RESUMEN. INTRODUCCIÓN.

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1 CINÉTICAS DE DESNITRIFICACIÓN EN REACTORES BATCH DURANTE EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. J. Rodríguez Martínez *; W.D. Coronado Valdez; S.Y. Martínez Amador; Y. Garza García Departamento de Biotecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Coahuila, Blvd V. Carranza e Ing. J. Cárdenas V. Saltillo, Coah.; C.P. 25, Tel: (844) Fax: (844) , correo electrónico*: jrodrigu@alpha1.sal.uadec.mx RESUMEN. Los objetivos de este trabajo fueron conocer el efecto de las diferentes concentraciones del ion nitrato sobre la metanogénesis y el segundo objetivo fue el de establecer al mejor donador de protones con el cual se viera estimulada la desnitrificación y la metanogénesis; se estudiaron 3 diferentes donadores: ácido acético, ácido propiónico y ácido butiríco, en forma individual y en mezclas de los mismos. El efecto de los diferentes fuente de carbono tales como glucosa, acetato, metanol, agua residual, sobre el proceso de desnitrificación ha sido estudiada por Tam y col., 1992 (7); Akunna y col., 1993 (1). En otra investigación se reporta que el uso de ácido acético como fuente de carbono aumenta la velocidad de la desnitrificación (5). La oxidación de compuestos aromáticos como el benceno a dióxido de carbono esta íntimamente ligada con aceptores de electrones como el ion nitrato (4). Así como también cabe mencionar que la desnitricación puede llevarse a cabo en presencia de ligninocelulosa como donador de electrones por el género Bacillus. Claro esta que la desnitrificación se efectúa en menor tiempo en presencia de sustancias orgánicas de estructura química sencilla. INTRODUCCIÓN. La desnitrificación es un proceso biológico aplicado para remover nitratos y nitritos de aguas residuales por su reducción a nitrógeno molecular, la cual es llamada desnitrificación desasimilativa de acuerdo al siguiente esquema +5 NO NO 2-2+ NO +1 N 2 O N 2 (3). Variedades de bacterias heterotróficas son utilizadas para la desnitrificación de aguas residuales en condiciones anóxicas (Pseudomonas, Paraccocus, Alcalígenas, Thiobacillus, Bacillus ) Para que la desnitrificación sea eficaz se debe estar seguro de que hay una suficiente disponibilidad de materia orgánica.(3). La razón más poderosa por la cual se debe tratar agua contaminada con nitratos es por salud. El uso de agua que contiene nitrato frecuentemente en períodos secos, así como en verduras tales como espinacas sobre fertilizadas, puede ocasionar enfermedades a causa de la reducción bacteriana de nitratos en las conservas o en el intestino (6). La reducción de nitrato hasta nitrito por microorganismos, con la subsecuente entrada de nitrito a la sangre, es la causa de la formación de la meta hemoglobina(6), en la cual el nitrito esta irreversiblemente unido a la hemoglobina. Como resultado, los eritrocitos pierden parcialmente la capacidad de transportar oxígeno lo que ocasiona cianosis(6). Esta enfermedad se encuentra en los niños menores de 6 meses. En ellos, las bacterias nitrato reductoras, al parecer, no se destruyen en el estómago y caen al intestino, donde reducen el nitrato, crecen y acumulan nitrito. En los niños mayores y en los adultos, estas bacterias se destruyen por acción de los jugos gástricos y los iones nitrato son asimilados antes de que puedan ser sometidos a reducción bajo condiciones favorables de ph en el duodeno.(6)

