回到大氣中的途徑。
在環境保護方面,脫硝化反應和硝化反應一起可以構成不同工藝流程,是生物除氮的主要方法,在全球範圍內的污水處理廠中被廣泛應用。污水處理中所利用的脫硝菌為異營菌,其生長速度很快,但是需要外部的有機碳源,在實際運行中,有時會添加少量甲醇等有機物以保證反硝化過程順利進行。
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