Los directores de las plantas de aguas servidas que sufren de niveles altos del amoníaco nos piden a nosotros ayuda.  Usamos unos microorganismos para oxidar el amoníaco y transformarlo en forma de nitrato.  Creamos nuestros productos de nitrificación específicamente para integrarse en su sistema entero, tomando en cuenta la química específica de la planta, las limitaciones físicas, y la población de microorganismos que se encuentra.

Se puede encontrar el amoníaco en muchos ambientes, incluso en el abono, el excremento humano, y en el desecho industrial (lechero, cárnica, y de etanol de maíz).  Los nitrosomonas oxidan el amoníaco que entra en una planta de aguas servidas para transformarlo en nitrito.  Luego las Nitrobacter y Nitrospiras oxidan el nitrito y lo transforman en nitrato.

Normalmente lleva 24-48 horas en duplicarse cuando la temperatura es 21°C (70°F), mientras que la mayoría de la bacteria heterotrófica, en el mismo ambiente, lleva 20-30 minutos en duplicarse.

¿Por qué llevan los nitrificadores tanto tiempo en crecer?

Las bacterias quimioautotróficas utilizan CO₂ como una fuente de carbono y la oxidación de materias inorgánicas para generar la energía celular.  La oxidación de materias inorgánicas no genera tanta energía como la oxidación del carbono orgánico, como en el proceso de las bacterias heterotróficas, pues los nitrificadores tienen un ritmo de crecimiento muy lento dentro de la comunidad de microbios en las plantas de aguas servidas.

La bacteria nitrificadora es autotrófica y usa CO₂ como una fuente de carbono para construir sus células, pues no contribuye a la bajada del valor de la demanda biológica de oxígeno (DBO) en el sistema.  Además, la bacteria nitrificadora es importante al sistema entero porque disminuye el nivel del amoníaco a uno en que la bacteria heterotrófica puede sobrevivir.

Aunque se puede encontrar Nitrosomonas, Nitrobacter, y Nitrospiras en la tierra y ellas pueden fácilmente unirse al agua de las plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS), muchas plantas pierden estas bacterias a causa de las condiciones ambientales, la contaminación de compuestos tóxicos, un nivel demasiado bajo del oxígeno disuelto, o la competencia con otros microorganismos.

¡Qué horror!  ¡Acabo de perder el proceso de la nitrificación!

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2.  i la temperatura del agua baja 10°C (50°F) requeriría el fango activo de otra planta que está nitrificándose mejor.  Cuidado que la otra planta no tiene ningún problema de espumación filamentosa o fangos voluminosos para que no introduzca un nuevo problema.

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Las siete reglas de nitrificación

Nuestras siete reglas de nitrificación muestran con cada una el cómo y el porqué de la vitalidad de este proceso para la sobrevivencia de los cultivos nitrificadores.  Estos organismos están extremadamente sensibles a la toxicidad, y son aerobios estrictos que prefieren un director amable y dulce.  Nuestras siete reglas ayudan a los directores volver a las condiciones necesarias para la nitrificación, y lo que es más importante, imparten un entendimiento de dónde se deber enfocar.

Los factores que afectan la función de la bacteria nitrificadora.

1. El período de retención

Dentro de la cuenca, la población de nitrificadores es mínima, aproximadamente 10% de la población de toda la bacteria.  Los nitrificadores crecen lentamente, así que si se elimina muchísimo durante pocos días seguidos o cuando la temperatura está fría, se puede perder toda la población.

2.  La temperatura

Cuando la temperatura baja a menos que 20⁰C (68⁰F), el metabolismo celular afloja y menos células nitrifican y se dividen.  Cuando sube a más que 40⁰C (104⁰F), las proteínas se hacen inactivas y las membranas pueden romperse, lo que tiene como resultado la muerte de la célula.

3.  El oxígeno disuelto

Los heterótrofos tienen poblaciones mayores en el agua residual y hurgan en busca del oxígeno con más eficaz que los nitrificadores.  Dentro de una población mezclada con un nivel bajo de OD, los heterótrofos pueden usar el oxígeno libre más rápido que los nitrificadores porque consumir el oxígeno es parte del metabolismo heterotrófico.  Es buena idea añadir al nivel de OD con el aumento de DBO u amoníaco.  Recuerde: el nivel de OD sube con las temperaturas frías y la disminuye con las temperaturas calientes.

4.  La alcalinidad de carbonatos

Los niveles altos de la oxidación del amoníaco acidifican el ambiente y, así que se usa 4-7 ppm de alcalinidad para cada ppm de amoníaco, es necesario neutralizar los efectos con la adición de alcalinidad a través de un carbonato (v.g. Na2CO3, CaCO3, o K2CO3).  Un pH menos que 7 cause la inhibición (inactividad) de la enzima en los nitrosomonas que inicia la primera parte de la oxidación del amoníaco.

