Nitrifikasi adalah proses oksidasi (kehilangan elektron atau mendapatkan keadaan oksidasi oleh atom atau senyawa terjadi). Proses Nitrifikasi dimulai dengan amonia yang teroksidasi menjadi nitrit (NO2-), tindakan ini dilakukan oleh bakteri Nitrosomonas sp. Kemudian, nitrit ini (NO2-) dioksidasi menjadi nitrat (NO3-), dan tindakan ini dilakukan oleh Nitrobacter sp.
Bakteri bersifat autotrofik, dan reaksinya dilakukan dalam kondisi aerob. Pentingnya langkah Nitrifikasi dalam siklus nitrogen adalah konversi amonia menjadi nitrat, karena nitrat adalah sumber nitrogen utama yang ada di tanah, untuk tanaman. Tetapi nitrit beracun bagi tanaman. Aktivitas bakteri nitrifikasi semakin lambat dalam larutan asam, dan paling baik pada pH antara 6,5 hingga 8,5 dan suhu bervariasi dari 16 hingga 35 ° C.
Apa itu Nitrifikasi?
Nitrifikasi merupakan oksidasi biologis amonia dengan oksigen menjadi nitrit, diikuti oleh oksidasi nitrit ini menjadi nitrat. Ini adalah tahap penting dalam siklus nitrogen di tanah.
Berbagai mikroorganisme bertanggung jawab untuk memetabolisme senyawa sederhana ini, melepaskan kelebihan nitrogen sebagai amonia. Dengan cara ini, apa yang disebut amonifikasi menyiratkan bahwa nitrogen yang ditemukan sebagai gugus amino atau imino dalam materi hidup diubah menjadi amonia.
Langkah selanjutnya adalah nitrifikasi. Dalam hal ini, ada mikroorganisme yang mengoksidasi amonia, menghasilkan energi yang mereka gunakan. Oksidasi amonia menghasilkan nitrit, yang kemudian juga dioksidasi untuk membuat nitrat.
Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa nitrifikasi dilakukan dalam dua fase: nitritasi yang dikembangkan oleh bakteri tertentu, pembentukan nitrit dari amonia atau ion amonium, dan nitrasi yang dilakukan bakteri lain ketika memperoleh nitrit dari nitrit.
Akhirnya, ion nitrat dan amonium diserap oleh tanaman melalui akarnya. Hewan, memakan tumbuhan atau hewan lain, pada gilirannya memperoleh nitrogen yang mereka butuhkan dan membuang ion amonium dalam bentuk asam urat, urea atau amonia tergantung pada spesiesnya. Senyawa ini berakhir di air atau di darat.
Tahapan
Nitrifikasi adalah bagian dari apa yang disebut siklus nitrogen, yang terdiri dari beberapa tahap. Prosesnya dimulai ketika penguraian bahan organik menyebabkan unsur-unsur kompleks seperti asam amino dan protein terdegradasi melalui aksi jamur dan bakteri.
Proses nitrifikasi ditemukan oleh ahli mikrobiologi Rusia Sergei Winogradsky dan sebenarnya terdiri dari dua proses yang berbeda:
- Nitritasi: mulai dari amonium, nitrit (NO2–) terbentuk; Ini dilakukan oleh bakteri dari genus Nitrosomonas dan Nitrosococcus, antara lain. NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
- Nitrasi: mulai dari nitrit, dihasilkan nitrat (NO3–); Ini dilakukan oleh bakteri dari genus Nitrobacter. NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e−
Oksidasi amonium menjadi nitrit dan oksidasi selanjutnya menjadi nitrat dilakukan oleh dua spesies bakteri nitrifikasi. Tahap pertama dibuat oleh bakteri dari genus mikrobiologis Nitrosomonas dan Nitrosococcus (antara lain). Tahap kedua (oksidasi nitrit menjadi nitrat) sebagian besar dibuat oleh bakteri dari genus Nitrobacter. Pada kedua tahap, energi dihasilkan yang digunakan untuk sintesis ATP. Mikroorganisme nitrifikasi ini adalah kemoautotrof dan menggunakan karbon dioksida sebagai sumber karbonnya untuk tumbuh.
