Todo sobre los nutrientes esenciales
Guía completa del nitrógeno
Cómo mantiene sana su planta
por Saylor Gilbert, investigadora
Bienvenidos a la primera entrega de nuestra serie de blogs de tres partes, en la que profundizamos en la relación entre el tratamiento aeróbico de aguas residuales y los nutrientes esenciales: carbono, nitrógeno y fósforo. Muchos operadores e ingenieros conocen las proporciones de los libros de texto -que oscilan entre 100:5:1 y 100:10:1- y entienden que el carbono, el nitrógeno y el fósforo proceden de compuestos que se pretende eliminar en el tratamiento aeróbico de aguas residuales. Sin embargo, esta serie pretende profundizar más, ofreciendo conocimientos sobre por qué estos nutrientes son cruciales y cómo se eliminan eficazmente durante el tratamiento. En la entrada de hoy nos centraremos en el nitrógeno, examinando las diversas formas que adopta, sus procesos de eliminación y su papel vital como nutriente.
El nitrógeno que entra en un sistema de aguas residuales se presenta principalmente en dos formas: compuestos de nitrógeno inorgánico y orgánico. El nitrógeno inorgánico incluye el amoniaco, el amonio, el nitrito y el nitrato, junto con formas gaseosas como el óxido nítrico, el óxido nitroso y el nitrógeno atmosférico. Estos gases suelen producirse durante la desnitrificación, un proceso que exploraremos más adelante en el blog, pero normalmente están ausentes del influente de aguas residuales. Los compuestos orgánicos de nitrógeno incluyen proteínas, aminoácidos, urea, ácido úrico y otros aminoácidos. En pocas palabras, el nitrógeno orgánico tiende a proceder de fuentes orgánicas, caracterizadas por sus estructuras complejas con muchos enlaces carbono-hidrógeno, mientras que el nitrógeno inorgánico
es más simple y carece de estos enlaces. Estos compuestos orgánicos complejos de nitrógeno pueden sufrir hidrólisis, descomponiéndose en formas más simples y convirtiéndose finalmente en amoníaco. Esta conversión es una parte crucial de cómo se elimina el nitrógeno del afluente.
La eliminación de nitrógeno en el tratamiento aeróbico de aguas residuales se produce a través de dos procesos clave: la conversión y la asimilación. En términos sencillos, la conversión implica la transformación del nitrógeno en formas cada vez más simples, mientras que la asimilación se refiere a la captación de nitrógeno por los microorganismos para la producción de biomasa. Ambos procesos conducen en última instancia a la eliminación del nitrógeno del sistema, ya sea como gas nitrógeno que escapa a la atmósfera o como parte de la biomasa que se extrae en forma de lodos activados residuales.
Cuando el nitrógeno entra en la depuradora, lo hace en forma de compuestos inorgánicos u orgánicos, como ya hemos comentado. Parte de este nitrógeno es asimilado inmediatamente por las bacterias heterótrofas. El nitrógeno que no es asimilado sufre inmediatamente una serie de conversiones. Los compuestos orgánicos e inorgánicos de nitrógeno se descomponen finalmente en amoníaco. Después de esto, las bacterias nitrificantes autótrofas toman el relevo: las bacterias oxidantes del amoníaco (AOB) convierten parte del amoníaco en nitrito, y las bacterias oxidantes del nitrito (NOB) convierten el nitrito en nitrato. En los sistemas equipados con capacidad de desnitrificación, este nitrato es convertido por las bacterias desnitrificantes en formas gaseosas, que burbujean fuera del sistema. En los sistemas sin capacidad de desnitrificación, el amoníaco y el nitrato restantes se asimilan en su lugar.
Esta mezcla de conversión y asimilación garantiza la eliminación efectiva del nitrógeno de las aguas residuales, ya sea mediante su incorporación a la biomasa microbiana o en forma de gas nitrógeno. Pero, ¿por qué es tan crucial el nitrógeno para la asimilación bacteriana y la producción de biomasa?
La razón por la que el nitrógeno es tan crucial en el tratamiento de aguas residuales se reduce a las proteínas. Las proteínas son los componentes básicos de todos los organismos vivos, incluidas las bacterias que constituyen la mayor parte de la biomasa de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Estas proteínas se componen de aminoácidos, todos los cuales contienen grupos aminos que requieren nitrógeno. Los compuestos orgánicos de nitrógeno que se asimilaron al principio del proceso de eliminación de nitrógeno pueden convertirse directamente en aminoácidos y utilizarse para la producción de proteínas, evitando la necesidad de síntesis complejas. Sin embargo, otras formas de nitrógeno deben someterse a intrincados procesos que implican la conversión del amoníaco en aminas primarias y luego en aminas secundarias y terciarias. Estas aminas se utilizan para sintetizar aminoácidos, que en última instancia se utilizan para construir proteínas. Aunque este proceso de asimilación es crucial para la eliminación del nitrógeno inorgánico, es ineficaz y requiere enzimas y maquinaria celular complejas.
La idea clave es que la eliminación de nitrógeno es un proceso en cierto modo cíclico. Una biomasa sana requiere proteínas de calidad, las proteínas de calidad requieren suficiente nitrógeno y la asimilación del nitrógeno depende de una biomasa sana. Si hay una interrupción en cualquier punto de este ciclo, todo el proceso se ve comprometido y la eliminación de nitrógeno se ve perjudicada. En un sistema deficiente en nitrógeno, el proceso se tambalea. La urea es un suplemento de nitrógeno común, pero es una fuente de nitrógeno orgánico que no se asimila directamente, sino que se hidroliza en amoníaco. Como ya se ha comentado, la síntesis de proteínas a partir del amoníaco es mucho más compleja que la síntesis de proteínas a partir de otros compuestos orgánicos de nitrógeno. Por esta razón, a menudo es mejor complementar el nitrógeno, al menos en parte, con nitrógeno orgánico complejo (como los que se encuentran en Acelerador 7). Esto proporciona a los organismos una fuente de nitrógeno fácilmente asimilable, mejorando su capacidad para asimilar después otras fuentes de nitrógeno menos eficientes que aún necesitan ser eliminadas.
Aunque comprender la eliminación de nitrógeno y las necesidades de nitrógeno de su sistema de aguas residuales puede no ser estrictamente necesario para operar una instalación de aguas residuales, permite una resolución de problemas más dinámica e informada. Ayuda a los operadores e ingenieros a anticipar y evitar posibles problemas, lo que mejora el rendimiento general del sistema. Si tiene alguna pregunta sobre este blog o sobre los servicios y productos de Aquafix, incluida la suplementación con nitrógeno, no dude en ponerse en contacto con nosotros. Gracias por su tiempo.
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Sobre el autor
Saylor Gilbert es investigador científico de Aquafix y licenciado en microbiología. Sus conocimientos especializados sobre toxicidad y GyA nos permiten impulsar nuestros productos y seguir ofreciendo a nuestros clientes soluciones de primer nivel para aguas residuales.