Význam. Dusičnanový iont je konečnou fází nitrifikace, tj. bakteriální oxidace amoniaku:

Amonium (NH₄⁺) -> Dusitany (NO₂^–) -> Dusičnany (N0₃^–)

Původním zdrojem dusičnanů jsou tedy především bílkovinné látky ve zbytcích krmiva, z nichž se uvolňuje amonium, a také rybí výkaly a moč. Z hygienického hlediska svědčí přítomnost dusičnanů o tom, že voda byla kontaminována organickými látkami a že následně úspěšně proběhl biologický proces samočištění. Dusičnany jsou považovány za relativně netoxické, takže je lze považovat za jakousi neškodnou skládku.

Pitná voda by měla obsahovat málo dusičnanů, protože v zažívacím traktu v zónách s nedostatkem kyslíku se dusičnany mohou redukovat na toxické dusitany. Přestože většina sladkovodních organismů je považována za relativně necitlivou na dusičnany, nelze podobné redukční procesy u ryb vyloučit. V akvarijní vodě se dusičnany mohou redukovat na dusitany, jakmile obsah kyslíku klesne přibližně pod 1 mg/l. Proto je například voda v půdě pravidelně bez dusičnanů v důsledku denitrifikace (viz „Snížení“).

Tropické vody s bujným růstem rostlin obvykle obsahují velmi málo dusičnanů. Na druhou stranu je obsah dusičnanů v mnoha akvarijních vodách mnohem vyšší, zejména při špatném růstu rostlin. Souvislost mezi špatným růstem a vysokou hladinou dusičnanů je dobře známá a jedno je uváděno jako příčina druhého stejně často jako druhé jako příčina prvního! Nedávné výzkumy odhalily komplikovaný vztah (KRAUSE 1988a, 1988b): Nepříznivě vysoké redoxní napětí podporuje tvorbu dusičnanů a navíc zhoršuje růstové klima pro rostliny! Inhibici růstu proto nelze odstranit odstraněním dusičnanů, ale pouze snížením redoxního napětí, které pak rovněž sníží obsah dusičnanů.

Rostliny mohou využívat dusičnany jako zdroj dusíku, ale než je začnou využívat, musí je nejprve redukovat na amonium. To je možné pouze při použití železa a molybdenu jako katalyzátorů. Stačí přibližně 10-50 mikrogramů/l Mo a 20 mikrogramů /l Fe ve vodě. Redukce dusičnanů navíc vyčerpává zásoby energie rostlin, takže jako zdroj dusíku vždy upřednostňují amonium!

Měření. Dusičnany (NO₃^–) se obvykle redukujícím činidlem přemění na dusitany (NO₂^–) a ty se pak měří. Pokud jsou ve vodě kromě dusičnanů přítomny také dusitany, měří se součet obou. Ve většině případů je to irelevantní, protože dusitany jsou přítomny pouze ve stopovém množství. Pouze v případě velmi nízkého obsahu dusičnanů je třeba měřit a zohlednit také dusitany: při obsahu 1 mg/l dusitanů (NO₂^–) se simuluje obsah 1,35 mg/l dusičnanů (NO₂^–).

Vhodnými redukčními činidly jsou například slitiny podle ARNDT (65 % Cu, 35 % Mg) nebo podle DEVARDA (50 % Cu, 45 % Al, 5 % Zn).

Trvanlivost některých dusičnanových testů je velmi omezená, protože jejich redukční činidla jsou citlivá na atmosférický kyslík. Proto je nezbytné nádoby s nitrátovými testy vzduchotěsně uzavřít a skladovat je na chladném místě!

Podle HÜCKSTEDTA (1965) lze dusičnany stanovit také takto: Do asi 15 ml vzorku vody se přidá malý hrot zinkového prášku a 4-5 kapek koncentrované kyseliny chlorovodíkové. Vzniká vznikající vodík, který během 15-20 minut redukuje dusičnany na amonium. Poté přidejte kapku kyseliny chlorovodíkové, abyste odstranili případné sraženiny zinku, a vzorek desetkrát zřeďte. Nyní se změří obsah amoniaku; výsledek se vynásobí 34,4, tj. 0,1 mg/l amoniaku odpovídá 3,44 mg/l dusičnanů.

