Nitrificatie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Nitrificatie is de biologische oxidatie van ammonium tot nitriet gevolgd door de oxidatie van dit nitriet tot nitraat. Nitrificatie is een belangrijke stap in de stikstofkringloop van ecosystemen, waarbij de in dood organisch materiaal vastgelegde stikstof weer beschikbaar komt voor de levende planten.

De oxidatie van ammonium in uiteindelijk nitraat gebeurt door autotrofe bacteriën uit verschillende geslachten. De eerste stap naar nitriet wordt o.a. gedaan door bacteriën uit de geslachten Nitrosomonas en Nitrosospira (het voorvoegsel nitroso staat voor ammonium). De tweede stap naar nitraat wordt hoofdzakelijk gedaan door de bacteriën uit de geslachten Nitrospira en Nitrobacter (het voorvoegsel nitro staat voor nitriet.

De verschillende soorten bacteriën komen in de natuur (en in industriële systemen) meestal tegelijk voor. Het is echter mogelijk om een systeem te maken, waarbij alleen nitriet geproduceerd wordt. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het feit dat ammonium-oxiderende bacteriën bij hogere temperatuur (boven de 30 °C) sneller groeien dan nitriet-oxiderende bacteriën. Op deze wijze kan een waterzuiveringssysteem worden gemaakt waarin ammonium-oxiderende bacteriën zich kunnen handhaven en nitriet-oxiderende bacteriën niet. Dit wordt het SHARON-proces genoemd. In dit systeem wordt het geproduceerde nitriet vervolgens door middel van denitrificatie gereduceerd tot stikstofgas. Wanneer denitrificatie achterwege wordt gelaten en bovendien geen pH-correctie wordt toegepast, stopt de nitrificatie -ten gevolge van verzuring- wanneer ongeveer 50 % van het ammonium is omgezet naar nitriet. Het effluent van de zuiveringsinstallatie bevat dan ammonium en nitriet in een molaire ratio van ongeveer 1:1; het ideale influent voor het anammox-proces.

[bewerk] Reactievergelijkingen

Eerste stap van ammoniak naar nitriet

NH₃ + 1½ O₂ → NO₂^- + H⁺ + H₂O + energie (ΔG°' = -235 kJ/mol)

Hydroxylamine is een intermediair in dit proces. De vorming van H⁺ geeft aan dat nitrificatie een verzurend proces is.

Tweede stap van nitriet naar nitraat

NO₂^- + ½ O₂ → NO₃^- + energie (ΔG°' = -76 kJ/mol)

Totaalvergelijking

NH₃ + 2 O₂ → NO₃^- + H⁺ + H₂O + energie

[bewerk] Waterzuivering

Nitrificatie speelt een belangrijke rol in de waterzuivering bij het verwijderen van stikstof uit het afvalwater. Hierbij wordt nitrificatie gevolgd door denitrificatie. Voor de denitrificatie is een elektron donor nodig. Hiervoor wordt meestal organisch materiaal uit huishoudelijk afvalwater gebruikt (bijvoorbeeld resten van faeces), maar sulfide is ook mogelijk.