21. ¿En qué consiste el proceso de la nitrifiacion y la desnitrificacion del ciclo biológico del nitrógeno? Los procesos de nitrificación y desnitrificación que se llevan a cabo en la depuración de aguas residuales son sistemas copiados de la naturaleza. Consiste en crear el ambiente adecuado para que bacterias de distinto tipo pasen el nitrógeno inorgánico y orgánico que hay en el agua residual a nitr nitróg ógen eno o gase gaseos oso o (N2 (N2 que que se desp despre rend ndee haci haciaa la atmó atmósf sfer era. a. !ste !ste proceso se divide en dos etapas (Nitrificación " aerobia y #esnitrificación " anaerobia.
!l proceso de nitrificación y desnitrificacion (N#N tiene como ob$etivo básico la eliminación del del nitrógeno que hay hay en un residuo. residuo. %e trata de un proceso microbiológico en el cual el amonio es o&idado por bacterias autó autótr trof ofas as a nitr nitrat ato o en pres presen enci ciaa de o&'g o&'gen eno o y ca carb rbon ono o inor inorgá gáni nico co (nitrificación y a continuación este nitrato es reducido por bacterias hete heteró rótr trof ofas as a nitr nitróg ógen eno o mole molecu cula larr gas gas en ause ausenc ncia ia de o&'g o&'gen eno o y presencia de carbono orgánico (desnitrificacion. !l nitrógeno molecular (No es un gas inerte componente componente mayoritario de la atmosfera.
22. Existen estudios efectuados en suelos y plantas de tratamiento de aguas residuales, diferentes a los conocimientos explique dos de ellos. N!"#$%$&N '()&*$% EN %*+% "E-+%)E !l proceso mediante el cual se convierte a nitrato el nitrógeno presente en el agua residual bruta o decantada se conoce como )nitrificación biológica*. + continuación se revisan ecuaciones estequiom,tricas y e&presiones cin,ticas de crecimiento microbiano. La estequiometr'a describe al proyectista qu, reacciones ocurren y con qu, e&tensión- las e&presiones cin,ticas describen la velocidad de las reacciones. tilizando esta información es posible dise/ar y determinar la dimensión y tipo de reactor que es necesario las condiciones ambientales a mantener en el reactor y las cantidades de los reactivos e&ternos tales como o&'geno o metanol que deben ser suministrados. !stequiometr'a La nitrificación es un proceso autotrófico- esto es la energ'a necesaria para el crecimiento bacteriano se obtiene de la o&idación de compuestos de nitrógeno principalmente del amon'aco. +l contrario que los organismos heterótrofos para la s'ntesis de c,lulas nuevas los organismos nitrificadores emplean dió&ido de carbono (carbono inorgánico en lugar de carbono orgánico. La producción de masa celular de los organismos nitrificadores por unidad de sustrato metabolizada es menor que la producción de los organismos heterótrofos. La o&idación del amonio es un proceso que se realiza en dos etapas en el que toman parte dos familias de microorganismos Nitrosomonas y Nitrobacter. !n la 01 etapa el amonio es convertido a nitrito- en la 21 ,ste es convertido a nitrato. Las bacterias nitrificantes o&idan el amonio que se encuentra inicialmente en el agua residual y el que además es liberado por las reacciones heterotróficas !l nitrógeno se hidroliza en la red de colectores y en las depuradoras y pasa a amonio N orgánico 3 425
N463 3 54
La o&idación del ion amonio a nitrato tiene lugar en dos etapas 5&idación de amonio a nitrito por Nitrosomonas. N463 3 0.7 52
2 43 3 425 3 N528 3 energ'a
La energ'a liberada por esta reacción es del orden de 79 a 96 :cal por mol de amonio. 5&idación de nitrito a nitrato por Nitrobacter
N528 3 ;.7 52
N5< 8 3 energ'a
!sta relación libera 07.6 a 2;.= :cal>mo/ de nitrito. Las Nitrosomonas obtienen más energ'a por mol de nitrógeno o&idado que las Nitrobacter. %i la s'ntesis celular por unidad de energ'a producida es la misma en ambos casos debe haber más masa de Nitrosomonas formadas por mol de N o&idado que de Nitrobacter. ?eacción global N463 3 2 52
N5<8 3 2 43 3 425
!stas reacciones proporcionan energ'a para el crecimiento de las nitrificantes. Las ecuaciones para el crecimiento de Nitrosomonas y Nitrobacter son 07 C52 3 0< N46 3
0; N528 3 < C74@N52 3 2< 43 3 6 425 Nitrosomonas
7 C52 3 N463 3 0; N528 3 2 425
0; N5<8 3 C74@N52 3 43
Nitrobacte
