Нитрификация

- это следующий за аммонификацией процесс возвращения соединений азота в круговорот, так как в ходе нитрификации образуются доступные для водорослей соединения азота, что имеет огромное значение для водоёмов.

НИТРИФИКАЦИЯ – это последовательное окисления аммиака до АЗОТИСТОЙ и АЗОТНОЙ КИСЛОТ.

Нитрифицирующие бактерии – автотрофные микроорганизмы: клеточный материал образуют из CO₂; получают энергию (АТФ) за счёт окисления неорганических соединений азота с помощью ферментов-цитохромов, находящихся в дыхательной цепи.

Процесс нитрификации включает ДВЕ ФАЗЫ.

1 фаза – НИТРИТНАЯ – окисление АММИАКА до АЗОТИСТОЙ КИСЛОТЫ:

2NH₃ + 3O₂ → 2HNO₂ + 2H₂O + nАТФ

В первой фазе нитрификация идёт с участием НИТРОЗНЫХ БАКТЕРИЙ:

1. Бактерии рода Nitrosomonas – грамотрицательные бесспоровые подвижные (монотрихи) палочки. Широко распространены в почве.

2. Бактерии рода Nitrospira – клетки правильной спиральной формы; могут быть в виде коротких палочке или кокков.

3. Бактерии рода Nitrosococcus (Nitrosocystis)– кокковые бактерии, образующие зооглеи – кокки, окруженные общей капсулой.

2 фаза – НИТРАТНАЯ – окисление АЗОТИСТОЙ КИСЛОТЫ до АЗОТНОЙ:

2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃ + nАТФ

азотистая азотная

кислота кислота

Во второй фазе нитрификации участвуют НИТРАТНЫЕ БАКТЕРИИ рода Nitrobacter – грамотрицательная мелкая полиморфная неподвижная палочка, которая может иметь удлинённую, клиновидную или грушевидную форму, более узкий конец часто загнут в клювик.

Для нитрифицирующих бактерий характерно почкование – почка образуется на более тонком конце клетки, когда достигает величины материнской клетки, у неё появляется жгутик и почка отделяется. Проплавав некоторое время, она теряет жгутик, оседает на твердый субстрат и цикл повторяется.

В водоёмах наиболее интенсивно нитрификация наблюдается в поверхностном слое ила и в придонных слоях воды. Это объясняется тем, что из ила постоянно диффундирует аммиак, образующийся при аммонификации и подвергающийся далее окислению нитрификаторами, а также тем, что нитрификаторы обитают преимущественно на твёрдых субстратах. Образующиеся в воде нитраты усваиваются фитопланктоном и вновь превращаются в органическую форму азота.

Денитрификация

ДЕНИТРИФИКАЦИЯ – восстановление НИТРАТОВ до НИТРИТОВ, а затем до МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА:

NO₃^- → NO₂^- → NO↑ → N₂O↑ → N₂

Денитрификация осуществляется в АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ при наличии ЛЕГКОДОСТУПНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА и НИТРАТОВ.

Микроорганизмы используют нитрат для двух целей:

1. Извлечение азота из нитратов для синтеза азотсодержащих компонентов клетки;

2. Осуществление «НИТРАТНОГО ДЫХАНИЯ» - нитрат в анаэробных условиях служит конечным акцептором электронов.

Процесс восстановления нитрата катализируется ферментом НИТРАТРЕДУКТАЗОЙ (молибденсодержащий фермент).

Денитрифицирующие бактерии – факультативно анаэробные, подвижные грамотрицательные или грамположительные палочковидные бактерии. Это палочковидные бактерии родов Thiobacillus (T. denitrificans), Pseudomonas (Ps. fluorescens, Ps. aeruginosa, Ps. stutzeri), Achromobacter, Bacillus, кокковые Paracoccus denitrificans.

Денитрифицирующие бактерии широко распространены в водоёмах, деятельность которых отрицательна, так как азот нитратов, усваиваемый водорослями, переходит в неиспользуемый или свободный азот.

Потеря азота водоёмом в результате денитрификации составляет до 14%. Денитрификаторов значительно больше в иловых отложениях, чем в водной массе.

При биологической очистке сточных вод процесс денитрификации выполняет двоякую роль. С одной стороны, денитрификация – полезный процесс, так как из воды удаляется азот. С другой стороны, денитрификация затрудняет нормальную эксплуатацию вторичных отстойников аэротенков, так как частички активного ила насыщаются пузырьками газообразного азота и хуже отделяются от жидкости во вторичном отстойнике, нарушая нормальный режим их работы.