Unter Denitrifikation versteht man die bakterielle Umwandlung des im Nitrat (NO₃^-) gebundenen Stickstoffs in N₂. Der im Nitrat gebundene Stickstoff wird so in eine Form überführt, die weitgehend inert (lat. träge, untätig) ist und von den meisten Lebewesen nicht als Nährstoff (Stickstoffquelle) genutzt werden kann. In Gewässern und Böden ist er damit nicht mehr im Sinne eines Düngemittels verfügbar und nicht mehr umweltrelevant. Der entstandene molekulare Stickstoff (N₂) entweicht größtenteils in die Atmosphäre, in der er ohnehin Hauptbestandteil ist. Die Denitrifikation ist einer der wesentlichen Bestandteile des Stickstoffkreislaufes.

Die Denitrifikation erfolgt durch bestimmte heterotrophe und einige autotrophe Bakterien (Denitrifizierer). Diese nutzen das Nitrat als Oxidans (Elektronenakzeptor) für ihren oxidativen Energiestoffwechsel, wenn kein oder nur begrenzt gelöster elementarer Sauerstoff (Dioxygen O₂) verfügbar ist (anoxische bzw. hypoxische Verhältnisse).

Die Denitrifikation erfolgt in mehreren Schritten über die Zwischenstufen Nitrit NO₂^-, Stickstoffmonoxid NO und Distickstoffmonoxid N₂O. Die Bruttogleichung lautet:

2 NO₃^- + 2 H⁺ + 10 {H} → N₂ + 6 H₂O.

Darin steht {H} für Reduktionsäquivalente, die aus der Oxidation der organischen oder anorganischen Stoffe (s. u.) stammen. Bei der Denitrifikation wird allerdings neben N₂ immer auch eine kleinere Menge der Zwischenstufe N₂O frei.

Dieser Prozess findet in der Natur überall statt, wo Nitrat und durch Denitrifizierer oxidierbare organische Stoffe unter anoxischen oder hypoxischen Bedingungen zur Verfügung stehen (z.B. Sümpfe, Böden, Sedimente in Flüssen und Seen). Von bestimmten Bakterien können auch elementarer Wasserstoff (Dihydrogen, H₂), Schwefelwasserstoff (H₂S), Ammonium (NH₄⁺) sowie Eisen(II) (Fe^{2+) mit Nitrat unter Bildung von N₂ oxidiert werden.}

Beispiele für denitrifizierende Bakterien sind: Pseudomonas stutzeri (heterotroph, Oxidation von organischen Stoffen), Paracoccus denitrificans (autotroph, Oxidation von H₂), Thiobacillus denitrificans (autotroph, Oxidation von H₂S). Allgemein ist die Fähigkeit zur Denitrifikation innerhalb der Prokaryoten weit verbreitet; Häufungen gibt es in der Alpha-, Beta- und Gamma- Klasse der Proteobakterien.

Technisch wird die Denitrifikation in der Abwasserreinigung in Kläranlagen zur Eliminierung von Nitrat eingesetzt.

Die biologische Umwandlung von Nitrat zu N₂ kann auch zur Entfernung von Nitrat in der Trinkwassergewinnung (siehe Wasseraufbereitung) verwendet werden. Als Substratquelle wird dabei z.B. Alkohol, seltener Wasserstoff angewandt.

Siehe auch: Ammonifikation, Nitrifikation, Anammox, Stickstoffkreislauf, biologischer Nährstofftransport

Weblinks

• Denitrifikation allgemein
• Rolle der Denitrifikation in der Abwasserreinigung
• Umfangreicher wissenschaftlicher Artikel zur Denitrifikation

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