Reducción de la concentración de nitrato en aguas subterráneas por desnitrificación biológica

Abstract

Gran parte de nuestro país usa fuentes de agua subterránea (AS) para consumo humano. Diferentes actividades antrópicas contaminan las aguas freáticas con NO3- que pueden ser nocivos para la salud. La desnitrificación biológica (DB) es un proceso que implica la reducción secuencial de NO3- a N2 vía las enzimas reductasas de NO3-, NO2-, NO y N2O, con las ventajas de no generar subproductos y gran recuperación de agua. Su eficiencia depende de los microorganismos, la fuente de C, la relación C/N y del material soporte sobre el que las bacterias autóctonas responsables del proceso forman una biopelícula. En ciertas condiciones, la DB compite con la reducción desasimilatoria de NO3- a NH4+ (RDNA). Los objetivos de este trabajo son: fijar condiciones que permitan la DB de AS disminuyendo la concentración de NO3- por debajo del límite permitido sin acumular intermediarios, y caracterizar la comunidad bacteriana involucrada en el proceso.Se compararon 3 soportes, arena (A), carbón activado y carriers plásticos en ensayos en batch usando acetato de sodio como fuente de C y suplementando con P. La relación C/N y la fuente de C (acetato o etanol) se estudiaron en biorreactores semicontinuos a escala de laboratorio, alimentados con AS suplementada con fuente de C y P, usando A como soporte. Los niveles de NO3-, NO2- y NH4+ se cuantificaron por espectrofotometría. El ADN metagenómico se extrajo con un kit comercial. La comunidad desnitrificante se caracterizó por DGGE de los genes de ARNr (16S) y de NO2- reductasas nirS y nirK, y cuantificó por PCR de tiempo real. Los aislamientos bacterianos se obtuvieron de los granos de arena colonizados incubados anaeróbicamente en placas de AS-agar suplementadas con nutrientes y su capacidad desnitrificante por punción de los mismos en tubos con el mismo medio de cultivo y observación de formación de gas.A partir de incubaciones en batch se eligió la A como soporte más adecuado para el proceso de DB. Ambas fuentes de C fueron apropiadas para la DB sin competencia de la RDNA obteniéndose valores aceptables para agua de consumo ([N-NO3-]<10 mg/l, [N-NO2-]<30 μg/l y [N-NH4+]<0,2 mg/l). Se estimó el tiempo de arranque del reactor como 208 tiempos de retención hidráulica. Los perfiles moleculares evidenciaron cambios en la diversidad y abundancia de genes 16S, nirS y nirK en el tiempo, sugiriendo una sucesión de especies que comienza con poblaciones capaces de realizar el primer paso de DB, aumentando luego la abundancia de otras capaces de reducir NO2-. Se aislaron bacterias capaces de acumular NO2- o formar gases, que estarían involucradas en la DB.Se fijaron condiciones que permiten la DB alcanzando niveles de NO3- muy inferiores al límite permitido sin acumulación de NO2- o NH4+. Se evidenciaron cambios en la estructura de la comunidad bacteriana en el tiempo y se obtuvieron aislamientos que estarían involucrados en la DB. Esta información permite fijar parámetros operacionales necesarios para el escalado del proceso.