Процессы денитрификация почвы это процессы

Денитрификация

Денитрификация – это восстановление, в результате которого азот переходит в менее окисленную форму, чем в нитратах. При денитрификации происходит восстановление нитратов до нитритов и далее до молекулярного азота:

Этот перенос приводит к потере определенного количества почвенного азота и возврату его в атмосферу. В зависимости от того, какие микроорганизмы принимают участие6 в процессе денитрификации, различают прямую и косвенную денитрификацию.

Прямая денитрификация осуществляется непосредственно микроорганизмами, способными восстанавливать нитраты, используя их в качестве акцептора водорода при окислении ими органических веществ. Способностью к прямой денитрификации обладают многие почвенные микроорганизмы. Наиболее активными среди них являются бактерии рода Micrococcus (M. deni-trificans), некоторые бациллы.

Микроорганизмы-денитрификаторы имеют две ферментные системы денитрификации: цитохромную (диссимиляционную) и флавопротеидную (ассимиляционную). Наличие этих систем обеспечивает два пути восстановления нитратов: ассимиляционный (неспецифический) и диссимиляционный (специфический).

Ассимиляционная денитрификация приводит к образованию аммиака, который ассимилируется организмом и включается в метаболизм. Нитраты здесь используются как источники азота. Диссимиляционная денитрификация осуществляется микроорганизмами для получения энергии и ее конечным продуктом является молекулярный азот.

4Н гидроксиламин Н₂ Ассимиляционная

нитрат нитрит оксид → N₂O → N₂ + Н₂O денитрификация

Большинство денитрификаторов хемоорганотрофы. Использование в качестве конечного акцептора электронов нитратов позволяет им окислять органические субстраты до СО₂ и воды. Однако есть один вид денитрификаторов, который способен усваивать СО₂ воздуха. Это Thiobacillus denitrificans. В отсутствие органических соединений он окисляет серу до серной кислоты за счет кислорода нитратов и полученную энергию использует для синтеза органических соединений из СО₂ воздуха.

Денитрифицирующие бактерии – факультативные анаэробы, переключающиеся на денитрификацию только в отсутствие кислорода. В аэробных условиях эти микроорганизмы окисляют органические вещества. В клетках денитрификаторов есть ферментная система, активизирующая кислород нитратов – нитратаза, и система, активизирующая молекулярный кислород. В анаэробных условиях функционирует первая ферментная система, в аэробных – вторая.

Косвенная денитрификация – чисто химический процесс, реакция восстановления, происходящая при взаимодействии нитратов с аминосоединениями, которые образуются в процессе жизнедеятельности различных микроорганизмов. В результате таких реакций тоже образуется молекулярный азот: НNO₂ + R-CHNH₂COOH → R-CHOHCOOH + N₂ + Н₂O

Микроорганизмам в этой реакции принадлежит косвенная роль, они образуют исходные продукты реакции – нитриты и аминосоединения.

Косвенная денитрификация имеет место только в кислой среде и значение ее невелико, так как окультуренные почвы не кислые. Более распространена в природе прямая денитрификация. В целом же денитрификация — широко распространенный процесс, в результате которого в атмосферу ежегодно поступает свыше 300млн. т азота. Особенно активно денитрификация протекает в ризосфере растений, где имеются органические вещества. Денитрификации способствуетслабая аэрация, высокая влажность, наличие достаточного количества органических соединений.

Денитрификацию не следует рассматривать как процесс, всегда приводящий к уменьшению азота в почве. Обычно в почве этот процесс до конца не доходит, так как растения усваивают образующиеся промежуточные продукты, возвращая их в круговорот. В настоящее время установлена даже положительная роль денитрификаторов в ризосфере растений, так как они способны кроме денитрификации одновременно осуществлять синтез веществ, стимулирующих рост растений.

Источник

Денитрификация

Денитрификация (восстановление нитрата) — сумма микробиологических процессов восстановления нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота. В результате их азот возвращается в атмосферу и становится недоступным большинству организмов. Осуществляется только прокариотами (причём как бактериям, так и археями) в анаэробных условиях и связана с получением ими энергии.

Особо выделяют ассимиляционное восстановление нитрата, приводящее к синтезу азотсодержащих клеточных компонентов и свойственную всем растениям, многим грибам и прокариотам, способным расти на средах с нитратами, однако не сопровождающуюся получением энергии этими организмами. Аммонийный и нитратный азот, поглощенный микробными клетками, включается в органические азотсодержащие полимеры клеточных компонентов и временно выводятся из круговорота азота, то есть происходит их иммобилизация.

Содержание

Биохимия процесса

Диссимиляционное восстановление нитрата является процессом анаэробного дыхания, то есть использования нитратов и продуктов их частичного восстановления вместо кислорода для окисления веществ (у разных микроорганизмов как органических, так и минеральных) в ходе метаболизма с выделением энергии. Поэтому денитрификация — процесс анаэробный и подавляется молекулярным кислородом при Eh более +300 мВ. Энергетическая эффективность процесса при восстановлении нитратов до молекулярного азота составляет около 70 % от аэробного дыхания с использованием кислорода.

