ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΠΑΣΡΧΝ ΥΟΛΗ ΘΔΣΙΚΩΝ ΔΠΙΣΗΜΩΝ ΓΗΑΣΜΖΜΑΣΗΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΔΣΑΠΣΤΥΗΑΚΧΝ ΠΟΤΓΧΝ ΣΗ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΗΚΔ ΔΠΗΣΖΜΔ ΠΑΠΑΒΑΗΛΔΗΟΤ ΜΑΡΗΑ

ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΠΑΣΡΧΝ ΥΟΛΗ ΘΔΣΙΚΩΝ ΔΠΙΣΗΜΩΝ ΓΗΑΣΜΖΜΑΣΗΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΔΣΑΠΣΤΥΗΑΚΧΝ ΠΟΤΓΧΝ ΣΗ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΗΚΔ ΔΠΗΣΖΜΔ ΜΔΣΑΒΟΛΔ ΑΝΟΡΓΑΝΟΤ ΑΕΧΣΟΤ Δ ΔΓΑΦΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ Ο ΡΟΛΟ ΣΧΝ ΒΑΚΣΖΡΗΧΝ Νitrosomonas sp θαη Νitrobacter sp. ΜΔΣΑΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ ΠΑΠΑΒΑΗΛΔΗΟΤ ΜΑΡΗΑ Πηοπζμύπμξ Σιήιαημξ Σεπκμθμβζώκ Ακηζννύπακζδξ ΣΔΙ Γ. Μαηεδμκίαξ Δπζαθέπςκ ηαεδβδηήξ: ΑΓΓΔΛΟΠΟΤΛΟ ΚΩΝΣΑΝΣΙΝΟ ΠΑΣΡΑ ΗΟΤΝΗΟ, 2007

ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ εθ ΠΔΡΗΛΖΦΖ.. 7 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1: Θεςνία βζα ηδκ απμιάηνοκζδ ημο αγώημο 1.1 Δζζαβςβή..9 1.2 Πενί επελενβαζίαξ απμαθήηςκ...11 1.3 Απμιάηνοκζδ ημο αγώημο...12 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: Νζηνμπμίδζδ 2.1 Σαλζκόιδζδ 19 2.2 Βζμπδιεία ηδξ κζηνμπμίδζδξ...22 2.2.1 Δλςεενιζηά εκενβεζαηά ιμκμπάηζα.22 2.2.2 Η αθοζίδα ιεηαθμνάξ δθεηηνμκίςκ(etc)..24 2.2.3 Δκδμεενιζηά ιμκμπάηζα αθμιμίςζδξ.......27 2.3 ημζπεζμιεηνία ηδξ Νζηνμπμίδζδξ. 27 2.4 Κζκδηζηή ηδξ κζηνμπμίδζδξ 30 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3: Πανάβμκηεξ πμο επζδνμύκ ζηδκ ηζκδηζηή ηδξ Νζηνμπμίδζδξ 3.1 Δζζαβςβή...32 3.1.1 Δπίδναζδ ηδξ εενιμηναζίαξ ζηδκ κζηνμπμίδζδ.32 3.1.2 Δπίδναζδ ημο ph ζηδκ κζηνμπμίδζδ.....33 3.1.3 Δπίδναζδ ημο αενζζιμύ ζηδκ κζηνμπμίδζδ... 34 3.1.4 Δπίδναζδ ηδξ οβναζίαξ ζηδκ κζηνμπμίδζδ 38 3.1.5 Δπίδναζδ ημο μνβακζημύ οθζημύ ζηδκ κζηνμπμίδζδ.38 3.1.6 Δπίδναζδ ηδξ μλύηδηαξ ζηδκ κζηνμπμίδζδ....38 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4: Πανειπόδζζδ ηδξ Νζηνμπμίδζδξ από ακόνβακεξ ηαζ μνβακζηέξ μοζίεξ 4.1 Γεκζηά πενί πανειπόδζζδξ....39 4.2 Οοζίεξ πμο πανειπμδίγμοκ ηδκ κζηνμπμίδζδ..40 1

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: Σμ άγςημ ζημ έδαθμξ 5.1 Γεκζηά βζα ημ έδαθμξ 43 5.2 Υαναηηδνζζηζηά ημο εδάθμοξ 46 5.3 Έδαθμξ ηαζ ιζηνμμνβακζζιμί.49 5.4 Eηενόηνμθδ κζηνμπμίδζδ... 53 5.5 Ακηαβςκζζιόξ βζα ημ ακόνβακμ άγςημ ζημ έδαθμξ...54 5.6 Ακεπζεύιδηα απμηεθέζιαηα ηδξ κζηνμπμίδζδξ. 56 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 6: Τθζηά ηαζ ιέεμδμζ 6.1 Απμιόκςζδ ιζηνμμνβακζζιώκ.61 6.2 Πενζβναθή πεζναιαηζηήξ δζάηαλδξ...... 63 6.3 Μέηνδζδ ημο κζηνώδμοξ ηαζ ημο αιιςκζαημύ αγώημο...66 6.4 Μέηνδζδ ηδξ ηζιήξ ημο ph.. 67 6.5 Ιμκηζηή πνςιαημβναθία...... 68 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 7: Απμηεθέζιαηα - ογήηδζδ 7.1 Πείναια ιε ηεπκδηό πώια....... 70 7.1.1 Μεηααμθέξ ημο νη...70 7.1.2 Μεηααμθέξ ημο αιιςκζαημο ηαζ κζηνώδμοξ αγώημ... 71 7.1.3 Μεηααμθέξ ημο κζηνζημύ αγώημο...72 7.2. Πείναια ιε θοζζηό πώια...73 7.2.1 Μεηααμθέξ ημο ph....74 7.2.2 Μεηααμθέξ ημο αιιςκζαημο ηαζ κζηνώδμοξ αγώημο...74 7.2.3 Μεηααμθέξ ημο κζηνζημύ αγώημο...76 ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ..... 78 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 2

ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΟΗ ΠΗΝΑΚΔ Πίκαηαξ 1.1 οβηεκηνώζεζξ αγώημο ζε αζμιδπακζηά οβνά απόαθδηα. 13 Πίκαηαξ 1.2 οβηεκηνώζεζξ κζηνζημύ αγώημο ζε αζμιδπακζηά οβνά απόαθδηα. 14 εθ Πίκαηαξ 1.3 Δπίδναζδ ηςκ δζαθόνςκ ιεεόδςκ επελενβαζίαξ ζηζξ ιμνθέξ ημο αγώημο (U.S. EPA, 1975) 18 Πίκαηαξ 2.1 Υαναηηδνζζηζηά ηςκ κζηνμπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ (Madigan, 1997) 22 Πίκαηαξ 3.1 ηαεενά ημνεζιμύ ημο δζαθοιέκμο μλοβόκμο 36 Πίκαηαξ 4.1 Υδιζηέξ εκώζεζξ πμο πανειπμδίγμοκ ηδ κζηνμπμίδζδ (Hockenburg ηαζ Grady, 1977 ηαζ Sharma ηαζ Ahlert, 1977) 42 Πίκαηαξ 5.1 Σα ηονζόηενα μνοηηά πμο απακημύκ ζηα πεηνώιαηα ηαζ ζηα εδάθδ 45 Πίκαηαξ 5.2 Καηάηαλδ ηςκ ηόηηςκ ημο εδάθμοξ ακάθμβα ιε ημ ιέβεεμξ ημοξ 48 Πίκαηαξ 6.1. ύκεεζδ ηεπκδημύ πώιαημξ 64 Πίκαηαξ 6.2. ύκεεζδ θοζζημύ πώιαημξ 64 Πίκαηαξ 6.3 Κμηημιεηνζηή ακάθοζδ 64 Πίκαηαξ 6.4 ύκεεζδ οβνμύ έηθμοζδξ 65 Πίκαηαξ 6.5 Μέηνδζδ αζμιάγαξ 66 ΠΗΝΑΚΔ ΠΑΡΑΡΣΖΜΑΣΟ Πίκαηαξ 1. Μεηνήζεζξ 1 μο πεζνάιαημξ ιε ιζην/ζιμύξ Πίκαηαξ 2. Απμηεθέζιαηα 1 μο πεζνάιαημξ ιε ιζην/ζιμύξ Πίκαηαξ 3. Μεηνήζεζξ 1 μο πεζνάιαημξ πςνίξ ιζην/ζιμοξ Πίκαηαξ 4. Απμηεθέζιαηα 1 μο πεζνάιαημξ πςνίξ ιζην/ζιμοξ Πίκαηαξ 5. Μεηνήζεζξ 2 μο πεζνάιαημξ ιε ιζην/ζιμύξ Πίκαηαξ 6. Απμηεθέζιαηα 2 μο πεζνάιαημξ ιε ιζην/ζιμύξ Πίκαηαξ 7. Μεηνήζεζξ 2 μο πεζνάιαημξ πςνίξ ιζην/ζιμοξ Πίκαηαξ 8. Απμηεθέζιαηα 2 μο πεζνάιαημξ πςνίξ ιζην/ζιμοξ 3

ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ ΥΖΜΑΣΑ εθ πήια 1.1 Μεηαηνμπέξ ημο αγώημο ζε δζενβαζίεξ αζμθμβζηήξ επελενβαζίαξ 17 πήια 3.1 Δλάνηδζδ ηδξ κζηνμπμίδζδξ από ηδκ εενιμηναζία. (Henze et.al., 1995) 33 πήια 3.2 Δλάνηδζδ ημο κζηνμπμίδζδξ από ημ ph (Grady and Lim, 1980) 34 πήια 3.3 πέζδ δζαθοιέκμο μλοβόκμο ηαζ απμδμηζηόηδηαξ ηδξ κζηνμπμίδζδξ (Ηenze, 1995) 35 πήια 3.4 Δπίδναζδ ηδξ εενιμηναζίαξ ζηδκ ηαηακάθςζδ μλοβόκμο (Henze,1995) 35 πήια 5.1 Καη όβημ ηαηακμιή ηςκ ζοζηαηζηώκ ημο εδάθμοξ 47 πήια 5.2 Οζ ιμνθέξ ημο αγώημο ζημ έδαθμξ ηαζ ηα πμζμζηά ημοξ 52 πήια 7.1.1 Μεηααμθέξ ημο ph βζα ημ πείναια ιε ημ ηεπκδηό πώια 70 πήια 7.1.2α Μεηααμθέξ NH 4 - NO 2 ιε ημ πνόκμ ζημ πείναια ιε ημ ηεπκδηό πώια 72 πήια 7.1.2 α Μεηααμθέξ NH 4 - NO 2 ιε ημ πνόκμ ζημ πείναια ιε ημ ηεπκδηό πώια 72 πήια 7.1.3 Μεηααμθέξ NH 4 - NO 3 ιε ημ πνόκμ ζημ πείναια ιε ημ ηεπκδηό πώια 73 πήια 7.2.1 Γναθζηή πανάζηαζδ ph βζα ημ πείναια ιε ημ θοζζηό πώια 74 πήια 7.2.2 Μεηααμθέξ NH 4 NO 2 ιε ημ πνόκμ βζα ημ πείναια ιε ημ θοζζηό πώια 75 πήια 7.2.3 Μεηααμθέξ NH 4 - NO 3 ιε ημ πνόκμ ζημ πείναια ιε ημ θοζζηό πώια 77 4

ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΔ ΔΗΚΟΝΔ εθ Δζηόκα 1.1 Ο ηύηθμξ ημο αγώημο ζημ πενζαάθθμκ 16 Δζηόκα 2.1 Φςημβναθίεξ από δθεηηνμκζηό ιζηνμζηόπζμ όπμο δζαηνίκμκηαζ μζ ιμνθμθμβζηέξ δμιέξ δζάθμνςκ κζηνζημπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ 20 Δζηόκα 2.2 Φςημβναθίεξ από δθεηηνμκζηό ιζηνμζηόπζμ όπμο δζαηνίκμκηαζ μζ ιμνθμθμβζηέξ δμιέξ ημο ααηηδνίμο Nitrosomonas 20 Δζηόκα 6.1 Πεζναιαηζηή δζάηαλδ 63 Δζηόκα 6.2 Φαζιαημθςηόιεηνμ (Milton Roy 620) 67 5