Las ecuaciones anteriores muestran la producción de ácido libre (4 3 y el consumo de C52 gaseoso. ?ealmente estas reacciones tienen lugar en un medio acuoso en el conte&to del sistema del ácido carbónico. !stas reacciones normalmente tienen lugar a un p4 menor de 9.<. !n estas circunstancias la producción de ácido da lugar a la reacción con el ión bicarbonato (C5<4 con la producción de ácido carbónico (4 2C5<. !l consumo de C52 por los organismos da lugar a una cierta disminución de la forma disuelta del C52 ácido carbónico (42C5< !%A#B5% !N %!L5% Los distintos procesos de p,rdida y ganancia de N del sistema actan en forma simultánea en el suelo y se relacionan con el ciclo de mineralización e inmovilización (CDB del N. La importancia relativa de cada uno de estos procesos está además afectada por las condiciones de clima. La comple$idad de estas reacciones interaccionando entre s' y con el medio ambiente lleva a que sea dif'cil predecir la cantidad de N mineral presente en el suelo y disponible para la absorción por las plantas en un momento dado. +ctualmente mediante modelos matemáticos de simulación es posible estudiar todos estos procesos en forma con$unta y simular incluso el clima. Duchas veces estas herramientas son tiles para avanzar en la comprensión de estos fenómenos pero no están an lo suficientemente avanzadas como para recomendar su uso en situaciones concretas de campo.
Eor lo tanto para poder utilizar el N en forma eficiente tanto el N del suelo como el N agregado resulta imprescindible $unto con el criterio agronómico del t,cnico el uso de herramientas de análisis de suelo y planta. !l destino del N agregado con el fertilizante por e$emplo en la siembra de un cultivo invernal puede ser muy variado. %i se agrega N a un suelo que tiene una gran cantidad de rastro$o con alta relación C>N como en el caso de restos de ma'z o sorgo gran parte del N46 3 producido será inmovilizado por los microorganismos y por lo tanto poco de este N mineral estará su$eto a p,rdidas pero tambi,n será poco el N disponible para el crecimiento vegetal. !n cambio si el N fue agregado a un suelo con poco rastro$o o con un rastro$o con ba$a relación C>N gran parte del N mineral será nitrificado y estará disponible para la absorción temprana del cultivo pero tambi,n estará su$eto a p,rdidas como lavado o desnitrificación. La cantidad de N mineral disponible para la absorción en etapas más avanzadas del cultivo como por e$emplo al macolla$e de trigo va a estar determinado en parte por los eventos ocurridos en el per'odo siembra8 macolla$e. Como la magnitud de estos diferentes procesos es de dif'cil predicción resulta razonable evaluar mediante indicadores la disponibilidad de N en este momento y as' decidir las necesidades de fertilización en forma ob$etiva. La aplicación de parte del N en esta etapa (fraccionamiento tiene la venta$a de que se realiza en un momento de rápida absorción de N y por lo tanto la eficiencia de uso de N por las plantas es mayor. %in embargo debido a que en esta etapa el N se aplica en superficie tambi,n son mayores las chances de p,rdida por volatilización. %i bien es importante minimizar las p,rdidas normalmente las mayores v'as de salida de N son las e&tracciones en los productos agropecuarios. Cuanto más intensivo es el sistema más posibilidad e&iste que el nivel de fertilidad del suelo se vea afectado. !sto puede evitarse con diversas medidas de mane$o (rotaciones de cultivos y pasturas agregados de materiales fertilizantes orgánicos e inorgánicos etc.. La decisión de la medida de mane$o correcta solo puede lograrse cuando se conocen los aspectos básicos involucrados.
2. ¿$u/l es la naturale0a del nitrato y del amoniaco? !l nitrato amónico o nitrato de amonio es una sal formada por iones de nitrato y de amonio. %u fórmula es N46N5<. %e trata de un compuesto incoloro e higroscópico altamente soluble en el agua. Fórmula N46N5< Dasa molecular 9;;6 g>mol Eunto de fusión 0G=G HC Eunto de ebullición 20; HC (descomposición #ensidad 0@2 g>ml NH C+% G696 8 72 82 L#7; 2.20@ mg>Ig (rata !l nitrato amónico se obtiene por neutralización de ácido n'trico con amon'aco tras la evaporación del agua N4< 3 4N5< 8J N46N5< !l nitrato amónico se utiliza sobre todo como fertilizante es debido a su buen contenido en nitrógeno. !l nitrato es aprovechado directamente por las plantas
mientras que el amonio es o&idado por los microorganismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sirve de abono de más larga duración. na parte de la producción se dedica a la producción del ó&ido nitroso (N25 mediante la termólisis controlada N46N5< 8J 2 425 3 N25 !sta reacción es e&ot,rmica y puede ser e&plosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rápido. Las mezclas del nitrato amónico con petróleo se utilizan como e&plosivos. !ste compuesto tambi,n es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes.
