Nitrifikation

Die Nitrifikation ist ein Teilprozess des Stickstoffkreislaufs in Ökosystemen. Das durch Destruenten aus abgestorbener Biomasse freigesetzte Ammonium wird durch nitrifizierende Bakterien in zwei Schritten zu Nitrat oxidiert. Dazu ist Sauerstoff (O₂) aus der Umgebung erforderlich.

• Im ersten Schritt nehmen Nitritbakterien wie Nitrosomonas aus der Umgebung Ammonium-Ionen auf und oxidieren diese zu Nitrit-Ionen, die nach außen abgegeben werden.
  NH₄⁺ + 3/2 O₂ => NO₂^- + 2H⁺ + H₂O + Energie (ΔG0` = -275 kJ)
• Im zweiten Schritt nehmen Nitratbakterien wie Nitrobacter, welche mit den Nitritbakterien vergesellschaftet auftreten, die Nitrit-Ionen auf und oxidieren diese zu Nitrat-Ionen. Nach Ausscheidung der Nitrat-Ionen stehen diese den Pflanzen als stickstoffhaltiger Mineralstoff wieder zur Verfügung.
  NO<sub>2</sub><sup>-</sup> + 1/2 O<sub>2</sub> => NO<sub>3</sub><sup>-</sup> + Energie (ΔG0` = -76 kJ)
  

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• Diese beiden Schritte ergeben in Summe:
  NH₄⁺ + 2 O₂ = NO₃^- + 2H⁺ + H₂O + Energie

Die nitrifizierenden Bakterien gewinnen durch die Oxidation der Stickstoff-Verbindungen Stoffwechselenergie, die sie zur Synthese von ATP nutzen, das wiederum zum Aufbau von Biomasse aus Kohlenstoffdioxid eingesetzt wird. Damit gehört die Nitrifikation durch autotrophe Bakterien zur Chemosynthese.

Bei der Nitrifikation fällt ein Sauerstoffverbrauch von 4,33 g O₂ pro g NO₃-N an. Es wächst Nitrifikatenbiomasse im Ausmaß von 0,24 g CSB/g NO₃-N zu (Zellertrag, engl. Yield). Ein Gramm CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) entspricht 1,42 g org. Trockensubstanz.

Die Nitrifikation ist mit einer Produktion von Säure verbunden (2H⁺). Somit tritt eine Absenkung des pH-Wertes auf, der z.B. die Pufferkapazität des Wassers belastet oder den Boden versäuern kann. In Kläranlagen kann dadurch die vollständige Umwandlung des fischtoxischen Ammoniums/Ammoniak verhindert werden (Autoinhibition).

Siehe auch: Ammonifikation, Denitrifikation