脱窒
環境工学分野では主に、水中からの生物学的窒素除去に利用、研究がなされている。
代表的な廃水処理法である活性汚泥法では、好気的微生物を主体に有機物の酸化を行う。この工程に硝化作用を組み入れ、さらに脱窒工程を組み合わせることで、きわめて効率的な窒素除去が可能となる。
注意すべきは、脱窒菌の硝酸塩呼吸は好気呼吸ができない環境でやむを得ず行っているのであり、溶存酸素濃度が高い環境では進行しなくなることである。0.2mg/l以下で好気呼吸に取って代わり、0.5mg/l以上では停止する。ただし、実装置内で脱窒菌は多様な菌種と共存しているため、溶存酸素濃度がかなり高くても(ある研究では6.0mg/l)生物相内の濃度勾配により脱窒が生じる事が確認されている。この傾向は分散相、フロック、生物膜、担体・グラニュールの順で強まり、硝化と脱窒を同時進行させる設計もなされている。
装置内の反応液について酸化還元電位を測定し、反応状態を推測することができる。例えば、硝化工程直後の水は酸素が残存し-50mV以上を示す。脱窒工程に入ると電位は低下するが、-100mVを切らない場合、脱窒が進んでいない恐れが高い。逆に-200mV以下では硝酸イオンが還元されつくし、無酸素状態を超えて嫌気状態へ進みはじめている。-300mV以下はメタン発酵が生じる絶対嫌気領域で脱窒菌の生育に適さない。なお、酸化還元電位は水素イオン濃度とは異なり相対的・曖昧な指標なので、50mV単位程度で捉えるべきである。
脱窒工程では必要に応じ、有機物としてメタノールを補給する。
Thiobacillus denitrificansは独立栄養細菌であり、代表的な硫黄酸化脱窒菌とされる。有機物ではなく硫黄イオン(硫化水素)やチオ硫酸イオンを硫酸に酸化し、炭酸を炭素源とする代謝を行うが、やはり硝酸塩呼吸の能力を備え、脱窒菌である。硫黄濃度の高い海底などで見られる。
Anammoxは嫌気性アンモニア酸化(Anaerobic Ammonium Oxidation)の意味で、炭酸資化の独立栄養細菌である。亜硝酸とアンモニアから窒素を生成する共脱窒を行う。
Paracoccus pantotrophus、Thiosphaera pantotrophaは好気性脱窒菌とされ、研究が進められている。
これら細菌以外に真菌も脱窒をはじめ多様な窒素代謝能力を持つことが明らかになり、研究が進められている。