2. ¿cu/l es la importancia de los iones nitrato y amoniaco? !l nitrato de amonio se utiliza sobre todo como fertilizante por su buen contenido en nitrógeno. !l nitrato es aprovechado directamente por las plantas mientras que el amonio es o&idado por los microorganismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sirve de abono de más larga duración. na parte de la producción se dedica a la producción del ó&ido nitroso (N25 mediante la termólisis controlada Krm N46N5< KrightarroM 2 425 3 N25 KK !sta reacción es e&ot,rmica y puede ser e&plosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rápido. !n el a/o 2;;; se realizó por parte de !FD+ un compendio de ocho volmenes que presentaban los ODe$ores procedimientos industriales disponibles para la prevención de la producción y el control en la industria de fertilizantes europeaO en respuesta a las normativas europeas< y espa/olas
2. ¿$ómo se clasifican los fertili0antes? Los abonos o fertilizantes pueden clasificarse en 0. Fertilizantes orgánicos Comprende aquellas sustancias derivadas de productos nutritivos esenciales para las plantas tales como !sti,rcol vacuno gallinazo esti,rcol de chivo. 2. Fertilizantes minerales o qu'micos son aquellos productos obtenidos mediante procesos qu'micos desarrollados a escala industrial que tienen cantidades m'nimas de alguno de los elementos esenciales para las plantas. !n general son productos inorgánicos si bien e&isten dentro de este grupo algunos productos orgánicos obtenidos por s'ntesis (rea Los fertilizantes minerales o qu'micos se dividen a su vez en fertilizantes simples y fertilizantes compuestos los primeros son aquellos que contienen unos de los elementos mayores. <. Fertilizantes portadores de micronutrientes los microelementos requieren una especial atención y cuidado porque e&isten l'mites muy estrechos entre el e&ceso y la diferencia ya que solo se necesitan en peque/as cantidades. %i se aplican dosis e&cesivas puede tener efectos per$udiciales para los cultivos. %e pueden preparar fertilizantes mi&tos especiales que $unto con la formula NE: hay diferencia. Aambi,n se emplean en aspersiones foliares y en tratamiento de las semillas. Eor e$emplo se tiene el sulfato ferroso sulfato de cobre sulfato de zinc sulfato de magnesio voraz molibdato sódico etc. 6. 5tros nitratos cálcico y magn,sico nitrato de sodio cianamida cálcica nitrada sulfonitrato de amonio o nitrosulfato amónico sulfonitrato de magnesio o nitrosulfato magn,sico abonado nitrogenado con magnesio crotonilidendiurea etc.
23. ¿Explique el método 45elda6l para la determinación del nitrógeno? ustente su respuesta con "x7. !l m,todo de :$eldahl se ha utilizado desde hace más de 0;; a/os para la determinación de nitrógeno en una amplia gama de muestras de alimentos tales como bebidas cereales carnes y otros materiales biológicos para el cálculo de contenido de prote'nas . Aambi,n se utiliza para la determinación de nitrógeno en aguas suelos fertilizantes y otras matrices. !l m,todo se basa en 0. La convención de compuestos nitrogenados a bisulfato amónico por adición de ácido sulfrico concentrado en la digestión. n e$emplo de los cambios que ocurre es el siguiente 2C4
2 N46%56 3 0G425 3 GC52 3 02 %52
2. La neutralización del ácido sulfrico no combinado y del bisulfato amónico y la alcalinización del medio para desalo$ar el amoniaco con la adicción del hidró&ido de sodio para la destilación 42%56 3 2 Na54 <.
Na2%56 3 2 425
N464%56 3 2 Na54 Na2%56 3 2 425 3 N4< La destilación del amoniaco que al condensarse se combina con el agua formado hidró&ido de amonio N4< 3 425 N4654
6. La fi$ación del hidró&ido de amonio por el ácido bórico formando borato de amonio 2 N4654 3 4
(N462 4P5<3 2 425
7. La titulación del borato de amonio con ácido clorh'drico en presencia del indicador con un intervalo de transición acido debido a la acidez que el ion amonio presenta en el punto de equivalencia ( por e$emplo ;.0 g de ro$o de metilo y ;.7 g de verde bromocresol en 0;; mL de alcohol et'lico al =7Q Aitulación termina cuando se observe un cambio de color azul a ámbar (N462 4P5< 3 2 4Cl 2 N46CL 3 4
+umento de la materia orgánica sedimentada. #isminución de la concentración de o&'geno disuelto en las aguas del fondo y los sedimentos. Formación de compuestos reducidos (42% por e$emplo en las aguas del fondo y los sedimentos. Cambios (aumento o disminución en la biomasa de los productores secundarios. #isminución de la diversidad de especies en las comunidades de productores primarios y secundarios.
