EFECTOS DE LA NITRIFICACIÓN EN LA DETERMINACIÓN DE LA DBO 5, EN AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES.

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1 EFECTOS DE LA NITRIFICACIÓN EN LA DETERMINACIÓN DE LA DBO 5, EN AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES. FÉLIX JULIÁN SOTO, MANUEL ALONSO GUTIÉRREZ, RAÚL ROJAS CH. Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional Unidad Oaxaca. Departamento de Ingeniería y Tecnologías Adecuadas CIIDIR I.P.N Oax. y Sociedad Oaxaqueña de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Hornos #1003, Unidad Indeco Santa Cruz Xoxocotlán, Tel. (51) 71199, Ext.2741, Fax. 01 (951) felixpolioax@hotmail.com RESÚMEN La nitrificación es un proceso importante que consiste de la oxidación del material nitrogenado, durante un periodo de tiempo suficientemente largo, realizándose simultáneamente con la carbonización o después de ésta, en las aguas residuales. Este fenómeno en su primera etapa lo realizan los microorganismos Nitrosomonas y en la 2 a etapa los Nitrobacter. En este estudio se midió la cantidad de oxígeno consumido por materia nitrogenada y por materia carbónacea, buscando demostrar que la nitrificación en las plantas de tratamiento no se realiza después del quinto día, si no que se lleva a cabo conjuntamente con la demanda carbónacea. Las pruebas se realizaron en la descarga de la planta de tratamiento de la unidad habitacional GEO, Villas Xoxo II al Río Atoyac, en la ciudad de Oaxaca, midiendo la demanda bioquímica de oxígeno y la cantidad de nitritos y nitratos encontrados con concentraciones de oxígeno para la nitrificación que van del 20 al 50% en algunos casos; por lo que el oxígeno consumido que se mide para la determinación indirecta de la DBO 5, no solamente se debe a la materia carbonacea, si no que también por los nutrientes, donde el amoniaco se convierte a nitritos y finalmente a nitratos. Se demostró que el proceso de nitrificación en la planta de tratamiento de GEO Oaxaca, se tiene el desarrollo de bacterias Nitrobacter desde el primer día del cultivo de la muestra para la demanda bioquímica de oxígeno, esta situación es contraria a los principios que se establecen. Palabras clave: Nitrificación, Demanda Bioquímica de Oxigeno, Aguas residuales.

2 INTRODUCCIÓN La demanda de oxígeno (DBO 5 ) es una medida indirecta de evaluar la cantidad de materia orgánica que se encuentra en el agua residual, por la carbonización de sustancias orgánicas removibles, sin embargo, también está involucrado el fenómeno de nitrificación, realizado por microorganismos que poseen la capacidad para asimilar el nitrato (NO 3 ) y el nitrito (NO 2 ) de manera reductiva al convertir los iones de amonio y posteriormente a nitritos y nitratos. El presente trabajo considera principalmente la microbiología sanitaria con el fin de conocer la capacidad y medios de desarrollo de los microorganismos que utilizan el oxígeno para la respiración celular, habiendo otras que pueden crecer y multiplicarse en ausencia de oxígeno gaseoso (anaerobias), obteniendo su energía mediante carbohidratos y aminoácidos. El nitrógeno participa en los sistemas biológicos solo cuando es fijado, combinándose con el hidrógeno y el oxígeno, propiedad que se lleva a cabo por bacterias azobacter y la anaeróbica clostridium: las bacterias oxidan compuestos nitrogenados inorgánicos, nitrobacter, nitrosomas, bacterias desnitrificantes que producen nitratos y nitritos a nitrógeno gaseoso u óxido nitroso. Otras bacterias fijadoras de nitrógeno se asocian con plantas, viven en forma libre en el suelo, algunas son fotosintéticas, otras requieren oxígeno y otras solo crecen cuando el oxígeno es eliminado del ambiente. El producto inicial para la fijación es el amoniaco y son catalizadas por la encima nitrogenada, las proteínas se desintegran en aminoácidos y estas se degradan para producir amoniaco, nitritos y nitratos que son absorbidos por las plantas o por bacterias nitrificantes que degradan el nitrógeno fijado y lo regresan a su original forma diatómica. Las bacterias desnitrificantes completan el ciclo del nitrógeno cuando lo regresan a la atmósfera. El propósito de este trabajo fue comprobar que la nitrificación no se realiza después del quinto día como se observa en la grafica (1), sino que se desarrolla desde el primer día de muestreo, simultáneamente con la carbonización por lo cual se obtuvieron concentraciones de nitrato y nitritos y oxigeno extequimétrico a partir de la relación de amoniaco oxidado, considerando la oxidación biológica equivalente a la química. En la grafica (1) la curva (DBO 5 ) se aproxima a la demanda bioquímica final de oxigeno, a partir de este tiempo, la demanda de oxigeno por materia carbonacea queda satisfecha y la nitrificación no se suprime, superponiéndose a la oxidación de la materia carbónica, dando como resultado una curva combinada conjunta de materia carbónica y nitrogenada.

