Análisis de la eliminación biológica de nitrógeno en los sistemas de tratamiento de aguas residuales por medio de un reactor biológico secuencial (RBS) - Sánchez Paredes, Anarvik I. (Universidad Tecnológica de Panamá, 2008)
Esta tesina tiene como objetivo general investigar el estado del arte de los procesos que tienen como propósito la eliminación biológica de nitrógeno en el agua residual de origen urbano y como objetivos específicos están: Revisar los procesos biológicos para la eliminación de nitrógeno en el agua residual de origen urbano, su optimizaci6n e inhibiciones. Analizar cómo se llevan a cabo dentro de un reactor biológico secuencial o RBS, e Investigar los avances a los que ha llegado esta materia en los últimos años. Parte del nitrógeno presente en las aguas residuales urbanas proviene principalmente de las heces humanas (urea y aminoácidos), y se encuentra en su gran mayoría en forma de nitrógeno amoniacal en un 60% y nitrógeno orgánico en un 40 %. Otra parte proviene de los procesos industriales y se presentan como formas oxidadas (nítricas y nitrosas) N-NO2- y N-NO3-, que son minoritarias o inferior a un 1 %. Para la eliminación de nitrógeno de las aguas residuales se ha comprobado que los procesos de Nitrificación y Desnitrificación, son la forma mas efectiva y económicamente factible para la transformación de amonio a Nitrógeno. La nitrificación se realiza en dos etapas porque no se conoce ningún microorganismo que puede oxidar el amoniaco directamente a nitrato. La Primera etapa de la nitrificación se conoce como nitratación y consiste en la oxidación de amoniaco (NH) a nitrito (NOz) es llevada a cabo por bacterias del género Nitrosomonas y Nitrosolobus. La Segunda etapa se conoce como nitratación y consiste en la oxidación de nitrito a nitrato. Las bacterias que participan en éste proceso son las del género Nitrobacter y Nitrosococcus. El proceso de nitrificación se lleva a cabo en condiciones de contenido de oxígeno disuelto y un pH neutral, por lo que los factores ambientales influyen en la tasa de crecimiento de los microorganismos, afectando al rendimiento de eliminación del amonio, como pueden ser: la concentración de oxígeno disuelto, relación DBOs/NKT, pH, efecto de las especies inhibidoras, la inhibición por concentración de amonio y nitrato y la Temperatura. La Desnitrificación es un proceso respiratorio heterotrófico del tipo anóxico que se lleva a cabo en varios pasos y tiene como objetivo la reducción de el nitrato a N2 y es realizado por las bacterias heterótrofas (utilizan el C de la materia orgánica para la síntesis celular y como fuente de energía) y las anaerobias facultativas (pueden utilizar el oxígeno o el nitrato como aceptor de electrones).Entre los factores que afectan los procesos de desnitrificación inhibiendo o potenciando alguna de sus etapas están: el oxígeno disuelto, pH, temperatura y la fuente de carbono orgánico. Entre los sistemas para la eliminación de nitrógeno de las aguas residuales está la utilización de un reactor biológico secuencial, que es un tanque de lodos activados para el tratamiento de aguas residuales, que posee controles para de agitación aireación, entradas y salidas del reactor para ser utilizados cuando el proceso los necesite. Hay que tener en cuenta que, el lodo biológico se desarrolla en el reactor y permanece en éste hasta su eliminación parcial en el proceso de purga, dejando biomasa aclimatada para empezar el proceso con agua residual nueva que es bombeada al interior del tanque. El reactor biológico secuencial trabaja por medio de etapas como son: Llenado, Reacción, Sedimentación, Descarga y Reposo; el conjunto de etapas es un ciclo y cuando finaliza un ciclo, éste se vuelve a repetir. Dentro de cada etapa se llevan a cabo diferentes estados ambientales que se llaman fases y son aeróbicos, anóxicos o anaeróbicos. Los reactores biológicos secuenciales son operativamente muy flexibles de modo que para lograr la remoción biológica de nutrientes se pueden obtener condiciones aerobias para la nitrificación en la etapa de reacción con aireación y condiciones anóxicas para la desnitrificación en la etapa de reacción con mezcla las cuales también se pueden alternar para lograr la nitrificación y desnitrificación. Diversos autores han documentado la nitrificación total o casi total en la fase aeróbica de reacción en RBS de laboratorio o en planta piloto. Según EPA los RBS operan en el tiempo en lugar del espacio, de manera que el número de ciclos por dia y el tiempo de los ciclos puede ser modificado para controlar los límites deseados del efluente, lo cual es una flexibilidad adicional que puede ser controlada por un Control lógico programable (PLC). En la actualidad el proceso más empleado para la eliminación de nitrógeno en aguas residuales es la nitrificación y desnitrificación. Pero para llevarlos a cabo en una planta de tratamiento de agua residual, se necesita de un elevado aporte de oxígeno para que se oxide el amonio en la nitrificación y de suficiente materia orgánica para la desnitrificación. Cuando nos encontramos con aguas residuales que no tiene suficiente materia orgánica es necesario adicionar una fuente de carbono y esto además del aporte de oxígeno que se requiere se traduce en un alto consumo de energía y a su vez en mayores costos de operación de la planta. Quizás esta es la razón por la que el ser humano ha buscado alternativas para obtener otros procesos de tratamiento de aguas residuales. Uno de estos es el proceso llamado Sharon donde a temperaturas superiores a 30°C las bacterias que oxidan el amonio crecen más rápido que las bacterias que oxidan el nitrito logrando que el nitrógeno amoniacal solo se oxide hasta nitrito durante la nitrificación. Luego un tipo de Plactinomicetes como la Brocadia anammoxidans por medio de un proceso anaerobio utilizan el nitrógeno amoniacal como donador y el nitrito como aceptor de electrones para dar nitrógeno gaseoso a éste procesos de oxidación anaerobia de amonio se le denominó proceso ANAMMOX.