что такое нитрификация и как она происходит

Нитрификация в процессе биологической очистки

Каждый, кто когда либо сталкивался с темой очистных сооружений, неизбежно сталкивался с понятиями, которые при первом прочтении мягко говоря «отталкивают». Одними из таких понятий являются процессы нитрификации и денитрификации.

Если говорить проще, то это и есть тот самый процесс осветления сточных вод методом биологической очистки. Все остальные ступени, в большей степени являются стадиями доочистки.

Итак, рассмотрим один из этих процессов.

Процесс нитрификации это одна из ступеней разложения высокомолекулярных азотсодержащих соединений, преимущественно белковой природы.

Общая схема этих превращений имеет следующий вид:

N органический → NH3 → NO2 → NO3

Сам процесс нитрификации происходит в аэробных условиях. Таким образом легко сделать вывод, что основным окислительным элементом является воздух.

Сами аэробные условия создаются благодаря принудительной подаче воздуха в зону аэрации при помощи специальных вспомогательных устройств, а именно компрессоров и воздуходувок обеспечивающие необходимое нагнетание. Рассеивание воздуха происходит при помощи аэраторов различных исполнений, а сами бактерии образуют биопленку на блоках биологической загрузки (ББЗ).

Подобные условия могут создаваться и в естественных условиях, однако такой процесс происходит на много медленнее.

В следующей новости мы обязательно поговорим о втором и не менее важном процессе, т.е. о процессе денитрификации.

Источник

Нитрификация

Нитрификация – процесс окисления аммиака до азотистой, а затем азотной кислоты. Процесс в природе происходит в две фазы, каждая из которых осуществляется специфическими группами бактерий.

Первая фаза нитрификации– окисление аммонийных солей до солей азотистой кислоты (нитритов) осуществляется нитритнымибактериями – представителями родов Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira, Nitrosovibrio, Nitrosolobus,:

Вторая фаза нитрификации– окисление нитритов в нитраты осуществляется нитратными бактериями – представителями родов Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira:

Нитрифицирующие бактерии открыл в 1889 г. С.Н. Виноградский. В настоящее время они объединены в семейство Nitrobacteriaceae. Это грамотрицательные микроорганизмы, облигатные аэробы или микроаэрофилы. Большинство их являются облигатными автотрофами, которые при наличии органических веществ не размножаются. Лишь некоторые из них включают в состав своих клеток углерод отдельных органических соединений (глюкозы, аминокислот). Основным источником углерода для нитрифицирующих бактерий является СО₂ воздуха, ассимиляция которого осуществляется в цикле Кельвина, а необходимая для этого энергия поступает в результате окисления аммиака. Процесс нитрификации локализован на цитоплазматической и внутрицитоплазматических мембранах. Ему предшествует поглощение аммиака и перенос его через ЦПМ с помощью медьсодержащей транслоказы.

Нитрификация происходит в почвах, озерах, морях, океанах. Она имеет как положительное значение, являясь важным этапом в круговороте азота в природе, так и отрицательное. Хотя нитраты хорошо усваиваются растениями и способствуют растворимости других необходимых растению элементов (например, фосфора и железа), они значительно легче и быстрее вымываются из почвы, чем аммонийные соли. Поступление азота с нитратами в воды морей и океанов составляет миллионы тонн в год. Поэтому интенсивная нитрификация может привести к обеднению почв азотом. С целью регуляции этого процесса вносят препараты, ингибирующие нитрификацию, например, нитропирин, пиридин и его производные. Эти препараты подавляют первую фазу автотрофной нитрификации, но не влияют на гетеротрофную нитрификацию.

Образовавшиеся при нитрификации нитраты подвергаются в почве дальнейшим превращениям: 1) они могут быть использованы высшими растениями; 2) могут вымываться в водоемы; 3) закрепляться в клетках микроорганизмов, которые используют нитраты в качестве источника азота; 4) восстанавливаться микроорганизмами до молекулярного азота и аммиака.