ΠΔΡΗΛΖΦΖ Η ιεθέηδ ηδξ κζηνμπμίδζδξ ζηα θοζζηά εδαθμθμβζηά ζοζηήιαηα είκαζ ζδιακηζηή όπζ ιόκμ βζα αβνμκμιζημύξ θόβμοξ αθθά ηαζ θόβς ηςκ απμηεθεζιάηςκ ηδξ ζημ πενζαάθθμκ. Γεδμιέκμο όηζ ηα θζπάζιαηα ηδξ μονίαξ ηαζ αιιςκίμο πενζθαιαάκμοκ ημκ ζοκμθζηό όβημ ηςκ θζπαζιάηςκ πμο πνδζζιμπμζμύκηαζ ζηδκ παβηόζιζα βεςνβία, ημ πμζμζηό κζηνμπμίδζδξ είκαζ έκαξ ααζζηόξ πανάβμκηαξ πμο ηαεμνίγεζ ηζξ πζεακέξ απώθεζεξ ημο Ν. οζζςνεοιέκμ NO 3 ιπμνεί κα ιεζςεεί από ημ εδαθζηό μζημζύζηδια ιέζς ηδξ δζύθζζδξ ηαζ ηδξ δζάζπαζδξ κζηνζηώκ, μζ μπμίεξ πνμηαθμύκ ηδ νύπακζδ ηςκ οδάηςκ εδάθμοξ ηαζ επζθάκεζαξ ηαζ ηζξ αενζώδεζξ εηπμιπέξ ζηδ αηιόζθαζνα Η πανμύζα ενβαζία αζπμθήεδηε ιε ηδκ κζηνμπμίδζδ, (αζμθμβζηή μλείδςζδ ηδξ αιιςκίαξ) πμο οθμπμζείηαζ από δύμ δζαθμνεηζηέξ ηαηδβμνίεξ αοηόηνμθςκ ααηηδνζώκ. Η πνώηδ μιάδα (κζηνςδμπμζδηέξ) ιεηαηνέπεζ ηδκ αιιςκία ( NH 4 ) ζε κζηνώδδ ( NO 2 ) ηαζ ζηδ ζοκέπεζα δ δεύηενδ μιάδα, μζ κζηνζημπμζδηέξ, μλεζδώκεζ πεναζηένς ημ εκδζάιεζμ πνμσόκ ζε κζηνζηά. Αημθμύεςξ πνμαζνεηζηά αενόαζμζ εηενόηνμθμζ ιζηνμμνβακζζιμί ιε ηδ αμήεεζα μνβακζηήξ πδβήξ άκεναηα ζε ακαενόαζμ πενζαάθθμκ ιεηαηνέπμοκ ημ κζηνζηό άγςημ ζε αένζμ άγςημ (απμκζηνμπμίδζδ). Σμ ζηάδζμ ηδξ απμκζηνμπμίδζδξ δεκ εα ιαξ απμαζπμθήζεζ ζηδκ πανμύζα ενβαζία. Σα ααηηήνζα πμο είκαζ οπεύεοκα βζα ηδκ μλείδςζδ ηδξ αιιςκίαξ είκαζ ηα (ammonium oxidizing bacteria) ή κζηνςδμααηηήνζα, εκώ ηα ααηηήνζα πμο μλεζδώκμοκ ηα κζηνώδδ ζε κζηνζηά είκαζ ηα κζηνζημααηηήνζα. Βαηηήνζα ηςκ βεκώκ Nitrosomonas ζοιιεηέπμοκ ζημ πνώημ ζηάδζμ ηδξ κζηνμπμίδζδξ. ημ δεύηενμ ζηάδζμ πενζθαιαάκεηαζ ημ βέκμξ Nitrobacter. Με ιζα ζεζνά πεζναιάηςκ θοζζημύ ηαζ ηεπκδημύ πώιαημξ, ιε ηδκ πανμοζία ή ιδ ιζηνμμνβακζζιώκ, ιεθεηάιε ηδκ ηζκδηζηή ηδξ κζηνμπμίδζδξ ηαζ ημοξ πανάβμκηεξ πμο εκδεπμιέκςξ επζδνμύκ ζηδκ ηζκδηζηή αοηή, ηαεώξ ηαζ ημοξ πανάβμκηεξ πμο πανειπμδίγμοκ ηδκ κζηνμπμίδζδ. 6

ABSTRACT The study of nitrification in the natural soil' systems is important not only for agronomic reasons but also because of its potentials effects on the environment. Since urea and ammonium fertilizers comprise the bulk of total fertilizer N uzed in world agriculture, the rate of nitrification is a basic factor determining potential losses of N. Accumulated NO 3 can be depleted from the grassland ecosystem via leaching and denitrification, which cause ground and surface water pollution and gaseous emissions to the atmosphere. The present work is about the nitrification, (biological oxidation of ammonia) that is materialized by two different categories of autotrophic bacteria. The first group (ammonia oxidizers) converts ammonium ( NH 4 ) to nitrite ( NO 2 ), then the second group, nitrite oxidizers, oxidizes further the intermediate product to nitrate. Denitrification is the biological process, which is responsible for the removal of nitrogen in the form of nitrate and/or nitrite by conversion to nitrogen gas. The stage of denitrification won t occupy us in the present work. The bacteria responsible for biological oxidation of ammonia are (ammonium oxidizing bacteria), while the bacteria that oxidize nitrite to nitrate are nitrite oxidizers. Bacteria of genders Nitrosomonas participate in the first stage of nitrification. In the second stage the gender Nitrobacter is included. With a row of experiments including natural and artificial soil, and with the presence or not of micro-organisms, we study the kinetics of nitrification and the factors that potential influence this kinetics, as well as the factors that impede the nitrification. 7

ΔΗΑΓΧΓΖ 8

1. ΘΔΧΡΗΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΑΠΟΜΑΚΡΤΝΖ ΣΟΤ ΑΕΧΣΟΤ 1.1. Δηζαγωγή Σα οβνά απόαθδηα πνμηύπημοκ από ηδ πνδζζιμπμίδζδ ημο κενμύ βζα δζάθμνεξ δναζηδνζόηδηεξ (πόζδ, ύδνεοζδ, παναβςβζηέξ δζενβαζίεξ, ηαεανζόηδηα, ακαροπή) μζ μπμίεξ ημ επζαανύκμοκ ιε μνζζιέκεξ λέκεξ πνμζιίλεζξ πμο ημ ηαεζζημύκ αηαηάθθδθμ βζα πεναζηένς πνήζδ. Η επακαθμνά ημο πνδζζιμπμζμύιεκμο κενμύ ζηδ θύζδ ή ζημ ηύηθςια παναβςβήξ πςνίξ ηα απμδεηηά πμζμηζηά παναηηδνζζηζηά, έηζζ όπςξ ηαεμνίγμκηαζ από ηα πνόηοπα πζόηδηαξ (quality standards), ιπμνεί κα έπεζ ηαηαζηνμθζηά απμηεθέζιαηα βζα ημ θοζζηό πενζαάθθμκ ηαζ ηδκ δδιόζζα οβεία. Η ακαβηαζόηδηα βζα ακενώπζκδ πανέιααζδ ζηδκ επελενβαζία ηςκ οβνώκ απμαθήηςκ πνζκ ηδ δζάεεζή ημοξ είκαζ πνμθακήξ ηαζ μζ θόβμζ πμο ηδκ επζαάθθμοκ είκαζ μζ ελήξ: Η ακάβηδ βζα πνμζηαζία ηδξ δδιόζζαξ οβείαξ, ηδξ πμζόηδηαξ γςήξ ηαζ ηςκ θοζζηώκ μζημζοζηδιάηςκ. Η αολδιέκδ ημλζηόηδηα ηςκ απμαθήηςκ θόβς ηδξ ακελέθεβηηδξ δζάεεζδξ κέςκ ζοκεεηζηώκ ημλζηώκ μοζζώκ πμο πνμηύπημοκ από ηδκ παναβςβζηή δζαδζηαζία. Η ζοκεπήξ αύλδζδ ηςκ πδβώκ νύπακζδξ ηαζ δ πνμμδεοηζηή ελάκηθδζδ ηδξ θοζζηήξ αθμιμζςηζηήξ ζηακόηδηαξ (αοημηαεανζζιόξ) ημο πενζαάθθμκημξ. Αοηό έπεζ ζακ ζοκέπεζα κα δζαβνάθεηαζ ζμαανόηαημξ ηίκδοκμξ ακακηίζηνεπηδξ δζαηαναπήξ ηςκ θοζζηώκ ζζμννμπζώκ. Η αθθμίςζδ ηςκ πμζμηζηώκ παναηηδνζζηζηώκ ηςκ θοζζηώκ οδάηζκςκ απμδεηηώκ (πμηάιζα, θίικεξ, εάθαζζεξ), θόβς ηδξ απεοεείαξ δζάεεζδξ ηςκ οβνώκ απμαθήηςκ, ιε απμηέθεζια κα βίκεηαζ πνμαθδιαηζηή δ ζοκεπζγόιεκδ ηαζ ιεθθμκηζηή πνήζδ ημοξ. Η ζοκεπώξ αολακόιεκδ ακάβηδ βζα ηαηακάθςζδ ιεβάθςκ πμζμηήηςκ κενμύ ηαζ δ ακεπάνηεζα ημο δζαεέζζιμο κενμύ βζα όθεξ ηζξ επζεοιδηέξ πνήζεζξ (ιόκμ ημ 0.0014% ηδξ ζοκμθζηήξ πμζόηδηαξ ημο κενμύ είκαζ άιεζα δζαεέζζιμ βζα πνήζδ). Η απαίηδζδ βζα μνζζιέκδ δζαηύιακζδ ηςκ πμζμηζηώκ παναηηδνζζηζηώκ ημο κενμύ βζα δζάθμνεξ πνήζεζξ (ύδνεοζδ, άνδεοζδ, ακαροπή, δζααίςζδ οδνόαζςκ μνβακζζιώκ), δ μπμία ηαεμνίγεηαζ από ηα πνόηοπα πμζόηδηαξ (quality standards). (Μανηακηςκάημξ, 1990). Οζ ηύνζεξ ιμνθέξ νοπμβόκςκ μοζζώκ ζημ κενό πμο απαζημύκ ελμοδεηένςζδ πνζκ από ηδ δζάεεζδ ημο ζημοξ θοζζημύξ απμδέηηεξ, εάκ πνόηεζηαζ βζα κενό θοιάηςκ, ή ζημ δίηηομ ύδνεοζδξ, εάκ πνόηεζηαζ βζα πόζζιμ κενό, είκαζ μζ ελήξ: (Metcalf-Eddy,1991) 9

Γηαιπηέο νξγαληθέο νπζίεο θαη αηωξνύκελα ζηεξεά. Σα μνβακζηά όηακ δζαηεεμύκ ζημ θοζζηό απμδέηηδ πςνίξ επελενβαζία, πνμηαθμύκ δέζιεοζδ ημο δζαθοιέκμο μλοβόκμο, ιε άιεζεξ ημλζηέξ ζοκέπεζεξ βζα ημ μζημζύζηδια (εάκαημξ ρανζώκ, δδιζμονβία ακαενόαζςκ ζοκεδηώκ ηαζ παναβςβή δύζμζιςκ αενίςκ). Σα αζςνμύιεκα ζηενεά, εηηόξ από ημ όηζ πνμηαθμύκ εμθόηδηα ζημ κενό, θόβς ηδξ πνμμδεοηζηήξ δζάζπαζδξ ημο μνβακζημύ ιένμοξ ημοξ πνμηαθμύκ επίζδξ ιείςζδ ημο δζαθοιέκμο μλοβόκμο ηαζ παναβςβή επζαθααώκ αενίςκ. Άδωην θαη Φώζθνξνο. Η πανμοζία εκώζεςκ θςζθόνμο ζε ζοκδοαζιό ιε ηδκ πανμοζία αγώημο, ιπμνεί κα πνμηαθέζεζ ηδκ ακελέθεβηηδ ακάπηολδ θοηώκ ηαζ άθθςκ θςημζοκεεηζηώκ οδνόαζςκ μνβακζζιώκ, ιε απμηέθεζια ηδκ αζζεδηζηή οπμαάειζζδ ημο απμδέηηδ ηαζ ηδ ιείςζδ ημο δζαθοιέκμο μλοβόκμο (θαζκόιεκμ εοηνμθζζιμύ). Δπεζδή ηα δύμ αοηά ζημζπεία είκαζ απαναίηδηα βζα ηδκ ηοηηανζηή ακάπηολδ ζε ιεβαθύηενεξ πμζόηδηεξ από άθθα όπςξ ημ εείμ, μ ζίδδνμξ, ημ ηάθζμ, ημ ιαβκήζζμ ηαζ ημ αζαέζηζμ, μκμιάγμκηαζ ζοκήεςξ ιε ιζα θέλδ ζξεπηηθά. Η ειπεζνία έπεζ δείλεζ όηζ ημ άγςημ απμηεθεί ημ πενζμνζζηζηό ενεπηζηό βζα ημκ έθεβπμ ημο εοηνμθζζιμύ ζε πενζμπέξ αθιονμύ κενμύ εκώ μ θώζθμνμξ ζε πενζμπέξ βθοημύ κενμύ. Σνμηθέο ρεκηθέο νπζίεο, βαξέα κέηαιια θαη ξαδηελεξγά πιηθά. Πνμένπμκηαζ ηονίςξ από αζμιδπακζηά απόαθδηα ηαζ δ πανμοζία ημοξ πάκς από μνζζιέκεξ ηζιέξ απαβμνεύεηαζ, ηόζμ από εθθδκζημύξ όζμ ηαζ εονςπασημύξ ηαζ δζεεκείξ ηακμκζζιμύξ (ΔΔC, U.S. EPA, WHO η.θ.π.), θόβς ηςκ δοζιεκώκ επζδνάζεώκ ημοξ ζηδ δδιόζζα οβεία (ηανηζκμβέκεζδ, ιεηαθθαλζμβέκεζδ ηαζ ηεναημβέκεζδ). Δζδζηόηενα, ηα αανέα ιέηαθθα (ηάδιζμ, ιόθοαδμξ, οδνάνβονμξ ηαζ παθηόξ) πανόθμ πμο είκαζ απαναίηδηα ζε ιζηνέξ πμζόηδηεξ βζα ηδκ ηοηηανζηή ακάπηολδ, δ ορδθή ζοβηέκηνςζή ημοξ ιπμνεί κα απμαεί ημλζηή ηόζμ βζα ηα ίδζα ηα ηύηηανα όζμ ηαζ βζα ημκ άκενςπμ. 10

