Líderes en Información para el Sector del Tratamiento del Agua

Eliminación biológica de Nitrógeno y Fósforo en EDAR´s

25/07/2014

Eliminación biológica de Nitrógeno y Fósforo en EDAR´s


Autor: Mikel Sanz Valencia

Blog: novedadesaguasresiduales.blogspot.com.es

Eliminación biológica de NITRÓGENO

Este proceso lo comprenden dos pasos; la nitrificación, y la desnitrificación. 


Nitrificación

El proceso de nitrificación, que se realiza en dos fases, es aquél en el que el amonio se oxida a nitrito primero (1) por la acción de las bacterias amonio-oxidantes y a nitrato después (2) por acción de las bacterias nitrito-oxidantes. En la nitrificación se acidifica el medio y en la desnitrificación se recupera alcalinidad y sube el pH.

(1)        NH4+ + 1.5O2  →  NO2- + H2O + 2H+ + energía
(2)        NO2- + 0.5O2   →  NO3- + energía     

El paso de oxidación de amonio a nitrito lo realizan las bacterias amonio-oxidantes (AOB), aunque existen archaea amonio-oxidantes (AOA) pertenecientes al dominio Archaea.

Las AOB del phylum Proteobacteria que aparecen en EDAR de manera más común son del género Nitrosomonas: N. europaea, N. eutropha, N. mobilis y N. oligotropha. Estas bacterias son sensibles a pH excesivamente alto, a bajas temperaturas y a bajas concentraciones de oxígeno disuelto. Normalmente estas bacterias se desarrollan dentro del flóculo formando agrupaciones esféricas compactas, como se ven en la imagen (FISH) al final del texto.

Las bacterias que oxidan el nitrito a nitrato son las bacterias nitrito-oxidantes (NOB), y aunque hay cuatro grupos filogenéticos que realizan este proceso, sólo 2 son comunes en EDAR. Se trata de los géneros Nitrospira y Nitrobacter. El primer género se adapta mejor a las condiciones de bajas concentraciones de nitrito y oxígeno disuelto mientras que Nitrobacter se adapta mejor en concentraciones más altas que se dan por ejemplo en reactores Batch. 

(3)        NO3- +  6H+  →  N2 + 3H2O


Desnitrificación

En la eliminación del nitrógeno de manera biológica el segundo paso lo llevan a cabo las bacterias desnitrificantes, que son un grupo mucho más heterogéneo. En EDAR principalmente aparece el género Pseudomonas, aunque hay muchos otros. Son sobre todo bacterias heterótrofas facultativas (hay también autótrofas facultativas) que tienen la capacidad de utilizar el nitrato como aceptor de electrones en lugar del oxígeno cuando se encuentran en condiciones de anóxia. 

Los parámetros más importantes que afectan a las dinámicas de poblaciones de las bacterias son su velocidad de muerte (bastante parecido en todas las bacterias), y su velocidad de crecimiento o generación. La concentración de sus respectivos sustratos, ya sea amonio, nitrito o nitrato, y concentración del aceptor de electrones utilizado en cada caso, ya sea oxígeno disuelto en el caso de las nitrificantes o nitrato en el caso de las desnitrificantes. Afectan también factores como la temperatura o el pH, aunque en este caso el operador de la EDAR poco puede hacer para modificarlos. 

En los procesos de nitrificación, los principales problemas que se dan son, la concentración baja de oxígeno, que es especialmente importante para el funcionamiento de las amonio-oxidantes, cuyo funcionamiento se limita por debajo de 2 mg/l de oxígeno disuelto. Otro problema puede ser que el exceso de aireación y la elevada cantidad de oxígeno disuelto contamine el volumen del reactor en el que se pretende realizar la desnitrificación, de hecho, es un error muy común cuando el caudal de recirculación interna es muy elevado. Otro problema puede ser el querer eliminar biológicamente el nitrógeno y el fósforo, y que el agua residual no disponga de sustrato suficiente para satisfacer la actividad bacteriana.

Como mejoras sustanciales en estos procesos biológicos suelen señalarse; 

1) La correcta aireación (2mg/l OD) de las zonas de nitrificación, pero con una progresiva bajada del oxígeno disuelto hasta cola de reactor, desde donde se recircula el agua cargada de nitratos hacia la zona de desnitrificación. 

