Nitrifikace a denitrifikace jsou biologické postupy pro úpravu vody. Nitrifikaci lze charakterizovat jako dvoustupňovou bakteriální oxidaci amoniakálního dusíku v první fázi na dusitany a ve druhé fázi na dusičnany. Denitrifikace je redukce dusičnanů na elementární dusík, který se následně z vody dostane za pomoci provzdušňování.
Amoniak
Ryba po nakrmení začne přirozeně do vody vylučovat amoniak a to primárně přes žaberní epitel. Amoniak je odpadním produktem při metabolismu bílkovin přijímaných z krmiva. Čím více krmiva ryba přijme, tím více také vyloučí amoniaku do okolní vody. Proto je důležité nastavit správnou dávku krmení.
Amoniak se ve vodě nachází ve dvou formách - v nedisociované (toxické) formě NH₃ a disociované (iontové, netoxické) formě NH₄⁺. Poměr mezi disociovanou a nedisociovanou formou zavisí na pH a teplotě vody.
Nejvyšší přípustná koncentrace amoniaku (NH₃) u lososovitých ryb se pohybuje na úrovni 0,0125 mg/l, je tedy nutné se ho zbavovat nebo za pomoci tzv. nitrifikace přeměňovat na méně toxické dusíkaté formy.
Nitrifikace
Nitrifikace je oxidační proces, který probíhá v biologickém filtru za pomoci mnoha rodů nitrifikačních bakterií jako jsou např. Nitrosomonas, Nitrobacter, Nitrosococcus a další. Nitrifikační bakterie jsou pro aquaponický systém nesmírně důležité.
V biologickém filtru se nachází tzv. elementy, což jsou polo-plovoucí plastové výlisky, které mají velkou plochu. Na nich se uchycují bakterie, které dodáme do biofiltru za pomoci gelového, tekutého či práškového inokula. Tyto elementy mají také velkou samočistící schopnost, když se víří za pomoci vzduchu. Tím ze sebe odstraňují staré či odumřelé nárosty bakterií a uvolňují tak plochu pro nové bakterie.
Samotná nitrifikace je dvoustupňová oxidace amoniakálního dusíku, kde je amoniak v první fázi přeměněn na dusitany a následně v druhé fázi na znatelně méně toxické dusičnany. Tyto dvě fáze se nazývají nitritace a nitratace. Na každé z nich se podílí různé rody bakterií.
Nitrifikace je oproti denitrifikaci silně aerobní proces, je tedy potřeba zachovávat dostatečné nasycení vody kyslíkem, pro začátek nitrifikace resp. její první část je optimální 8-12 mg/l O2 a při výstupu - tedy poslední fázi by nasycenost neměla klesnout pod 4,5 mg/l O2.
Výsledným produktem nitrifikace jsou tedy dusičnany, které jsou podstatně méně toxické pro ryby, letální koncentrace v RAS systémech je okolo 900-1400 mg/l, běžně se v takto intenzivních chovech dusičnany pohybují v rozmezí od 300-600 mg/l. Dusičnany, jak už bylo zmíněno, nejsou kritickou veličinou pro případný úhyn ryb, nicméně jejich vysoká koncentrace inhibuje (zpomaluje) růstové schopnosti ryb. Pokud bychom chtěli odstranit dusičnany z vody, musíme zavést do systému tzv. denitrifikační jednotku a nebo jít cestou aquaponie a dusičnanů se zbavovat tak, že nám je pojmou rostliny jako svůj primární zdroj dusíku.
Denitrifikace
Denitrifikace je proces, kdy dochází k přeměně dusičnanů přes meziprodukty až na elementární dusík. Jednotlivé kroky denitrifikace jsou urychlovány enzymy v tělech mikroorganismů a bakterií. Na denitrifikaci se podílí více než šedesát druhů bakterií a to převážně heterotrofních - znamená to, že pro svůj růst potřebují různé zdroje uhlíku, jako je např. v umělých podmínkách v RAS methylalkohol, ocet či melasa. Jedná se například o bakterie rodu Alcaligenes, Bacillus a Pseudomonas.
Denitrifikace jako taková probíhá striktně za anaerobních podmínek, tedy bez přístupu vzduchu (kyslíku). Mezi faktory ovlivňující správnou funkci denitrifikace patří anoxické prostředí, teplota a pH vody a také zdroj nutrientů (uhlíku). Při optimálních podmínkách lze redukovat až 95% dusičnanů a dusitanů na elementární dusík.
V recirkulačních systémech, kde je potencionál růstu dusičnanů až za hranou 1000 mg/l a více, je vhodné zařadit komerčně dodávané denitrifikační zařízení. Toto zařízení by mělo být optimálně dimenzováno tak, aby odbourání dusičnanů ve vodě bylo efektivní a dále nedocházelo k jejich zvyšování a hromadění ve vodě. Denitrifikaci lze najít mimo akvakulturu například při čištění průmyslových vod nebo v ČOV.