2 METODOLOGÍA. a) Experimento 1, variación de la concentración de nitratos: Se utilizó agua modelo para esta cinética, como fuente de carbono se utilizó el ácido acético neutralizado con hidróxido de amonio, y variando la concentración de ion nitrato. La digestión anaerobia fue desarrollada en reactores batch de 12 ml de capacidad con un volumen total de fase líquida de 4 ml incluyendo 1 ml lodo granular sulfidogénico tomado de un reactor UASB. Se llevaron a cabo cinco experimentos (por duplicado) usando el siguiente substrato diluido en 2 ml de medio mineral que contenía lo siguiente sustancias en gramos por litro;.5 NaHPO 4 2H 2 O;.3 NH 4 Cl;.1 MgCl 2 2H 2 O;.8 CoCl 2 6H 2 O;.2 NiCl 2 ;.1 ZnCl 2. El ph fue ajustado a 7.5, la temperatura de incubación fue de 37 C, los reactores contenían los sustratos tal como se describe en la tabla 1: Tabla 1 Contenido de diferentes concentraciones de NO 3 en reactores batch con una concentración constante de DQO; (B = blanco; C = control) REACTOR NO 3 mg/l DQO g/l de ácido acético B - - C b)experimento 2, diferentes donadores de protones: Para este experimento se utilizaron reactores batch de 12 ml (4 ml de fase hídrica y 8 ml de fase gaseosa) por duplicado, conteniendo: 1 ml de células, 2 ml de medio mineral (que contenía lo siguiente en g/l;.5 NaHPO 4 2H 2 O;.3 NH 4 Cl;.1 MgCl 2 2H 2 O;.8 CoCl 2 6H 2 O;.2 NiCl 2 ;.1 ZnCl 2 ). Se utilizo un blanco y un reactor control a los cuales no se les adicionó fuente de carbono adicional, la concentración de nitrato fue constante (4 de NO 3 - mg/l), como donadores de protones se utilizaron ácido acético, ácido propiónico y ácido butírico ( iniciándose con un DQO de g/l en cada uno de los casos), el ph fue ajustado a 7.5 en todos los casos los reactores fueron cargados con cada uno de los sustratos, tal como se describe en la tabla 2. Tabla 2. diferentes reactores con las diferentes fuentes de carbono en combinación, Las mezclas se hicieron en proporciones 1:1. Reactores Donador de protones Blanco Ninguno Control Ninguno 1 Ácido Acético 2 Ácido propiónico 3 Ácido butírico 4 Mezcla: ácido acético, ácido propiónico y ácido butírico 5 Mezcla: ácido acético y ácido butírico 6 mezcla: ácido acético y ácido propiónico 7 Mezcla: ácido propiónico y ácido butírico

3 La formación de nitrógeno molecular fue monitoreada en un cromatógrafo de gases (Varian 34) equipado con un detector de conductividad térmica y una columna capilar Atmole sieve 3 mx.53 IK serie N , presión 5 psi a 5 C y He como gas acarreador. El DQO total de cada uno de los reactores batch fue validado como se describe en (2). El ion nitrato se determino mediante la técnica del ácido homotrópico. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. a) Cinética de consumo de diferentes concentraciones de nitratos: Los resultados obtenidos muestran que cuando el nitrato está presente en el medio, desaparece primero que la concentración de acetato durante las primeras 1 horas de incubación. Esto concuerda con los datos de la literatura (8). Sin embargo, se observó un notable retraso en la formación de nitrógeno (como evidencia de la desnitrificación) (6). Figuras 1 y 2. Probablemente la detección de nitrógeno se presente después de 8 horas de incubación, debido a que inicialmente el nitrógeno formado es asimilado por el consorcio de bacterias y solamente después de este proceso este puede ser detectado, la actividad desnitrificante aumento conforme aumento la concentración de nitrato en el medio reaccionante, en cambio la actividad metanogénica permaneció prácticamente constante tabla 3. mg NO3/L Fig 1. Desnitrificación, ver metodología casos: 1, 2, 3, 4, y 5 mg de N2/L Fig 2. Producción de nitrógeno, ver metodología casos: 1, 2, 3, 4, y 5 Tabla 3.Actividad desnitrificante y metanogénica en función de diferentes concentraciones de nitrato. Reactor Actividad de desnitrificación en Actividad metanogénica en g DQO de CH4/l/h/g SVS mg/l de NO - 3 /h/g de SVS R 1 = mg NO - 3 /L x1-6 R 2 = mg NO - 3 /L x1-6 R 3 = mg NO - 3 /L x1-7 R 4 = mg NO - 3 /L x1-6 R 5 = mg NO - 3 /L x1-6

