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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
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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
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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
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Galloway et al., 2003
Población global (Billones)
Teragramos de nitrogen (Tg N ) por año
“N- Reactivo total”
Producción global de nitrógeno
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Cascada del nitrógeno
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Galloway et al., 2003
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Síndrome del bebé azul
Problemas ambientales y de salud
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Eutrofización
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ANAMMOX (ANOXICO)
NO2-
NH4+
NO
N2H4 N2
DESNITRIFICACIÓN (ANOXICO)
Proceso Biológico
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D. Litotrófica
D. Organotrófica
NITRIFICACIÓN (OXICO)
O2 H2O
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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
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NO3-
SO42-
N2
Desnitrificación litotrófica: Nitrato en aguas subterráneas
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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
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Fenol
NO3-
HS-
HCO3-
N2 SO42-
Biología molecular
Beristain-Cardoso et al., 2009
Desnitrificación lito-organotrófica
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(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
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1. Diversidad Microbiana 1. Transferencia horizontal de
información genética
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De la Torre-Velasco et al., 2013
Nitrificación/desnitrificación en la misma unidad de reacción
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Nitrificación/desnitrificación vía nitrito “short-cut”
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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
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Durán-Vega, 2013
González-Blanco et al., 2012
Nitrificación/desnitrificación “short-cut”
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0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
120
140
mg
/ L
Tiempo (h)
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
120
140
mg
/ L
Tiempo (h)
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
120
140m
g / L
Tiempo (h)
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
120
140
mg
/ L
Tiempo (h)
N-Nitrito N-Nitrato N-N2 N-Amonio
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
120
140
mg
/ L
Tiempo (h)
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Futuras investigaciones
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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
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División de Ciencias Ambientales División Biología Molecular
Jim Field Reyes Sierra
Ramón Pampín
Elías Razo Ángel Alpuche
Departamento de Biotecnología
Jorge Gómez
Agradecimientos
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Dennis Nuryt Jacqueline Covarrubias Gehovana González Karina Téllez David Silva Alejandro Velasco Sergio Durán
Estudiantes de Posgrado:
Agradecimientos
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Gracias por su atención!