1.2. Πεξί επεμεξγαζίαο απνβιήηωλ ε ηάεε ακενώπζκδ ημζκόηδηα παναηδνείηαζ παναβςβή οβνώκ ηαζ ζηενεώκ απμαθήηςκ ςξ απμηέθεζια ηδξ δναζηδνζόηδηάξ ηδξ. Η δναζηδνζόηδηα αοηή έπεζ ςξ ζηόπμ ηδκ παναβςβή πνμσόκηςκ, πμο είκαζ πνήζζια βζα ημκ άκενςπμ πνδζζιμπμζώκηαξ πνώηεξ ύθεξ, ακάιεζα ζηζξ μπμίεξ ηαζ ημ κενό. Από αοηή ηδ δναζηδνζόηδηα πνμηύπημοκ ηαζ παναπνμσόκηα ηα μπμία εθόζμκ δεκ ιπμνμύκ κα πνδζζιμπμζδεμύκ πεναζηένς, πνέπεζ κα δζαηεεμύκ άιεζα ζημ θοζζηό πενζαάθθμκ. Σα παναπνμσόκηα αοηά μκμιάγμκηαζ απόαθδηα ηαζ δζαηνίκμκηαζ ζε ζηενεά, οβνά ή αένζα ακάθμβα ιε ηδ ααζζηή ημοξ θάζδ ηαζ ζε αζηζηά, ειπμνζηά, αζμιδπακζηά ηαζ αβνμηζηά ακάθμβα ιε ηδκ πδβή πνμέθεοζήξ ημοξ. Η αζμιδπακζηή ακάπηολδ όθςκ ηςκ πςνώκ ηα ηεθεοηαία πνόκζα ηαζ δ παναβςβή ηαζ απμπέηεοζδ ιεβάθςκ πμζμηήηςκ αζηζηώκ ηαζ άθθςκ οβνώκ απμαθήηςκ ζε πανάηηζεξ ηαζ άθθεξ πενζμπέξ, δδιζμύνβδζακ ζμαανέξ επζπηώζεζξ ηόζμ ζημ πενζαάθθμκ όζμ ηαζ ζηδ δδιόζζα οβεία, θόβς ηδξ ακελέθεβηηδξ εζζαβςβήξ ηςκ ακεπελένβαζηςκ οβνώκ απμαθήηςκ ζημκ ηύηθμ ημο κενμύ (ή οδνμθμβζηό ηύηθμ). Έηζζ, θμζπόκ, δ ακάβηδ βζα πνμζηαζία ηδξ δδιόζζαξ οβείαξ ηαζ ηςκ θοζζηώκ μζημζοζηδιάηςκ, ηδξ πμζόηδηαξ γςήξ, ηδξ απμθοβήξ ηδξ νύπακζδξ ηςκ θοζζηώκ οδάηζκςκ απμδεηηώκ (εάθαζζεξ, πμηάιζα, θίικεξ, ηθπ.) μδήβδζε ηδκ ακενςπόηδηα ζηδκ εύνεζδ ηνόπςκ ιε ημοξ μπμίμξ εα πναβιαημπμζμύηακ επελενβαζία ηςκ απμαθήηςκ αοηώκ. Έηζζ, βζα ηδκ επελενβαζία ηςκ οβνώκ απμαθήηςκ άνπζζακ κα πνδζζιμπμζμύκηαζ δζάθμνεξ θοζζηέξ, πδιζηέξ ηαζ αζμθμβζηέξ δζενβαζίεξ μζ μπμίεξ ζοιααίκμοκ ζημ θοζζηό πενζαάθθμκ ιε ηδκ αθθδθεπίδναζδ ημο κενμύ, ημο εδάθμοξ, ηδξ αηιόζθαζναξ ηαζ θοηζηώκ ηαζ γςζηώκ ιζηνμμνβακζζιώκ (θοζζηά ζοζηήιαηα επελενβαζίαξ). Γκςζηά θοζζηά ζοζηήιαηα επελενβαζίαξ είκαζ ηα αναδείαξ εθανιμβήξ, ηαπείαξ δζήεδζδξ, επζθακεζαηήξ νμήξ, ηεπκδηώκ οβνμαζόημπςκ ηαζ ηα ζοκδοαζιέκα βήζκα (Αββεθάηδξ ηαζ Tchobanoglous, 1995). Η επζηαηηζηή ακάβηδ ηδξ απμθοβήξ ηδξ νύπακζδξ ημο πενζαάθθμκημξ πνμέααθε άιεζα ηδκ ηεπκμθμβζηή πανέιααζδ, δ μπμία εα ακαπθδνώζεζ, εα οπμαμδεήζεζ ή εα επζηαπύκεζ ηα θοζζηά ζοζηήιαηα, ιε απμηέθεζια ζήιενα δ επελενβαζία κα ααζίγεηαζ ζε ζοκδοαζιό από ηεπκδηέξ θοζζημπδιζηέξ ηαζ αζμθμβζηέξ δζενβαζίεξ. ηδκ ηαλζκόιδζδ ηςκ δζαθόνςκ δζενβαζζώκ ακαβκςνίγμοιε ηα ελήξ επίπεδα: 11

ηδκ πνμεπελενβαζία ή πνμηαηανηηζηή επελενβαζία δ μπμία ααζίγεηαζ ζηδ πνήζδ ηάπμζςκ θοζζηώκ θεζημονβζώκ όπςξ ζπάνζζια, αιιμζοθθμβή, θζπμζοθθμβή ηαζ ελζζμννόπδζδ, πμο ζημπεύμοκ ζηδκ πνμεημζιαζία ηςκ απμαθήηςκ βζα ηδκ ηονίςξ επελενβαζία. ηδκ πνςημαάειζα επελενβαζία όπμο ιε ηδ αμήεεζα ηδξ ηαείγδζδξ ηαζ ηδξ επίπθεοζδξ απμιαηνύκμκηαζ ηαηά έκα πμζμζηό ηα αζςνμύιεκα ζηενεά ηδκ δεοηενμαάειζα επελενβαζία όπμο πνδζζιμπμζείηαζ ζοκδοαζιόξ θοζζημπδιζηώκ ηαζ αζμθμβζηώκ ιεεόδςκ βζα ηδκ απμιάηνοκζδ ηςκ ημθθμεζδώκ ηαζ ημο ιεβαθύηενμο πμζμζημύ από ημ μνβακζηό θμνηίμ ηςκ απμαθήηςκ (ιε αζμαπμδόιδζδ). ηδκ ηνζημαάειζα ή πνμςεδιέκδ επελενβαζία όπμο ζηόπμξ είκαζ δ αεθηίςζδ ηςκ πμζμηζηώκ παναηηδνζζηζηώκ ημο απμαθήημο, πνδζζιμπμζώκηαξ ιεεόδμοξ βζα ηδκ απμιάηνοκζδ άθθςκ ζοζηαηζηώκ, όπςξ ημ άγςημ ηαζ μ θώζθμνμξ, ηα μπμία δεκ ιεζώκμκηαζ ζδιακηζηά ιε ηδ δεοηενμαάειζα επελενβαζία. 1.3.Απνκάθξπλζε ηνπ αδώηνπ Σμ άγςημ είκαζ δζαθοηό ζηα οβνά απόαθδηα ζε πμθθέξ ιμνθέξ όπςξ αιιςκία, κζηνώδδ ηαζ κζηνζηά, αθθά ηαζ ςξ ζοζηαηζηό μνβακζηώκ ιμνίςκ όπςξ ηα αιζκμλέα. Δπζπνόζεεηα ειπενζέπεηαζ ζε αζςνμύιεκα μνβακζηά ζςιαηίδζα. Η ύπανλδ ηδξ αιιςκίαξ ζηα θύιαηα, είηε ιε ηδκ εθεύεενδ ιμνθή είηε ιε ηδ ιμνθή ζόκηςκ αιιςκίμο, ελανηάηαζ από ημ ph ηαζ ηδ εενιμηναζία. Η ιέζδ πενζεηηζηόηδηα ζηα αζηζηά θύιαηα, βζα πανάδεζβια είκαζ πενίπμο 40 mg/l NH 4 N ηαζ 20 mg/l ςξ μνβακζηό άγςημ. Οζ εκώζεζξ ημο μνβακζημύ αγώημο δζαζπώκηαζ ηαζ οδνμθύμκηαζ από θοζζηά απακηώιεκμοξ ιζηνμμνβακζζιμύξ (ααηηήνζα, ιύηδηεξ) πανάβμκηαξ αιιςκία, ιέζς ηδξ αζμθμβζηήξ δζενβαζίαξ ηδξ ακκωληθνπνίεζεο. ηα αζμιδπακζηά οβνά απόαθδηα μζ ζοβηεκηνώζεζξ ημο αγώημο είκαζ ηαηά πμθύ ιεβαθύηενεξ ζε ζπέζδ ιε ηα αζηζηά θύιαηα (Πίκαηαξ 1.1). Δπίζδξ ηα απόαθδηα αοηά παναηηδνίγμκηαζ ηαζ από ορδθέξ ζοβηεκηνώζεζξ κζηνζηώκ (Πίκαηαξ 1.2). 12

Πίλαθαο 1.1 οβηεκηνώζεζξ αγώημο ζε αζμιδπακζηά οβνά απόαθδηα Ακαθμνά Υνμκζά Βζμιδπακία πγθέληξωζε Ν (mg/l) Cousins and Mindler 1972 Παναβςβήξ 3300-4100 άκεναηα Koziorowski and Kucharski 1972» 800-1000 Adams and Eckenfelder 1977» 450 Koziorowski and Kucharski 1972 Γζοθζζηήνζμ 23.8-75.2 Garisson et al. 1973» 865 Pascic I. 1982» 450-630 Hutton and LaRocca 1975 Αενζμπμίδζδ C <1000 Koziorowski and Kucharski 1972» <2500 Hutton and LaRocca 1975 Λζπάζιαημξ 200-940 Arnold and Wolfram 1975» 600 Hutton and LaRocca 1975 οκεεηζηώκ ζκώκ 800 Meinck et al. 1968 θαβείμ 145 ATV 1985 Υμζνμζηάζζμ 2300 Braun R. 1982 Φάνια αμδζώκ 500-2300 Neumann and Viehl 1966 Λζπαζιαημπμίδζδ 807 Zall R. 1972 Γαθαηημημιείμ <625 Basu A. 1975 Απμζηαηηήνζμ 114-380 Patterson and Minear 1975 Δηνδηηζηά <1503 Adams and Eckenfelder 1977 Υανηί ηαζ 264 ηοηηανίκδ US EPA 1975 Γοαθί 300-650 Brown G. 1975 Φανιαηεοηζηά 475 13

Πίλαθαο 1.2 οβηεκηνώζεζξ κζηνζημύ αγώημο ζε αζμιδπακζηά οβνά απόαθδηα Ακαθμνά Υνμκζά Βζμιδπακία πγθέληξωζε NO 3 N (mg/l) Patterson J. 1958 Δηνδηηζηά <12500 Francis C. 1977 Γζενβαζίαξ Οονακίμο <11300 Mankin and Patterson 1985 Λζπάζιαημξ <6000 Jewell 1975 Ηθεηηνμκζηά <2000 Cummings and Bode 1985 pectin <2700 Μενζηά από ηα πνμαθήιαηα πμο πνμηύπημοκ ακ ηα θύιαηα πμο πενζέπμοκ αιιςκία, κζηνώδδ ηαζ κζηνζηά δζαηεεμύκ πςνίξ ηάπμζα επελενβαζία ζημοξ οδάηζκμοξ απμδέηηεξ είκαζ ηα ελήξ: Η αιιςκία ιπμνεί κα μλεζδςεεί από ααηηήνζα ζε κζηνώδδ ηαζ κζηνζηά (κζηνμβεκήξ απαίηδζδ μλοβόκμο), ιε απμηέθεζια ηδκ ιείςζδ ημο δζαεέζζιμο δζαθοημύ μλοβόκμο ηςκ οδάηζκςκ απμδεηηώκ ιε ηνόπμ ακάθμβμ ηδξ δέζιεοζδξ πμο πνμηαθείηαζ από ηδκ μλείδςζδ ηςκ μνβακζηώκ μοζζώκ (αζμπδιζηή απαίηδζδ μλοβόκμο). Η αιιςκία ηαζ ηα ζόκηα αιιςκίμο είκαζ ζε πδιζηή ζζμννμπία, μπόηε ιε εκδεπόιεκδ αύλδζδ ηδξ εενιμηναζίαξ ηαζ ημο ph όθμ ηαζ πενζζζόηενδ αιιςκία εα πανάβεηαζ, δ μπμία είκαζ πμθύ ημλζηή βζα ηα ράνζα ηαεώξ πανειπμδίγεζ ηδκ ιεηαθμνά μλοβόκμο από ηα ανάβπζα, εζδζηά όηακ δ ζοβηέκηνςζδ ημο δζαθοιέκμο μλοβόκμο είκαζ πμθύ ιζηνή (McKee and Wolf, 1963). Η πανμοζία αολδιέκςκ ζοβηεκηνώζεςκ αγώημο ζηα αζηζηά θύιαηα έπεζ ςξ απμηέθεζια ηδκ ακάπηολδ θοηώκ, ιε απμηέθεζια κα ζοιαάθθεζ ζημ θαζκόιεκμ ημο εοηνμθζζιμύ όπμο πνμηαθεί δοζιεκείξ ζοκέπεζεξ βζα ηζξ ακώηενεξ ιμνθέξ γςήξ (ράνζα) ηαζ ημ πενζαάθθμκ (δοζμζιία, ακηζαζζεδηζηή εζηόκα). 14