Zkouška. Rozpusťte 0,326 g dusičnanu draselného (KNO₃) v 500 ml vody. Po zředění 1:10 se získá zkušební roztok obsahující 40 mg/1 iontů NO₃^–.

Orientační rychlý test funkce: Voda z vodovodu obvykle obsahuje asi 5 až 50 mg/l dusičnanů.

Mezní hodnoty. Dusičnany jsou relativně netoxické. V pitné vodě může být až 50 mg/l. V akváriu se usiluje o hodnoty pod 20 mg/l, do 80 mg/l jsou ještě tolerovatelné, nad 150 mg/l je třeba se za každou cenu vyhnout; mimo jiné proto, že při případném nedostatku kyslíku je třeba počítat s redukcí na toxické dusitany. 

Zvýšení. Nežádoucí.

Snížení. K snížení obsahu dusičnanů existuje několik možností:

Výměna vody. Jednoduchý postup, ale vyžaduje čerstvou vodu s nízkým obsahem dusičnanů.

„Nitrátové síto“. Označení pro silně bazické aniontové iontoměniče používané v chloridové formě. S uvolňováním chloridových iontů přijímají další anionty, přednostně dusičnanové a síranové ionty. Celkový obsah soli ve vodě zůstává nezměněn, ale iontové spektrum se výrazně mění. Vlastnosti iontoměniče se v průběhu používání mění. Zpočátku se kromě dusičnanových a síranových iontů odstraňují i hydrogenuhličitanové ionty, tj. snižuje se uhličitanová tvrdost. Pokud výměnná kapacita klesne na přibližně 60 %, hydrogenuhličitanové ionty se již neodstraňují, ale uvolňují se ve stále větším množství, tj. odtékající voda má vyšší uhličitanovou tvrdost než přitékající voda. Pokud je iontoměnič vyčerpán, neabsorbuje již dusičnany, ale naopak je opět hojně uvolňuje! Poté musí být neprodleně odstraněn.

Využitelná kapacita iontoměniče silně závisí na aniontovém spektru vody. Zde je příklad: v závislosti na složení vody může jeden litr přípravku Lewatit M600 absorbovat přibližně 5 až 40 gramů dusičnanů, zatímco uvolní ekvivalent 2,8 až 23 gramů chloridů. Pro regeneraci 1 litru M600 rozpusťte asi 300 g kuchyňské soli ve 3 litrech vody a pomalu ji prohánějte iontoměničem při teplotě 30-40 °C po dobu 1 hodiny; nakonec odstraňte zbytky soli pomalým promýváním 8-10 litry vody z vodovodu po dobu asi 1 hodiny; promývací voda nesmí mít na konci slanou chuť. 

„Nitrátové síto“ má následující nevýhody:

• Iontové spektrum je změněno a může se pak značně odchýlit od přirozeného standardu. Fyziologicky velmi znepokojivé je, že se zároveň silně mění poměr dvojmocných a jednomocných iontů, protože i sírany jsou zcela odstraněny a nahrazeny chloridy.
• Uhličitanová tvrdost se značně liší v závislosti na stavu zatížení iontoměniče.
• Po ošetření se obsah dusičnanů překvapivě rychle zvyšuje, během několika dní může opět dosáhnout téměř původní úrovně. Pouze při trvalém používání „Nitrátového síta“ zůstává obsah dusičnanů nízký! – Příčina: Redoxní napětí je nepříznivě vysoké, což silně podporuje tvorbu dusičnanů.

Denitrifikace. V anaerobních podmínkách, tj. za nízkého obsahu kyslíku, mohou bakterie postupně redukovat dusičnany (N0₃^–) na plynný dusík (N₂):

NO₃ -> NO₂^– -> NO -> N₂O -> N₂

Poslední tři jmenované sloučeniny jsou plyny. NO (oxid dusnatý) může existovat pouze za anaerobních podmínek, takže musí být – jak uvedeno – bezpodmínečně dále redukován. Plyny N₂O (oxid dusný) a N₂(dusík) nakonec unikají do atmosféry, která se skládá z 80 % z N₂. Dusičnany jsou tak z vody odstraněny bez náhrady!

Denitrifikace vyžaduje přibližně následující podmínky: Obsah kyslíku pod 1,5 mg/l, teplotu 18-35 °C, hodnotu pH 6-9.

