Erinevus lehekülje "Kasutaja:Kkurg/Nitrifikatsioon" redaktsioonide vahel

P
resümee puudub
P
P
''' Nitrifikatsioon ''' toimub obligaatsete [[kemolitoautotroof]]ide vahendusel, protsess on aeroobne,. selleEsimese etapi käigus assimileeritakse süsihappegaas (CO<sub>2</sub>) ja [[ammoniaak]] (NH<sub>3</sub>) oksüdeeritakse [[nitrit]]iks (NO<sub>2</sub><sub>-</sub>) (''Nitrosomonas'', ''Nitrosococcus'', ensüüm ammoniaagi monooksügenaas). Teises nitrifikatsioonietapis esimeneoksüdeeritakse etapp ning [[nitrit]] [[nitraat|nitraadiks]] (NO<sub>3</sub><sub>-</sub>) (''Nitrobacter'', ''Nitrococcus'', ''Nitrospira''; ''Nitrospina''). – nitrifikatsiooni teine etapp.<ref name="Mikroobid erinevate ainete ringetes">{{cite web|last1=Mikrobioloogia üldkursus|title=Nitrifikatsioon|url=http://http://mikroobidringetes.weebly.com/nitrifikatsioon.html|publisher=Toiduteaduse ja toiduainete tehnoloogia osakond, Veterinaarmeditsiiniveterinaarmeditsiini ja loomakasvatuse instituut, Eesti Maaülikool}}</ref>
Nitrifikatsioon toimub igal pool, kus moodustub [[ammoniaak]] (enamasti orgaanilise aine degradatsioonil). [[Ammoniaak]] võib tekkida sellistes keskkondades nagu näiteks pinnas, setted, reovesi ja pinnavesi (k.a ookean). Nitrifikatsioon on kriitilineoluline komponent [[lämmatikuringe]]s. Inimtegevuse tagajärjel võib suurenenud nitrifikatsioon pärssida [[denitrifikatsioon]]i lämmastikuringes ning [[nitraat]] akumuleerub keskkonnas. Nitraadi akumuleerumine reostab põhjavett ja tekitab järvedes eutofeerumise. Suurenenud nitrifikatsiooni kasutatakse ära reoveepuhastuses, kus on vajalik veest ammoniaagi eemaldamine. <ref name="Nitrification Network 2014">{{cite web|last1=Nitrification Network|title=Nitrification primer|url=http://nitrificationnetwork.org/Introduction.php|website=nitrificationnetwork.org|publisher=Oregon State University}}</ref>
 
 
==Ajalugu==
Nitrifikatsiooni põhjustavaks teguriks peeti 19. sajandi teise pooleni mulda kui [[katalüüsaator]]it. Usuti, et NH<sub>3</sub> oksüdatsioon on keemiline reaksioon, milles muld esineb katalüsaatorina, kuid 1877. aastal viidi läbi katse, mis selle väite ümber lükkas. Eksperimentaalselt tõestati, et nitrifikatsiooni põhjustavaks teguriks on hoopis mullas esinevadmulla mikroorganismid.
 
