Todo lo que necesita saber
sobre los desnitrificadores aeróbicos

por Deborah Lee,
Microbióloga Senior de Aquafix y Experta en Nitrificantes

¿Qué son los desnitrificantes aeróbicos?

La desnitrificación aeróbica es el uso simultáneo de oxígeno y nitrato (_NO3-⁾ como aceptor terminal de electrones. Un aceptor terminal de electrones es un compuesto que se reduce en la reacción al recibir electrones. Algunas bacterias son capaces de desnitrificar en condiciones aeróbicas (por ejemplo, Paracoccus denitrificans), mientras que las desnitrificantes convencionales pueden crecer en condiciones aeróbicas, pero desnitrifican sólo en ausencia de oxígeno (por ejemplo, Pseudomonas aeruginosa). Las bacterias desnitrificantes aeróbicas pertenecen principalmente al filo Proteobacteria. La desnitrificación, aeróbica o anóxica, depende de la utilización de compuestos orgánicos de carbono, por lo que las bacterias que realizan la desnitrificación son organismos heterótrofos. La desnitrificación autótrofa, que utiliza azufre, existe, sin embargo, aquí sólo nos ocuparemos de los heterótrofos. La desnitrificación heterótrofa, aeróbica o facultativa, utiliza nitrato para generar ATP y finalmente produce gas nitrógeno como producto final (véase la fórmula más abajo).

2 ^NO3- + 10 ^e- + 12 ^H+ → N2₍ g) + 6 _H2O

No está claro si realmente supone una ventaja para los organismos poder realizar la desnitrificación en presencia de oxígeno. Sin embargo, es posible que se trate de una adaptación viable a los cambios rápidos en los niveles de oxígeno ambiental cuando hay compuestos de carbono orgánico disponibles. Las bacterias desnitrificantes facultativas convencionales requieren concentraciones de oxígeno muy bajas, ya que la presencia de oxígeno en estas bacterias interrumpirá la producción de enzimas desnitrificantes. En la mayoría de las EDAR, los desnitrificantes convencionales se encontrarían cerca del principio de la planta, donde los residuos entran por primera vez en una zona anóxica o cuenca anóxica, mientras que los nitrificantes estarían en la cuenca aireada posterior aguas abajo. Esto significa que el nitrato se genera en la planta a partir de la nitrificación (oxidación del amoníaco y oxidación del nitrito) y puede salir de la planta en el efluente final.

¿Dónde viven los desnitrificantes aeróbicos?

Las bacterias desnitrificantes suelen encontrarse en el suelo y en medios acuosos. Son importantes para eliminar el nitrógeno de las aguas residuales industriales y municipales. Estos tipos de entornos con concentraciones fluctuantes de oxígeno favorecen a las bacterias que tienen enzimas de desnitrificación constitutivas (siempre activas). De este modo, las bacterias desnitrificantes aerobias obtienen energía del uso tanto del oxígeno como del nitrato/nitrito como aceptores de electrones, a la vez que tardan menos tiempo en activar o desactivar cada vía individual. La contrapartida para estas bacterias es que no experimentan un aumento tan elevado de la biomasa celular como en los entornos totalmente aerobios.

¿Qué necesitan los desnitrificadores aerobios para crecer?

Las bacterias desnitrificantes aerobias prefieren el oxígeno disuelto (OD) en el rango de 3-5 mg/L. La actividad de las enzimas desnitrificantes aumenta significativamente cuando la concentración de OD disminuye hasta un determinado valor, que es específico para la especie de desnitrificante aerobio. Ese valor se denomina umbral de oxígeno. Se sabe que algunas especies de desnitrificantes funcionan con DO de hasta 10 mg/L. El OD a menudo se ve afectado por la temperatura. La temperatura también determina la rapidez con la que se mueven las moléculas y, por tanto, la rapidez con la que se producen las reacciones. A temperaturas más altas, las moléculas se mueven más deprisa y las reacciones tienden a ser más rápidas, mientras que a temperaturas más bajas todo se mueve más despacio y las reacciones tardarán más. Los desnitrificantes aeróbicos típicamente estudiados suelen preferir temperaturas en torno a los ^25-37oC. En muchos casos, cuando la temperatura desciende por debajo de ^10oC, la desnitrificación aeróbica se reduce seriamente y puede producirse una acumulación significativa de nitritos. Sin embargo, hay desnitrificantes aeróbicos tolerantes al frío que pueden funcionar incluso a temperaturas tan bajas como ^70oCy si las temperaturas frías persisten durante mucho tiempo estos desnitrificantes aeróbicos pueden convertirse en la población dominante de desnitrificantes aeróbicos. Durante la desnitrificación, el pH aumentará como resultado de la formación de álcalis. Los desnitrificantes aerobios generalmente prefieren pH 7, pero funcionarán en pH 6.5-8.0, pero la desnitrificación tiende a reducirse a pH 5. La desnitrificación depende de tener compuestos de carbono orgánico como glucosa, acetato, succinato, citrato u otros azúcares simples. La relación óptima entre carbono y nitrógeno (C:N) depende de la especie de desnitrificante aerobio, pero suele ser de entre 5 y 10. Se trata de una necesidad de carbono superior a la de los desnitrificantes convencionales. Se trata de un requisito de carbono superior al de la desnitrificación facultativa convencional.

¿Por qué existen los organismos aerobios desnitrificantes?

Parece que la desnitrificación aeróbica es la regla más que la excepción, ya que existen muchos desnitrificadores aeróbicos diferentes en diversos entornos. Una de las explicaciones de la prevalencia de la desnitrificación aeróbica es que es una forma que tienen las células bacterianas de deshacerse del exceso de equivalentes reductores. También puede ser que los desnitrificantes aeróbicos evolucionaran como especialistas en desnitrificación pero perdieran la capacidad de detener la desnitrificación en presencia de oxígeno. Sea cual sea la razón por la que se desarrollaron, los desnitrificadores aerobios pueden ofrecer a las plantas de tratamiento de aguas residuales la posibilidad de eliminar la necesidad de tanques separados (para desnitrificación y nitrificación) y reducir el rendimiento de los lodos.

Sobre el autor

Deborah Lee es Microbióloga Senior en Aquafix con 11 años de experiencia en el estudio de bacterias nitrificantes. Deborah trabaja con nuestros clientes de aguas residuales para comprender las poblaciones de nitrificantes y cómo mejorarlas. Deborah también supervisa la producción de bacterias nitrificantes en Aquafix.