Денитрификация
Образовавшиеся в процессе нитрификации нитриты и нитраты являются потенциальными донорами кислорода. В анаэробных условиях многие органические соединения могут окисляться за счет кислорода, содержащегося в окисленных соединениях азота и серы. Последние при этом восстанавливаются. Процесс восстановления нитритов и нитратов называется денитрификацией. Денитрифицирующие бактерии встречаются среди представителей родов Pseudomonas, Bacterium, Micrococcus и др. Они относятся к факультативным анаэробам. При достаточном количестве кислорода в среде денитрификаторы окисляют органические соединения как обычные аэробные организмы и только при недостатке кислорода осуществляют восстановление нитратов. При этом электроны передаются от окисляемого органического соединения через систему цитохромов кислороду нитратов и нитритов. Окисляться могут различные органические вещества: углеводы, органические кислоты, аминокислоты, спирты, смолы и т. д. Денитрифицирующие бактерии не обладают протеолитическими ферментами, они не могут расщеплять полимерные соединения. В том случае, когда в среде мало доступных денитрификаторам соединений, последние минерализуются до углекислоты и воды. В противном случае накапливаются продукты неполного окисления. Некоторые денитрифицирующие бактерии способны окислять также неорганические вещества: водород и серу. При этом водород окисляется в воду, а сера в сульфаты. Окисление водорода ведет Micrococcus denitrificans, а серы—Thiobacilllus denitrificans.
Процесс восстановления нитратов идет через промежуточные продукты NO и N2O, которые могут выделяться в газообразном виде. Общая схема денитрификации следующая:
Процесс протекает с потреблением энергии. Микроорганизмы получают только разность от того количества энергии, которое выделилось в процессах окисления органических веществ, и того, которое пошло на восстановление соединений азота.
Нитриты и нитраты чаще всего существуют в виде солей щелочных и щелочноземельных элементов. При разрушении солей калий, натрий, кальций и другие элементы образуют карбонаты или щелочи. По этой причине денитрификация обычно сопровождается подщелачиванием среды.
В процессах очистки денитрификация играет весьма существенную роль. На полях орошения и фильтрации образуются большие количества нитритов и нитратов. Эти соединения просачиваются в глубинные слои почвы, в которые доступ воздуха затруднен. Сюда же поступают и органические загрязнения. Окисление их в анаэробных условиях идет в значительной степени за счет денитрификации. Даже на сооружениях биологической очистки при интенсивной аэрации всегда есть зоны с недостаточным содержанием кислорода, и поэтому денитрификация и здесь имеет место. В очищенной воде часто содержатся нитриты и нитраты в концентрациях, препятствующих выпуску воды в водоем. В настоящее время изучается возможность восстановления нитритов и нитратов в специальных сооружениях, в которых искусственно создаются условия, благоприятствующие денитрификации.
Для почвы денитрификация—отрицательное явление, так как приводит к потере соединений азота.