Znaczenie tlenu w nitryfikacji

Źródła związków azotowych  w nowych zbiornikach.

Pierwsze dni funkcjonowania zbiornika to trudny okres dla akwarysty. Dopiero co urządzone akwarium  początkowo sprawia radość i jest powodem do dumy,  jednak po kilku dniach często okazuję się czarnym snem, kiedy w zbiorniku pojawiają się nieproszeni goście – algi. Główna przyczyną problemów jest brak lub zbyt małe kolonie pożytecznych bakterii. Nagromadzenie związków azotowych (głównie amonowych), węgiel organiczny, fosforany w połączeniu z silnym oświetleniem są doskonałą pożywką wszelkiego rodzaju glonów pierwotniaków i okrzemek (jeśli w wodzie występują również  krzemiany). Źródłami azotu w świeżo założonym akwarium mogą być miedzy podłoża np. ziemia ogrodowa, substraty lub tzw. „soile” typu japońskiego, rośliny (np.: degradujące się liście, łodygi), resztki pożywki in vitro oraz korzenie użyte do aranżacji. W podłożach najczęściej azot występuje w postaci amonowej NH4+, azotanowej NO3 w niewielkich ilościach mogą występować azotyny NO2 , mocznik lub jego pochodne. Uszkodzone lub degradujące się  rośliny,  wydzielają do wody białka i aminokwasy, które w wyniku  amonifikacji konwertowane są głównie do jonów amonowych[1].  

Znaczenie tlenu w procesach nitryfikacji

Nitryfikacja to proces dwuetapowy w można go przedstawić za pomocą uproszczonych reakcji[2]: 

Etap I : NH4+ + 2O2 →NO2+ 2H2

Etap II : NO2  + 1/2O2 NO3– 

W każdym w dwóch etapów niezbędnym substratem jest tlen. Wniosek z tego, że bakterie nitryfikacyjne to bakterie aerobowe (tlenowe), które  wymagają do prawidłowego metabolizmu niezakłóconego dostępu do tlenu. Zapotrzebowanie na tlen w  nitryfikacji jest bardzo duże,   aby utlenić  1g  azotu amonowego  do azotanów musimy dostarczyć  około 4,5g  tlenu. Należy pamiętać, że jest to tylko jeden z wielu procesów zużywających tlen w naszym akwarium, dlatego powinniśmy zadbać o dobre napowietrzanie zbiornika szczególne, gdy oświetlenie nie pracuje (rośliny nie fotosyntezują)[3].  Stechiometryczne potrzeba 4 razy więcej tlenu do reakcji w etapie I  niż w etapie II. Jednak o ile w wodzie do reakcji etapu I wystarcza stężenie O2 na poziomie 2mg/l,  to aby zaszła reakcja etapu II stężenie tlenu musi być około dwukrotnie wyższe[4]. Szybkość nitryfikacji względem stężenia rozpuszczonego tlenu w wodzie przedstawia wykres[5,6]:

Jeżeli stężenie tlenu  nie jest wystarczająco wysokie wówczas zachodzi  denitryfikacja oraz oddychanie azotanowe, prowadzące do powstawania azotynów(NO2) z jonów azotanowych(NO3)[7]. Wykres zależności szybkości względnej denitryfikacji od stężenia tlenu rozpuszczonego ilustruje wykres[6]: 

Ogólnie rzecz biorąc denitryfikacja jest zjawiskiem korzystnym powodującym samooczyszczanie się zbiorników wodnych. Odmienna sytuacja występuje  w akwariach roślinnych, gdzie konsumpcja azotu jest relatywnie wysoka. Zjawisko denitryfikacji  jest niekorzystne ponieważ powoduje straty azotu i przyczynić się zaburzenia współczynnika  Redfielda[1]. 

[1] Badania własne 2016-2019.

[2] Gerhard Richter „Procesy metaboliczne u roślin” PWN 1975.

[3] Zurzycki J. Michniewicz M. „Fizjologia roślin”  PWRiL 1979.

[4] dr inż. Joanna Jeż – Walkowiak, mgr inż. Łukasz Weber „Usuwanie jonu amonowego z wody podziemnej”, 2008.

[5] Michael K.Stenstrom, Richard A.Poduska, „The effect of dissolved oxygen concentration on nitrification”  Water Research Vol. 16 page 643-649. 1980.

[6] Sharil Niza B Abdul Aziz „Effect of dissolved oxygen concentration on nitrification and denitryfikation” 2005.

[7]  Diana Walstad   „Rośliny w akwarium. Ekologia roślin wodnych” Oriol 2007.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *