Nitryfikacja i denitryfikacja – różnice i przebieg

Zastanawiasz się nad tym, jak przebiegają procesy nitryfikacji i denitryfikacji? A może obawiasz się, że na biologii nie dowiedziałeś się wszystkich informacji, które mogą przydać Ci się na maturze w maju? Nie musisz się martwić. Z nami utrwalisz ten temat w perfekcyjny sposób i dowiesz się, co zrobić, aby dobrze zdać egzamin dojrzałości.

Nitryfikacja to naturalny proces biologiczny. W jego trakcie następuje konwertowanie amoniaku – toksycznej substancji. W procesie biorą udział bakterie nitryfikacyjne. Oprócz amoniaku, konwertowaniu mogą ulegać także sole amonowe. Dzięki działalności specjalnie wyspecjalizowanych bakterii, następuje powstanie substancji, które są mniej szkodliwe. Nosi ona nazwę amoniak. Nitryfikacja jest jednym z najważniejszych procesów, jakie zachodzą przy udziale bakterii w świecie przyrody.

Nitryfikacja – przebieg

Sam proces nitryfikacji odbywa się w trakcie dwóch etapów. Poniżej przedstawimy poszczególne procesy zachodzące w trakcie etapów. Udział w nich wezmą dwa rodzaje bakterii nitryfikacyjnych – Nitrosomonas i Nitrobacter.

ETAP I

W pierwszym etapie bakterie nitryfikacyjne, z rodzaju Nitrosomonas mają za zadania przekształcać sole amonowe i amoniak do mniej szkodliwych azotynów.

  •  Amoniak utlenia się do hydroksyaminy (NH2OH) – w procesie tym uczestnicy enzym – monooksygenazy

NH3 + O2 + 2 H+ + 2 e => NH2OH + H2O

NH3 + O2 + 2 H++ 2 e => NH2OH + H2O

  • Hydroksyamina utlenia się do azotynów

NH2OH + H2O => NO2– + 5H++ 4e

 

  • Elektrony, tlen i wodór tworzą wodę

½ O2 + 2 H+ + 2  e => H2O

NH3 + 1.5 O2 => NO2– + H++ H2O

ETAP II

Drugi etap rozpoczyna się od działalności bakterii z rodzaju Nitrobacter. Uzyskane wcześniej azotyny są konwertowane do azotanów.

 Zarówno reakcje zachodzące w procesie pierwszym, jak i drugim są błyskawiczne. Uzyskane azotyny niemal natychmiast zostają przekształcane do azotanów.

  • Azotyny utleniają się do azotanów

NO2– + H2O => NO3 + 2 H++ 2 e

 

  • Z elektronów, tlenu oraz protonów powstaje woda

½ O2 + 2 H++ 2 e => H2O

NO2– + ½ O2 => NO3-

Proces nitryfikacji można przedstawić za pomocą jednego wzoru. Jest on jednak bardzo ogólny, dlatego najlepiej opracować poszczególne etapy, co znacznie ułatwi naukę zachodzących reakcji.

NH3 + 2 O2 => NO3 + H+ + H2O

Bakterie nitryfikacyjne

Bakterie nitryfikacyjne są zaliczane do grupy bezwzględnych tlenowców. Wszystkie etapy procesu nitryfikacji przebiegają w warunkach z udziałem tlenu.  Zarówno Nitrosomonas, jak i Nitrobacter są zaliczane do bakterii Gram ujemnych. Bakterie nitryfikacyjne obligatoryjnymi chemolitoautotrofami. W momencie zapotrzebowania na energię, uzyskują ją przez znalezienie źródła w postaci energii chemicznej. W reakcjach zachodzących w trakcie poboru energii związek nieorganiczny pozostaje donorem, a dwutlenek węgla oddaje węgiel. Bakterie nitryfikacyjne nie mogą wykorzystywać materii nieorganicznej i czerpać z niej energii. Aby uzyskać odpowiednie warunki środowiskowe do życia i zapewnić sobie systematyczne źródło energii, bakterie przystosowały się do wydajnego przeprowadzania procesów i żyją w koloniach. Ze względu na swoje zdolności adaptacyjne, bakterie nitryfikacyjne nie tworzą zarodników. Są w stanie przetrwać niewielki okres czasu w przypadku, gdy nie otrzymują odpowiedniej ilości energii.

Czynniki niezbędne do zajścia nitryfikacji

Aby proces nitryfikacji mógł przebiegać prawidłowo niezbędne jest zadbanie o kilka czynników. Wśród nich warto wymienić:

  • zawartość wody i tlenu,
  • odpowiednia temperatura,
  • odpowiednie pH gleby,
  • dostępność materii organicznej.

Najlepszym środowiskiem dla bakterii nitryfikacyjnych pozostają ciepłe i wilgotne gleby.

Znaczenie nitryfikacji i denitryfikacji

Procesy te są niezbędne do prawidłowego obiegu azotu w przyrodzie. W przeciwieństwie do nitryfikacji, reakcja denitryfikacji polega na przekształceniu azotanów w azot. Przeprowadzanie systematycznego procesu nitryfikacji redukuje ryzyko powstawania zanieczyszczeń groźnych dla wód, gleb, zwierząt i ludzi. Proces ten pozostaje niezbędny do usuwania groźnego amoniaku.