High concentrations of nitrate from industrial discharges to coastal marine environments are a matter of concern owing to their ecological consequences. In the last years, Bioelectrochemical Denitrification Systems (BEDS) have emerged as a promising nitrate removal technology. However, they still have limitations, such as the enrichment strategy for specific microbial communities in the electrodes under natural conditions. In this study, three-electrode electrochemical cells were used to test microbial enrichment from natural seawater by applying three reported potentials associated with the dissimilatory denitrification process (−130, −260, and −570 mV vs. Ag/AgCl). The microbial community analysis showed that by applying −260 mV (vs. Ag/AgCl) to the working electrode, it was possible to significantly enrich denitrifying microorganisms, specifically Marinobacter, in comparison with the control. Furthermore, −260 mV (vs. Ag/AgCl) led to a significantly higher nitrate removal than other conditions, which, combined with cyclic voltammetry analysis, suggested that the polarized electrodes worked as external electron donors for nitrate reduction. Hence, this work demonstrates for the first time that it is possible to enrich marine denitrifying microorganisms by applying an overpotential of −260 mV (vs. Ag/AgCl) without the need for a culture medium, the addition of an exogenous electron donor (i.e., organic matter) or a previously enriched inoculum.

Las altas concentraciones de nitrato de los vertidos industriales a los medios marinos costeros son motivo de preocupación debido a sus consecuencias ecológicas. En los últimos años, los sistemas de desnitrificación bioelectroquímica (BEDS) han surgido como una tecnología prometedora para la eliminación de nitratos. Sin embargo, todavía tienen limitaciones, como la estrategia de enriquecimiento para comunidades microbianas específicas en los electrodos en condiciones naturales. En este estudio, se utilizaron celdas electroquímicas de tres electrodos para probar el enriquecimiento microbiano del agua de mar natural mediante la aplicación de tres potenciales informados asociados con el proceso de desnitrificación disimilatoria (−130, −260 y −570 mV frente a Ag / AgCl). El análisis de la comunidad microbiana mostró que al aplicar −260 mV (frente a Ag / AgCl) al electrodo de trabajo, fue posible enriquecer significativamente los microorganismos desnitrificantes, específicamente Marinobacter, en comparación con el control. Además, -260 mV (frente a Ag / AgCl) condujo a una eliminación de nitrato significativamente mayor que otras condiciones, lo que, combinado con el análisis de voltamperometría cíclica, sugirió que los electrodos polarizados funcionaban como donantes de electrones externos para la reducción de nitratos. Por lo tanto, este trabajo demuestra por primera vez que es posible enriquecer microorganismos desnitrificantes marinos aplicando un sobrepotencial de -260 mV (vs.Ag / AgCl) sin la necesidad de un medio de cultivo, la adición de un donante de electrones exógeno (ej. , materia orgánica) o un inóculo previamente enriquecido.