La nitrificación es el proceso a través del cual las bacterias nitrificantes transforman el amonio en nitrato. Se necesitan dos pasos distintos para que esto suceda.
- Las Nitrosomonas sp. oxidan el amonio en un producto intermedio, el nitrito.
- Las Nitrobacter sp. transforman el nitrito en nitrato.
Las bacterias nitrificantes se consideran bacterias autótrofas, o bacterias que utilizan el CO2 como fuente de carbono para su crecimiento.
Las bacterias nitrificantes son organismos sensibles a las variaciones medioambientales. Su crecimiento puede ser inhibido por varios factores medioambientales. Entre los factores inhibidores hay las altas concentraciones de amonio, las bajas temperaturas, un pH fuera del rango entre 6,5 y 8,6 y una baja cantidad de oxígeno disuelto (< 1 mg./l). El proceso de nitrificación puede hacer cambiar el pH del sistema de manera espectacular. Por cada miligramo de amonio oxidado, la alcalinidad del agua residual es consumida, como CaCO3, a un ritmo de 7,14 mg de alcalinidad. Si la concentración de alcalinidad en el agua residual no es suficiente, el pH caerá al oxidarse el amonio.
El ritmo de nitrificación también está afectado significativamente por el porcentaje de nitrificadores presentes en el agua residual. Cuando la concentración de materia orgánica biodegradable, medida como DBO, es alta, las bacterias heterótrofas o bacterias que usan el carbono orgánico, dominan la población bacteriana. Normalmente, la población de bacterias nitrificantes será suficientemente grande para empezar el proceso de nitrificación cuando la DBO cae por debajo de los 80 mg/l. Es por esto que la nitrificación se realiza en las últimas fases de la depuración. Para aquellos sistemas que requieren un tratamiento mejorado del amonio, es interesante considerar un reciclaje interno dentro de un cúmulo de grava de cara a la nitrificación. Lo más sencillo sería un reactor de filtro de goteo aeróbico hacia el final del proceso de depuración. En el propio humedal también se da una cierta nitrificación.
Los biofiltros nitrificantes propician condiciones favorables para el establecimiento de bacterias nitrificantes, de los géneros de bacterias más importantes en este tipo de procesos se puede mencionar a las Nitrosomonas, que oxidan NH3 a NO2-, y las Nitrobacter, que oxidan el NO2- en NO3-. A través de los procesos oxidativos, las Nitrosomonas y las Nitrobacter, obtienen la energía para crecer en lugar de obtenerlo por oxidación de carbono orgánico, como lo hacen las bacterias heterotróficas.
Según Timmons et al, un aumento del pH o la temperatura aumenta la proporción de la forma no ionizada del nitrógeno amoniacal total (TAN). Para exposiciones de largo plazo, las concentraciones permisibles de NH3 dependen de la especie, de la temperatura de cultivo, pero como regla general este debe mantenerse bajo 0.05 mg/L. El nitrito es un producto intermedio en el proceso de nitrificación del amoniaco a nitrato; sin embargo, la falta de oxidación biológica del nitrito resultará en concentraciones elevadas en el sistema pudiendo alcanzar niveles tóxicos para los peces. Su concentración es un indicador de la eficiencia de funcionamiento del biofiltro.
Aunque el nitrato producto final de la nitrificación es la presentación menos tóxica del nitrógeno, algunas investigaciones han reportado efectos nocivos en ciertas especies producidas por altas concentraciones de este compuesto, esta situación es especialmente importante en el caso de organismos marinos debido a su acción inhibitoria de la osmoregulación de estos organismos. Con base en lo anterior es práctica común el control de los niveles de nitratos en sistemas de recirculación por medio del recambio diario de un cierto porcentaje del agua del sistema, del orden de 5 al 10%. Con base en lo anterior, y considerando que si el abastecimiento de agua y su reposición son de por si un factor limitante del sistema productivo, existirán casos en los que haya restricciones para tal reposición, por tal motivo cobra importancia la remoción de las cantidades cada vez mayores de nitritos a partir de un proceso de reducción anaeróbica de nitrato a nitrógeno molecular gaseoso denominado desnitrificación.
