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Procesos Biológicos

Anoxia: Ausencia ó falta de Oxigeno

Constituyen una serie de importantes procesos de tratamiento que tienen en común la utilización de microorganismos para llevar a cabo la eliminación de componentes indeseables del agua

Desnitrificación

Antes Desnitrificacion AnaerobiaAhora Desnitrificacion Aerobia (modificada)

Proceso Anóxico

Proceso que usa el nitrato como aceptor terminal de electrones en condiciones anóxicas (ausencia de oxígeno)

Desnitrificación

Desnitrificación Heterótrofa

NO3 - NO2 – NO N2O N2

Proceso de reducción disimilatoria del nitrato, por parte de bacterias heterótrofas. Consta de dos etapas, las cuales son:

Desnitrificación Heterótrofa

La desnitrificación con cultivos en suspensión: Se suele llevar a cabo en sistemas de fangos activados de flujo en pistón.

La desnitrificación con cultivo fijo (película fija): Se lleva a cabo en un reactor en columna que contiene piedras o alguno de los diversos materiales sintéticos sobre los que crecen las bacterias.

Ampliamente Aplicada Eficiencia Bajo Costo

Desnitrificación Autótrofa

Thiobacillus Denitrificans y Thiomicrospira Denitrificans Autótrofos obligados que crezcan a pH neutros y pueden llevar a cabo la sulfoxidación en condiciones aeróbicas o anóxicas.

Thioalkalivibrio DenitrificansAutótrofo, oxidador de azufre, capaz de crecer anaeróbicamente usando nitrito como aceptor de electrones a pH básico

Proceso de oxidación de compuestos inorgánicos de azufre como sulfhídrico, azufre elemental, tiosulfato o sulfito, anaeróbicamente a expensas de la reducción del nitrato, por parte de las bacterias.

Ventajas de la Desnitrificación Autótrofa Para el tratamiento de aguas residuales, evita tener que añadir materia orgánica, reduciéndose así los costos.

Para tratamiento de aguas potables, evita carbono residual en el efluente, ya que reduce el riesgo de sobrecrecimiento en los sistemas a tratar y de desinfección de la zona por los productos producidos.

Los organismos autótrofos están mejor adaptados para el tratamiento de aguas subterráneas porque crecen a bajas concentraciones de compuestos orgánicos biodegradables.

También posee un gran interés comercial y desde el punto de vista de la biotecnología ambiental puesto que es uno de los pocos ejemplos en los que puede oxidarse biológicamente compuestos reducidos del azufre (sulfoxidación) en ausencia de oxígeno elemental.

La principal ventaja de este proceso es la aparición de la desnitrificación acoplada a la oxidación de compuestos reducidos del azufre, combinando la eliminación simultánea de dos tipos de contaminantes, los nitratos y los compuestos reducidos del azufre, teniendo así gran interés por sus aplicaciones biotecnológicas.

Principales Parámetros que afectan la Desnitrificación

TemperaturaLos microorganismos desnitrificantes presentan actividad entre 5 y 75 °C. Se ha visto que no existe un cambio significativo en la actividad desnitrificante entre 20 y 30 °C con consorcios provenientes de plantas de tratamiento de aguas residuales.

PHEl pH óptimo para la desnitrificación se encuentra entre 7 y 8. A valores de pH debajo de 6, se inhibe la enzima óxido nitroso reductasa y se acumula óxido nitroso.

OxígenoSe asume en general que la enzima óxido nitroso reductasa (Nos) es la enzima con una mayor sensibilidad a la presencia de oxígeno. En general las enzimas reductasas son inmediatamente o gradualmente inactivadas por la presencia de oxígeno. La principal razón de la sensibilidad de la desnitrificación a la presencia de oxígeno es la competición por electrones, el oxígeno siendo un aceptor de electrones termodinámicamente más favorable que el nitrato.