3 >y y = L O (1-10 -Kt ) L O C L N Curva de demanda combinada, sin suprimir el proceso de nitrificación. Eliminación de nitrificación. L O Curva de demanda de Oxígeno por compuestos de carbono. T O GRAFICA 1 DBO por compuestos de carbono y nitrógeno PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se realizó un muestreo de 24 h. de la descarga de la planta de tratamiento GEO, Villas Xoxo II, al Río Atoyac, considerando la norma NOM-001-ECOL-1996, se midieron flujos aplicando el método de CHEZHY para conductos circulares parcialmente llenos, posteriormente se tomaron muestras cada 3 horas para formar una muestra compuesta cuyas cantidades de las muestras simples fueron proporcionales a los gastos medidos. A las muestras compuestas preparadas se determinó la demanda bioquímica de oxígeno y nitritos y nitratos cada 24 h. determinando el oxígeno consumido por la materia orgánica carbonacea y estequiométricamente se determinó el oxígeno consumido haciendo una representación química entre el amonio o amoniaco con el oxígeno y los nitritos y nitratos obtenidos como productos, de esta manera se evaluó la cantidad de oxígeno consumido por la materia carbonacea y simultáneamente se midió en forma analítica el oxígeno consumido por la materia nitrogenada, obteniendo resultados importantes en cuanto a las cantidades de oxígeno consumido simultáneamente por las bacterias carbónaceas y nitrobacter. RESULTADOS OBTENIDOS. Durante la caracterización de las muestras tomadas en la descarga principal de la planta se obtuvieron porcentajes elevados de la concentración de nitratos y nitritos desde el primer día del cultivo de las muestras para la determinación de la demanda bioquímica de oxígeno, en las primeras determinaciones se tienen porcentajes de hasta un 60% del oxígeno total consumido, estos valores fueron disminuyendo en los días posteriores con valores que van del 20% al 50% del consumo total de oxígeno por lo cual los resultados obtenidos no corresponden a la bibliografía consultada.

4 En las siguientes graficas se podrá apreciar la cantidad de oxígeno consumido por la carbonización y nitrificación y que difiere de manera significativa con la grafica 1 cuyo comportamiento es estandarizado en otros lugares. Tabla (1). Resultados del consumo de Oxígeno en la carbonización y nitrificación. No. de muestra DBO 5 % NO 2 % % RELACIÓN DE CONSUMO DE OXÍGENO DURANTE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS DE CARBONIZACIÓN (1) Y NITRIFICACIÓN (2) Número de muestra (1) (2) En esta gráfica se puede observar las concentraciones de nitratos y nitritos en las proporciones calculadas y comparados con la demanda bioquímica de oxígeno determinado al mismo tiempo y a la misma muestra de agua residual estudiada.

5 DEMANDA CARBONACEA Y NITROGENADA DE OXÍGENO EN LA DESCARGA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE VILLAS XOXO II NO3 mg/l NO2 mg/l DBO mg/l NO2 mg/l NO3 mg/l DBO mg/l ANÁLISIS DE RESULTADOS. Todos los parámetros fueron analizados siguiendo los métodos normalizados para aguas y aguas residuales (APHA 1992) y se confirmaron en el caso de los nitritos y nitratos con equipo HACH calibrado obteniendo resultados similares. Las concentraciones elevadas de oxígeno consumido por la nitrificación se piensa que se debe al almacenamiento del agua residual en la planta tratadora de aguas residuales y que ésta no estaba operando correctamente. En algunas muestras puntuales se tenía problemas con la determinación de cada uno de los parámetros lo cual se debió al exceso de metales que tiene el agua así como también a un polvo alto en concentraciones de cloro que utilizan en la planta para la desinfección del agua. En la bibliografía de tratamiento de aguas residuales de Ralmalho se indica que la nitrificación se empieza a llevar a cabo después del quinto día de la estabilización o almacenamiento del agua residual, esta situación no se cumple en las plantas de tratamiento ( o por lo menos en este caso) ya que el tiempo de retención del agua en las plantas de lodos activados con aereación extendida solamente es de 8 h.

6 CONCLUSIONES. En la evaluación de la materia orgánica en las aguas residuales municipales tratadas, la determinación indirecta de oxígeno consumido no es exacta debido a que existe un gasto de oxígeno por la nitrificación desde los primeros días del cultivo de microorganismos para oxidar la materia carbonacea. Es necesario considerar la cantidad de oxígeno utilizado por las bacterias nitrobacter ya que en el caso de la aplicación de la normatividad ambiental en personas generadoras del residuo, la cuantificación no es correcta si estamos considerando un cobro o un costo económico por materia orgánica desechada a cuerpo receptores. Es necesario hacer otras determinaciones para comprobar la hipótesis establecida. BIBLIOGRAFIA. 1).-Agosto / Septiembre Formula Ambiental Tecno-industria. Boletín informativo Vol. 1 numero 4. 2).-Boletín de la comisión Oaxaqueña de defensa Ecológica. Marzo /Abril 2000.El agua en el mundo. 3).-César Falcón 1983.Manual de tratamiento de aguas negras. Editorial Limusa. S. A. 4).-Jairo Alberto R. Junio Calidad del agua 2ª edición. Alfa Omega. 5).-Jenkins Snoexink Química del agua, manual de laboratorio. Ed. Limusa. 6).-Julián Rubén Ríos. 16 de febrero Sistemas económicos de tratamiento de aguas residuales municipales. 7).-Mar. y Ann. H. F Métodos normalizados para análisis de aguas potables y residuales. Ed/ Díaz de los Santos. 8).-Michael. Winkler Tratamiento biológico de aguas residuales. Ed. Limusa. 9).-Norma Oficial. NOM-001-ECOL ).- Norma oficial NMX-AA ).-Portillo Molina Moisés. Efecto del tiempo de aireación sobre la desnitrificación biológica en reactores por cargas secuenciales. Universidad central de Venezuela, Facultad de ingeniería, dto. De ingeniería sanitaria. Caracas Venezuela.