2) Una recirculación interna potente asegura la posibilidad de eliminar más nitratos. 

3) Tener una zona de desnitrificación exclusivamente para ello, ya que actúa como un selector que potencia el crecimiento de las bacterias facultativas frente a aquellas que no lo son.

 

Eliminación biológica de FÓSFORO

La eliminación biológica de fósforo se viene desarrollando desde finales de los años 50, en Suiza (Morse G.K. et al., 1997). Se basa en el desarrollo de microorganismos acumuladores de polifosfatos en ciertas condiciones, que acumulan en el interior celular el fósforo, eliminándolo del agua.

Es una tecnología que se basa en una modificación del proceso de fangos activos. Está ampliamente implantada, aunque requiere una configuración de planta más específica y una operación más compleja. Presenta la misma configuración que un sistema normal de fangos activos pero con un volumen anaerobio previo a la zona de aireación. El selector anaerobio recibe toda la carga orgánica del agua influente y el fósforo, la corriente pasa posteriormente a la zona aerobia (configuración A/O). No debe hacerse la recirculación interna al volumen anaerobio, ya que la presencia de nitratos permite a las bacterias heterótrofas desnitrificantes competir por el sustrato e inhiben.


Las PAOs

Los microorganismos responsables de la eliminación del fósforo son conocidos por PAO (Poliphosphate Accumulating Organisms). Han evolucionado para obtener una ventaja competitiva respecto al resto de microorganismos heterótrofos. La configuración descrita potencia esa ventaja competitiva respecto a las bacterias heterótrofas comunes, y es que dado que éstas últimas son dependientes de la presencia de aceptores de electrones como nitratos u oxígeno para realizar su actividad metabólica, en la zona anaerobia del reactor biológico no pueden desarrollarse.

Las PAOs presentan la peculiaridad de que son capaces de acumular ácidos grasos volátiles (AGV, como si dijeramos "comida") de manera intracelular en condiciones anaerobias, aunque este proceso requiere de una fuente de energía. La energía utilizada proviene de la oxidación del glucógeno y de los polifosfatos  (PoliP) que tienen acumulados en su interior celular. Así que en el selector anaerobio destruyen glucógeno y PoliP y sueltan fosfatos (P), para obtener la energía suficiente que les permite acumular AGV. Cuanto más se llenan de AGV, más podrán crecer en condiciones "desfavorables". Es lo que ocurre cuando estas bacterias pasan a condiciones aerobias. Cuando la flujo las arrastra a la parte aerobia del reactor se encuentran con que las heterótrofas "comen y crecen" más rápido que las PAO. En este momento las PAO, comienzan a consumir sus reservas internas de comida, de modo que no compiten por el sustrato que hay en el exterior. Esa comida, o AGV, la utilizan para dos cosas principalmente, para regenerar Glucógeno y PoliP, para lo que absorben del medio ingentes cantidades de fosfatos, y para crecer y multiplicarse. La relación de DQO fácilmente asimilable / fósforo total debe ser de como mínimo de 10, aunque relaciones muy elevadas promueven el desarrollo de bacterias GAO, competidoras de las PAO por los AGV.


Acumuladoras de polifosfatos

Las especies de bacterias que se engloban en acumuladoras de polifosfatos son: Actinobacteria, Rhodocyclus spp. (llamada Accumulibacter phosphatis por Hesselman et al. 1999), y Propionibacter pelophilus. (Crocetti et al., 2000). La taxonomía es muy compleja y dentro de las Betaproteobacterias, Rhodocyclus ahora se considera grupo, y no género. Así, hoy día la especie más estudiada es la Candidatus Accumulibacter phosphatis. Es muy recomendable para saber más sobre ésta especie el artículo de He S. et al., 2011, "Microbiology of ´Candidatus Accumulibacter´ in activated sludge". En la imagen inferior detección comparativa mediante marcadores de fosforescencia (método FISH) para Eubacteria-PAO.

 

                                

Deja tu comentario

Comentarios Publicar comentario

No hay comentarios publicados hasta la fecha.


Publicidad

Política de cookies