Источник

Нитрификация

Нитрификация — микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой кислоты или её самой далее до азотной кислоты, что связано либо с получением энергии (хемосинтез, автотрофная нитрификация), либо с защитой от активных форм кислорода, образующихся при разложении пероксида водорода (гетеротрофная нитрификация).

Протекает в аэробных условиях в почве а также природных водах. Часто может вызывать появление в них нитратов в токсичном количестве, а поскольку нитраты — наиболее активно мигрирующее в растворе соединение азота — происходит их вынос из почвы в расположенные ниже по склону водоемы, что влечет за собой уменьшение коэффициента использования азотных удобрений и эвтрофикацию данных водоемов.

Содержание

Автотрофная нитрификация

Нитрификация проходит в две стадии, которые осуществляются разными микроорганизмами.

Окисление аммиака до нитрит-аниона

Первая стадия — окисление аммиака до нитрит-аниона, которое осуществляют нитрозные бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus и Nitrosospira (ранее выделялись также рода Nitrosolobus, Nitrosovibrio, но сейчас их представители включены в Nitrosospira) по следующему механизму:

Следующую реакцию осуществляет гидроксиламиноксидоредуктаза, расположенная в периплазме. Окислителем в них служит цитохром c, с него электрон передаётся на убихинон и далее в дыхательную цепь, на цитохромоксидоредуктазу и, в конечном итоге, на кислород. При этом запасается энергия в виде трансмембранного протонного потенциала.

Образование НАД(Ф)·H для фиксации углекислого газа в цикле Кальвина происходит путём обратного переноса части электронов.

Окисление нитрит-аниона до нитрат-аниона

Вторая стадия — окисление аниона азотистой кислоты до аниона азотной, производимое нитратными бактериями (почвенный род Nitrobacter и водные Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina). Процесс протекает в одну реакцию:

катализируемую нитрит:нитрат-оксидоредуктазой, локализованной в ЦПМ. Далее электроны передаются на цитохромы дыхательной цепи, в которой единственным пунктом транслокации протонов является цитохромоксидаза.

Образование НАД(Ф)·H для фиксации углекислого газа также происходит путём обратного переноса электронов.

Организмы

Нитрозных и нитритных бактерий ранее выделяли в семейство Nitrobacteraceae, сейчас с развитием геносистематики их рода разнесены по разным подклассам протеобактерий. Оптимальная для их развития температура 25—30 °C и pH 7,5—8,0. В кислой среде процесс не идет. Все эти бактерии — грамотрицательные хемолитоавтотрофы, использующие энергию окисления соединений азота для синтеза органических веществ из углекислого газа. Некоторые из них способные переключаться на хемоорганогетеротрофный метаболизм, однако ни одного хемолитогетеротрофа среди данных организмов найдено не было. Морфологически эти группы разнообразны, в большинстве своем мелкие, подвижные, с полярным или перитрихиальным жгутикованием. Окисление они проводят на цитоплазматической мембране.

Гетеротрофная нитрификация

Особо выделяют гетеротрофную нитрификацию, происходящую у многих бактерий и грибов и связанную с окислением аммиака и азота органических соединений без использования полученной энергии, попутно с окислением органического вещества и, предположительно, посредством кислорода, образуемом при разложении пероксида водорода. Удельная активность этого процесса на 2-4 порядка ниже, чем в случае автотрофной нитрификации, однако именно с ним связано происхождение чилийской селитры а также вся нитрификация в почвах и водоемах с низкими значениями pH.

История изучения

Процесс был открыт в середине XIX века, первое предположение об участии микроорганизмов в нитрификации было сделано Луи Пастером, однако выделить их не удавалось, пока в 1891 С. Н. Виноградский не применил для этих целей селективную среду, содержащую только минеральные компоненты (чтобы избежать роста на ней банальных гетеротрофов) и в том числе сернокислый аммоний.