Denitrifikačního prostředí chudého na kyslík lze ve filtru dosáhnout následujícím způsobem: filtračním bakteriím se nabídne dostatečné množství organických látek a současně se silně přiškrtí průtok vody obsahující kyslík. Při vysoké nabídce potravy a odpovídající vysoké potřebě kyslíku je tedy bakteriím dáno k dispozici příliš málo rozpuštěného kyslíku. Filtrační bakterie nyní získávají potřebný kyslík ze sloučenin obsahujících kyslík, především ze sloučenin dusíku. (Po jejich vyčerpání pak redukují i sírany).

Denitrifikační procesy se ve velkém měřítku používají již desítky let při „anaerobním čištění vody“ a v „pomalých filtrech“. Výsledkem je vynikající kvalita vody! Dokonce i podzemní voda, která je obzvláště ceněná jako zdroj pitné vody, prošla anaerobním procesem čištění, když pronikala půdou!

Denitrifikace probíhá také v substrátu téměř všech akvárií. Pokud je substrát dostatečně vysoký a není příliš sypký, může v pórové vodě vzniknout dostatečně chudé prostředí na kyslík a dusičnany se mohou redukovat na plynný dusík. Z akvaristického hlediska se jedná o velmi pozitivní proces, který však kvůli svému malému rozsahu obvykle zůstává nepovšimnut.

Denitrifikace je podstatně účinnější ve speciálních, velmi pomalu pracujících akvarijních filtrech. Lze rozlišovat mezi systémy, ve kterých je nutné potřebné organické látky pravidelně ručně přidávat, a systémy, ve kterých je filtrační hmota již zatížena organickými látkami na několik měsíců dopředu. Pokusy s denitrifikační filtrační hmotou a jejich výsledky za různých akvaristických podmínek podrobně popisuje KRAUSE (1985).

Při provozu všech denitrifikačních filtrů je nutno vzít na vědomí:

• Obsah kyslíku ve filtru musí být dostatečně nízký, jinak nemůže probíhat denitrifikace. V praxi nesmí odtékající voda obsahovat více než 1,0 až 1,5 mg/l O₂! Toho lze dosáhnout dostatečným přiškrcením průtoku vody.
• Z 1000 mg dusičnanů (např. 10 litrů vody s obsahem 100 mg/l NO₃) vznikne přibližně 0,4 litru N₂O, respektive plynu N₂. Pouze část je odváděna s vodou, druhá část může bránit proudění vody v podobě bublinek plynu. Z tohoto důvodu musí být průtok filtry zespodu nahoru a musí umožnit bublinkám plynu nerušený únik.
• V prvních dnech provozu může obsah dusitanů stoupnout na kriticky vysokou úroveň, protože řetězec denitrifikačních bakterií se teprve vytváří. Pak je třeba dočasně snížit průtok vody téměř na nulu, aby se omezila produkce dusitanů a dále se snížil obsah O₂ ve filtru. Po době záběhu se obsah dusitanů sníží na normální hodnoty.

Akvarijní praxe ukazuje: denitrifikace může biologicky snížit obsah dusičnanů například z 80 mg/l na 3 až 5 mg/l! Současně se snižuje redoxní napětí, a tím se dosahuje biologicky příznivého prostředí pro růst akvarijních rostlin.

Literatura

HÜCKSTEDT, G. (1965): Aquarienchemie. Franckh-Verlag, Stuttgart. 

KRAUSE, H.-J. (1988 a): Oxygen and its Influen- ce on the Growth of Aquarium-Plants. 2nd Inter­ national Congress of Aquariology, Monaco.

KRAUSE, H.-J.(1988 b): Wasserpflanzen Wuchsklima und Sauerstoff. Das Aquarium 1988 Seite 529-532, 611-614, 653-656, 725-730; desgl. 1989 Seite 23-26, 89-94, 155-158. Philler Verlag, Minden. 

KRAUSE, H.-J.(1985): NITREX – die biologi­ sche Nitratentfernung. Aquarien-Magazin, Seite 366-369. Franckh-Verlag, Stuttgart. 

Odkazy:
Filtrační procesy
Filtrace v praxi

Publikováno 6.6.2024