Katse käigus lasti 1ühe meetri pikkusest kvartsklaasist, liiva ja aiamulla seguga täidetud torust läbi [[reovesi|reovett]]. Sealjuures oli üks torudest kuumutatud, sisalduvaleja ainehulgaletoru ainetele oli lisatud [[antiseptika|aktiseptikuid]],. kuiTeine teinetoru oli lisanditeta ning kuumutamata. [[Reovesi|Reovett]] filtreerides leiti, et teises torus, mis oli kuumutamata, vähenes ammoniakaalse lämmastiku sisaldus ning tõusis [[nitraat]]idenitraatide sisaldus. Samal ajal kuumutatud kvartsklaastorus NH<sub>3</sub> [[oksüdatsioon]]i praktiliselt ei toimunud. Selle katse raames ei suudetud eraldada nitrifikatsiooni põhjustavaid baktereid, sest mikroobide kasvatamisel kasutati puljongsöödet.
Aastal 1890 kirjeldas vene mikrobioloog ja mullateadlane [[Sergei Vinogratski]] nitrifikatsiooni bioloogilist olemust. Ta leidis, et nitrifikaatorid ei kasva orgaanilisi aineid sisaldaval söötmel, sest on [[autotroof]]id ning söötme orgaaniliste ainete suhtes söötmes väga tundlikud. Kasutades aga mineraalseid söötmeid, suudeti nitrifikaatorid eraldada, rakendades ränihappe baasil valmistatud söötmeid, millele lisati ammooniumsoolasid. Selgus, et mitmed mikroorganismid saavad rakuainete sünteesiks energiat NH<sub>3</sub> oksüdatsioonist [[nitrit]]iteksnitrititeks, samal ajal teist tüüpi mikroorganismid aga [[nitrit]]itenitritite oksüdatsiooist [[nitraat]]ideksnitraatideks. <ref name="Mikroobid erinevate ainete ringetes"/> Just selle avastusega on Vinogratskist saanud üks esimesi keskkonnamikrobioloogia viljelejatestkeskkonnamikrobiolooge, sest kirjeldades nitrifikatsiooni läbiviivaid baktereid, leidis ta esimesed teadaolevad [[kemolitotroofid]] ehk mikroorganismid, kes saavad energiat keemiliste sidemete energiast, lagundades anorgaanilisi aineid.<ref>[[Kemolitotroofid]]</ref>
 
==Keemiline olemus==
 
Nitrifikatsioon on protsess, mille käigus toimub lämmastikuühendite [[oksüdatsioon]] (elektronide ülekanne lämmastiku aatomitelt hapniku aatomitele). Bakterid, kes sedaSeda läbi viivad bakterid on kõik [[kemolitoautotroofid]], mis tähendab, et nende energiaallikaksenergiaallikas on keemiline energia ning elektronide doonoriksdoonor on anorgaaniline aine. Vajalik süsinik saadakse süsinikdioksiidist (CO<sub>2</sub>) või [[bikarbonaat|bikarbonaadist]] (HCO<sub>3</sub><sub>-</sub>).
 
Kogu nitrifikatsiooni protsessi võib jagada kaheks faasiks.
===I faas===
ToimubAmmoniaaki (NH<sub>3</sub>) oksüdeeriv bakter (AOB, tihti nt ''Nitrosomonas spp'') oksüdeerib [[ammoniumammoonium]]i (NH<sub>4</sub><sub>+</sub>) või [[ammoniaak|ammoniaagi]] (NH<sub>3</sub>) oksüdatsioon [[nitrit]]iooniksnitritiooniks (NO<sub>2</sub><sub>-</sub>) ammoniaaki oksüdeeriva bakteri ([[AOB]]) poolt, tihti näiteks ''Nitrosomonas spp''. I faasi protsessid võib omakorda jagada kolmeks alam-protsessiksalamprotsessiks:
 
'''1) NH<sub>3</sub> + O<sub>2</sub> + 2 H<sub>+</sub> + 2 e- => NH<sub>2</sub>OH + H<sub>2</sub>O'''
 
- ammoniaak oksüdeeritakse hüdroksüülamiiniks (NH2OH) ensüümi monooksügenaas toimel,
 
'''2) NH<sub>2</sub>OH + H<sub>2</sub>O => NO<sub>2</sub><sub>-</sub> + 5H<sub>+</sub> + 4e-'''
 
- [[hüdroksüülamiin]] oksüdeeritakse [[nitrit]]iks,
 
'''3) ½ O<sub>2</sub> + 2 H<sub>+</sub> + 2 e- => H<sub>2</sub>O'''
<ref name="nitrification.org">{{cite web|last1=Nitrification|title=Home|url=http://nitrification.org/}}</ref>
===II faas===
[[Nitrit]]iNitriti edasineoksüdeeriv oksüdatsioonbakter (NOB, tihti nt ''Nitrobacter spp'') oksüdeerib nitriti [[nitraat|nitraadiks]] (NO<sub>3</sub><sub>-</sub>) [[nitrit]]i oksüdeeriva bakteri ([[NOB]]) poolt, näiteks ''Nitrobacter spp''. Protsessi käivitamiseks kasutab NOB ensüümi nitriti okidoreduktaas (NOR). Faasi II faasi reaktsioone võib jagada kaheks alam-protsessiksalamprotsessiks:
 
'''1) NO<sub>2</sub><sub>-</sub> + H<sub>2</sub>O => NO<sub>3</sub><sub>-</sub> + 2 H<sub>+</sub> + 2 e-'''
 
- nitrit oksüdeeritakse nitraadiks NOR -ensüümi abil,
 
'''2) ½ O<sub>2</sub> + 2 H<sub>+</sub> + 2 e- => H<sub>2</sub>O'''
 
- elektronid, prootonid ning hapnik konverteeritakse veeks.
 