Процесс протекает постадийно:

Катализируют реакции нитратредуктаза, NO-образующая нитритредуктаза, редуктаза окиси азота и редуктаза закиси (гемиоксида) азота соответственно.

Проводить процесс полностью и получать энергию имеют возможность лишь прокариоты, причем все они факультативные анаэробы, при наличии кислорода переключающиеся на обычное дыхание. Многие денитрификаторы вместе с тем обладают способностью к азотфиксации (например, Azospirillum lipoferum). Часть бактерий имеет лишь часть ферментов и проводит усечённую денитрификацию.

Выделение закиси азота эукариотами

Грибы, в том числе дрожжи, и клетки печени животных способны к выделению N₂O, в особенности на средах с нитритами. Этот процесс, однако, не сопряжён с получением энергии и осуществляется для детоксикации организма от нитритов. Диссимиляционная нитритредуктаза эукариот имеет ряд отличий от своего прокариотного аналога: содержит лишь 1 активный центр, не связана с мембраной, не ингибируется ацетиленом. Считается также, что выделение закиси азота актиномицетами не связано с анаэробным дыханием и также является следствием детоксикации, поскольку мицелиальная организация организма несовместима с адаптациями к анаэробным условиям существования.

Хемоденитрификация

В ряде случаев возможно выделение газообразных соединений азота и без участия микроорганизмов:

Хемоденитрификацией объясняется возрастание эмиссии закиси азота из почвы при её нагревании свыше 50 °C (при том, что пик биологической денитрификации приходится на 30-35 °C, к 45 °C приурочен минимум эмиссии закиси азота).

Значение

Денитрификация, протекающая в основном в почве, дает до 70-80 % выбросов N₂O (закись азота, парниковый газ) в атмосферу.

См. также

• Анаэробное окисление аммония
• Анаэробное окисление метана
• Денитрифицирующие бактерии
• Диссимиляционное восстановление нитратов в аммоний

Литература

• Умаров М. М., Кураков А. В., Степанов А. Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. — М.: ГЕОС, 2007. ISBN 5-89118-315-7
• Zumft W. G.Cell biology and molecular basis of denitrification // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1997. Vol 61, № 4. p. 533—616.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Денитрификация» в других словарях:

ДЕНИТРИФИКАЦИЯ — (от де. и нитрификация), анаэробное дыхание, микробиология, естественный процесс восстановления денитрифицирующими бактериями нитратов и нитритов до аммиака и газообразного азота. Ведет к обеднению почвы соединениями азота, но в то же время… … Экологический словарь

ДЕНИТРИФИКАЦИЯ — ДЕНИТРИФИКАЦИЯ, биологический процесс восстановления азота нитратов (азотнокислых солей) до нитритов (азотисто кислых солей), NH3 или свободного N. В микробиологии под Д. разумеют распад нитратов с выделением свободного N. Очень многие бактерии… … Большая медицинская энциклопедия

ДЕНИТРИФИКАЦИЯ — (от де. и нитрификация) восстановление т. н. денитрифицирующими бактериями почвы и водоемов нитратов и нитритов до молекулярного азота или гемиоксида азота. Протекая в условиях высокой влажности и плохой аэрации в почве, денитрификация снижает… … Большой Энциклопедический словарь

ДЕНИТРИФИКАЦИЯ — (от лат. de приставка, означающая здесь завершение действия, nitr(ogenium) азот и facio делаю), микробиол. процесс восстановления окисленных соединений азота (нитратов, нитритов) до газообразных азотистых продуктов (обычно до N2. иногда закиси… … Биологический энциклопедический словарь

денитрификация — микробиол. процесс восстановления окисленных соединений азота (нитратов, нитритов) до газообразных продуктов (обычно до N2, иногда до N2O, редко до N0). Происходит в результате жизнедеятельности бактерий родов Pseudomonas, Bacillus, Paracoccus и… … Словарь микробиологии

денитрификация — Восстановление нитратов биологическим или химическим путем до молекулярного азота или его окислов. [ГОСТ 20432 83] Тематики удобрения … Справочник технического переводчика

денитрификация — Сокращение содержания нитратов в почвах влажного и холодного климата под действием анаэробных микроорганизмов, ведущий к потере газообразного азота и обеднению почвы соединениями азота … Словарь по географии

ДЕНИТРИФИКАЦИЯ — восстановление нитратов микроорганизмами до газообразного азота. Процессы Д. в почве нежелательны, так как они приводят к обеднению почвы азотом. Плохая аэрация, высокая влажность и щелочная реакция почвы (рН 7,0 8,2) способствуют развитию… … Прудовое рыбоводство

денитрификация — (от де. и нитрификация), восстановление так называемыми денитрифицирующими бактериями почвы и водоёмов нитратов и нитритов до молекул азота или гемиоксида азота. Протекая в условиях высокой влажности и плохой аэрации в почве, денитрификация… … Энциклопедический словарь

денитрификация — (см. де. + nitr(ogenium) азот + facio делаю) биохимический процесс распада азотистых соединений (нитратов) с выделением свободного азота; д. в почве, вызываемая особыми бактериями и приводящая к уменьшению содержания в почве азота (необходимого … Словарь иностранных слов русского языка

Источник

Денитрификация

Известно, что избыток азота и фосфора в водоемах приводит к усиленному росту сине-зеленых водорослей, снижению содержания растворенного кислорода в воде, к снижению разнообразия флоры и фауны водоемов и рек. То, что в научной литературе называется эвтрофикация.

В настоящей статье мы хотим поделиться опытом, накопленным нашей компанией в процессе проектирования и последующей эксплуатации очистных сооружений.

Итак, денитрификация.

Из самого названия процесса следует, что денитрификация – это удаление из воды нитратов и нитритов, т.е. окисленных формы азота (NO₂ — и NO₃ — ). Если нитрификация идет полностью, то практически весь азот аммония NH₄ + окисляется до азота нитратов NO₃ — . Таким образом, денитрификация представляет собой восстановление азота нитратовN(NO₃ — ) до его молекулярной формы N₂ с последующим удалением его из воды.

Известно, что большая часть микроорганизмов активного ила (70-85% гетеротрофных бактерий) используют различные виды дыхания. Другими словами, для осуществления своей жизнедеятельности используется кислород не только в молекулярной форме О₂. Ряд микроорганизмов для окисления органики, содержащейся в сточных водах потребляют кислород нитратов и нитритов. Для успешного осуществления процесса денитрификации необходимо соблюдение ряда условий:

• наличие собственно нитратных форм азота (желательна полная нитрификация в аэробной зоне)
• температура сточных вод, с её повышением увеличивается скорость процесса восстановления азота;
• pH среды, из практики, оптимальным является значение 7,0-8,5;
• величина БПК_полн стоков, направляемых в денитрификатор, чем выше содержание летучих жирных кислот и другой легкоокисляемой органики, тем выше скорость и глубина денитрификации;
• содержание растворенного атомарного кислорода в биореакторе-денитрификаторе. При его наличии, использующие кислород нитратов бактерии начинают потреблять легкодоступный кислород для своей жизнедеятельности. Натурные опыты показали: максимальное содержание растворенного атомарного кислорода не должно превышать 0,15 мг О₂/л.

Стоит отметить, что при создании «идеальных анаэробных условий» наблюдается восстановление NO₃ — до NH₄ + . Такое, например, происходит в зоне отстаивания или залегания рециркулируемого ила. Азот в качестве переносчика водорода используется большей частью микроорганизмов активного ила, кроме автотрофов (до 80 % от общего количества).

В связи с вышеизложенным, целесообразно поддерживать в биореакторе – денитрификаторе величину окислительно-восстановительного потенциала E_h в диапазоне от -17 mV до -135 mV. Такие условия обеспечат наличие бескислородной зоны. Необходимым условием, как указывалось выше, является избыток органических загрязнений (при этом будет происходить слабокислое брожение).

Находясь в анаэробных условиях, активный ил для своей жизнедеятельности использует преимущественно кислород нитратов, как наиболее доступный из остальных соединений, содержащих кислород. В общих чертах этот процесс можно выразить следующим схематичным уравнением:

В процессе денитрификации (восстановления азота до молекулярной формы) увеличивается объем биомассы (происходит прирост ила), повышается карбонатная щелочность смеси ила и очищаемой воды. Так как увеличение содержания HCO3- положительно влияет на процесс нитрификации аммонийного азота, денитрификатор в технологической схеме располагают перед нитрификатором.

На практике, оптимальным для процесса денитрификации являются следующие параметры и соотношения:

Потребление БПК₅ микроорганизмами денитрификаторами на единицу азота нитратов составляет 14-22 мгБПК₅/мг N(NO₃ — ).

Время пребывания сточных вод в присутствии нитрифицирующего ила в диапазоне 2-3 ч. При большем значении времени пребывания в денитрификаторе, происходит ингибирование нитрифицирующей микрофлоры, что приводит на следующих ступенях к неудовлетворительным степеням очистки по аммонийному азоту. Нагрузка на ил в нитрификаторе не более 90 мгБПК₅ / 1кг ила сут. Напомним, что требования на сброс в рыбохозяйственные водоемы первой категории по концентрации иона аммония NH₄ + не более 0,5 мг/л.

Возраст ила в нитрификаторе при этом должен составлять не менее 6-7 сут.

Следует отметить, что повышение возраста ила ведет к вытеснению фосфора из клеток активного ила в очищаемую воду. Удаление азота и фосфора биологическими методами оказываются тесно взаимосвязаны.

При написании статьи использовались следующие материалы:

• Отчеты по пуско-наладочным работам специалистов «Энвайронмент-РУС»
• Соловьева В. А. к.т.н. Очистка сточных вод от азота и фосфора.
• Залетова Н. А. Очистка городских сточных вод от биогенных веществ (соединений азота и фосфора); Автореф.дис….докт.техн. наук / НИИКВОВ. М., 1999. 50 с.
• Яковлев С. В., Карюхина Т. А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М., Стройиздат, 1980.

Статью подготовил технолог компании ООО «Энвайронмент Рус» Долгов Сергей.

Источник