4 b) Desnitrificación bajo diferentes donadores de protones La desnitrificación fue mejor con la presencia de ácido acético como donador de protones, sin embargo con los otros dos donadores de protones la desnitrificación también se realizo. En cuanto a las mezclas de los diferentes donadores de protones la desnitrificación se efectuó en forma más lenta. La metanogénesis fue superior cuando se usó individualmente ácido acético, y en el caso de la mezcla de ácido acético y ácido butírico. Debido a éstos resultados el ácido acético es el donador de protones que estimula a la desnitrificación en forma más eficiente, esto también se observa con las actividades biológicas de las bacterias para los dos casos tabla. mg NO3/L reactor b reactor c reactor 6 reactor 7 g DQO de CH4/L reactor b reactor c reactor 6 reactor Desnitrificación con diferentes donadores de protones Producción de metano con diferentes donadores de protones. Tabla 4. Actividad desnitrificante y metanogénica bajo diferentes donadores de protones. Reactor (donador de protones) Actividad desnitrificante en - NO 3 mg/l/h/g de SVS Actividad metanogénica en g DQO de CH4/l/h/ g de SVS B (-) - 7.2x1-6 C (-) x1-6 1 (ac.acético) x1-5 2 (ac. Propiónico) x1-5 3 (ac. Butiríco) x1-5 4 (mezcla de los x1-5 donadores) 5 (mezcla ac. Acético x1-5 y butiríco) 6 (mezcla ac. Acético y prop.) x1-6 7 (mezcla ac x1-6 Propiónico y butir.)

5 CONCLUSIONES La desnitrificación es un proceso energéticamente más favorable que la metanogénesis, el nitrógeno formado en este proceso, inicialmente es aprovechado por el consorcio bacteriano y el ácido acético resulto ser el mejor donador de protones, de tal manera que cuando se encuentra en una mezcla estimula el proceso. La metanogénesis es un proceso final de la anaerobiosis que usa el ácido acético como fuente de carbono para la formación de metano y esta es la razón por la cual este proceso se ve retardado cuando están presentes bacterias desnitrificantes que esta usan primero el acetato como donador de protones. BIBLIOGRAFÍA. 1. Akunna, J: C., Bizeau C., Molleta R, Nitrate and nitrite reduction with anaerobic sludge using various carbon sources; glucose glycerol acetic acid lactic acid and methanol. Water Research 27(8), American Public Health Association 1971 Standar methods for the examiation of wastewater, 13 th ed. American Public Health Association, New York 3. Bickers Paul O., Oostrom Albert J., Availability for denitrification of organic carbon in meat-processing wastestreams. Elsevier Vol 75 No Burland Siobha M. and Edwards Elizabeth A., Applied and Enviromental Microbiology Vol. 65, No Carley B.N., Mavinic D.S., The effects of external carbon loading on nitrification and denitrification of a high ammonia landfill leachate. Journal Water Pollution Control Federation 63, } 6. Christon J. Hurst Guy R A., M. Verloo, L. Kiekens, G. Velghe, y R. Camerhyne, Chemical of analysis plants and soils, laboratory of Analytical and Agrochemistry, State University of Ghent, Ghent Belgium, Knudsen, Michael J. McInerney, Linda D. Stetzenbach, Michael V. Walter Manual of environmental microbiology. American Society for Microbiology, p Schlegel G. Transporte de electrones en condiciones anaerobias. Microbiologia General. C Tam N. F. Y., Wong Y. S., Leung G., Effect of exogenus carbon souerces on removal of inorganic nutrient by the nitrification- denitrification proces. Water Research 26 (9),