Factores que inhiben las bacterias nitrificantes
en las aguas residuales
por Deborah Lee
Microbióloga Senior de Aquafix y Experta en Nitrificantes
Es sabido que las bacterias autótrofas oxidantes de amoníaco y nitrito son más sensibles a los compuestos tóxicos que las bacterias heterótrofas. Esto es preocupante para los sistemas de tratamiento de aguas residuales, ya que puede dar lugar a un aumento de los niveles de amoníaco en el efluente aunque no haya otros signos evidentes de toxicidad, como un elevado SST, una eliminación deficiente de la DBO, flóculos viscosos, etc. El otro problema es que puede haber más de un compuesto en el influente que sea tóxico para las bacterias nitrificantes y los efectos de más de uno de estos compuestos pueden magnificar el efecto inhibidor.
Algunos compuestos que se sabe que inhiben las bacterias nitrificantes son los iones metálicos libres, los compuestos que contienen azufre y los pesticidas o desinfectantes. También se sabe que los sustratos para la oxidación del amoníaco (amoníaco, NH3-N) y la oxidación del nitrito (nitrito, NO2-N) pueden ser inhibidores a altas concentraciones. También se ha estudiado ampliamente que las altas concentraciones de iones de cobre pueden ser inhibitorias, sin embargo, cierta cantidad de cobre es necesaria para la función de la enzima amoníaco monooxigenasa. Muchos otros iones metálicos pueden sustituir al cobre en la amoníaco monooxigenasa, pero no funcionarán igual en esa enzima y darán lugar a una acumulación de amoníaco. Esta puede ser una de las razones por las que los oxidantes de amoníaco suelen ser más sensibles que los oxidantes de nitrito.1. Una cantidad elevada de metal en el afluente no siempre provoca la inhibición del nitrificante porque depende de la cantidad de iones metálicos solubles y de qué iones metálicos sean2.
Nitrosomonas Europea
Los metales se utilizan en diversas industrias y no todos ellos se precipitarán fuera del sistema antes de la balsa de aireación. Algunas formas en que los iones metálicos pueden entrar en un sistema de aguas residuales incluyen: cromo en la fabricación de textiles y pinturas 3cadmio o mercurio en baterías, y zinc en la fabricación de acero, caucho, fertilizantes y herbicidas. 4. Dentro de la célula, los metales pesados pueden interactuar con los grupos tiol y destruir la estructura y función de las proteínas. 5. A veces, los metales entran en el sistema de aguas residuales en forma de nanopartículas metálicas, que se utilizan en diversos productos, especialmente como recubrimientos. Se ha demostrado que las nanopartículas de óxido de magnesio aumentan el pH hasta pH 9 (cuando pH > 9,8, la nitrificación se inhibía por completo6) como resultado de la disolución de las partículas6. Otra toxicidad de las partículas nanometálicas se debe a la liberación del ion metálico.
Una estrategia común para mediar los efectos inhibidores, especialmente de los metales pesados, es aumentar la concentración de biomasa del sistema. De este modo, se puede reducir la proporción entre el inhibidor y la cantidad de amoniaco-oxidantes. Una proporción menor mejoraría la tolerancia a los compuestos inhibidores en el sistema de tratamiento7. Esto no siempre funciona con algunos metales, como el zinc, ya que pueden acumularse en la biomasa y liberarse periódicamente. Otro problema de retener demasiados lodos es que aumenta la probabilidad de tener más material inerte y menos biomasa activa.
Desgraciadamente, los nitrificantes también son más susceptibles a las condiciones ambientales que no se pueden controlar realmente. Estas condiciones incluyen un crecimiento aún más lento que el de los heterótrofos normales (tiempo de duplicación de 0,5 días,8 a temperaturas inferiores a 10°C (50°F), episodios de lavado debido a sus lentas tasas de crecimiento e inhibición por la exposición a la luz. Las condiciones ambientales adversas pueden agravar el efecto de los compuestos inhibidores entrantes y dificultar el mantenimiento o el restablecimiento de la nitrificación en un sistema.
Dicho esto, no todas las especies y cepas de nitrificantes se ven afectadas de forma similar por un determinado compuesto y las condiciones específicas del lugar también pueden alterar la sensibilidad a un inhibidor o a una combinación de inhibidores. Las condiciones específicas del lugar incluyen el pH, la alcalinidad, la temperatura, el SRT, el HRT, la concentración de MLSS, la distribución del tamaño de las partículas del flóculo, la aclimatación previa al zinc u otros metales similares, la relación DBO/TKN y la presencia de agentes quelantes orgánicos, lo que dificulta la comparación de los datos bibliográficos.1. También se ha demostrado que las condiciones de inanición o la presencia de nitrificantes en un estado metabólico reducido pueden proteger en cierta medida a las células de algunos inhibidores de la nitrificación. Esto puede deberse a que, durante el crecimiento exponencial, las células pueden tener una absorción activa mucho mayor de metales (por ejemplo, Cd2+) u otros compuestos inhibidores que durante las condiciones estacionarias o de inanición. En las biopelículas, las células están protegidas por una matriz de limo y suelen tener un metabolismo más lento.9.
En Aquafix, cultivamos nosotros mismos nuestras bacterias nitrificantes para garantizar la calidad. Este proceso lleva mucho tiempo y las bacterias también pueden ser quisquillosas con la temperatura, el pH y las tasas de carga. Nuestro proceso de cultivo de bacterias nitrificantes tardó mucho tiempo en optimizarse a lo largo de los años y puede que muchas otras empresas no estén tan dispuestas a hacer ese tipo de inversión. Si tiene alguna pregunta sobre nuestras bacterias nitrificantes, no dude en ponerse en contacto con nosotros para hablar más sobre el tema.
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.
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