II faasi võib kokku võtta reaktsiooniga '''Σ: NO<sub>2</sub><sub>-</sub> + ½ O<sub>2</sub> => NO<sub>3</sub><sub>-</sub>'''.
 
Liites kokku I ja II faasi reaktsioonid saamesaab '''summaarse nitrifikatsiooni reaktsiooni''':
 
'''NH<sub>3</sub> + 2 O<sub>2</sub> => NO<sub>3</sub><sub>-</sub> + H<sub>+</sub> + H<sub>2</sub>O'''.
==Nitrifikatsiooni mikrobioloogia==
 
Bakterid,Nitrifikatsiooni kesläbi viivad läbi nitrifikatsioonibakterid on [[kemoautotroofsed]] või [[kemolitotroofsed]], saades eluks vajaliku energia nitrifikatsioonist. See hõlmab perekondi: ''Nitrosomonas'', ''Nitrosococcus'', ''Nitrobacter'' ning ''Nitrococcus''.[[16 rRNa]] järjestuse põhjal moodustavad ammoniaaki oksüdeerivad bakterid fülogeneetiliselt sama rühma. Neil on kompleksedkomplekssed sisemised membraansüsteemid, mis on peamiste [[nitrifikatsiooniensüümid]]e asukohaks. <ref name=":0">[[Nitrifitseerijad bakterid]]</ref> Nendeks on protsessis osalevad ensüümid -: [[ammoniaagi monooksügeneaas]] (AMO), mis esineb kõigil autotroofsetel ammoniaagioksüdeerijatel ning sarnaneb metaani oksüdeerivatel bakteritel esineva [[metaani monooksügenaas]]iga, samuti hüdroksüülalamiini oksüoreduktaas ja nitriti oksidoreduktaas. Sealjuures AMO oksüdeerib ammoniaagi hüdroksüülamiiniks ning nitriti oksidoreduktaas oksüdeerib nitriti nitraadiks. <ref name="Vee-ja mullamikrobioloogia loengud 2005">{{cite web|last1=Vee-ja mullamikrobioloogia loengud 2005|website=http://gt.inkblue.net/Vee-%20ja%20mullamikrobioloogia/loeng4.pdf}}</ref>
Nitrifitseerijaid baktereid leidub palju pinnases ja vees, kuid enim kohtades, kus leidub väga palju ammoniaaki. SeeNii võib olla reoveepuhastites või ulatusliku valgu lagunemisega aladel. Lisaks sellele elavad need bakterid veekogudes, millesse voolaval reo- ja heitveel on suur ammoniaagisisaldus.<ref name=":0" />
 
==Nitrifikatsiooni toimumiseks vajalikud eeldused==
• Keskkonnas peab leiduma NH<sub>3</sub>
 
• Keskkonnas on vajalik piisava O<sub>2</sub> juurdepääs, ningja see peab olema mõõduka happelise reaktsiooniga
 
• Happelisemate muldade puhul on vajalik lupjamine, õhustamine
 
• Liigniiskete muldade korral vajaliktuleb alandada põhjavee seisu alandamine<ref name="Mikroobid erinevate ainete ringetes"/>
 
• Protsessi kiirus sõltub peamiselt NH3<sub>3</sub> oksüdeerumisest [[nitrit]]iteni, sest selle jaoks vajatakse võrreldes nitrititest nitraatideks muundumisega palju rohkem energiat. <ref><nowiki>https://et.wikipedia.org/wiki/L%C3%A4mmastikuringe#Nitrifikatsioon</nowiki></ref> Näiteks on nitrifikatsioon aeglane kultuuristamata muldadel, kus N<sub>2</sub>-ühendite allikaks on lehekõdu, ja oksad, sest antudselline keskkond on väga halvasti õhustatav. <ref name="Mikroobid erinevate ainete ringetes"/>
 