Αολδιέκεξ ζοβηεκηνώζεζξ ηςκ κζηνςδώκ ηαζ κζηνζηώκ ζημ πόζζιμ κενό ιπμνμύκ κα πνμηαθέζμοκ ζπδιαηζζιό ηανηζκμβόκςκ μοζζώκ (Bouchard et al., 1992) ηαεώξ ηαζ ηδ κόζμ κεζαηκνζθαηξηλαηκία ή ζύλδξνκν θπάλωζεο ηωλ βξεθώλ (blue baby syndrome) (National Academy of Science,1978). Σα κζηνζηά ιεηαηνέπμκηαζ ζημ ζημιάπζ ηςκ ανεθώκ ζε κζηνώδδ, ηα μπμία ακηζδνμύκ ιε ηδκ αζιμζθαζνίκδ ημο αίιαημξ ζπδιαηίγμκηαξ ηδ ιεεαζιμζθαζνίκδ, δ μπμία δεκ ιπμνεί κα ιεηαθένεζ ημ μλοβόκμ ζημοξ ηοηηανζημύξ ζζημύξ ιε απμηέθεζια ηδκ αζθολία. Δπίζδξ έπεζ ακαθενεεί όηζ ηα κζηνζηά έπμοκ δδιζμονβήζεζ πνμαθήιαηα ηανδζάξ ηαζ ζοιπενζθμνάξ ζε πεζναιαηόγςα (Shuval, 1980). Η αιιςκία αολάκεζ ηδκ απαίηδζδ ζε πθώνζμ, ζε πενίπηςζδ απμθύιακζδξ, δζόηζ ζπδιαηίγεζ πθςναιίκεξ (Bull et al., 1990). Έπεζ παναηδνδεεί όηζ όηακ ημ κζηνζηό άγςημ πενζέπεηαζ ζε αολδιέκεξ ζοβηεκηνώζεζξ ζημ πόζζιμ κενό είκαζ δοκαηόκ κα πνμηαθέζεζ ζημκ ακενώπζκμ μνβακζζιό ημ ζπδιαηζζιό ηανηζκμβεκώκ μοζζώκ όπςξ είκαζ μζ Νζηνμγαιίκεξ. Αοηέξ αοεύκμκηαζ ζε ιεβάθμ πμζμζηό βζα πμθθέξ ιεηαθθάλεζξ αηόια ηαζ ηεναημβεκέζεζξ. Η αιιςκία ιπμνεί κα απμιαηνοκεεί από ηα οβνά απόαθδηα ιέζς ιίαξ πμζηζθίαξ θοζζημπδιζηώκ ηαζ αζμθμβζηώκ δζενβαζζώκ (U.S.EPA, 1975). ηζξ θπζηθέο ιεεόδμοξ δζαηνίκμοιε ηδκ απαένςζδ ηδξ αιιςκίαξ ζε αθηαθζηό πενζαάθθμκ (ph>11), ΝΗ 4 ΟΗ ph 11 ηδκ δθεηηνμδζάθοζδ ηαζ ηδκ ακηίζηνμθδ όζιςζδ. Οζ ρεκηθέο ιέεμδμζ πενζθαιαάκμοκ ηδ πθςνίςζδ ιεηαηνμπήξ, 2NH 3 + 3HOCl N 2 + 3H 2 O + 3HCl ΝΗ 3 ηδ πδιζηή ζγδιαημπμίδζδ, ηδκ πνμζνόθδζδ ζε εκενβό άκεναηα ηαζ ηδκ επζθεηηζηή ζμκημακηαθθαβή βζα ηα ζόκηα ημο αιιςκίμο ηαζ ηςκ κζηνζηώκ. Ωζηόζμ, δ πνήζδ ηόζμ ηςκ θοζζηώκ όζμ ηαζ ηςκ πδιζηώκ ιεεόδςκ είκαζ πενζμνζζιέκδ θόβς ημο αολδιέκμο ηόζημοξ θεζημονβίαξ ηςκ ιμκάδςκ επελενβαζίαξ, ηδξ αζηαεμύξ απόδμζδξ ηαζ ηςκ πνμαθδιάηςκ θεζημονβίαξ ηαζ ζοκηήνδζδξ πμο ζοπκά πανμοζζάγμκηαζ. 15

Η αζμθμβζηή απμιάηνοκζδ ημο αγώημο είκαζ απμηεθεζιαηζηή ηαζ ιε ιζηνό ηόζημξ ηαζ βζ αοηό ημ θόβμ πνδζζιμπμζείηαζ εονέςξ ζε ζπέζδ ιε ηζξ θοζζημπδιζηέξ δζενβαζίεξ. Οζ αζμθμβζηέξ ιέεμδμζ πενζθαιαάκμοκ ηδκ αθμιμίςζδ από ημοξ ιζηνμμνβακζζιμύξ, ηδ κζηνμπμίδζδ ηαζ ηδκ απμκζηνμπμίδζδ. Σμ μνβακζηό άγςημ πμο ανίζηεηαζ ζε ζςιαηζδζαηή ιμνθή αθαζνείηαζ ηαηά ηδκ πνςημαάειζα ηαείγδζδ, εκώ μζ δζαθοηέξ εκώζεζξ ημο ιεηαηνέπμκηαζ ζε αιιςκζαηό άγςημ (αιιςκζημπμίδζδ) (Μανηακηςκάημξ, 1990). Ακκωληθνπνίεζε: Ονβακζηό άγςημ ΝΗ 3 Με δνάζδ αοηόηνμθςκ ιζηνμμνβακζζιώκ ημ αιιςκζαηό άγςημ ιεηαηνέπεηαζ ζηαδζαηά ζε κζηνώδεξ ηαζ κζηνζηό άγςημ ιε πανάθθδθδ παναβςβή εκένβεζαξ βζα ηα ηύηηανα (ληηξνπνίεζε). (Μανηακηςκάημξ, 1990) Νηηξνπνίεζε: 1 ν Σηάδην: 3 2 Nitrosomonas 4 2 2 2 2 2 ν Σηάδην: NO 2 1 O 2 2 Nitrobacter NO 3 ηαζ αημθμύεςξ πνμαζνεηζηά αενόαζμζ εηενόηνμθμζ ιζηνμμνβακζζιμί ιε ηδ αμήεεζα μνβακζηήξ πδβήξ άκεναηα ζε ακαενόαζμ πενζαάθθμκ ιεηαηνέπμοκ ημ κζηνζηό άγςημ ζε αένζμ άγςημ (απμκζηνμπμίδζδ) όπςξ θαίκεηαζ ηαζ ζηδ θςημβναθία 1.1. Απνληηξνπνίεζε: NO 3 N2 16

Δηθόλα 1.1. Ο ηύηθμξ ημο αγώημο ζημ πενζαάθθμκ (Fundamental of Physical Geography, 2006 Η πθήνδξ ζεζνά ηςκ πνμδβμύιεκςκ ακηζδνάζεςκ απμηεθεί ιζα από ηζξ ααζζηόηενεξ αζμθμβζηέξ ιεεόδμοξ απμιάηνοκζδξ αγώημο. Πανάθθδθα ημ αιιςκζαηό άγςημ ιπμνεί κα αθαζνεεεί ιέζς ηδξ αζμθμβζηήξ αθνκνίωζήο ημο ηαηά ηδκ ηοηηανζηή ακάπηολδ είηε αοηόηνμθςκ ιζηνμμνβακζζιώκ (πνήζδ ακόνβακδξ πδβήξ άκεναηα, CO 2 ) είηε εηενόηνμθςκ ιζηνμμνβακζζιώκ (πνήζδ μνβακζηήξ πδβήξ άκεναηα, π.π. ιεεακόθδξ). Ωζηόζμ, ιένμξ ημο αγώημο πμο απμιαηνύκεηαζ ιε αοηόκ ημκ ηνόπμ εα επζζηνέρεζ ζημ απόαθδημ ηαηά ημ εάκαημ ηαζ ηδ θύζδ ηςκ ηοηηάνςκ. (Μανηακηςκάημξ, 1990) Αθνκνίωζε (κεζαλόιε): 20 CH 3OH 15O 2 3NH 3 3C 5H 7O2N 5CO2 34H 2O ημ ζρήκα 1.1 πανμοζζάγμκηαζ ζοκμπηζηά μζ ιεηαηνμπέξ ημο αγώημο ζε δζενβαζίεξ αζμθμβζηώκ ιεεόδςκ. 17

Οργανικό άζωτο (πρωτεΐνες, ουρία) Οργανικό άζωτο (καθαρή ανάπτυξη) Αποδόμηση και υδρόλυση (αμμωνικοποίηση) Ο 2 Αμμωνιακό άζωτο Αφομοίωση Οργανικό άζωτο (νέα βακτηριακά κύτταρα ) Νιτροποίηση Λύση και αυτοοξείδωση Απονιτροποίηση Ο 2 Νιτρώδη ( 2 ) Αέξηεο ελώζεηο (ΝΟ, Ν 2 Ο, Ν 2 ) Νιτροποίηση Απονιτροποίηση Οργανικός άνθρακας Νιτρικά ( NO 3 ) ρήκα 1.1 Μεηαηνμπέξ ημο αγώημο ζε δζενβαζίεξ αζμθμβζηήξ επελενβαζίαξ. 18

Πίλαθαο 1.3 Δπίδναζδ ηςκ δζαθόνςκ ιεεόδςκ επελενβαζίαξ ζηδ ιεηαηνμπή ηαζ απμιάηνοκζδ ηςκ ιμνθώκ ημο αγώημο. (U.S. EPA, 1975). Μέθοδοι Μορφή του αζώτου Οργανικό άζωτο NH NH 3 4 NO 3 Φπζηθέο Μέζνδνη Διήθηση Αφαίρεση 30-95% του Μικρή επίδραση Μικρή επίδραση οργ. Ν όταν περιέχεται στα Α.Σ. Απαέρωση Καμία επίδραση Αφαίρεση 60-95% Καμία επίδραση Ηλεκτροδιάλυση Αφαίρεση 100% του οργ. Ν όταν περιέχεται στα Α.Σ. Αφαίρεση 30-50% Αφαίρεση 30-50% Αντίστροφη όσμωση Αφαίρεση 60-90% Αφαίρεση 60-90% Αφαίρεση 60-90% Χημικές Μέθοδοι Χλωρίωση μετατροπής Αβέβαιη Αφαίρεση 90-100% Καμία επίδραση Χημική ιζηματοποίηση Αφαίρεση 60-90% Μικρή επίδραση Μικρή επίδραση Προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα Επιλεκτική Ιοντοανταλλαγή Ιόντων αμμωνίου Επιλεκτική ιοντονταλλαγή νιτρικών Αφαίρεση 60-90% Μικρή επίδραση Μικρή επίδραση Μικρή, αβέβαιη Αφαίρεση 80-97% Καμία επίδραση Μικρή επίδραση Μικρή επίδραση Αφαίρεση 75-90% Βιολογικές Μέθοδοι Αφομοίωση από Μικροοργανισμούς Καμία επίδραση Αφαίρεση 40-70% Μικρή επίδραση Νιτροποίηση Περιορισμένη Μετατροπή σε Καμία επίδραση επίδραση νιτρικά Απονιτροποίηση Καμία επίδραση Καμία επίδραση Αφαίρεση 80-90% 19

2. ΝΗΣΡΟΠΟΗΖΖ 2.1. Ταμηλόκεζε Τπάνπμοκ δύμ λεπςνζζηέξ μιάδεξ ααηηδνίςκ μζ μπμίεξ δνμοκ ζοθθμβζηά βζα ηδκ επίηεολδ ηδξ κζηνμπμίδζδξ. Σα ααηηήνζα πμο είκαζ οπεύεοκα βζα ηδκ μλείδςζδ ηδξ αιιςκίαξ (ammonium oxidizing bacteria) ή κζηνςδμααηηήνζα, ηα μπμία θαιαάκμοκ ηδκ εκένβεζα ημοξ από ημκ ηαηααμθζζιό ηδξ ιδ ζμκζζιέκδξ αιιςκίαξ (Suzuki et al., 1974) ζε κζηνώδδ (κζηνςδμπμίδζδ nitritification), εκώ ηα ααηηήνζα πμο μλεζδώκμοκ ηα κζηνώδδ (κζηνζημααηηήνζα) ιεηαηνέπμοκ ηα κζηνώδδ ζε κζηνζηά (κζηνζημπμίδζδ nitratification). Η ακηίδναζδ πμο αθμνά ημ πνώημ ζηάδζμ ηδξ κζηνμπμίδζδξ (ελςβεκήξ) απεθεοεενώκεζ πενίπμο ηεηναπθάζζα εκένβεζα ζε ζπέζδ ιε αοηή πμο πενζβνάθεζ ημ δεύηενμ ζηάδζμ. NH 3 1.5O 2 NO 2 H2O H 84 kcal / mol (1) NO 17.8 kcal / mol (2) 2 0.5O 2 NO3 Βαηηήνζα ηςκ βεκώκ Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosolobus ηαζ Nitrosovibrio, ζοιιεηέπμοκ ζημ πνώημ ζηάδζμ ηδξ κζηνμπμίδζδξ. ημ δεύηενμ ζηάδζμ πενζθαιαάκμκηαζ ηα βέκδ Nitrobacter, Nitrcoccus, Nitrospira ηαζ Nitrospina (Watson, 1971; Watson et al., 1986). Όθα ηα ααηηήνζα ηδξ μζημβέκεζαξ Nitrobacter είκαζ ανκδηζηά ηαηά πνώζδ Gram πδιμαοηόηνμθα, βκςζηά επίζδξ ηαζ ςξ θζεόηνμθα. Σα πδιμαοηόηνμθα ααηηήνζα παναηηδνίγμκηαζ από ηδκ ζηακόηδηα κα πνδζζιμπμζμύκ έκα ακόνβακμ πδιζηό οπόζηνςια ( όπςξ NH 3, H 2, Fe 2+ ) ςξ πδβή δθεηηνόκζςκ βζα ηδκ αηζκδημπμίδζδ ημο ακόνβακμο άκεναηα ( CO 2 ή HCO 3 ) ιέζα ζηδ αζμιάγα. Αοηή δ ακελάνηδηδ πδβή εκένβεζαξ αμδεάεζ ζηδ δέζιεοζδ ημο άκεναηα, ζηδκ αθμιμίςζδ ηςκ ιμκμιενώκ ζε πνόδνμιμοξ ιεηααμθίηεξ ηαζ ζημ δζαδμπζηό πμθοιενζζιό ηςκ ιαηνμιμνίςκ. Οζ πδιμαοηόηνμθμζ ιζηνμμνβακζζιμί είκαζ αενόαζμζ, πμο ζοκήεςξ πνδζζιμπμζμύκ ημ μλοβόκμ ςξ ημκ ηεθζηό δέηηδ δθεηηνμκίςκ. Μενζημί εηενόηνμθμζ μνβακζζιμί είκαζ ζηακμί ζημ κα μλεζδώκμοκ μνβακζηά δεζιεοιέκμ άγςημ, ιε ιία δζενβαζία πμο μκμιάγεηαζ ζοιεηααμθζζιόξ ηαζ δεκ είκαζ ζοκδεδειέκδ ιε παναβςβή εκένβεζαξ. Δπίζδξ ηαηά ηδκ εηενόηνμθδ κζηνμπμίδζδ ζπδιαηίγεηαζ ιεβάθδ πμζηζθία ηεθζηώκ πνμσόκηςκ (Verstraete ηαζ Alexander, 1972). Σμ ζπήια ηςκ κζηνμπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ ιπμνεί κα είκαζ ηοθζκδνζηό, νααδμεζδέξ, 20