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Нитрификация» в других словарях:

нитрификация — процесс биол. окисления аммиака, образующегося при деградации органических веществ до нитрата. Происходит в аэробных условиях в воде и почве. Автотрофная Н. осуществляется последовательно двумя группами нитрифицирующих бактерий–нитрификаторы 1–й… … Словарь микробиологии

нитрификация — и, ж. nitrification f. Превращение аммиака в азотистую кислоту. Работы по нитрификации. Природа 1927 1 9. Нитрификация почвы. БАС 1. Лекс. Брокг.: нитрифика/ция … Исторический словарь галлицизмов русского языка

НИТРИФИКАЦИЯ — (от новолат. nitrogenium азот и лат. facio делаю), процесс биол. превращения восстановленных соединений азота в окисленные неорганические. Происходит в почве и воде. Т. н. автотрофная Н. осуществляется в 2 стадии высокоспециализир. бактериями… … Биологический энциклопедический словарь

нитрификация — сущ., кол во синонимов: 1 • нитрирование (3) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

НИТРИФИКАЦИЯ — бактериальный процесс образования нитратов (солей азотной кислоты) из аммиака. Осуществляется в 2 фазы: 1) окисление аммиака до нитритов (солей азотистой кислоты); 2) окисление нитритов до нитратов NH3 HNO2 HNO3. Каждой из этих фаз отвечает… … Геологическая энциклопедия

НИТРИФИКАЦИЯ — НИТРИФИКАЦИЯ, биохим. процесс окисления аммиака в азотную к ту, возбудителями которого являются нитрифицирующие бактерии. Чистые культуры этих бактерий впервые были получены в 1889 г. Виноград ским, а дальнейшие его исследования положили прочное… … Большая медицинская энциклопедия

Источник

Нитрификация

Смотреть что такое «Нитрификация» в других словарях:

Нитрификация — Нитрификация микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой кислоты или её самой далее до азотной кислоты, что связано либо с получением энергии (хемосинтез, автотрофная нитрификация), либо с защитой от активных форм кислорода,… … Википедия

нитрификация — процесс биол. окисления аммиака, образующегося при деградации органических веществ до нитрата. Происходит в аэробных условиях в воде и почве. Автотрофная Н. осуществляется последовательно двумя группами нитрифицирующих бактерий–нитрификаторы 1–й… … Словарь микробиологии

нитрификация — и, ж. nitrification f. Превращение аммиака в азотистую кислоту. Работы по нитрификации. Природа 1927 1 9. Нитрификация почвы. БАС 1. Лекс. Брокг.: нитрифика/ция … Исторический словарь галлицизмов русского языка

НИТРИФИКАЦИЯ — (от новолат. nitrogenium азот и лат. facio делаю), процесс биол. превращения восстановленных соединений азота в окисленные неорганические. Происходит в почве и воде. Т. н. автотрофная Н. осуществляется в 2 стадии высокоспециализир. бактериями… … Биологический энциклопедический словарь

нитрификация — сущ., кол во синонимов: 1 • нитрирование (3) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

НИТРИФИКАЦИЯ — бактериальный процесс образования нитратов (солей азотной кислоты) из аммиака. Осуществляется в 2 фазы: 1) окисление аммиака до нитритов (солей азотистой кислоты); 2) окисление нитритов до нитратов NH3 HNO2 HNO3. Каждой из этих фаз отвечает… … Геологическая энциклопедия

НИТРИФИКАЦИЯ — НИТРИФИКАЦИЯ, биохим. процесс окисления аммиака в азотную к ту, возбудителями которого являются нитрифицирующие бактерии. Чистые культуры этих бактерий впервые были получены в 1889 г. Виноград ским, а дальнейшие его исследования положили прочное… … Большая медицинская энциклопедия

Источник

В современном мире угроза экологической обстановке представляет собой крайне актуальный и острый вопрос. Известно, что главный источник загрязнения окружающей среды ― человек. В мире ежегодно повышается численность населения, в результате чего уровень загрязнения окружающей среды доходит до критических отметок. Особую опасность представляет загрязнение подземных и поверхностных водных объектов.

Несмотря на то, что осуществляется контроль со стороны государства за состоянием сточных вод, владельцы объектов, которые подключены к централизованной канализационной сети или не могут быть к ней подключены по тем или иным причинам, далеко не всегда следят за безопасностью стоков. Нитрификация и денитрификация сточных вод с высокой эффективностью решают вопрос безопасности канализационных вод для окружающей среды.

Обеспечить безопасное состояние стоков может любой, кто заботится об окружающей среде и не желает нести ответственность за несоответствие сточных вод на своем участке установленным нормам. Для очистки канализационных жидкостей необходимо установить соответствующее оборудование ― очистные сооружения.

Практически все подобные очистные установки основаны на технологии биологической очистки стоков. Биоочистка – это очистительный процесс с помощью использования микроорганизмов, способных разлагать и окислять органические загрязнения, которые в большом количестве присутствуют в сточных водах.

Как устроена биологическая очистка воды?

Очистка стоков от нитритов преследует главным образом одну важнейшую цель ― устранить большое количество соединений фосфора и азота из стоков. Если эти соединения попадут в почву или в воду, содержащуюся в водоемах, то может возникнуть отравление, в результате чего будет повышен уровень нитратов в плодах растений, которые произрастают на земле.

Помимо этого, будут успешно развиваться токсичные микроорганизмы в водоемах, чего допустить нельзя – именно поэтому соединения азота и фосфора нужно нещадно удалять из сточных вод.

В среде специалистов этой области хорошо знаком термин «нитрит ион в сточных водах». Стоит также добавить, что в процессе нитрификации существует оптимальный уровень кислотности или Ph: он составляет 7-9 Ph.

Теперь разберем, что такое денитрификатор. Сточные воды требуют проведения обоих процессов, нельзя ограничиться лишь нитрификацией или провести лишь денитрификацию. Итак, денитрификация представляет собой процесс, при котором нитриты и нитраты восстанавливаются до состояния свободного азота, выделяемого в атмосферу.

Чтобы провести процесс денитрификации на очистных сооружениях, который был бы доведен до логичного завершения, в воде должно присутствовать некоторое количество органических веществ, окисляющих сапрофитными микроорганизмами до С02 и Н20, что происходит не без помощи кислорода соединений азота.

Иными словами, денитрификация призвана очистить стоки от соединений азота, а также избавить массу канализационных жидкостей от биологических окисляемых соединений органического типа.

Рекомендуемый уровень кислотности в этом процессе ― 7-7,5 Ph. Если уровень кислотности будет ниже или выше рекомендуемого уровня, то процесс будет затормаживаться. Роль органических веществ, при проведении денитрификации могут сыграть практически любые виды биологически окисляемых органических соединений (углеводы, спирты, продукты распада белков и, конечно, органические кислоты).

О сооружениях биологической очистки стоков

Физико-химические процессы очистки сточных вод (нитрификация и денитрификация) предполагают использование определенных сооружений биологической очистки. Традиционные типы сооружений – это аэротенки и биофильтры. Идет в ход особая система обработки канализационных вод, состоящая из трех стадий (ее еще называют системой трех иловых культур).

Если будут использоваться аэротенки с продленной аэрацией, то в обработке стоковых вод будет лишь одна стадия, которая будет проводиться до окончательной нитрификации в одном сооружении.

В данном случае, будет иметь место лишь секция денитрификации, в которую будет подаваться субстрат органического типа, а затем проводиться будет перемешивание с помощью механических мешалок без подачи воздуха. Большое значение имеет в процессах очистки ионный обмен сточных вод.

Если же будет применяться обработка сточных жидкостей из двух стадий, то в этом случае применяться будет аэротенк продленной аэрации и денитрификатор, расположенный отдельно от аэротенка.

Могут присутствовать некоторые отклонения от традиционной последовательности обработки воды, ведь при содержании в сточных водах в большей степени нитратов целесообразно сначала выявить ту зону, в которой будет осуществляться денитрификация и зону аэрации, в которой произойдет окончательное окисление органических веществ.

Если в канализационной жидкости наблюдается содержание нитратного и аммонийного азота при малом количестве органических веществ, то предварительно предусмотрена должна быть зона, в которой будет осуществляться нитрификация, после чего определяются зоны денитрификации и аэрации.

Источник