==Heterotroofne nitrifikatsioon==
 
[[Heterotroof]]ne nitrifikatsioon erineb [[autotroof]] sest selle poolest, et nitritinitritit ja nitraati produtseeritakse ainult [[ammoniaak|ammoniaagist]] ning see toimub tingimustes, mis on [[autotroofsetele|autotroof|autotroofsetele]] nitrifitseerijatele ebasoodsad. Heterotroofse nitrifikatsiooni käigus ei teki energiat.
Heterotroofsed mikroorganismid vajavad oma kasvuks orgaanilise substraadi oksüdeerimist. Nende hulgas on suuremas osas seened (''Aspergillus''), kuid on olemas ka mõned bakterid, kes suudavad läbi viia heterotroofset nitrifikatsiooni (''Thiosphera pantotropha'', ''Alcaligenes'', ''Arthrobacter''). Heterotroofsed mikroorganismid suudavad teostadateha nitrifikatsiooniga samaaegselt ka [[denitrifikatsioon]]i.
Võrreldes autotroofidega on heterotroofide biomass suurem. Kuigi heterotoofidest tulenev nitrifikatsioon pole võrreldav oma potentsiaalilt biomassi ühiku kohta autotroofse nitrifitseerimisega, on heterotroofsete mikroorganismide osakaalu suuruse tõttu nende poolt toimiv nitrifikatsioon suure kaaluga. Üldiselt ollakse seisukohal, et looduses on paljudes süsteemides esikohal heterotroofne nitrifikatsioon.
Heterotroofne ammoniaagi oksüdatsioon on sarnane autotroofseleautotroofse ammoniaagi oksüdatsioonileoksüdatsiooniga. Vaheühendiks on samuti hüdroksüülamiin ning oksüdatsiooniks kasutatakse samu ensüüme (ammoniaagi monooksügenaas ja hüdroksüülamiini oksüreduktaas).
 
'''NH<sub>3</sub> → NH<sub>2</sub>OH → NO<sub>2</sub><sub>-</sub> → NO<sub>3</sub><sub>-</sub>'''
 
Samuti on teada ka radareaktsioonid, mida kasutatakse just seente hulgas ja kus toimub [[amiinid]]e või [[amiidid]]e oksüdatsioon.
 
'''RNH<sub>2</sub> → RNHOH → R-NO → RNO<sub>3</sub> → NO<sub>3</sub><sub>-</sub>'''
 
==Nitrifikatsiooni kasutamine aktiivmuda protsessis==
Reovee puhastamisel kasutatavad aktiivmudaprotsessid on seotud [[lämmastik]]u sidumisega, nitrifikatsiooniga. RakendatakseNitrifikatsiooni rakendatakse [[olmereovesi|olmereovees]] süsiniku suhtes liias olevate toitainete – [[fosfor]]i ja lämmastiku – sidumiseks bioogilist protsessi. Selle jaoks kasutatakse [[aktiivmuda]] tehnoloogias lämmastiku tõhustatud eemaldamiseks nitrifikatsiooni ning denitrifkatsiooni protsesse, ehk oksüdeeritakse reovees olevad erinevad lämmastikuvormid üle nitriti nitraatideni. Paralleelselt kasutatakse ka denitrifikatsiooni omadusi, kus nitraatide koostises olevat O<sub>2</sub>-e kasutavad mikroorganismid [[anoksiline|anoksiliseksanoksilises]] keskkonnas orgaanilise aine oksüdeerimiseks, mille tulemusena N<sub>2</sub> redutseeritakse, ning N<sub>2</sub> erialdub atmosfääri gaasilises olekus. Selleks, et puhastusprotsess oleks aktiivmuda tehnoloogiat kasutades võimalikult efektiivne, toimub kogu juhtimine automatiseeritult, see hõlmab ka tehnoogiliste seadmete tööd. Sealjuures on seadmete töörežiimid reovee koostise ja koguse ning ilmastikuolude muutusele vastavalt muudetavad. <ref name="Reoveepuhastustehnoloogiad">{{cite web|last1=OÜ Alkranel|title=Reoveepuhastustehnoloogiad|url=http://www.alkranel.ee/failid/projekt/projekteerimine_info.pdf|website=http://www.alkranel.ee/|publisher=OÜ Alkranel}}</ref>
12

muudatust