ζθαζνζηό ή ζπεζνμεζδέξ. οπκά πανμοζζάγμοκ εηηεηαιέκα ζοιπθέβιαηα ιειανακώκ ιέζα ζημ ηοηηανόπθαζια. ηζξ θςημβναθίεξ 2.1 ηαζ 2.2 πανμοζζάγμκηαζ μζ ιμνθμθμβζηέξ δμιέξ δζαθόνςκ κζηνςδμπμζδηζηώκ ηαζ κζηνζημπμζδηζηώκ ιζηνμμνβακζζιώκ. Δηθόλα 2.1. Φςημβναθίεξ από δθεηηνμκζηό ιζηνμζηόπζμ όπμο δζαηνίκμκηαζ μζ ιμνθμθμβζηέξ δμιέξ δζάθμνςκ κζηνζημπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ (α) (α) Δηθόλα 2.2. Φςημβναθίεξ από δθεηηνμκζηό ιζηνμζηόπζμ όπμο δζαηνίκμκηαζ μζ ιμνθμθμβζηέξ δμιέξ ημο ααηηδνίμο Nitrosomonas (α), (α) Σα πενζζζόηενα ααηηήνζα πμο μλεζδώκμοκ ηδκ αιιςκία ακήημοκ ζηδ α οπμηαηδβμνία ηδξ μζημβέκεζαξ ηςκ πνςηεμααηηδνίςκ ή πμνθονώκ ααηηδνίςκ. Τπάνπμοκ όιςξ ηαζ ηάπμζεξ μιάδεξ πμο ακήημοκ ζηα β πνςηεμααηηήνζα. α κζηνςδμπμζδηέξ απμηεθμύκ ηα ααηηδνία Nitrosomonas ηαζ Nitrospira, εκώ ζημ βέκμξ ηςκ β πνςηεμααηηδνίςκ ακήηεζ ημ ααηηήνζμ Nitrosococcus. Σα ιέθδ ηςκ μζημβεκεζώκ ηςκ ααηηδνίςκ αοηώκ, πμο επζηναημύκ ηόζμ ζηζξ δζάθμνεξ ιμκάδεξ 21

αζμθμβζηήξ επελενβαζίαξ ηςκ οβνώκ απμαθήηςκ όζμ ηαζ ζηα θοζζηά μζημζοζηήιαηα, πμζηίθμοκ (Philips et al., 2000). Σμ ααηηήνζμ Nitrosomonas europaea είκαζ ημ πζμ εονέςξ δζαδεδμιέκμ κζηνςδμπμζδηζηό ααηηήνζμ βζα ημ μπμίμ έπμοκ πναβιαημπμζδεεί μζ πενζζζόηενεξ ιεθέηεξ. Σα ααηηήνζα αοηά έπμοκ ημ ζπήια ιζηνώκ νάαδςκ (0.8 x 1-2 ιm), είκαζ αηίκδηα ηαζ απακηώκηαζ εονέςξ ζηα πώιαηα (Watson, 1971). Άθθα είδδ ημο Nitrosomonas ανίζημκηαζ ζε «ηαεανό» κενό ηαζ ζε εαθάζζζα ζγήιαηα. Σμ ααηηήνζμ N. europaea έπεζ παναηηδνζζηεί ςξ ημ επζηναηέζηενμ βέκμξ ζε ιένδ ζηα μπμία οπάνπμοκ ιεβάθεξ δζαηοιάκζεζξ ζημ πενζεπόιεκμ ημο μλοβόκμο. οβηεκηνώζεζξ ιπμνμύκ κα ανεεμύκ ζηδκ επζθάκεζα ηςκ ζγδιάηςκ, όπμο οπάνπμοκ αθθδθεπζδνάζεζξ μλζηώκ ακμλζηώκ ζοκεδηώκ ηαζ δ πδβή εκένβεζαξ πνμένπεηαζ από ηδκ απμζύκεεζδ ηςκ μνβακζηώκ πμο έπμοκ ηαεζγάκεζ. Η ηοηηανζηή ιειανάκδ λεδζπθώκεηαζ ζε ιεβάθμ ααειό από ιέζα πνμξ ηα έλς, είκαζ αζοκήεζζηα πθμύζζα ζε ηοηόπνςια ηαζ ιεηαδίδεζ έκα ζημύνμ ηαθέ πνώια ζε ποηκέξ ηαθθζένβεζεξ. Γζα ηα ααηηήνζα πμο μλεζδώκμοκ ηα κζηνώδδ πνέπεζ κα ακαθενεεί όηζ ηα Nitrobacter ηαζ Nitrococcus ακήημοκ ζηα άθθα πνςηεμααηηήνζα, εκώ βζα ηα Nitrospira δεκ έπμοκ ζπεηζζηεί θοθμβεκεηζηά ιε ηάπμζα άθθα ηαθθζενβμύιεκα είδδ μπόηε απμηεθμύκ ιία λεπςνζζηή ηαηδβμνία. Γεκζηά εεςνείηαζ όηζ ιόκμ μζ αοηόηνμθμζ ιζηνμμνβακζζιμί ιπμνμύκ κα μλεζδώζμοκ ημ αιιςκζαηό άγςημ. Πανά ηαύηα, ιεθέηεξ πνζκ ιενζηέξ δεηαεηίεξ έδεζλακ όηζ είκαζ δοκαηή δ εηενμηνμθζηή κζηνμπμίδζδ από δζάθμνα είδδ ααηηδνίςκ, ιοηήηςκ ηαζ αηηζκμιοηήηςκ. Μεηαλύ αοηώκ είκαζ μζ Pseudomonas, Bacillus, Nocardia ηαζ Streptomyces. Η εηενμηνμθζηή κζηνμπμίδζδ είκαζ πζμ έκημκδ ζε πενζαάθθμκ ιε πμθύ αθηαθζηέξ ή πμθύ όλζκεξ ζοκεήηεξ, αθθά είκαζ αιθίαμθμ ακ πανάβμκηαζ ζδιακηζηέξ πμζόηδηεξ κζηνζημύ αγώημο αθμύ μζ νοειμί αοημηνμθζηήξ κζηνμπμίδζδξ είκαζ 10 θμνέξ πενίπμο ιεβαθύηενμζ. 22

Πίλαθαο 2.1 Υαναηηδνζζηζηά ηςκ κζηνμπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ (Madigan, 1997) ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΓΔΝΟ ΤΝΖΘΔΗΔ Νζηνςδμπμζδηέξ Ρααδμεζδή, ηζκδηά ή αηίκδηα, ζοζηήιαηα ιειανακώκ Κόηημζ, ηζκδηά, ζοζηήιαηα ιειανακώκ πεζνμεζδή, ηζκδηά, όπζ ειθακή ζοζηήιαηα ιειανακώκ Nitrosomonas Nitrosococcus Nitrosospira Έδαθμξ, Θάθαζζα, Γζενβαζίεξ Δπελενβαζίαξ Απμαθήηςκ, Νενό Νενό, Θάθαζζα Έδαθμξ Πθεζόιμνθα, ηζκδηά Nitrosolobus Έδαθμξ Καιποθόιμνθα Nitrosovibrio Έδαθμξ Νζηνζημπμζδηέξ Μζηνά νααδμεζδή, ηζκδηά, ζοζηήιαηα ιειανακώκ Μεβάθα νααδμεζδή, αηίκδηα, όπζ ειθακή ζοζηήιαηα ιειανακώκ Κόηημζ, ηζκδηά, ζοζηήιαηα ιειανακώκ Δθζημεζδή, αηίκδηα, όπζ ειθακή ζοζηήιαηα ιειανακώκ Nitrobacter Nitrospina Nitrococcus Nitrospira Έδαθμξ, Θάθαζζα, Νενό Θάθαζζα Θάθαζζα Θάθαζζα 2.2. Βηνρεκεία ηεο ληηξνπνίεζεο 2.2.1 Δμωζεξκηθά ελεξγεηαθά κνλνπάηηα Οζ ααζζηέξ πδιζηέξ ακηζδνάζεζξ πμο ζοκήεςξ πνδζζιμπμζμύκηαζ βζα κα πενζβνάρμοκ ηδ κζηνμπμίδζδ (ελζζώζεζξ (1) ηαζ (2)) είκαζ οπεν απθμοζηεύζεζξ ηςκ πναβιαηζηώκ ηαηααμθζηώκ δζενβαζζώκ ηςκ κζηνςδμπμζδηζηώκ ηαζ κζηνζημπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ. ηδκ πναβιαηζηόηδηα, θαιαάκεζ πώνα ιία ζεζνά από αζμπδιζηέξ ακηζδνάζεζξ μλείδςζδξ ηαζ ακαβςβήξ. Η κζηνςδμπμίδζδ λεηζκά από ημ εζςηενζηό ηδξ ηοηηανμπθαζιαηζηήξ ιειανάκδξ όπμο δ αιιςκία μλεζδώκεηαζ ζε οδνμλοθαιίκδ, ιε ηδ αμήεεζα ημο ακαπόζπαζημο από ηδ ιειανάκδ εκγύιμο, ηδκ ακκωληαθή κνλννμπγελάζε (ammonia monooxygenase, AMO): 1 NH 3 0.5O 2 NH 2OH 0.7 kcal mol (3) Η εκενβμπμίδζδ ημο εκγύιμο ηδξ ακκωληαθήο κνλννμπγελάζεο απαζηεί εκένβεζα ηαζ, βζ αοηό ημ ηύηηανμ δεκ απμημιίγεζ ηάπμζα εκένβεζα από ηδκ ακηίδναζδ (3). ηδ ζοκέπεζα δ οδνμλοθαιίκδ (NH 2 OH) ιεηαθένεηαζ ζημ πενίπθαζια ηαζ ιεηαηνέπεηαζ ζε κζηνώδδ ιε ηαοηόπνμκμ ζπδιαηζζιό εκόξ εθεύεενμο πνςημκίμο. 23

1 NH 2OH O 2 NO 2 H 2O H 83.3 kcal mol (4) Η οδνμλοθαιίκδ εα ιπμνμύζε κα είκαζ οπόζηνςια βζα ηδκ κζηνμπμίδζδ, αθθά έπεζ ανεεεί όηζ είκαζ ημλζηή ζε παιδθέξ ζοβηεκηνώζεζξ. Δπίζδξ, δ οδναγίκδ είκαζ έκαξ ακηαβςκζζηζηόξ πανειπμδζζηήξ βζα ηδκ ηακμκζηή μλείδςζδ ηδξ οδνμλοθαιίκδξ ηαζ ιπμνεί κα πνμζηεεεί ζημ ενεπηζηό ιέζμ, έηζζ ώζηε κα είκαζ εθζηηό κα ελεηαζηεί ιόκμ δ ακηίδναζδ ηαηάθοζδξ ηδξ ακκωληαθήο κνλννμπγελάζεο. Πνέπεζ επίζδξ κα ακαθενεεί όηζ δ αύλδζδ ζηδκ μλύηδηα ηαηά ηδ κζηνμπμίδζδ πνμένπεηαζ ελ μθμηθήνμο από ηδκ ακηίδναζδ (4). Αοηή δ πδβή ηςκ οδνμβμκμ ηαηζόκηςκ ιπμνεί εύημθα κα ακαηνέρεζ ηδ νοειζζηζηή δοκαηόηδηα ηςκ οβνώκ απμαθήηςκ. Σμ βεβμκόξ αοηό έπεζ ακαθενεεί όηζ ίζςξ εοεύκεηαζ βζα ηδκ αθθαβή ηδξ ηζιήξ ημο ph ηςκ ςηεακώκ. Δίκαζ θμζπόκ επζηαηηζηό κα εκζζποεεί δ αθηαθζηόηδηα ηςκ ζοζηδιάηςκ πμο πνδζζιμπμζμύκ ακαηοηθμθμνία, έηζζ ώζηε κα απμθεοπεεί πανειπόδζζδ θόβς ακάδναζδξ ηςκ ζόκηςκ οδνμβόκμο. Η ελίζςζδ (3) πνεζάγεηαζ απεοεείαξ μλοβόκμ, εκώ δ ελίζςζδ (4) είκαζ από ιόκδ ηδξ ζοζηαηζηό αθοδνμβόκςζδξ πμο αημθμοεείηαζ από πμθθέξ ακηαθθαβέξ δθεηηνμκίςκ. Σμ μλοβόκμ δεκ ζοιιεηέπεζ απεοεείαξ ζηδ δδιζμονβία ηςκ κζηνςδώκ από ημ πνώημ εκδζάιεζμ, ηδκ οδνμλοθαιίκδ. Ακη αοημύ, ημ κενό ιεηαηνέπεηαζ ζε δόηδ οδνμβόκςκ από έκα πενζπθαζιζηό έκγοιμ, ηδκ μλεζδoακαβςβάζδ ηδξ οδνμλοθαιίκδξ (hydroxylamine oxidoreductase, HAO). Αοηό έπεζ ςξ απμηέθεζια ηδκ παναβςβή ακαβςβζηώκ ζζμδύκαιςκ, ηα μπμία ιπμνμύκ κα έπμοκ ζδιαζία ςξ άημια οδνμβόκμο (H + + e - ), ή απθά ςξ δθεηηνόκζα (e - ). NH 2 OH H 2O NO 2 H 4[H e ] (5) Σα ακαβςβζηά ζζμδύκαια ζπδιαηίγμκηαζ ζε γεοβάνζα ηαζ ημ εκδζάιεζμ ηδξ ελίζςζδξ (5) είκαζ έκαξ εκγοιζηόξ δεζιόξ (ιζηνήξ πνμκζηά δζάνηεζαξ). NH 2 OH (HNO) 2[H e ] (6) ( HNO) H 2 O NO 2 H 2[H e ] (7) 24

