El papel de la alcalinidad del agua residual en la nitrificación biológica

La nitrificación biológica es un proceso crucial en el tratamiento de aguas residuales, encargado de la conversión de amoníaco en nitrato a través de etapas intermediarias. Este proceso es llevado a cabo principalmente por bacterias nitrificantes, como Nitrosomonas y Nitrobacter, que oxidan el amoníaco a nitrito y luego a nitrato, respectivamente. La eficiencia de la nitrificación está influenciada por varios factores, entre los que la alcalinidad del agua residual juega un papel determinante.

La alcalinidad es una medida de la capacidad del agua para neutralizar ácidos, representada principalmente por la presencia de bicarbonatos (HCO₃^–), carbonatos (CO₃^2-), e hidróxidos (OH^–). En el contexto del tratamiento de aguas residuales, la alcalinidad es esencial para mantener un pH estable, que es vital para la actividad de las bacterias nitrificantes.

Rol de la alcalinidad en la nitrificación

El proceso de nitrificación implica la oxidación del amoníaco (NH3) a nitrato (NO₃^–), generando ácido nítrico (HNO₃) como subproducto. Este ácido tiende a disminuir el pH del medio, creando un ambiente ácido que puede inhibir la actividad bacteriana si no se neutraliza adecuadamente. Aquí es donde la alcalinidad entra en juego, proporcionando un amortiguador que mantiene el pH en un rango óptimo para las bacterias nitrificantes, típicamente entre 7.0 y 8.5.

Etapas de la nitrificación y la alcalinidad

Oxidación del amoníaco a nitrito:

NH₃ + O₂ → NO₂^– + 3H⁺ + 2e^–

Durante esta etapa, la formación de iones de hidrógeno (H^+) reduce el pH. La alcalinidad, en forma de bicarbonato, neutraliza estos iones:

H^– + HCO₃^– → H₂O + CO₂

Oxidación del nitrito a nitrato:

NO₂^– + O₂ → NO₃^–

Aunque esta etapa produce menos iones de hidrógeno comparada con la oxidación del amoníaco, aún contribuye a la acidez del medio. Por tanto, una alcalinidad adecuada sigue siendo esencial para mantener el equilibrio del pH.

Consecuencias de una baja alcalinidad

Inhibición de la actividad bacteriana: Si la alcalinidad es insuficiente, el pH puede caer por debajo del nivel óptimo, inhibiendo las bacterias nitrificantes y reduciendo la eficiencia del proceso. Un pH bajo puede incluso llevar a la muerte de estas bacterias, deteniendo la nitrificación y permitiendo la acumulación de amoníaco, lo cual es tóxico para los organismos acuáticos y humanos.
Efectos sobre el hormigón de los reactores biológicos: El pH ácido resultante de una baja alcalinidad no solo afecta a las bacterias, sino también a las estructuras de los reactores biológicos. El hormigón, que es un material alcalino, puede sufrir daños significativos en condiciones ácidas. La acidez puede causar la lixiviación de componentes alcalinos del hormigón, debilitando su estructura y reduciendo su vida útil. Esto puede resultar en costosas reparaciones y mantenimientos, además de comprometer la seguridad y eficiencia del sistema de tratamiento de aguas residuales.

Estrategias para Mantener la Alcalinidad

Añadido de Sustancias Alcalinas: En casos donde la alcalinidad natural del agua residual es baja, se pueden agregar compuestos como bicarbonato de sodio (NaHCO₃) o carbonato de calcio (CaCO₃) para aumentar la capacidad amortiguadora.
Control del Aporte de Amoníaco: Regulando la carga de amoníaco en el sistema de tratamiento se puede controlar la demanda de alcalinidad, asegurando que la capacidad de neutralización del agua sea suficiente para el proceso de nitrificación.
Monitoreo Continuo: Es crucial mantener un monitoreo continuo del pH y la alcalinidad del sistema para realizar ajustes oportunos que aseguren condiciones óptimas para las bacterias nitrificantes.