La eliminación de nitrógeno es una parte crítica del tratamiento de aguas residuales. Cuando el exceso de nitrógeno se descarga en el agua receptora, puede contribuir a la eutrofia, a la proliferación de algas dañinas y a la reducción del oxígeno que daña los ecosistemas acuáticos. Ciertas formas de nitrógeno, especialmente el amoniaco, también pueden ser directamente tóxicas para la vida acuática, mientras que el nitrato puede contribuir a la calidad del agua aguas abajo y a los problemas relacionados con el agua potable. Una eliminación de nitrógeno eficaz ayuda a las plantas de tratamiento a cumplir los límites de descarga normativos, proteger las cuencas sensibles y mejorar la calidad general de los efluentes.
Normalmente, la eliminación de nitrógeno se consigue mediante procesos biológicos como la nitrificación y la desnitrificación, que convierten compuestos de nitrógeno en gas nitrógeno inocuo para reducir el impacto medioambiental.
Procesos de eliminación de nitrógeno biológico
Nitrificación
La nitrificación es el proceso biológico en el que las bacterias aeróbicas convierten el amoníaco primero en nitrito y después en nitrato. Este proceso tiene lugar en zonas de aireación con suficiente oxígeno disuelto, un pH adecuado y una edad de los fangos adecuada. La nitrificación se realiza principalmente mediante microorganismos nitrificantes que crecen en fangos activados o sistemas de biopelícula.
Denitrificación
La denitrificación se produce cuando las bacterias convierten el nitrato en gas nitrógeno en condiciones anóxicas, en las que el oxígeno disuelto está ausente, pero el nitrato está disponible. Usando carbono orgánico como fuente de energía, estos microorganismos reducen el nitrato paso a paso al gas nitrógeno, que se libera a la atmósfera. La desitrificación suele producirse en zonas anóxicas dedicadas.
Para una desnitrificación óptima, es importante proporcionar una mezcla adecuada del flujo de aguas residuales y los flujos de retorno, mantener los sólidos en suspensión e impedir que el oxígeno mensurable entre en la zona anóxica.
Nitrificación y denitrificación simultáneas (SND)
La nitrificación y la desnitrificación simultáneas se producen cuando el amoníaco se oxida a nitrato en zonas aeróbicas, mientras que el nitrato se reduce a gas nitrógeno en microentornos con bajo contenido de oxígeno dentro del mismo reactor o bloque. En condiciones de oxígeno disuelto cuidadosamente controladas, tanto las bacterias nitrificantes como las desnitrificantes pueden funcionar juntas para mejorar la eliminación de nitrógeno en un solo entorno de proceso.
Desafíos comunes
El rendimiento de la eliminación de nitrógeno puede verse afectado por la estabilidad del proceso, la demanda de energía, la disponibilidad de carbono y los requisitos de conformidad de los permisos. La nitrificación es sensible al oxígeno disuelto bajo, las temperaturas frías, el tiempo de retención de sólidos corto y los compuestos tóxicos o inhibidores, todos los cuales pueden reducir la eficiencia de eliminación del amoníaco. Debido a que las bacterias nitrificantes crecen lentamente, la recuperación después de condiciones molestas puede tardar tiempo. La nitrificación también consume alcalinidad y puede reducir el pH, por lo que un tamponamiento inadecuado puede afectar al rendimiento. Además, la aireación necesaria para la nitrificación puede hacer que el proceso consuma mucha energía.
La denitrificación depende de mantener un entorno anóxico, proporcionar suficiente nitrato y garantizar que haya suficiente carbono fácilmente biodegradable disponible. Si el carbono es limitado, la eliminación de nitrato puede ser incompleta y el nitrógeno total del efluente puede permanecer alto. En algunos casos, las instalaciones pueden necesitar añadir una fuente de carbono externa, lo que aumenta tanto el coste como la complejidad operativa. Una mezcla deficiente, un arrastre de oxígeno disuelto a zonas anóxicas o unas tasas de reciclaje incorrectas también pueden reducir la eficiencia de la desnitrificación.
Tanto para la nitrificación como para la desnitrificación, es esencial contar con instrumentos y controles de procesos eficaces. Las variaciones en la carga de entrada, el caudal meteorológico húmedo y los cambios de temperatura estacionales pueden dificultar la optimización. Los operadores deben equilibrar el suministro de oxígeno, el uso de carbono, la antigüedad de los fangos y la recirculación interna para mantener un rendimiento estable. Cuando estos factores no se gestionan con cuidado, las plantas pueden experimentar amoníaco o trituración de nitrato, una menor eficiencia del tratamiento y un mayor riesgo de incumplimiento.
Soluciones probadas para la eliminación de nitrógeno
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