Οζ εειεθζώδεζξ ελζζώζεζξ πμο πενζβνάθμοκ ημκ ιδπακζζιό ηδξ κζηνζημπμίδζδξ είκαζ πακμιμζόηοπεξ ιε αοηόκ πμο ιόθζξ πενζβνάθδηε βζα ηδκ ιεηαηνμπή ηδξ οδνμλοθαιίκδξ ζε κζηνώδδ, αημθμοεώκηαξ, ιέζς δεζιώκ ζηδκ ιειανάκδ ημο ηοηηάνμο, αθοδνμβόκςζδ. Σμ έκγοιμ κζηνςδμ- μλεζδμακαβςβάζδ, είκαζ επίζδξ βκςζηό ηαζ ςξ κζηνςδμ-αθοδνμβμκάζδ, ημ μπμίμ ηαηαθύεζ ημ ζπδιαηζζιό ηςκ κζηνζηώκ (Watson et al., 1989). NO 2 H2O NO3 2[H e ] (8) 2.2.1. Η αιπζίδα κεηαθνξάο ειεθηξνλίωλ(etc) Σα ακαβςβζηά ζζμδύκαια ιεηαηνέπμκηαζ ζε πνήζζιεξ δμιέξ πμο είκαζ βκςζηέξ ςξ ακαβςβζηά κζημηζκαιζκμ- αδεκζκμ-δζκμοηθεμηίδζα ή ακαβςβζηά κμοηθεμηίδζα ηδξ πονζδίκδξ ηαζ ζοιαμθίγμκηαζ βεκζηά ςξ NADH 2. Αοηόξ είκαζ έκαξ ιδπακζζιόξ ηαηά ημκ μπμίμ δ ακαβςβζηή δύκαιδ ηςκ απεθεοεενςιέκςκ δθεηηνμκίςκ ιεηαθένεηαζ ιέζα ζημ ηύηηανμ. Σα ιόνζα NADH 2 πνμςεμύκηαζ ζημ οδνμβόκμ ηαζ ζηα έκγοια (ηδξ ακαπκεοζηζηήξ αθοζίδαξ ιεηαθμνάξ δθεηηνμκίςκ), όπμο ιεηαθένμοκ δθεηηνόκζα ζηδκ ηοηηανμπθαζιαηζηή ιειανάκδ. Σμ θαζκόιεκμ ηδξ νμήξ δθεηηνμκίςκ δζαιέζμο ηδξ ETC ααζίγεηαζ ζηδκ απώεδζδ πνςημκίςκ από ημ ηοηηανόπθαζια πνμξ ημ πενίπθαζια. Σμ βεβμκόξ αοηό είκαζ οπεύεοκμ βζα ηδ δδιζμονβία ιίαξ δθεηηνμπδιζηήξ δύκαιδξ ιέζα ζηδκ ιειανάκδ πμο μκμιάγεηαζ δύκαιδ ηίκδζδξ πνςημκίςκ (proton-motive force, PMF). ημ ηέθμξ ηδξ αθοζίδαξ, ημ μλοβόκμ ζοιπενζθένεηαζ ςξ ηενιαηζηόξ δέηηδξ βζα ημ ακαβςβζηό πμο εθεοεενώκεηαζ ζύιθςκα ιε ηζξ ελζζώζεζξ (5) ηαζ (8). Η PMF ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί βζα ηδκ ηίκδζδ (π.π. πενζζηνμθή ηςκ ιαζηζβίςκ), ηδκ ακηίζηνμθδ ιεηαθμνά δθεηηνμκίςκ, ηδκ είζμδμ ηαζ ηδκ έλμδμ ζοζηαηζηώκ, η.θ.π. ή ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί ζηδκ μλεζδςηζηή θςζθμνοθίςζδ. Καηά ηδ δζάνηεζα ηδξ ηεθεοηαίαξ δζενβαζίαξ ημ ελςηοηηανζηό εκενβεζαηό δοκαιζηό ηδξ PMF ιεηαηνέπεηαζ ζε εκδμηοηηανζηό ιόνζμ ορδθήξ εκένβεζαξ, ηδκ ηνζθςζθμνζηή αδεκμζίκδ (ATP), ιέζς ημο εκγύιμο ATPάζδ πμο είκαζ δεζιεοιέκμ ζηδκ ιειανάκδ. Δίκαζ ζύκδεεξ κα εεςνείηαζ πςξ δ θςζθμνοθίςζδ θαιαάκεζ πώνα ηαοηόπνμκα ιε ηδκ ακαπκμή. Η ηοηηανζηή ιειανάκδ δεκ είκαζ πθήνςξ ιδ δζαπεναηή από ηδκ πμζόηδηα πνςημκίςκ πμο δζαθεύβεζ ηαζ δ δνάζδ ηδξ ATPάζδξ είκαζ ακηζζηνεπηή, έηζζ ώζηε ημ ATP δύκαηαζ κα πνδζζιμπμζδεεί βζα ηδκ ακαπθήνςζδ ηδξ PMF. O Gundersen (1968) απεζηόκζζε όθδ ηδκ δζαδζηαζία ζύιθςκα ιε ηδκ παναηάης ακηίδναζδ: 25

2 2 NADH 2 ADP Pi O2 2NAD ATP 2H O (9) Έκαξ πανάβμκηαξ πμο πενζπθέηεζ ηδκ ηαηάζηαζδ βζα ηα κζηνμπμζδηζηά ααηηήνζα είκαζ ημ όηζ αοημύ ημο είδμοξ ηα ααηηήνζα δεκ ιπμνμύκ κα αλζμπμζήζμοκ απ εοεείαξ ηα δθεηηνόκζα πμο πανέπμκηαζ από ηδκ οδνμλοθαιίκδ ή ηα κζηνώδδ βζα ηδκ ακαβςβή ημο NAD ζε NADH 2. Ακη αοημύ, δ εκένβεζα πμο πνεζάγεηαζ βζα ηδκ ακαβςβή πνέπεζ ακ πνμέθεεζ δζαιέζμο ιίαξ δζενβαζίαξ ηαηακάθςζδξ εκένβεζαξ, πμο μνίγεηαζ ςξ ακηίζηνμθδ ιεηαθμνά δθεηηνμκίςκ (reverse electron transport, RET). Αοηό είκαζ ακαβηαίμ, βζαηί ημ δοκαιζηό μλεζδμακαβςβήξ ηδξ εκένβεζαξ πμο απμδίδεηαζ από ηδκ αθοζίδα ιεηαθμνάξ δθεηηνμκίςκ ζύιθςκα ιε ηζξ ελζζώζεζξ (5) ηαζ (8) είκαζ πζμ εεηζηό από αοηό πμο απαζηείηαζ βζα ηδκ παναβςβή ημο NADH 2. Καηά ηδ δζάνηεζα ηδξ RET δ ETC μδδβείηαζ ζε ιία ιδ επζεοιδηή εενιμδοκαιζηά ηαηάζηαζδ ιέζς ηδξ εζζόδμο ιενζηώκ πνςημκίςκ ζε ανκδηζηά θμνηζζιέκμ ηύηηανμ. Η παναπάκς δζμπέηεοζδ ζηδκ PMF απμηεθεί έκα ζδιακηζηό ειπόδζμ ζηδκ απμδμηζηόηδηα ημο ηαηααμθζζιμύ. Αηόια, ημ ιζζό από ημ επίπμκα παναβόιεκμ NADH 2, πνέπεζ κα επακέθεεζ ζηζξ ανπζηέξ ζοκεήηεξ ζηδκ ακηίδναζδ ηαηάθοζδξ ηδξ ακκωληαθήο κνλννμπγελάζεο ιε ζημπό κα εκενβμπμζδεεί ανπζηά δ αιιςκία. Η ακαβςβζηά ελανηώιεκδ αιιςκζαηή οδνμλοθίςζδ (ελίζςζδ (3)) ιπμνεί αηνζαέζηενα κα βναθεί ιε ηδκ παναηάης ιμνθή: NH 3 O 2 NADH 2 NH 2OH H 2O NAD (10) Ο πναβιαηζηόξ ιεηαθμνέαξ δθεηηνμκίςκ είκαζ πζεακώξ έκα ακαβςβζηό ηοηόπνςια, πανά ημ NADH 2. Δίκαζ όιςξ ζίβμονμ, όηζ δ ακκωληαθή κνλννμπγελάζε (AMO) ααζίγεηαζ ζηδκ μλεζδμακαβςβάζδ ηδξ οδνμλοθαιίκδξ (HAO) ςξ ιία πδβή ακαβςβζημύ εκηόξ ημο μνβακζζιμύ. Αοηό έπεζ ςξ απμηέθεζια έκα ιόκμ ηθάζια από ηδκ εκένβεζα πμο πνμηύπηεζ από ηδκ αθοδνμβόκςζδ ηδξ οδνμλοθαιίκδξ (ελίζςζδ 5) κα είκαζ δζαεέζζιμ βζα ηδκ ακάπηολδ. Η ακηίζηνμθδ ιεηαθμνά δθεηηνμκίςκ (RET) ζοιααίκεζ πζμ ζπάκζα ζε ζπέζδ ιε ημ «βύνζζια» ηδξ μλεζδμακαβςβάζδξ ηδξ οδνμλοθαιίκδξ (HAO). Ο ααειόξ ηαηά ημκ μπμίμ δ πδιζηή εκένβεζα, πμο οπάνπεζ ζηδκ αιιςκία ηαζ ηα κζηνώδδ, είκαζ δζαεέζζιδ ιε ηάπμζα ιμνθή ζημ ηύηηανμ, είκαζ ιεηααθδηόξ. Η ακαθμβία ημο ATP πμο ζπδιαηίγεηαζ ζε ζπέζδ ιε ηα άημια μλοβόκμο πμο 26

ηαηακαθώκμκηαζ (ATP:O) μκμιάγεηαζ εκενβεζαηή απόδμζδ ηδξ ακαπκμήξ ηαζ είκαζ έκα ιέηνμ ηδξ απμδμηζηόηδηαξ ηδξ αθοζίδαξ ηςκ ιεηαθενόιεκςκ δθεηηνμκίςκ (ETC). Σοπζηά ηάεε γεοβάνζ δθεηηνμκίςκ πμο πνδζζιμπμζείηαζ ζηδκ ETC ηςκ κζηνςδμπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ, εα εηαάθεζ δύμ πνςηόκζα ζημ πενίπθαζια. ε αημθμοεία ιε αοηό ημ εηηόπζζια είκαζ δ ακαβςβή εκάιζζδ ιμνίμο μλοβόκμο (ηενιαηζηόξ δέηηδξ δθεηηνμκίςκ) ηαζ δ εηιεηάθθεοζδ ηςκ δύμ ηοηηανμπθαζιαηζηώκ πνςημκίςκ. Σμ πνμζδμηώιεκμ απμηέθεζια είκαζ δ δδιζμονβία ηεζζάνςκ πνςημκίςκ ηαηά ιήημοξ ηδξ ηοηηανζηήξ ιειανάκδξ από ηδκ πμζόηδηα ηδξ εκένβεζαξ πμο απεθεοεενώκεηαζ ηαηά ηδκ ακαβςβή ηδξ οδνμλοθαιίκδξ ηαζ δεκ εηηνέπεηαζ ζηδκ αιιςκζαηή ιμκμμλοβεκάζδ. Η δζαδμπζηή επακείζμδμξ αοηώκ ηςκ πνςημκίςκ εα ζοιαάθεζ ζηδ ζύκεεζδ δύμ ιμνίςκ ATP. Δθόζμκ δ οπόεεζδ όηζ δ ακαθμβία ΑΣP:O = 2:1 είκαζ ζςζηή, δ ζημζπεζμιεηνζηή ιεηααθδηή π ζηδκ ελίζςζδ (9) εα είκαζ ίζδ ιε 4. Αθθά ηαζ πάθζ αοηό δεκ πνέπεζ κα εεςνδεεί ςξ ηακόκαξ πμο δζαηδνείηαζ ζηαεενόξ ιεηαλύ όθςκ ηςκ ααηηδνζαηώκ εζδώκ. Η ακαθμβία ΑΣP:O ιπμνεί κα δζαηοιακεεί από ~3:1 ζε ~1:1. Σα ελώεενια εκενβεζαηά ιμκμπάηζα ηςκ κζηνςδμπμζδηώκ δεκ είκαζ ηόζμ πνμζμδμθόνα, ιε απμηέθεζια κα έπμοκ παιδθή ακαθμβία. Η εκενβεζαηή ιεηαηνμπή ζηα ααηηήνζα πμο μλεζδώκμοκ ηα κζηνώδδ παναιέκεζ έκα ιοζηήνζμ, αθθά μ θόβμξ ΑΣP:O είκαζ ζίβμονα αηόια ιζηνόηενμξ. 2.2.2. Δλδνζεξκηθά κνλνπάηηα αθνκνίωζεο Η θζεμηνμθζηή ακάπηολδ ή μ αοημακααμθζζιόξ λεηζκά ζύιθςκα ιε ημκ Κύηθμ ημο Calvin πμο πνδζζιμπμζμύκ μζ θςημηνόθμζ μνβακζζιμί. Σόζμ ημ NADH 2 όζμ ηαζ ημ ATP πνεζάγμκηαζ βζα ηδκ αθμιμίςζδ ημο άκεναηα, ιία δζενβαζία βκςζηή ηαζ ςξ αηζκδημπμίδζδ ή αθμιμίςζδ (Wood, 1988). Η ζύκεεζδ ηςκ ιμκμιενώκ ιπμνεί κα πενζβναθεί από ηζξ παναηάης ακηζδνάζεζξ: 2 nnadh (11) 2 nco 2 3nATP 2nNAD (CH 2O) n nh 2O 3nADP 3nP1 Η ελίζςζδ (11) δείπκεζ πςξ όηακ ημ NADH 2 πνδζζιμπμζείηαζ βζα ηδκ ακάπηολδ ηδξ αζμιάγαξ, ημ δζμλείδζμ ημο άκεναηα είκαζ αοηό πμο ηεθζηά εκενβεί ςξ ηεθζηόξ δέηηδξ δθεηηνμκίςκ ηαζ όπζ ημ μλοβόκμ. Η ζημζπεζμιεηνζηή πνόαθερδ (stoichiometric prediction, SP), όηζ 1.5 mole ακαβόιεκμο μλοβόκμο ακά mole αιιςκίαξ πμο μλεζδώκεηαζ (ελίζςζδ 3) ηαζ 0.5 mole ακαβόιεκμο μλοβόκμο ακά mole κζηνςδώκ πμο μλεζδώκμκηαζ, έβζκε οπμεέημκηαξ όηζ δ ακαβόιεκδ εκένβεζα πνδζζιμπμζείηαζ 27

