Nitrificación

Proceso por el cual el amoniaco en aguas residuales o en el suelo es oxidado a nitrito y luego a nitrato mediante reacciones bacteriales o químicas.

El proceso es importante en el ciclo del nitrógeno, ya que las plantas solamente pueden emplear el nitrógeno directamente cuando está en forma de nitrato.

Conversión efectuada por las bacterias nitrificantes del suelo, los compuestos orgánicos de nitrógeno, como los aminoácidos y proteínas o la urea, en nitratos inorgánicos asimilables por las plantas verdes.

Intervienen varias bacterias en distintas fases del proceso. Es de gran interés, ya que recicla el nitrógeno y lo vuelve a disponer en el suelo para ser utilizado nuevamente por las plantas.

Se conoce como nitrificación el proceso por el cual las bacterias autótrofas (que utilizan carbón inorgánico para síntesis celular), quimiotótrofas (que obtienen energía de reacciones de oxidación), y aerobias (que utilizan oxígeno libre), convierten el nitrógeno amoniacal en nitratos. Dichas bacterias denominadas nitrificantes pertenecen al género de las Nitrosomas y las Nitrobacter.

Las reacciones de energía y síntesis del proceso de nitrificación se presentan a continuación en forma simplificada:

a) Reacciones de energía
NH4+ + 1,5 O2 ------- NO2- + H2O + 2H+ (NITROSOMAS)
NO2- + 0,5 O2 ------- NO3- (NITROBACTER)
NH4+ + 2 O2 ------- NO3- + H2O + 2H+ (PROCESO TOTAL)

b) Reacciones de síntesis
15 CO2 + 13 NH4+ ------- 10 NO2- + 3 C5H7NO2 + 23 H+ + 4 H2O (NITROSOMAS)
5 CO2 + NH4+ + 10NO2- + 2H2O ------- 10 NO3- + C5H7NO2 + H+ (NITROBACTER)
20 CO2 + 14 NH4+ ------- 4 C5H7NO2 + 10 NO3- + 24 H+ + 2 H2O (PROCESO TOTAL)

c) Reacción combinada de energía y síntesis
NH4+ + 1,8302 + 1,98 HCO3- ------- 0,021 C5H7NO2 + 0,98 NO3- + 1,88 H2CO3 +1,04 H2O

De las ecuaciones anteriores se desprenden tres características importantes del proceso de nitrificación:
- Alta demanda de oxígeno : 4,2 gr O2 / gr N-NH4 oxidado - Baja producción de biomasa : 0,16 gr VSS / gr N-NH4 oxidado
La nitrificación es la oxidación biológica de amonio con oxígeno en nitrito, seguido por la oxidación de esos nitritos en nitratos. La nitrificación es una etapa importante en el ciclo del nitrógeno en los suelos. Este proceso fue descubierto por el microbiólogo ruso Sergei Winogradsky. La oxidación del amonio en nitrito, y la subsecuente oxidación a nitrato es hecha por dos especies de bacterias nitrificantes. La primera etapa la hacen bacterias (entre otras) del género microbiológico Nitrosomonas y Nitrosococcus. La segunda etapa (oxidación de nitrito a nitrato) la hacen, mayormente, bacterias del género Nitrobacter, y en ambas etapas se produce energía que se destina a la síntesis de ATP. Estos microorganismos nitrificantes son quimioautótrofos, y usan dióxido de carbono como su fuente de carbono para crecer. La nitrificación también juega un importante rol en la remoción del nitrógeno orgánico de aguas servidas, donde la remoción convencional es por esa nitrificación bacteriana, seguida de desnitrificación. El costo de este proceso reside mayormente en la aireación (dar oxígeno en el reactor) y la adición de una fuente externa de carbono (e.g. metanol) para la desnitrificación. En muchos ambientes, ambos organismos se hallan juntos, rindiendo nitrato como el producto final. Sin embargo, es posible diseñar sistemas donde se forme selectivamente nitrito (el proceso Sharon). En conjunto con la amonificación, la nitrificación forma parte del proceso de mineralización, que hace referencia a la descomposición completa de materia orgánica, con la liberación de compuestos nitrogenados disponibles para los vegetales (formas minerales, no orgánicas). Esto completa el ciclo del nitrógeno.