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Eliminación biológica de Nitrógeno y Fósforo. EDARI

NITRÓGENO

Su eliminación biológica.
Dos son los pasos imprescindibles para su eliminación: La nitrificación y la desnitrificación.

Nitrificación

Este proceso se realiza en dos fases. En la primera obtenemos nitrito (NH4+ + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+ + energía) gracias a la oxidación del amonio, proceso que lleva a cabo la acción de las bacterias amonio-oxidantes y una segunda fase donde por acción de las bacterias nitrito-oxidantes se transforma en nitrato (NO2- + 0.5O2 → NO3- + energía). En la nitrificación se acidifica el medio y en la desnitrificación se recupera la
alcalinidad subiendo el pH.
Las bacterias amonio-oxidantes (AOB) son por regla general las responsables de la conversión a nitrito por la oxidación del amonio. Las mas comunes en las EDARI son las Nitrosomas (Europaea, mobilis, eutropha y oligotropha). Las encontramos por lo general en colonias muy compactas y de forma esférica dentro del floculo. Las Nitrosomas son muy sensibles a las bajas temperaturas, a pH muy altos y a las bajas concentraciones de Oxígeno disuelto.
Las bacterias bacterias nitrito-oxidantes (NOB) son las que oxidan el nitrito a nitrato. Son los Filogéneticos. Existen cuatro grandes grupos, siendo solo dos los más comunes en la EDARI: Nitrospira y Nitrobacter. El Nitrospira se adapta mucho mejor a las condiciones de bajas concentraciones de nitrito y oxígeno disuelto. El Nitrobacter por contra, se adapta mejor a altas concentraciones de nitrito y oxígeno disuelto.

Desnitrificación

Esta segunda fase consiste en la eliminación del nitrógeno de manera biológica. Las bacterias desnitrificantes son las encargadas de esta eliminación, son un grupo muy heterogéneo y variado. Las Pseudomonas, dentro de la gran diversidad, son las mas abundantes y comunes en una EDARI. Generalmente son bacterias heterótrofas facultativas y autótrofas facultativas, aunque estas últimas en menor cuantía. Utilizan el nitrato como aceptor de electrones en lugar del oxígeno en los procesos en la fase de anóxia.

Habitat

El equilibrio de las colonias de bacterias, sean del tipo que sean, en general son bastante sensibles a una serie de parámetros comunes (Sustratos, oxígeno disuelto, temperatura y pH). La concentración baja de oxígeno es especialmente importante para el funcionamiento de las amonio-oxidantes durante el proceso de nitrificación, siendo recomendable estabilizarse por debajo de 2 mg/l de oxígeno disuelto. El exceso de aireación supone elevar la cantidad de oxígeno disuelto y contaminar el reactor siendo contraproducente en el proceso de desnitrificación. Es muy importante encontrar el equilibrio entre la oxigenización y el sustrato que permita una correcta actividad bacteriana.
Por lo tanto es muy importante: Mantener como máximo a 2 mg de oxigeno disuelto en las fases de nitrificación y un reducción progresiva del oxígeno disuelto en las fases de desnitrificación. Si el reactor lo permite, se puede realizar en zonas, con una posterior recirculación de la zona de desnitrificación hacia la cabecera o zona de nitrificación, donde los nitratos son expulsados directamente a la nitrificación, optimizando la desnitrificación eliminado así mas nitratos.

Eliminación biológica de FÓSFORO

La eliminación biológica de fósforo se basa en el desarrollo de polifosfatos ricos en fósforo en su nucleo que condicionados en ciertas circunstancias favorables son eliminados del agua. El diseño de la planta es muy similar al anterior, pero esta vez lo que haremos es añadir una instalación anaeróbica previa al reactor biológico o zona de aireación, siendo importante no incluir una recirculación interna hacia esta instalación, ya que seria contraproducente. La presencia de nitratos y bacterias heterótrofas desnitrificantes asociadas competirian por el mismo sustrato y perjudicarian la máxima eliminación de fósforo posible.
Los microorganismos responsables de la eliminación del fósforo están muy evolucionados y tienen una ventaja competitiva respecto al resto de microorganismos heterótrofos, estos se denominan PAO (Poliphosphate Accumulating Organisms). A diferencia del resto de microorganismos heterótrofos, las PAO pueden desarrollarse en medio anaeróbico. Acumulan gran cantidad de ácidos grasos volátiles y polifosfatos en la fase anaeróbica, que después les sirve de fuente de alimentación durante la fase aeróbica sin competir por el sustrato con el resto de bacterias. Gracias a la oxidación de glucógeno y polifosfatos liberan gran cantidad de fosfatos. Este proceso lo utilizan para crecer y multiplicarse. La relación de DQO fácilmente asimilable / fósforo total debe ser de más de 10, aunque relaciones muy elevadas no se aconsejan, ya que facilitan el desarrollo de bacterias GAO, competidoras de las PAO por los ácidos grasos volátiles (AGV).
Entre los géneros más frecuentes, identificados por hibridación in situ, destacan Accumulibacter, Rhodocyclus, Competibacter, Malikia y algunas especies del filo Actinobacteria todas ellas grandes acumuladoras de polifosfatos.

Esquema de la eliminación biológica incrementada de fósforo. PHB = Poli- – Hidroxialcanoatos, PHV = polihidroxivalerato, AGV = Ácidos Grasos Volátiles. fuente: Reduca (Biolpgía).