απμηθεζζηζηά βζα ηδκ ETC. Αοηό δεκ είκαζ ηαζ ηόζμ αηνζαέξ ηαεώξ μ ζπδιαηζζιόξ κέςκ ηοηηάνςκ είκαζ ιία από ηζξ ααζζηέξ θεζημονβίεξ όθςκ ηςκ ααηηδνζαηώκ δζενβαζζώκ. Ακ όθδ δ εκένβεζα δζμπεηεύεηαζ ζηδ αζμζύκεεζδ, ηόηε πνέπεζ κα οπεζζέθεεζ ιία αεθηίςζδ ζηδκ θεζημονβία ηδξ ETC ζε όνμοξ αθμιμίςζδξ δζμλεζδίμο ημο άκεναηα ακά δεζιό οπμζηνώιαημξ πμο «ζπάεζ». 2.3. Σηνηρεηνκεηξία ηεο Νηηξνπνίεζεο Η ακάπηολδ ηςκ κζηνμπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ (δζπθαζζάγμκηαζ ηάεε 15-20 ώνεξ) είκαζ πμθύ ανβή ζε ζύβηνζζδ ιε αοηή ηςκ εηενμηνμθζηώκ ιζηνμμνβακζζιώκ (δζπθαζζάγμκηαζ ηάεε 20 θεπηά), εκώ ακηίζημζπα παιδθόξ είκαζ ηαζ μ ζοκηεθεζηήξ απόδμζδξ. Οζ κζηνμπμζδηέξ, εηηόξ από άγςημ ςξ ηνμθή βζα απόθδρδ εκένβεζαξ ηαζ μλοβόκμ, απαζημύκ επίζδξ ακόνβακμ άκεναηα βζα ηδ ζύκεεζδ μνβακζηήξ ηοηηανζηήξ ύθδξ, ηαζ ιάθζζηα ημ ιεβαθύηενμ ιένμξ ηδξ εκένβεζαξ πμο πανάβεηαζ ηαηά ηδκ μλείδςζδ ηςκ ακόνβακςκ ιμνθώκ ημο αγώημο (πενίπμο ημ 80%) ηαηακαθώκεηαζ ζηδκ ακαβςβή ημο ακόνβακμο άκεναηα πνμξ μνβακζηέξ ιμνθέξ (ηύηθμξ Calvin). Τπμεέημκηαξ όηζ μ ειπεζνζηόξ ηύπμξ ηςκ ηοηηάνςκ είκαζ C 5 H 7 O 2 N, δ ζημζπεζμιεηνία ηδξ ηοηηανζηήξ ακάπηολδξ ιπμνεί κα εηθναζηεί ιε ηζξ παναηάης ακηζδνάζεζξ βζα ηα Nitrosomonas ηαζ ηα Nitrobacter ακηίζημζπα: 15CO2 13NH4 3C5H7O2N 10NO2 23H 4H2O (12) 5CO2 NH4 10NO2 2H2O C5H7O2N 10NO3 H (13) Οζ παναπάκς ελζζώζεζξ δείπκμοκ ηδκ παναβςβή ζόκηςκ οδνμβόκμο ηαζ ηδκ ηαηακάθςζδ δζμλεζδίμο ημο άκεναηα. ηδκ πναβιαηζηόηδηα, μζ ακηζδνάζεζξ αοηέξ θαιαάκμοκ πώνα ζε οδαηζηά ζοζηήιαηα, όπμο ημ δζμλείδζμ ημο άκεναηα ανίζηεηαζ ζε ζζμννμπία ιε άθθεξ ιμνθέξ ζύιθςκα ιε ηζξ ακηζδνάζεζξ: CO (14) 2 H 2O H 2CO3 H HCO 3 ηαζ ιε ph ιζηνόηενμ από 8.3. Κάης από αοηέξ ηζξ ζοκεήηεξ, δ παναβςβή οδνμβμκμηαηζόκηςκ μδδβεί ζηδκ άιεζδ ακηίδναζή ημοξ ιε ημ όλζκμ ακεναηζηό ζόκ ηαζ ζηδκ παναβςβή ακεναηζημύ μλέμξ. Δπμιέκςξ, μζ ελζζώζεζξ βζα απεθεοεένςζδ εκένβεζαξ ηαζ μζ ελζζώζεζξ βζα ηοηηανζηή ζύκεεζδ ιπμνμύκ κα ιεηαζπδιαηζζημύκ ώζηε κα ακηζηαημπηνίγμοκ ηζξ αθθαβέξ ζημ ζύζηδια ημο ακεναηζημύ μλέμξ: 28

3 Nitrosomonas NH4 O2 2 HCO3 NO2 2 H2CO3 H2O 2 1 Nitrobacter NO O NO 2 2 2 3 (15) (16) 23HCO 3 13NH 4 3C 5H 7O2 N( Nitrosomonas) 10NO2 8H 2CO3 19H 2O (17) 4H 2CO3 NH 4 10NO2 HCO 3 C5H 7O2 N( Nitrobacter ) 10NO3 3H 2O (18) Οζ παναπάκς ελζζώζεζξ ιπμνμύκ κα ζοκδοαζημύκ πνμξ ημ ζπδιαηζζιό ζοκμθζηώκ ελζζώζεςκ εκένβεζαξ-ζύκεεζδξ, βκςνίγμκηαξ ημοξ ζοκηεθεζηέξ απόδμζδξ (yield coefficients) ηςκ κζηνμπμζδηζηώκ ιζηνμμνβακζζιώκ. Πεζναιαηζηέξ ηζιέξ βζα ηα Nitrosomonas ηαζ ηα Nitrobacter ηοιαίκμκηαζ ακηίζημζπα από 0.04-0.13 kg VSS/kg αιιςκζαημύ αγώημο πμο μλεζδώκεηαζ ηαζ από 0.02-0.07 kg VSS/kg κζηνώδμοξ αγώημο πμο μλεζδώκεηαζ. Οζ ηζιέξ πμο θαιαάκμκηαζ από εενιμδοκαιζημύξ οπμθμβζζιμύξ είκαζ ακηίζημζπα 0.29 ηαζ 0.084. Οζ πεζναιαηζηέξ ηζιέξ είκαζ θμβζηό κα είκαζ παιδθόηενεξ ηςκ ακηίζημζπςκ εεςνδηζηώκ, επεζδή έκα ιένμξ ηδξ εκένβεζαξ πμο απεθεοεενώκεηαζ πνδζζιμπμζείηαζ από ημοξ ιζηνμμνβακζζιμύξ βζα ζοκηήνδζδ. Υνδζζιμπμζώκηαξ ηζξ ηζιέξ 0.15 mg ηοηηάνςκ/mg αιιςκζαημύ αγώημο ηαζ 0.02 mg ηοηηάνςκ/mg κζηνώδμοξ αγώημο βζα ηα Nitrosomonas ηαζ ηα Nitrobacter ακηίζημζπα, θαιαάκμκηαζ μζ παναηάης ζπέζεζξ: 109 HCO3 55NH4 76O2 C5H7O2N 54 NO2 104 H2CO3 57 H2O (19) 4 H2CO3 HCO3 NH4 400NO2 195O2 C5H7O2N 400NO3 3H2O (20) οκδοάγμκηαξ ηζξ δύμ παναπάκς ζπέζεζξ θαιαάκμοιε ηδ ζοκμθζηή ζπέζδ εκένβεζαξζύκεεζδξ βζα ηδ δζενβαζία ηδξ κζηνμπμίδζδξ (USEPA, 1975): 198. HCO3 NH4 183. O2 0. 021C5H7O2N 0. 98NO3 188. H2CO3 1041. H2O (21) 29

Η ελίζςζδ (21) ακαδεζηκύεζ ηνεζξ ζδιακηζημύξ πανάβμκηεξ πμο επδνεάγμοκ ηδκ κζηνμπμίδζδ ζηζξ εβηαηαζηάζεζξ επελενβαζίαξ θοιάηςκ: ηδκ πμθύ παιδθή ακάπηολδ ηοηηανζηήξ ιάγαξ ακά ιμκάδα αάνμοξ μλεζδμύιεκμο αγώημο. Η μλείδςζδ 20 mg αιιςκζαημύ αγώημο εα μδδβήζεζ ζηδκ ακάπηολδ ιόκμ 1.8 mg κζηνμπμζδηζηώκ ιζηνμμνβακζζιώκ. Αοηόξ είκαζ ηαζ έκαξ από ημοξ θόβμοξ βζα ημοξ μπμίμοξ ημ πμζμζηό ηςκ κζηνμπμζδηώκ ηοιαίκεηαζ ζε πμθύ παιδθέξ ηζιέξ (2-5%) ηδξ ζοκμθζηήξ ζοβηέκηνςζδξ ηοηηάνςκ ζε ιμκάδεξ εκενβμύ ζθύμξ. ηζξ ζδιακηζηέξ απαζηήζεζξ μλοβόκμο. Σμ εεςνδηζηά απαζημύιεκμ μλοβόκμ βζα ηδκ κζηνμπμίδζδ, αβκμώκηαξ ηδκ ηοηηανζηή ζύκεεζδ, είκαζ 4.57 mg μλοβόκμο/mg αιιςκζαημύ αγώημο πμο μλεζδώκεηαζ. Από αοηό, ηα 3.43 mg μλοβόκμο/mg αγώημο απαζημύκηαζ βζα ηδκ παναβςβή ημο κζηνώδμοξ αγώημο ηαζ ηα οπόθμζπα 1.14 mg μλοβόκμο/mg αγώημο βζα ηδκ παναβςβή ημο κζηνζημύ αγώημο. Σμ απαζημύιεκμ μλοβόκμ εα είκαζ ιζηνόηενμ από 4.57mg/mg αγώημο ακ θάαμοιε οπ όρδ ηαζ ηδκ ηοηηανζηή ζύκεεζδ, ελαζηίαξ ημο μλοβόκμο πμο θαιαάκεηαζ από ζηαεενμπμίδζδ δζμλεζδίμο ημο άκεναηα ηαζ αγώημο ζηδκ ηοηηανζηή ιάγα. Οζ Wezernak ηαζ Gannon (1967) οπμθόβζζακ πςξ δ πναβιαηζηή ζοκμθζηή ηαηακάθςζδ μλοβόκμο είκαζ 4.33 mg/mg αγώημο, από ηα μπμία ηα 3.22 mg/mg αγώημο πνδζζιμπμζμύκηαζ βζα ηδκ μλείδςζδ ημο αιιςκζαημύ αγώημο ηαζ ηα 1.11 mg/mg αγώημο βζα ηδκ μλείδςζδ ημο κζηνώδμοξ αγώημο. Υνδζζιμπμζώκηαξ ηδ ζπέζδ (21), πμο ζοκοπμθμβίγεζ ηδκ ηοηηανζηή ζύκεεζδ ιε ηδ κζηνμπμίδζδ, δ απαίηδζδ ζε μλοβόκμ είκαζ 4.2 mg/mg αγώημο. Πανά ηαύηα, ιζα ανηεηά αηνζαήξ ηζιή πμο ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί ζε ιδπακζημύξ οπμθμβζζιμύξ βζα απαζηήζεζξ ζε αενζζιό, είκαζ 4.6 mg μλοβόκμο/mg αιιςκζαημύ αγώημο. Βέααζα, ζε όθα ηα ζοζηήιαηα κζηνμπμίδζδξ δ απαίηδζδ βζα μλείδςζδ ηαζ άθθςκ εκώζεςκ πμο πενζέπμκηαζ ζηα απόαθδηα, εηηόξ ηδξ αιιςκίαξ, αολάκμοκ ζδιακηζηά ημ ζοκμθζηά απαζημύιεκμ μλοβόκμ. ηδκ απαζημύιεκδ αθηαθζηόηδηα βζα ηδκ ελζζμννόπδζδ ηςκ ζόκηςκ οδνμβόκμο, πμο πανάβμκηαζ ηαηά ηδκ κζηνμπμίδζδ ηαζ ιάθζζηα ηαηά ημ πνώημ ζηάδζμ. Αοηή δ αθηαθζηόηδηα ακένπεηαζ πενίπμο ζε 7.14 mg αθηαθζηόηδηαξ (CaCO 3 ) ακά mg αιιςκζαημύ αγώημο πμο μλεζδώκεηαζ. Σμ ιαηνμζημπζηό απμηέθεζια είκαζ δ ιείςζδ ημο ph ηδξ δζενβαζίαξ. Γζα αοηό ηαζ ζε μνζζιέκεξ ιμκάδεξ εκενβμύ ζθύμξ είκαζ απαναίηδηδ δ πνμζεήηδ αζαέζηδ ή ζόδαξ, ώζηε κα δζαηδνδεεί ημ ph ζηα επζεοιδηά επίπεδα, εζδζηά ακ δ αθηαθζηόηδηα ημο απμαθήημο δεκ είκαζ επανηήξ. 30

