1. Introducció
Degut a la procedència de les aigües residuals, aquestes acostumen a tenir un alt contingut en nitrogen i fòsfor. Aquest apareix a partir de la descomposició de la matèria orgànica i de les restes de fems. Les aigües residuals no poden ser evocades directament als cursos fluvials o al mar ja que l’augment de nitrogen pot crear un boom en la formació d’algues, que pot provocar una eutrofització del medi, i el fòsfor passa a ser contaminant, per tant han de ser tractades per les depuradores. Les concentracions del nitrogen i el fòsfor, amb les quals l’aigua ha de ser retornada a l’efluent, venen estipulades per les lleis europees com la (2000/60/CE) i (97/271/CE), i per lleis d’àmbit estatal com són els reals decrets (RD 509/1996)i (RD 11/1995).
Taula 1: RD 509/1996
L’eliminació dels dos compostos es fan mitjançant dos processos diferents, en el cas del nitrogen els més comuns són la nitrificació i desnitrificació i per el que és el fòsfor és fa majoritàriament amb l’addició d’un reactiu el qual provoca la precipitació d’aquest compost.
2. Eliminació del nitrogen
En les aigües residuals podem trobar el nitrogen en quatre formes diferents: en forma de nitrogen orgànic, amoniacal, nitrits i nitrats. El nitrogen orgànic està molt lligat amb la matèria orgànica en suspensió, per tant, quan l’elimines també s’elimina aquesta forma del nitrogen. El nitrogen amoniacal gràcies a l’acció de les bacteris autòtrofes quimiolitotròfiques convertiran aquest nitrogen en nitrits i nitrats. El nitrogen en forma de nitrit té relativament poca importància perquè degut a la seva inestabilitat s’oxida molt fàcilment a nitrat. Finalment, els nitrats passaran a nitrogen gas mitjançant bacteris heterotròfiques facultatives.
Aquesta eliminació del nitrogen es divideix en dues fases:
 |
| Imatge 1: Processos d'eliminació del nitrogen |
· Nitrificació
En aquest pas l’amoni es redueix a nitrat (tal com veiem a la següent fórmula) mitjançant principalment l’acció de dues bacteris: Nitrosomonas són bacteris bastant grans, entre 0.4 i 0.6 micres, "Gram-negatives", autòtrofes i que necessiten oxigen per oxidar successivament els amoníacs a nitrits (consumeixen l’amoni i produeixen nitrits) i Nitrobacter són bacteris "Gram-negatives", autòtrofes i que requereixen oxigen per oxidar successivament els Nitrits a nitrats. (descompon els nitrits a nitrats). La nitrificació sempre es dóna en condicions aeròbies. La velocitat de la reacció augmenta al augmentar la concentració d’oxigen. Aquesta aportació d’oxigen es dona mecànicament i comporta elevats costos.
NH4+ + 2 O2 ---------> NO3- + 2 H+ + H2O
· Desnitrificació
Procés anaerobi pel qual els nitrats passen a nitrogen gas. Aquesta última fase del procés d’eliminació del nitrogen la duen a terme diferents gèneres de bacteris entre els quals trobem Pseudomonas, Micrococus i Archromobacter. Aquests bacteris heteròtrofs utilitzen la matèria orgànica com a font de carboni. Per tant, sense presència de matèria orgànica no es produiria aquesta reacció.
 |
| Imatge 2: Utilització del nitrogen |
3. ELIMINACIÓ DEL FÓSFOR
El fòsfor es troba formant part de compostos orgànics (fòsfor orgànic) o com a polifosfat i ortofosfat (fòsfor inorgànic).
El fosfat orgànic forma part de compostos com els àcids nucleics, els fosfolípids o l’ATP entre altres. Presenta poca importància a nivell domèstic però pel que respecte a abocaments industrials i en fangs, produïts arrel del tractament de l’aigua residual domèstica, les concentracions són força elevades.
Els polifosfats són polímers compostos per dos o més monòmers de fosfats (PO43-)n. En solucions aquoses s’hidrolitzen en ortofosfats molt lentament.
Els ortofosfats ja presenten la suficient degradació per ser assimilats pel metabolisme biològic. En aigua, depenent del pH, poden presentar-se com PO43-, HPO42- i H3PO4.
Segons els objectius que una EDAR tingui l’obligació de complir, existeixen diferents dissenys per tal de tractar el fòsfor; fisicoquímics, biològics i combinats.
Eliminació
|
Fisicoquímica
|
Biològica
|
Context
|
Addició de sals d’alumini, calci o ferro, eliminant el fòsfor formant sals de baixa solubilitat.
|
Procés biològic a partir de llots actius. S'acondiciona la biomassa (organismes acumuladors de polifosfats (PAO)) per tal de que acumulin la major quantitat de fòsfor possible. Es dona a partir d’un primer ambient anaeròbi (sense acceptor d’electrons i presència de M.O) i un segon aeròbi (O2 com a acceptor d’electrons i sense M.O). Dites condicions suposen avantatges pels PAO’s respecte altres microorganismes.
|
Avantatges
|
Fàcil i estable
|
Alta eficiència, menor producció de fangs, econòmic i sostenible.
|
Inconvenients
|
Cost dels reactius i productes que s’afegeixen per regular el pH, toxicitat dels reactius i dels llots generats.
|
Disseny i aplicació es troben poc desenvolupats a l’hora d’optimitzar el procés segons les condicions de l’influent.
|
EBPR: Enhanced Biological Phosphorus Removal. (Eliminació biològica del fòsfor realçada). Sistema de tractaments d’aigües residuals utilitzant microorganismes DPAO.
Metabolisme dels DPAO:
Els DPAO són una fracció del microorganismes PAO, els quals són capaços d’utilitzar compostos oxidats del nitrogen com acceptor d’electrons (i per tan reduir-lo), alhora que els permet captar fòsfor sota condicions anòxiques.
Esquema dels metabolismes dels DPAO: a) en fase anaeròbica i b) en fase anòxica.
Els microorganismes alternen entre condicions anaeròbies i anòxiques. En condicions anaeròbies els DPAO capten substrat orgànic transformant-lo en acetil-CoA i produïnt després polihidoxialcanoat (PHA), mitjançant la degradació de glicogen inter, el qual s’utilitzarà com a font de carboni en la fase anòxica. L’energia necessària per aquest procés prové principalment de la hidròlisis de polifosfat emmagatzemat, el qual explica els ortofosfats que es desprenen al medi (figura a).
En la fase anòxica el PHA s’hidrolitza a acetil-CoA per tal de captar fòsfor i recuperar el glicògen. Els DPAO capten ortofosfats per tal de recuperar els nivells de polifosfat interns. En aquesta fase s’utilitza com acceptor d’electrons nitrit o nitrat, el qual es desnitrifica a N2.
Competència
Els GAO’s o organismes acumuladors de glicogen són microorganismes que també proliferen al alternar entre condicions anaeròbiques i anòxiques, fet que provoca inestabilitat en el sistema EBPR, i conseqüentment, una pèrdua en la capacitat d’eliminació del fòsfor.