Dalam kerangka ini kita juga harus berbicara tentang proses yang melibatkan denitrifikasi setelah nitrifikasi, yang bertujuan untuk menghilangkan sisa nitrogen. Sepanjang proses mikrobiologi ini, kita dapat mengamati: nitrifikasi (bakteri autotrofik mengoksidasi amonium menjadi nitrat dengan karbon anorganik dan oksigen) dan denitrifikasi (bakteri heterotrofik mereduksi nitrat menjadi molekul gas nitrogen, tanpa oksigen tetapi dengan karbon organik).
Nitrogen molekuler yang disebutkan dalam paragraf sebelumnya adalah gas inert, yang ditemukan di atmosfer dalam jumlah besar. Bakteri autotrofik, di sisi lain, menggunakan sumber anorganik untuk mendapatkan karbon yang mereka butuhkan untuk tumbuh (misalnya, bikarbonat atau karbon dioksida). Bakteri heterotrofik, di sisi lain, menggunakan senyawa organik untuk perkembangannya.
Mari kita lihat di bawah ini aspek-aspek yang mempengaruhi proses nitrifikasi-denitrifikasi:
- mengubah nitrogen organik dan amoniak menjadi gas non-polusi dan inert;
- menghilangkan bahan organik;
- Jika tidak dioperasikan dengan benar, berpotensi mempengaruhi penguapan amonia;
- mengurangi pembentukan bau tidak sedap;
- mengubah alkalinitas dan pH.
Peranan
Nitrifikasi juga memainkan peran penting dalam menghilangkan nitrogen organik dari limbah, secara konvensional melalui nitrifikasi bakteri diikuti oleh denitrifikasi. Biaya proses ini terutama terletak pada aerasi (pasokan oksigen dalam reaktor) dan penambahan sumber karbon eksternal (misalnya metanol) untuk denitrifikasi.
Di banyak lingkungan kedua organisme ditemukan bersama-sama, menghasilkan nitrat sebagai produk akhir. Namun, dimungkinkan untuk merancang sistem di mana nitrit terbentuk secara selektif (proses Sharon).
Bersama dengan amonifikasi, nitrifikasi adalah bagian dari proses mineralisasi, yang mengacu pada dekomposisi lengkap bahan organik, dengan pelepasan senyawa nitrogen yang tersedia untuk tanaman (mineral, bentuk non-organik). Ini melengkapi siklus nitrogen.
Kelebihan
Mengenai kelebihan nitrifikasi yaitu:
- menghilangkan nitrogen;
- mengurangi emisi gas rumah kaca;
- menghilangkan bahan organik tanpa membutuhkan suplai oksigen;
- memurnikan udara.
Kakurangan
Di antara kekurangan nitrifikasi, kami menemukan yang berikut:
- membuat tidak mungkin untuk menutup siklus nitrogen, sesuatu yang tidak terjadi dengan proses pemulihan;
- membutuhkan investasi ekonomi yang relatif tinggi, tergantung pada jumlah peralatan yang akan digunakan;
- Mengingat banyaknya variabel yang terlibat dalam proses nitrifikasi-denitrifikasi, kontrol yang konstan dan menyeluruh dari aspek-aspek seperti beban yang diterapkan, komposisi residu, suhu dan populasi bakteri diperlukan;
- sensitif terhadap inhibitor dan racun, di antaranya kita harus memasukkan substrat itu sendiri yang muncul selama nitrifikasi;
- dihasilkan lumpur yang harus dikelola;
- tidak mungkin untuk menjeda selama proses;
- setiap pupuk kandang harus menyediakan karbon organik dan anorganik dalam jumlah yang cukup.
