Nitrificación
Convirtiendo nitrógeno.
EFLUENTES
6/4/20245 min read
NITRIFICACIÓN
La nitrificación es un proceso biológico esencial en el tratamiento de efluentes, particularmente en sistemas de lodos activados. Este proceso transforma el amoníaco (NH3+) y el ion amonio (NH4+) presentes en las aguas residuales en nitrito (NO2-) y posteriormente en nitrato (NO3-).
La nitrificación no solo ayuda a eliminar compuestos nitrogenados que pueden ser dañinos para el medio ambiente, sino que también es un paso vital para prevenir la eutrofización en cuerpos de agua receptores.
Este proceso ocurre dentro del reactor aireado del sistema de lodos activados.
Bacterias responsables del proceso:
La nitrificación se lleva a cabo en dos etapas principales, cada una mediada por diferentes tipos de bacterias autótrofas:
BOA – Bacterias Oxidantes de Amonio: Son las nitrosomonas, que utilizan el ion amonio como fuente de energía, oxígeno molecular como último aceptor de electrones y CO2 como fuente de carbono. Son bacterias autótrofas y producen el nitrito.
NH4++1.5O2→NO2−+2H++H2O
BON – Bacterias Oxidantes de Nitrito: Son las nitrobacter, que utilizan el ion nitrito como fuente de energía, oxígeno molecular como último aceptor de electrones y CO2 como fuente de carbono. Son bacterias autótrofas y convierten el nitrito en nitrato, completando el proceso de nitrificación.
Parámetros de operación
Los reactores aireados son fundamentales para el éxito del proceso de nitrificación. Estos sistemas aseguran que las bacterias nitrificantes dispongan del oxígeno necesario para llevar a cabo las reacciones bioquímicas.
Dado que las bacterias que realizan este proceso son autótrofas, su tasa de crecimiento es lenta, lo que requiere atención a los parámetros operacionales y una edad del lodo adecuada para asegurar que haya suficientes microorganismos.
Concentración de oxígeno disuelto: Se recomienda mantener niveles de oxígeno disuelto entre 1,0 y 2,0 mg/L. Un nivel insuficiente de oxígeno puede limitar la actividad bacteriana, mientras que un exceso puede resultar en costos operativos innecesarios. La aireación adecuada también ayuda a mantener las bacterias en suspensión, optimizando el contacto con los compuestos nitrogenados;
pH: Las bacterias nitrificantes son sensibles al pH. El rango óptimo para la nitrificación es entre 7,0 y 8,0;
Durante el proceso, la producción de iones H+ puede acidificar el medio, por lo que se requiere un control cuidadoso del pH y una posible correción;
Temperatura: La nitrificación es más eficiente a temperaturas moderadas, generalmente entre 20°C y 30°C. Temperaturas fuera de este rango pueden ralentizar la actividad bacteriana y cambian la solubilidad del oxígeno en el agua.
Instrumentaciones del proceso
Medidores de O2: La monitorización continua del OD permite automatizar los sistemas de aireación (sopladores) para suministrar la cantidad necesaria de oxígeno, evitando tanto la insuficiencia como el exceso, lo que puede resultar en ahorro de energía y costos operativos.
Medidores de pH: Medidores de pH permiten la detección en tiempo real de variaciones en el pH, facilitando intervenciones rápidas para corregir cualquier desviación y mantener el pH dentro del rango ideal.
Cuando sea necesario, se puede añadir alcalinidad al sistema para neutralizar la acidez generada por la nitrificación, garantizando un ambiente estable para las bacterias nitrificantes.
El medidor de pH puede estar conectado a la bomba dosificadora de productos químicos utilizados para su neutralización, lo que permite un control automático y preciso del pH.
Medidor de ORP: La utilización de medidores de potencial de reducción-oxidación (ORP) es una herramienta eficaz para monitorizar y controlar el proceso de nitrificación. Valores de ORP entre 300 y 350 mV son indicativos de condiciones favorables para la nitrificación.
Los medidores deben colocarse en el medio del tanque y a ¼ de su profundidad para obtener lecturas representativas.
NO2−+0.5O2→NO3−
Fuente imagen: Gratt
El nitrógeno está presente en las aguas residuales tanto municipales como industriales por diversas razones, como:
Efluentes Municipales:
Aguas residuales domésticas: el nitrógeno proviene principalmente de la orina y las heces humanas, que contienen compuestos de nitrógeno como la urea, que se descompone en amoníaco;
Detergentes y productos de limpieza: uchos productos de limpieza contienen compuestos nitrogenados que terminan en los desagües;
Residuos alimentarios: los restos de alimentos, especialmente las proteínas, son una fuente significativa de nitrógeno.
Efluentes Industriales:
Industrias alimentarias: procesamiento de alimentos, mataderos y plantas de productos lácteos generan grandes cantidades de nitrógeno debido a la manipulación y transformación de materias primas ricas en proteínas;
Plantas químicas: la producción de fertilizantes, plásticos, y otros productos químicos puede liberar compuestos nitrogenados en los efluentes.
Otros: Procesos como la fabricación de papel y celulosa, textiles y productos farmacéuticos también contribuyen con nitrógeno a los efluentes debido a los compuestos utilizados y generados durante la producción.
En general, encontramos el nitrógeno en las formas orgánica y amoniacal.
Dependiendo de la forma del nitrógneo, puede ser perjudicial para el medio ambiente, especialmente para la vida acuática.
Fuente imagen: eqjunior
Cuerpo de agua receptor eutrofizado por exceso de nitrógeno - Fuente imagen: biologianet
Conclusión
La nitrificación es un proceso vital en el tratamiento de efluentes para la eliminación de compuestos nitrogenados.
Los reactores aireados desempeñan un papel crucial al proporcionar las condiciones necesarias para que las bacterias nitrificantes prosperen.
Mediante el control preciso de parámetros como el oxígeno disuelto, el pH y el ORP, es posible optimizar el proceso de nitrificación, contribuyendo significativamente a la protección del medio ambiente y la calidad del agua.
Importante: La nitrificación no implica la eliminación del nitrógeno, sino la transformación de una forma más contaminante a una menos contaminante, que es el nitrato.
Dependiendo de la legislación aplicada en cada región/paós, también es necesario considerar la transformación del nitrato, es decir, es fundamental contemplar una segunda etapa llamada desnitrificación, la cual será abordada en una publicación posterior.