5.  pH

La BOA sólo utiliza el amoníaco y no el ion amonio.  El nivel del amoníaco en comparación con el amonio varia basado en la temperatura y, lo que es más importante, el pH.  Con valores bajos de pH, la mayoría del amoníaco está en la forma de amonio, lo que le deja con mucho nitrógeno que la BOA no puede eliminar y también con condiciones que inactivaría la enzima que oxida el amoníaco.  El pH ideal para la oxidación del amoníaco está entre pH 7-8.

6.  La formación del floc

Típicamente los nitrificadores forman grupos de BOA y BON, bacteria heterotrófica, por los lados de los flocs, donde el OD se concentra y donde los grupos mantienen estar protegidos por el biofilm.  NH3 contiene más energía por mol que NO2- pues la BOA sintetizaría una cápsula para englobar ambos tipos de células.

7.  La toxicidad

Los metales pesados como el níquel, el cobre, el zinc, el cadmio, y el cromo pueden ser tóxicos para los nitrificadores.  Los niveles precisos de cada uno son difíciles de establecer.  El uso de demasiada cloración también puede ser tóxico.  Otro peligro de toxicidad es un nivel demasiado alto del amoníaco (miles de ppm) o una concentración del intermediario, el nitrito.  Para resumir, los nitrificadores son vulnerables a muchas materias tóxicas, son volubles, y cuando la temperatura baja los efectos negativos de la distribución, capacidad, eficiencia, y funcionamiento de la planta aumentan en los nitrificadores.

Compuesto tóxico Ejemplo Resultado/Efecto
Metales pesados el níquel, el cobre, el zinc, el cadmio, y el cromo parar la oxidación del amoníaco (reversible)
Compuestos de unión de metal₁ Sulfuro sódico parar la oxidación del amoníaco (reversible)
Hematina y proteína que unifican₁ xantato de etilo (en la industria minera) parar la oxidación del amoníaco; muerte de las células
Hidracina (H2N2)₁ Combustible para misiles y cohetes espaciales parar la oxidación del amoníaco
La cloración Muerte de las células
desacopladores de la fosforilación oxidativa e inhibidores del transporte de electrones DNP (2, 4-Dinitrofenoles) MCCF (m-clorocarbonilocianuro fenilhidrazona) Muerte de las células
Aminas y alcohol de cadena corta₁ el metanol, el etanol, n-butanol Muerte de las células
fenol₂ parar la oxidación del amoníaco; muerte de las células
Óxido nitroso (N2O)₁ Propelentes parar la oxidación del amoníaco
Niveles altos de nitrito  (NO2-) parar la oxidación del amoníaco
Aminas cuaternarias Desinfectantes, surfactante, suavizantes, el champú Muerte de las células
Las luces UV₃ parar la oxidación del amoníaco

1. Hooper y Terry (1973) J. Bact. 115 (2): 480-485

2. (1999) Water SA 25 (2): 167

3. (1985) J. Biochem. 226: 499-507

Compuestos tóxicos La concentración que resulta en una inhibición de 50% (mg/L)
L-histidina .5
Thiosemicarbazido .9
Nitrourea                                                             *** 1
Allylthiourea 1.2
8-quinolinol 1.5
L-arginina 1.7
L-valina 1.8
Dietilo-ditiocarbamato 2
L-treonina 3.6
L-lisina 4
Quinacrine                                                        *** 5
Difeniltiocarbazona 7.5
L-metionina 9
o-fenantrolina 9
Metosulfato de fenanzina 10
Diciclohexil-carbodiimida 10
2-cloro-6-(triclorometil)piridina 11
xantato de etilo 12
Dipiridil 16
2, 4-dinitrofenol                                             ** 37
3-aminotriazole 70
Amino-guanidina                                            ** 74
Metanol                                                              * 160
Diclorofenolindofenol 250
Hidracina 300
Metilamina 310
Trimetilamina 590
Cloruro de tetrametilamonio 2200
Etanol 4100
Acetona                                                            * 8100
N-butanol                                                         * 8200
Aminoetanol 12000
Acetato de etilo                                              * 18000
N-propanol                                                      * 20000

* Incluidos en la lista de químicas importantes

** Inhibidor de la oxidación de ambos NH3 y NO2

*** Inhibidor de NO2

Los demás inhiban la oxidación de NH3

Fíjese de las membranas distintas en esta foto de Nitrosomonas europaea, que se ha tomado por el uso de un microscopio electrónico de barrido.  La oxidación del amoníaco ocurre en estas membranas que son vulnerables al shock tóxico.

Nitrosomonas_europea

 

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