Potencial e importancia del ciclo del · 1. Flujo del nitrógeno 2. Producción global de...
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Potencial e importancia del ciclo del nitrógeno en la depuración de aguas Ricardo Beristain Cardoso Dr. Ricardo Beristain Cardoso [email protected] Campus Lerma
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Potencial e importancia del ciclo del nitrógeno en la depuración
de aguas
Ricardo Beristain Cardoso
Dr. Ricardo Beristain Cardoso
Campus Lerma
1. Flujo del nitrógeno
2. Producción global de nitrógeno reactivo
3. Impacto en los ecosistemas y en la salud pública
4. Nitrificación
5. Desnitrificación
6. Acoplamiento de la nitrificación/desnitrificación vía S° o NO2-
7. Futuras investigaciones
Índice de contenido
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Nitrógeno orgánico
Materia fecal, Orina,
Amonio
Gas (NH3)
Sal (NH4+)
Nitrito
(NO2-)
Nitrato (NO3
-)
Nitrógeno Gas
(N2), 79% en la atsmosfera
Nitrógeno orgánico
En plantas (Proteínas)
Nitrógeno orgánico
En Animales (Proteínas)
Flujo del nitrógeno
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Galloway et al., 2003
Población global (Billones)
Teragramos de nitrogen (Tg N ) por año
“N- Reactivo total”
Producción global de nitrógeno
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Cascada del nitrógeno
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Galloway et al., 2003
Síndrome del bebé azul
Problemas ambientales y de salud
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Eutrofización
ANAMMOX (ANOXICO)
NO2-
NH4+
NO
N2H4 N2
DESNITRIFICACIÓN (ANOXICO)
Proceso Biológico
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
D. Litotrófica
D. Organotrófica
NITRIFICACIÓN (OXICO)
O2 H2O
Klerebezem et al., 2007
Enzymatic cofactors
Phosphorus, sulphur, etc..
¿Qué es un proceso biológico eficiente?
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Referencia Tipo de cultivo
Compuestos biotransformados
Productos
Observaciones
Silva et al., 2007
En lote Amonio p-cresol Fenol 2-clorofenol p-OH benzoato p-OH benzaldehído
NO3-
HCO3-
Altas eficiencias de consumo y rendimientos de producto
Beristain-Cardoso et al., 2010
En lote Amonio Sulfuro
NO3-
SO42-
Altas eficiencias y rendimientos Acumulación transitoria de S0
Beristain-Cardoso et al., 2011
Cultivo continuo
Amonio Sulfuro p-cresol
NO3-
HCO3-
SO42-
Altas eficiencias de consumo y rendimientos de producto
Nitrificación: Coexistencia
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
NO3-
SO42-
N2
Desnitrificación litotrófica: Nitrato en aguas subterráneas
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Soporte de
polietileno
(limpio)
Soporte de
polietileno
inmovilizado S0
Acetato
Nitrato
Sulfuro
HCO3-
N2
C/N ↑
Beristain-Cardoso et al., 2008
Desnitrificación lito-organotrófica: Recuperación de azufre
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Fenol
NO3-
HS-
HCO3-
N2 SO42-
Biología molecular
Beristain-Cardoso et al., 2009
Desnitrificación lito-organotrófica
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
(SO4
2-, N2)
(S0 , HCO3- , NO3
-)
Flexibilidad metabólica (Consorcio microbiano)
Bioreactor oxico/anoxico
(S2-, p-cresol, NH4+)
Nitrificación
Desnitrificación
(S0 , NO3
-)
S0
? ? ?
Oxico Anoxico
Integración de información científica
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
1. Diversidad Microbiana 1. Transferencia horizontal de
información genética
De la Torre-Velasco et al., 2013
Nitrificación/desnitrificación en la misma unidad de reacción
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Nitrificación/desnitrificación vía nitrito “short-cut”
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Nitrificación Desnitrificación
Vía nitrito (short-cut)
Ventajas
↓ [O2]
↓ Producción de lodos
↓ Requerimientos de donador de
electrones
↑ Velocidades desnitrificantes con nitrito
Peng y Zhu, 2006; Tora y col., 2011
Desventajas
↑ El nitrito se reporta como un inhibidor
de los procesos respiratorios
↑ Control operativo
Almeida y col 1995; Philips y col., 2001; Zhu y col., 2008; Ma y col., 2010
Durán-Vega, 2013
González-Blanco et al., 2012
Nitrificación/desnitrificación “short-cut”
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
0 10 20 30 40 50 60
0
20
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mg
/ L
Tiempo (h)
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
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N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
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Tiempo (h)
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
0 10 20 30 40 50 60
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140
mg
/ L
Tiempo (h)
Futuras investigaciones
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
1) Acoplamiento de la nitrificación/desnitrificación en reactores híbrido
2) Estudios con aguas residuales municipales e industriales
3) Adición de nitrato a las aguas residuales (Implicaciones económicas)
4) Automatización de plantas de tratamiento con adición continua de nitrato
División de Ciencias Ambientales División Biología Molecular
Jim Field Reyes Sierra
Ramón Pampín
Elías Razo Ángel Alpuche
Departamento de Biotecnología
Jorge Gómez
Agradecimientos
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Dennis Nuryt Jacqueline Covarrubias Gehovana González Karina Téllez David Silva Alejandro Velasco Sergio Durán
Estudiantes de Posgrado:
Agradecimientos
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
Gracias por su atención!