Principales Parámetros que afectan la Desnitrificación

Fuente donadora de electronesLa capacidad que tienen los compuestos orgánicos de donar electrones es uno de los factores más importantes que controlan la actividad heterotrófica y por lo tanto la actividad desnitrificante heterotrófica. Los principales donadores de electrones utilizados son el metanol, el etanol, la glucosa, el acetato, el ácido aspártico y el ácido fórmico, entre otros. Esto no implica que solamente sustratos fácilmente degradables sean usados por microorganismos que llevan a cabo la desnitrificación. Existen reportes de desnitrificación con compuestos como hidrocarburos, materia orgánica compleja, glicol, compuestos aromáticos y celulosa. Microorganismos desnitrificantes, como los autótrofos, utilizan compuestos inorgánicos como sulfuro, hidrogeno, amonio para reducir nitratos. La ganancia energética es menor que con los compuestos orgánicos, pero los microorganismos presentan una gran adaptabilidad dependiendo de las condiciones ambientales de los ecosistemas.

Principales Parámetros que afectan la Desnitrificación

Relación C/NLa desnitrificación heterotrófica en consorcios está determinada por la relación entre el compuesto orgánico donador de electrones y el nitrato (relación C/N), se puede considerar que con una relación C/N menor a 5, pero superior a la relación estequiométrica, el proceso desnitrificante se lleva a cabo sin limitación; con una relación entre 5 y 21,3 se lleva a cabo la desnitrificación y producción de metano. A relación C/N mayores, se produce metano sin llevarse a cabo la desnitrificación.

Proceso biológico de Nitrificación-Desnitrificación

Tanque Anóxico Tanque Aerobio Clarificador

Afluente Desnitrificación Oxidación y Nitrificación Efluente

Recirculación de Nitratos

Lodos Recirculación de Lodos

Principales Parámetros que afectan la DesnitrificaciónPara evitar que en la nitrificación la materia orgánica inactive las bacterias nitrificantes, es necesario iniciar el proceso con un reactor anóxico, donde la materia orgánica del agua residual actúa como fuente de carbono, pero sería necesario recircular parte del efluente del segundo reactor de nitrificación: en este reactor se producirán nitratos, y sería un reactor aerobio. Una forma de llevar a cabo la eliminación conjunta de compuestos con nitrógeno y materia orgánica utilizando un único reactor es en los denominados “canales de oxidación”, en los que tanto el punto de alimentación del agua residual como el de aireación han de tener posiciones estratégicas.

Canal de Oxidación

Afluente Recirculación de Lodos Lodos

Rotor aireación

Efluente

Decantador

Zona Anóxica

Zona Aerobia

Nitrificación

Primera Etapa Nitrosomonas y Nitrosococcus

Segunda Etapa Nitrobacter

Es la oxidación biológica de amonio con oxígeno en nitrito, seguido por la oxidación de esos nitritos en nitratos hecha por dos especies de bacterias nitrificantes.

Nitrificación

La nitrificación es un proceso de oxidación de compuestos nitrogenados, efectivamente, hay pérdida de electrones del átomo de N al átomo de O:

1. NH3 + O2 NO2− + 3H+ + 2e−→

2. NO2− + H2O NO3− + 2H+ + 2e−→

En conjunto con la amonificación, la nitrificación forma parte del proceso de mineralización, que hace referencia a la descomposición completa de materia orgánica, con la liberación de compuestos nitrogenados disponibles para los vegetales, esto completa el ciclo del nitrógeno.

Ciclo del Nitrógeno

Eliminación Biológica del FósforoSe han desarrollado métodos para la eliminación biológica del Fosforo, más allá de la

simple asimilación por parte de los organismos para integrarlo en su crecimiento celular. Aun no está perfectamente descrita la acción de los microorganismos, entre los que son especialmente activos los Acinetobacter. Están basados en someter inicialmente a la masa bacteriana a un ambiente anaerobio, donde los microorganismos tienen tendencia a no consumir fósforo para el crecimiento debido a la presencia de ácido acético. Sin embargo, si luego son sometidos a un sistema aerobio, consumen con “avidez” fósforo, momento en el que se sedimentan y separan. Entre los procesos que se han desarrollado, para la eliminación conjunta de P y materia orgánica (Bardenpho), como para también la materia nitrogenada (Bardenpho modificado)

Proceso Biológico Bardenpho Modificado

Clarificador

Afluente Efluente

~10% ~ 20% ~40% ~20% <10%

Volumen del Tanque % Lodos

Anaerobio Anóxico Aerobio Anóxico Aerobio

Cámara Anóxica

Muchas Gracias…!!!