2.4. Κηλεηηθή ηεο ληηξνπνίεζεο Η κζηνμπμίδζδ ιπμνεί κα πενζβναθεί από ελζζώζεζξ πμο πνμηύπημοκ από ηζξ ηζκδηζηέξ ακάπηολδξ ηςκ Nitrosmonas ηαζ Nitrobacter. Η ακάπηολδ ηςκ κζηνςδμπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ πενζμνίγεηαζ από ηδ ζοβηέκηνςζδ ημο αιιςκζαημύ αγώημο, εκώ δ ακάπηολδ ηςκ κζηνζημπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ πενζμνίγεηαζ από ηδ ζοβηέκηνςζδ ημο κζηνώδμοξ αγώημο. Η ηθαζζζηή ηζκδηζηή ελίζςζδ πμο πνμηάεδηε από ημκ Monod (1942), ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί βζα ηδκ πενζβναθή ηδξ αζμθμβζηήξ ακάπηολδξ ηςκ δύμ ηύπςκ ιζηνμμνβακζζιώκ. N n n,max (22) K N όπμο: n ι n = εζδζηόξ νοειόξ ακάπηολδξ ηςκ ιζηνμμνβακζζιώκ (d -1 ) ι n,max = ιέβζζημξ εζδζηόξ νοειόξ ακάπηολδξ ηςκ ιζηνμμνβακζζιώκ (d -1 ) Ν = ζοβηέκηνςζδ πενζμνζζηζημύ οπμζηνώιαημξ (αιιςκζαηό άγςημ βζα ηα κζηνςδμπμζδηζηά ααηηήνζα ηαζ κζηνώδεξ άγςημ βζα ηα κζηνζημπμζδηζηά K n = ζηαεενά διζημνεζιμύ (ζοβηέκηνςζδ οπμζηνώιαημξ πμο ακηζζημζπεί ζε νοειό ίζμ ιε ημ ιζζό ημο ιέβζζημο νοειμύ ζε mg/l) Πενζμνζζηζηό οπόζηνςια ιπμνεί κα είκαζ ηαζ ημ μλοβόκμ βζα ημοξ ιζηνμμνβακζζιμύξ αοημύξ θόβς ημο όηζ είκαζ αενόαζμζ, μπόηε ιε ηδ αμήεεζα ηδξ ηζκδηζηήξ Monod βζα δζπθό οπόζηνςια πνμηύπηεζ δ παναηάης ελίζςζδ: N [O] n n,max (23) K N K [O] n O Οζ αζμπδιζηέξ ηζκδηζηέξ πανάιεηνμζ βζα ηδκ κζηνμπμίδζδ ιπμνμύκ κα οπμθμβζζημύκ ιε αηνίαεζα ιόκμ ζε εκενβέξ ιεζηηέξ ηαθθζένβεζεξ. Γζα κα ελαθεζθεμύκ ηα θαζκόιεκα ιεηαθμνάξ ιάγαξ πνέπεζ ημ ενεπηζηό ιέζμ ηδξ ηαθθζένβεζαξ κα ηαηακέιεηαζ ελίζμο, έηζζ ώζηε κα ιδ ζπδιαηίγμκηαζ ζοιπαβείξ ιάγεξ από ααηηήνζα. Η ελίζςζδ (23) πνέπεζ κα πνδζζιμπμζείηαζ ιε ζδζαίηενδ πνμζμπή ζε ζοζηήιαηα όπμο παναηδνείηαζ ζπδιαηζζιόξ αζμθίθι, δζόηζ δεκ πενζβνάθεηαζ πθήνςξ δ ακηίδναζδ ηςκ ααηηδνίςκ ζε ζπέζδ ιε ηδ ζοβηέκηνςζδ οπμζηνώιαημξ. 31

ύιθςκα ιε ένεοκεξ πμο έπμοκ δζελαπεεί ζημ πανεθεόκ έπεζ ανεεεί όηζ μ νοειόξ ακάπηολδξ ηςκ κζηνζημπμζδηζηώκ ιζηνμμνβακζζιώκ είκαζ ζδιακηζηά ιεβαθύηενμξ από ημκ ακηίζημζπμ βζα ημοξ κζηνςδμπμζδηζημύξ. Σμ βεβμκόξ αοηό ζε ζοκδοαζιό ιε ημ όηζ, μζ ηζιέξ ημο K n είκαζ βεκζηά ιζηνόηενεξ από 1 mg/l ηαζ βζα ηα δύμ είδδ ιζηνμμνβακζζιώκ, δζηαζμθμβεί ηδκ απμοζία ζοζζώνεοζδξ κζηνςδώκ ζε ορδθέξ ζοβηεκηνώζεζξ, ζε ιμκάδεξ εκενβμύ ζθύμξ ηάης από ζοκεήηεξ ιόκζιδξ θεζημονβίαξ. Πνέπεζ επίζδξ κα ακαθενεεί, όηζ ηαηά ηδκ έκανλδ θεζημονβίαξ ηςκ κζηνμπμζδηζηώκ ζοζηδιάηςκ, δ ζοβηέκηνςζδ ηςκ κζηνςδώκ ιπμνεί κα είκαζ ορδθή έςξ όημο αολδεεί μ πθδεοζιόξ ηςκ κζηνζημπμζδηζηώκ ααηηδνίςκ. 32

3. ΠΑΡΑΓΟΝΣΔ ΠΟΤ ΔΠΗΓΡΟΤΝ ΣΖΝ ΚΗΝΖΣΗΚΖ ΣΖ ΝΗΣΡΟΠΟΗΖΖ 3.1. Δηζαγωγή Η δζενβαζία ηδξ κζηνμπμίδζδξ ιπμνεί, εηηόξ από ηδκ δζαεεζζιόηδηα ημο οπμζηνώιαημξ εηείκμο πμο απμηεθεί ηδκ πδβή εκένβεζαξ ( NH 4 ηαζ NO 2 ), κα πενζμνζζηεί ηαζ από ημ οπόζηνςια πμο είκαζ απαναίηδημ ςξ πδβή ακόνβακμο άκεναηα ( CO 2 ) βζα ηδκ ζύκεεζδ. ηα ζοκήεςξ ελεηαγόιεκα ζοζηήιαηα επελενβαζίαξ θοιάηςκ, ημ δζμλείδζμ ημο άκεναηα ανίζηεηαζ ζε πενίζζεζα ςξ πνμζόκ μλείδςζδξ μνβακζηώκ εκώζεςκ ηαζ δεκ απμηεθεί πενζμνζζηζηό πανάβμκηα βζα ηδκ ακάπηολδ ηςκ κζηνμπμζδηώκ, εηηόξ από ηδκ πενίπηςζδ πμθύ ποηκώκ ιζηνμαζαηώκ πθδεοζιώκ ζημοξ μπμίμοξ δ ιμκαδζηή πδβή ακόνβακμο άκεναηα είκαζ ημ δζμλείδζμ ημο άκεναηα ζημκ αένα πμο πνδζζιμπμζείηαζ βζα ηδκ ακάδεοζδ ηαζ ημκ αενζζιό ηδξ αζμιάγαξ. Η εενιμηναζία, ημ δζαθοιέκμ μλοβόκμ, ημ ph ηαζ μζ ημλζηέξ εκώζεζξ αζημύκ ζδιακηζηή επίδναζδ ζηδκ ακάπηολδ ηςκ κζηνμπμζδηώκ ηαζ βζα ημκ θόβμ αοηό έπμοκ ελεηαζηεί ακαθοηζηά. 3.1.1 Δπίδξαζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ζηελ ληηξνπνίεζε Η εενιμηναζία αζηεί έκημκδ επίδναζδ ζηδκ κζηνμπμίδζδ ηόζμ ζημοξ νοειμύξ ακάπηολδξ ηςκ ιζηνμμνβακζζιώκ όζμ ηαζ ζηζξ ακηίζημζπεξ ζηαεενέξ ημνεζιμύ. Η αέθηζζηδ εενιμηναζία ανίζηεηαζ ζημ εύνμξ 25 0 C εςξ 35 0 C ηόζμ βζα ηα Nitrosomonas όζμ ηαζ βζα ηα Nitrobacter, εκώ δεκ παναηδνείηαζ ηαιζά δναζηδνζόηδηα ηάης από 5 0 C ή πάκς από 35 0 C βζα ηα Nitrosomonas ηαζ ηάης από 5 0 C ή πάκς από 40 0 C βζα ηα Nitrobacter. Ο νοειόξ ακάπηολδξ ζπεδόκ δζπθαζζάγεηαζ βζα ηάεε αύλδζδ εενιμηναζίαξ 10 0 C, αθθά πένα από ημοξ 30 0 C λαθκζηά ιεζώκεηαζ ηαζ ζημοξ 38 0 C είκαζ ζπεδόκ ίδζμξ ιε ημοξ 5 0 C (ζπήια 3.1). Οζ ιζηνμμνβακζζιμί είκαζ ανηεηά ακεεηηζημί ζηζξ ιζηνέξ εενιμηναζίεξ, αθθά ζε ορδθέξ εενιμηναζίεξ δ εκενβόηδηά ημοξ ιεζώκεηαζ βζαηί απμηεθμύκηαζ από πνςηείκεξ (Henze et.al., 1995, Camilla Grunditz and Gunner Dalhammar,1999). 33

ρήκα 3.1. Δλάνηδζδ ηδξ κζηνμπμίδζδξ από ηδκ εενιμηναζία. (Henze et.al., 1995) 3.1.2. Δπίδξαζε ηνπ ph ζηελ ληηξνπνίεζε Σα κζηνμπμζδηζηά ααηηήνζα είκαζ πμθύ εοαίζεδηα ζε δζαηαναπέξ ηδξ αθηαθζηόηδηαξ. Γζα ημ ααηηήνζμ Nitrosomonas europaea έπεζ ακαθενεεί όηζ είκαζ αδύκαημ κα νοειίζεζ ημ εκδμηοηηανζηό ph ημο όηακ μζ ελςηενζηέξ ζοκεήηεξ αθθάγμοκ. Μία ζοκήεδξ ηζιή βζα ημ ph ηςκ κζηνμπμζδηζηώκ ιζηνμμνβακζζιώκ είκαζ ημ 7.8 (Painter, 1970; Jones ηαζ Paskins, 1982; Kumar ηαζ Nicholas, 1983). Τπάνπμοκ όιςξ ηαζ πμθθέξ ένεοκεξ όπμο μ ααειόξ επίδναζδξ ημο ph πμζηίθεζ. Οζ Wild et al. (1971) έδεζλακ όηζ μ ιέβζζημξ εζδζηόξ νοειόξ ζε ph 7.0 ήηακ 50% ημο ακηίζημζπμο νοειμύ ζε ph 8.0, ιε ζπεηζηά βναιιζηή ζπέζδ βζα ηζξ εκδζάιεζεξ ηζιέξ. Οζ Engle ηαζ Alexander (1958) ηαζ μζ Downing et al. (1964) παναηήνδζακ ιζηνή ιεηααμθή ημο νοειμύ κζηνμπμίδζδξ βζα ηζιέξ ημο ph ιεηαλύ 7.2 ηαζ 8.0 ηαζ βναιιζηή ιείςζδ ημο νοειμύ βζα ηζιέξ ηάης από 7.2. Ο Hall (1974) ακέθενε πθήνδ κζηνμπμίδζδ βζα ηζιέξ ημο ph ιεηαλύ 7.2 ηαζ 9.4 ηαζ ηαεόθμο κζηνμπμίδζδ βζα ph 6.3. Oζ Shen ηαζ Ran ζε ορδθέξ ηζιέξ ph παναηήνδζακ παιδθέξ ηζιέξ κζηνμπμίδζδξ. 34

ρήκα 3.2. Δλάνηδζδ ημο κζηνμπμίδζδξ από ημ ph (Grady and Lim, 1980). 3.1.3. Δπίδξαζε ηνπ αεξηζκνύ ζηελ ληηξνπνίεζε Η πανμοζία ημο μλοβόκμο είκαζ απμθύηςξ απαναίηδηδ βζα ηδκ ακάπηολδ ηόζμ ηδξ Nitrosomonas όζμ ηαζ ημο Nitrobacter. Τπάνπμοκ ζηδ αζαθζμβναθία πμζηίθεξ ακαθμνέξ από ιεθέηεξ όπμο πνδζζιμπμζήεδηακ είηε ειπθμοηζζιέκεξ ηαθθζένβεζεξ ζε ενβαζηδνζαηέξ δμηζιέξ είηε εκενβόξ ζθύξ από ζοζηήιαηα επελενβαζίαξ απμαθήηςκ ηαζ έδεζλακ όηζ δ επίδναζδ ηδξ ζοβηέκηνςζδξ ημο δζαθοιέκμο μλοβόκμο (ΓΟ) ζημκ νοειό κζηνμπμίδζδξ δζαθένμοκ αζζεδηά. Οζ Downing ηαζ Scragg (1958) ακέθενακ όηζ απαζηείηαζ ζοβηέκηνςζδ ΓΟ ημοθάπζζημκ 0.3 mg/l ώζηε κα πναβιαημπμζδεεί κζηνμπμίδζδ. Άθθεξ ενβαζηδνζαηέξ ιεθέηεξ έδεζλακ όηζ δ εθάπζζηδ ζοβηέκηνςζδ ΓΟ πμο απαζηείηαζ βζα κα βίκεζ κζηνμπμίδζδ είκαζ 1.0 mg/l, εκώ βζα ζοβηέκηνςζδ ιζηνόηενδ από ηδκ ηζιή αοηή ημ μλοβόκμ είκαζ πενζμνζζηζηό οπόζηνςια ηαζ δ κζηνμπμίδζδ επζαναδύκεηαζ ή παύεζ. Οζ Schobert ηαζ Engel (1964) δζαπίζηςζακ όηζ μζ νοειμί κζηνμπμίδζδξ είκαζ ακελάνηδημζ βζα ζοβηεκηνώζεζξ πάκς από 1.0 mg/l ζε ηαθθζένβεζεξ Nitrosomonas ηαζ πάκς από 2.0 mg/l ζε ηαθθζένβεζεξ Nitrobacter. 35