Vi khuẩn khử nitrat (Vi khuẩn phản nitrat) là một nhóm vi khuẩn đa dạng, cùng với nấm khử nitơ và vi khuẩn cổ, có khả năng thực hiện quá trình khử nitrat để hoàn tất chu trình nitơ. Quá trình này được thực hiện bởi nhiều loại vi khuẩn phân bố rộng rãi trong đất, bùn. Chúng chuyển hóa các hợp chất nitơ bằng cách sử dụng các enzym khác nhau, chuyển hóa các oxit nitơ thành khí nitơ. Vi khuẩn khử nitrat đã được xác định trong hơn 50 chi với hơn 125 loài khác nhau và ước tính đại diện cho 10-15% quần thể vi khuẩn trong nước, đất và bùn.

Vi khuẩn khử nitrat bao gồm một số nhóm tiêu biểu là Pseudomonas, Alkaligenes, Bacillus và những nhóm khác.

Pseudomonas stutzeri, một loài vi khuẩn khử nitrat

Chi Pseudomonas là một trong những chi vi khuẩn phản nitrat lớn nhất được nghiên cứu. Đây là lý do người ta hay dùng chủng Pseudomonas làm sinh vật mẫu để nghiên cứu quá trình khử nitrat. Trong chi Pseudomonas, và có thể cả trong các sinh vật nhân sơ, những tiến bộ trong việc xác định đặc điểm sinh hóa của quá trình khử nitơ sử dụng các phương pháp tiếp cận đã sử dụng với Pseudomonas stutzeri. Sự khử nitơ là một đặc điểm ổn định đối với P. stutzeri; nó là một trong những vi khuẩn dị dưỡng, khử nitơ tích cực nhất, và nó đã được coi là một hệ thống kiểu mẫu cho quá trình khử nitơ (Cell biology and molecular basis of denitrification. Zumft WG Microbiol Mol Biol Rev. 1997 Dec; 61(4):533-616.).

Pseudomonas là chủng vi khuẩn có thể vừa thực hiện quá trình Nitrat hóa (NO2 ->NO3) và quá trình khử Nitrat (NO3->N2). 

Bài chi tiết: 5 ưu điểm khi xử lý amoni bằng vi khuẩn Pseudomonas

Đặc điểm của vi khuẩn khử nitrat

Phần lớn các vi khuẩn phản nitrat là sinh vật dị dưỡng hiếu khí tùy nghi. Chúng dễ chuyển từ hô hấp hiếu khí sang khử nitrat trong môi trường không có oxy. Bởi vì nhóm vi khuẩn này rất đa dạng, chúng có thể phát triển mạnh trong các môi trường sống bao gồm một số môi trường khắc nghiệt nhiều muối và nhiệt độ cao. Vi khuẩn khử nitrat hiếu khí có thể tiến hành quá trình hô hấp hiếu khí trong đó nitrat được chuyển hóa dần dần thành N2 (NO3− → NO2− → NO → N2O → N2). Phân tích phát sinh loài cho thấy rằng chất khử nitơ hiếu khí chủ yếu thuộc về vi khuẩn α-, β- và γ-Proteobacteria.

Pseudomonas stutzeri là một vi khuẩn Gram âm, hình que, không hình thành bào tử, thường dài 1–3 micron và rộng 0,5–0,8 micron. Nó là một vi khuẩn có kết quả xét nghiệm dương tính với cả xét nghiệm catalase và oxidase. P. stutzeri phát triển tối ưu ở nhiệt độ khoảng 35 ° C, là sinh vật ưa ấm, mặc dù nó có thể phát triển ở nhiệt độ thấp tới 4°C và cao tới 44°C. P. stutzeri có thời gian nhân đôi điển hình khoảng 34 phút. Vi khuẩn này thích độ pH trung tính, độ pH bằng 7, nhưng nó có thể phát triển ở độ pH cao tới 9.

Sử dụng vi khuẩn phản nitrat trong xử lý nước thải

Vi khuẩn phản nitrat là một thành phần thiết yếu trong xử lý nước thải. Nước thải thường chứa một lượng lớn nitơ (ở dạng amoni hoặc nitrat), có thể gây hại cho sức khỏe con người và hệ sinh thái nếu không được xử lý hiệu quả. Nhiều phương pháp vật lý, hóa học và sinh học được áp dụng để xử lý các hợp chất nitơ và làm sạch nước thải. Các quá trình này chuyển đổi amoni thành nitrat, và cuối cùng là khí nitơ. Một ví dụ của điều này là vi khuẩn oxy hóa amoniac có tính năng trao đổi chất kết hợp với các hoạt động chuyển hóa chu kỳ nitơ khác như oxy hóa nitrit và khử nitơ, để loại bỏ nitơ khỏi nước thải. Vì vi khuẩn khử nitrat là dị dưỡng nên cần nguồn dinh dưỡng là cacbon hữu cơ. Khi không có oxy sẵn có, vi khuẩn phản nitrat sử dụng oxy có trong nitrat để oxy hóa cacbon. Quá trình này tạo ra khí nitơ từ nitrat, sau đó sẽ thoát ra khỏi nước thải dưới dạng bong bóng khí. 

Sản phẩm vi sinh nào chứa vi khuẩn khử nitrat?

Các vi khuẩn Pseudomonas và Bacillus được phân lập và tổng hợp trong men vi sinh xử lý amoni, nitơ Quick Start do hãng Proventus Bioscience sản xuất. Đây là dòng vi khuẩn nitrat hóa hàng đầu tại Canada, xử lý Amoni và Nitơ bằng cách dùng các hợp chất này làm nguồn nitơ để tổng hợp tế bào thông qua quá trình nitrat hóa. Đồng thời, gia tăng sinh khối bùn và tạo ra năng lượng cho tế bào. Vi khuẩn trong Quick Start nhanh chóng thích nghi, hoạt động ngay cả ở 12 độ C. Giảm nồng độ Amoni lên đến 40-50% trong 24-48 tiếng.