Нитраты (NO3 -)

При применении нитрифицирующего фильтра снимается опасность отравления самыми токсичными продуктами метаболизма – аммонийным и нитритным азотом [Привезенцев, Власов 2007], однако происходит накопление нитратного азота - продукта второй, завершающей стадии нитрификации, что при превышении определенного уровня также весьма нежелательно [Westin, 1973; Berka et al., 1980; Kamstra and van der Heul, 1998].

Вместе с тем это соединение азота является сравнительно малотоксичным. Опыт эксплуатации хозяйств с замкнутым водоснабжением бассейнов указывает на нормальные рост и развитие рыб при содержании нитратов 20 мг/л и более. А немецкие исследователи утверждали, что рост карпа и форели не угнетают концентрации нитратов 1800 и 275 мг/л соответственно [Braun, 1972; Nagel et al., 1976].
Чехословацкие учёные отмечали вредное воздействие нитратов на молодь карпа только при содержании 300-600 мг/л [Sprurny, Jirasek, Machova, 1984]. Есть данные, что концентрация 400 мг/л не оказывала влияния на пищевую активность и темп роста канального сомика [Уитон, 1985].
Р. Стикни [1986] считал, что опасная концентрация нитратов неизвестна, и что, как правило, они вообще не оказывают вредного воздействия. Тем не менее, в целях устранения процесса возможного накопления токсичных веществ, концентрацию нитратов в УЗВ рекомендовано поддерживать на уровне 20-40 мг/л [Новоженин и др., 1985]. По всей видимости, этот вопрос требует дальнейшего изучения.
Самым распространенным способом борьбы с нитратами является подмена воды, около 5-10% общего объёма системы в сутки [Masser et al., 1999]. В случаях, когда необходимо минимизировать потребление подпиточной воды, применяют другие меры для удаления нитратов (табл. 3). Организмы, способные к ассимиляционному потреблению нитрата, используют его вместо аммиака в качестве источника азота для биосинтеза. В большинстве случаев этот процесс идёт при отстутствии более восстановленного соединения (аммиака). Ассимиляционный путь потребления нитрата одинаково хорошо осуществляется как в аэробных, так и в анаэробных условиях. В этом случае азот не удаляется из системы, а переходит из неорганической формы в органическую [Jaap van Rijna et al., 2006]. Дальнейшее удаление азота осуществляется извлечением ассимилятора или его части из общей системы (в самом распространенном случае – снятие урожая высших растений или прополка водорослевого фильтра) [Апостол и др., 1985; Kitadai, Kadowaki, 2007].

Таблица 3. Биологические процессы, направленные на снижение количества нитратов [Tiedje, 1990]

Биологические процессы, направленные на снижение количества нитратов [Tiedje, 1990]

Факультативно-анаэробные бактерии Диссимиляционный путь извлечения нитратов подразумевает микробиологическую обработку воды (денитрификацию). Бактерии преобразуют нитраты в более восстановленные соединения с выделением энергии. Нитраты восстанавливаются через нитриты до аммония одной группой организмов, другая группа преобразует нитраты через нитриты и другие газообразные формы (оксид и закись азота) до газообразного азота. Денитрификация осуществляется обширной группой прокариотических организмов. Большинство из них – факультативные анаэробы, использующие ион нитрата в качестве последнего акцептора электрона в отсутствии кислорода. Молекулярный азот – конечный продукт данного процесса, однако при определенных условиях возможно накопление промежуточных продуктов: нитритов NO2-, оксида азота NO и закиси азота N2O.
Самыми распространенными денитрификаторами в природе являются гетеротрофные микроорганизмы, большинство из которых относится к родам Pseudomonas (P. fluorescens, P. stutzeri) и Paracoccus (P. denitrificans) [Korom, 1992; Теппер и др., 2004]. В природе гетеротрофные денитрификаторы заселяют бескислородные области грунта, селятся под слоем бактериальной пленки – везде, где возникают анаэробные условия и имеется источник углерода (углеводы, органические спирты, аминокислоты и жирные кислоты). Например, при использовании ацетата в качестве источника углерода денитрификация происходит по следующей формуле:

5CH3OO- +8NO3- +3H+= 10HCO3- + 4N2(↑)+4H2O

Процесс денитрификации, идущий в естественных водоёмах, имеет место и в замкнутых системах, когда достаточно высокий слой грунта позволяет образоваться анаэробным зонам, благоприятным для развития денитрифицирующих организмов [Diab, Shilom, 1986; Korom, 1992]. Однако в аквакультуре естественной интенсивности процесса недостаточно, поэтому процесс денитрификации осуществляется в специальных фильтрах-денитрификаторах, сходных по своему устройству с нитрифицирующими фильтрами (максимальная полезная площадь биозагрузки), отличающимися анаэробным режимом работы (как следствие – невысокая проточность) и необходимостью внесения источника углерода (метанол, этанол или глюкоза, как наиболее легко усваиваемые бактериями) [Honda et al., 1993; Sauthier et al., 1998; Park et al, 2001; van Rijn et al, 2006]. Эксплуатация денитрификатора - достаточно сложно контролируемый и затратный процесс. Неконтролируемый процесс денитрификации весьма опасен для гидробионтов, а управлять им сложно и трудоёмко.