El nitrógeno (N) es un contaminante presente en las aguas residuales que debe ser eliminado por múltiples razones: reduce el oxígeno disuelto de las aguas superficiales, es tóxico para el ecosistema acuático, entraña un riesgo para la salud pública y junto al fósforo (P), son responsables del crecimiento desmesurado de organismos fotosintéticos (eutrofización). Todos estos factores hacen que la legislación sea cada vez más restrictiva en cuanto a los límites máximos permitidos para este parámetro.
En el agua residual, el nitrógeno puede estar presente en múltiples formas, y son numerosas las transformaciones que puede sufrir en los diferentes procesos de tratamiento. Estas transformaciones permiten convertir el nitrógeno amoniacal en otros productos fácilmente separables del agua residual.
En el proceso de nitrificación y des-nitrificación, la eliminación del nitrógeno se consigue en dos etapas de conversión. En la primera, la nitrificación, se reduce la demanda de oxígeno del amoniaco mediante su conversión a nitrato. No obstante, en este paso, el nitrógeno apenas ha cambiado de forma y no se ha eliminado. En el segundo paso, la desnitrificación, el nitrato se convierte en un producto gaseoso que es eliminado.
Este proceso de eliminación del nitrógeno en las aguas residuales constituye el método biológico más adecuado ya que presenta una elevada eficacia de eliminación, una alta estabilidad y fiabilidad, así como un fácil control del proceso y costes menores a otros tratamientos.
En el proceso de nitrificación y des-nitrificación, la eliminación del nitrógeno se consigue en dos etapas de conversión
La nitrificación es el primer paso en la eliminación del nitrógeno en las aguas residuales. Este proceso se puede llevar a cabo gracias a dos géneros de bacterias, nitrosomas y nitrobacter.
- Los nitrosomas oxidan el amoniaco en nitrito, siendo éste un producto intermedio.
- Las nitrobacter transforman el nitrito a nitrato.
Las bacterias nitrificantes son organismos extremadamente sensibles y que se ven afectados por numerosos factores como son: temperatura, oxígeno disuelto, pH, alcalinidad, etc.
La desnitrificación es la segunda etapa de la eliminación del nitrógeno en las aguas residuales, la cual se da en condiciones anóxicas, donde previamente el nitrato es reducido a nitrito y posteriormente a nitrógeno gas, mediante la acción de bacterias heterótrofas facultativas. Estas bacterias utilizan el carbono de la materia orgánica para la síntesis celular y fuente de energía, y en ausencia de oxígeno utilizan el nitrato como aceptor de electrones.
Las reacciones de reducción del nitrógeno son las siguientes:
La desnitrificación puede ser afectada por varios factores, entre los que destacan la temperatura, el oxígeno disuelto, el pH, la cantidad de materia orgánica fácilmente disponible y la concentración de nitrato.
Para poder controlar el proceso de nitrificación/desnitrificación se han utilizado varios tipos de sensores:
- Sensores de pH y rédox: durante el proceso de nitrificación/desnitrificación se produce un cambio tanto del pH como del rédox. Estos sensores son una medida indirecta de la progresión de los procesos. A continuación se presentan unas gráficas donde se muestra cómo evolucionan estos parámetros a lo largo del proceso N/DN.
Estos cambios tan grandes en estos dos parámetros posibilitan realizar un control sobre el proceso. El cambio de los mismos depende de múltiples factores, por eso deben ser determinados en cada caso en particular.
- Medidores de amonio y nitratos on-line: en los últimos años se han desarrollado medidores de amonio y nitratos on-line basados en la técnica de ión selectivo.
Estos medidores obtienen una medida directa de la evolución del proceso de N/DN y parecen muy prometedores para el control de este proceso.
