Nitrificación y desnitrificación en depuradoras: procesos, efectos y condiciones para la eliminación de nitrógeno

Resumen

El documento explica los procesos biológicos de nitrificación y desnitrificación que se aplican en las depuradoras para eliminar el nitrógeno del agua residual. Describe qué bacterias intervienen, qué factores influyen en su crecimiento y qué consecuencias tienen sobre el oxígeno y la alcalinidad. También recoge las condiciones necesarias para que la desnitrificación ocurra y compara los resultados de depuradoras sin tratamiento de nitrógeno, con nitrificación y con nitrificación y desnitrificación.

Puntos clave

La nitrificación oxida el nitrógeno amoniacal a nitrato con aporte de oxígeno, mediante bacterias autótrofas.
La nitrificación consume oxígeno y alcalinidad y produce biomasa.
La velocidad de crecimiento de las nitrificantes se duplica aproximadamente cada 7 °C de aumento de temperatura.
La desnitrificación transforma el nitrato en nitrógeno gaseoso en condiciones anóxicas, mediante bacterias heterótrofas.
La desnitrificación ahorra oxígeno y recupera aproximadamente la mitad de la alcalinidad consumida en la nitrificación.
La desnitrificación requiere zonas sin oxígeno, presencia de sustrato como fuente de carbono y formas oxidadas de nitrógeno.

Ponte a prueba

Nitrificación

Nitrificación: La nitrificación consiste en la oxidación del nitrógeno amoniacal hasta nitrato mediante la aportación de oxígeno al proceso. Las bacterias que llevan a cabo esta transformación son autótrofas; necesitan materia inorgánica.

Consecuencias de la nitrificación

Consumo de oxígeno.
Consumo de alcalinidad.
Producción de biomasa.

Factores que influyen en la velocidad de crecimiento específico de las nitrificantes

Temperatura: aproximadamente cada 7 °C aumenta la velocidad de crecimiento al doble, disminuyendo la edad del fango a la mitad.
pH (alcalinidad).
Concentración de sustrato: nitrógeno amoniacal.
Concentración de oxígeno disuelto.

Desnitrificación

Desnitrificación: La desnitrificación consiste en la transformación del nitrato, obtenido previamente por nitrificación, a nitrógeno gaseoso para que escape a la atmósfera. Debe realizarse en un medio sin oxígeno, en condiciones anóxicas, por consumo de NO3-. Estas bacterias son heterótrofas.

Tras un proceso de hidrólisis, necesario para convertir materia orgánica lentamente biodegradable en fácilmente biodegradable, se produce de nuevo respiración y síntesis:

Respiración

En ausencia de oxígeno y en presencia de nitrato, las bacterias desnitrificantes oxidan parte de la materia orgánica para obtener energía para el crecimiento y el mantenimiento celular.

Síntesis

Otra fracción de la materia orgánica carbonada se utiliza como sustrato para las bacterias desnitrificantes heterótrofas para su crecimiento.

Consecuencias de la desnitrificación

Ahorro de oxígeno: en la desnitrificación se produce un ahorro de oxígeno significativo respecto al proceso de solo nitrificación.
Recuperación de alcalinidad: se recupera aproximadamente la mitad de la alcalinidad consumida en la nitrificación, amortiguándose el pH y evitando descensos importantes.

Condiciones para el desarrollo de la desnitrificación

Debe haber en el reactor zonas libres de oxígeno; si hay oxígeno, las bacterias heterótrofas no utilizan los nitratos.
Debe existir demanda de oxígeno suficiente, es decir, presencia de sustrato como fuente de carbono.
Debe haber presencia de formas oxidadas de nitrógeno (nitratos y nitritos).

Fundamentos microbiológicos

El objetivo es conseguir de manera simultánea la eliminación de materia orgánica y de nitrógeno por nitrificación y desnitrificación, y configurar el decantador secundario para la separación de sólidos en suspensión.

Transformaciones del NTK según el tipo de tratamiento

Depuradora sin nitrificación

Si el reactor no realiza eliminación de nitrógeno, solo se elimina el nitrógeno que las bacterias utilizan para crecer. A la salida del decantador secundario se tendrá nitrógeno orgánico no biodegradable y amonio en el efluente.

Depuradora con nitrificación

Se puede nitrificar la mayor parte del amonio. La salida de nitrógeno total puede ser similar, pero ya no todo será nitrógeno amoniacal. Se nitrifica todo salvo el nitrógeno orgánico no biodegradable y el nitrógeno amoniacal que fuga.

Depuradora con nitrificación y desnitrificación

No es necesario desnitrificar todo, porque en la salida se pueden obtener NT = 10 mg/L. En el efluente, por lo tanto, se tendrá lo correspondiente a las fugas, el nitrato que no se desnitrifica, el nitrógeno gaseoso producto de la desnitrificación y el nitrógeno orgánico no biodegradable.

Nota: NT se refiere a nitrógeno total; NTK suele entenderse como nitrógeno Kjeldahl total (nitrógeno orgánico + amonio).

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre nitrificación y desnitrificación?

La nitrificación oxida el nitrógeno amoniacal a nitrato en presencia de oxígeno. La desnitrificación convierte ese nitrato en nitrógeno gaseoso que escapa a la atmósfera, en un medio sin oxígeno.

¿Por qué la desnitrificación necesita materia orgánica?

Las bacterias desnitrificantes son heterótrofas, por lo que necesitan materia orgánica como fuente de carbono para obtener energía y crecer. Si la materia orgánica es lentamente biodegradable, primero se hidroliza.

¿Qué ventajas aporta la desnitrificación en una depuradora?

Ahorra oxígeno de forma significativa respecto a la solo nitrificación y recupera aproximadamente la mitad de la alcalinidad consumida, lo que amortigua el pH.