Trong tự nhiên, chu trình nitơ diễn ra 2 quá trình chính là nitrate hóa và phản nitrate hóa:
Nguồn: Internet
Hình: Tổng quát chu trình nitơ trong tự nhiên
1. Quá trình Nitrate hóa
Quá trình Nitrat hóa là quá trình oxy hoá Amonia (NH3) thành Nitrate (NO3–) với sản phẩm trung gian là Nitrite (NO2–). Quá trình Nitrat hóa là một bước quan trọng để khởi động chu trình chuyển hóa Nitơ.
Quá trình Nitrat hóa là quá trình oxy hoá Amonia (NH3) thành Nitrate (NO3–) với sản phẩm trung gian là Nitrite (NO2–). Quá trình Nitrat hóa là một bước quan trọng để khởi động chu trình chuyển hóa Nitơ.
Nitơ tồn tại ở 2 dạng chính là Nitơ vô cơ ( bao gồm amonia, nitrate, nitrite) và Nitơ hữu cơ (axit amin, protein, chitin, axit nucleic,…). Nhưng dạng Nitơ vô cơ chiếm phần lớn và dưới dạng Amonia (NH3). Nếu hợp chất Nitơ hữu cơ (urê và phân) thì quá trình thủy phân sẽ chuyển hóa thành Amonia theo phương trình chuyển hóa dưới đây:
CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2
NH3 + H2O → NH4+ + OH–
Quá trình Nitrate hóa sẽ chuyển hóa Amonia về dạng Nitrite và Nitrate. Quá trình này rất quan trọng trong chu trình Nitơ.
Vi khuẩn Nitrosomonas
Chủng vi khuẩn Nitrosomonas này tỏ ra khá hữu hiệu trong việc chuyển hóa Amonia về dạng Nitrite.
Vi khuẩn Nitrosomonas là một chi của vi khuẩn Chemoautotrophic hình que Gram âm. Sinh vật này oxy hóa Amonia thành Nitrite như một quá trình trao đổi chất.
Nitrosomonas phải tiêu thụ một lượng lớn Amonia trước khi phân chia tế bào có thể xảy ra. Quá trình phân chia tế bào có thể mất đến vài ngày. Dưới đây là phản ứng Amonia chuyển hóa về Nitrit:
2NH4+ + 3O2 → 2NO2– + 4H+ + 2H2O
Vi khuẩn Nitrobacter
Nitrit là sản phẩm trung gian của quá trình Nitrat hóa. Để hoàn thành quá trình này cần vi khuẩn Nitrobacter để chuyển hóa từ Nitrite (NO2–) về Nitrate (NO3–).
Đặc điểm của vi khuẩn Nitrobacter là một chi bao gồm các vi khuẩn hình que, gram âm và hóa dưỡng. Chúng sinh sản bằng hình thức tự nhân đôi. Vi khuẩn Nitrobacter là các sinh vật hiếu khí bắt buộc.
Vi khuẩn Nitrobacter đóng một vai trò quan trọng trong chu trình Nitơ bằng cách oxy hóa nitrit thành Nitrat trong hệ thống xử lý nước thải. Vi khuẩn Nitrobacter sử dụng năng lượng từ quá trình oxy hóa các ion Nitrite (NO2–), thành ion Nitrat, (NO3–), để đáp ứng nhu cầu năng lượng của chúng.
2NO2– + H2O → NO3– + 2H+ + 2e−
2H+ + 2e− + 1,5O2 → H2O
2. Quá trình phản nitrate hóa
Quá trình phản Nitrat hoá còn gọi là quá trình khử Nitrat. Quá trình phản Nitrat hoá là quá trình chuyển hoá N-NO3– thành khí Nitơ tự do nhờ vi sinh vật. Vi khuẩn tham gia thực hiện quá trình này được gọi là vi khuẩn phản Nitrat hoá. Đặc biệt trong môi trường yếm khí quá trình này diễn ra mạnh mẽ.
Quá trình phản Nitrat hóa diễn ra thông qua một loạt các phản ứng gồm:
NO3– + 2H+ + 2e- → NO2– + H2O
NO2– + 2H+ + e- → NO + H2O
2NO + 2H+ + 2e- → N2O + H2O
N2O + 2H+ + 2e- → N2 + H2O
Phản ứng tổng thể có thể được biểu diễn như sau:
2NO3– + 10e- + 12H+ → N2 + 6H2O
Quá trình này chủ yếu được thực hiện bởi vi khuẩn dị dưỡng như Paracoccus denitrificans và một số loài Pseudomonas. Đồng thời, một số vi khuẩn khử Nitơ tự dưỡng như Thiobacillus denitrificans cũng tham gia vào quá trình này.
Nguồn: Sưu tầm