E#E$!( '()&*$(9 +umenta considerablemente el fitoplancton. Las plantas acuáticas que se desarrollan en la superficie del lago se desarrollan espectacularmente mientras que las de otros tipos (que viven en partes más profundas desaparecen. +umenta la actividad bacteriana. Los animales acuáticos enferman y mueren
E#E$!( #:$(. Los restos de plantas y animales muertos se acumulan en los fondos frenando la circulación del agua. !l agua se torna parda y maloliente. Cambia de color ro$o verde amarillo o pardo.
E#E$!( 7+:;$(. !l o&'geno disuelto ba$a de alrededor de = mg>l a 6 mg>l lo cual afecta negativamente y de inmediato a los organismos. Cuando el nivel ba$a a 2 mg>l todos los animales han muerto. 4ay una significativa elevación de la #P5 (#emanda Pioqu'mica de 5&'geno R cantidad de o&'geno disuelto requerido por los microorganismos para la o&idación aerobia de la materia orgánica biodegradable presente en el agua
La concentración de compuestos nitrogenados fosfatados se incrementa as' como la de otros elementos qu'micos
2<. ¿$u/les son las formas en las que se encuentra el nitrógeno en las aguas residuales? !l nitrógeno es un constituyente esencial de aminoácidos y prote'nas de organismos puede entrar a los lagos mediante precipitación fi$ación del nitrógeno atmosf,rico o por escorrent'a superficial o subterránea. +l resultado de sus diferentes formas de obtención se lo denomina
NBA?ST!N5 A5A+L na cantidad importante de nitrógeno en los lagos se encuentra incorporado a los organismos (N orgánico pero tambi,n puede encontrarse en forma deN2 (nitrógeno N5<8 (nitrato N528 (nitrito y reducido N463 (amoniaco
La fi$ación de Nitrógeno en los lagos se debe principalmente a las algas cianof'ceas (principales fi$adoras cuyo proceso es muy importante en la productividad lacustre. las bacterias (en el sedimento y los sedimentos de compuestos nitrogenados (orgánicos e inorgánicos 2=. Explique la contaminación de las aguas por compuestos nitrogenados Las formas iónicas (reactivas de nitrógeno inorgánico más comunes en los ecosistemas acuáticos son el amonio (N463 el nitrito (N52 " y el nitrato (N5<". !stos iones pueden estar presentes de manera natural en el medio acuático como consecuencia de la deposición atmosf,rica la escorrent'a superficial y subterránea la disolución de depósitos geológicos ricos en nitrógeno la descomposición biológica de la materia orgánica y la fi$ación de nitrógeno por ciertos procariontes. %in embargo las actividades humanas han alterado de manera significativa el ciclo global del nitrógeno (y de otros elementos qu'micos aumentando su disponibilidad en muchas regiones del planeta como consecuencia de fuentes puntuales y difusas de contaminación +sociados a esta contaminación generalizada aparecen los siguientes problemas medioambientales en los ecosistemas acuáticos acidificación de r'os y lagos con ba$a o reducida alcalinidad!utrofización de las aguas y proliferación de algas tó&icas- to&icidad directa de los compuestos nitrogenados para los animales acuáticos. +demás la contaminación por nitrógeno inorgánico podr'a inducir efectos per$udiciales sobre la salud humana.
>. ¿$u/les son los efectos adersos de la acidificación de los ecosistemas acu/ticos? La acidificación antropog,nica de r'os y lagos puede causar diversos efectos adversos en plantas y animales acuáticos !n muchos casos se ha observado una disminución drástica de las poblaciones de invertebrados y peces especialmente de crustáceos gasterópodos y salmónidos. Eor otra parte la acidificación de r'os y lagos puede alterar procesos microbianos que son importantes para el recicla$e de nutrientes y el funcionamiento del ecosistema.
?educción de la fotos'ntesis y la productividad en algas del plancton y el bentos. #isminución de la diversidad de especies en las comunidades del fitoplancton y el perifiton. Pioacumulación y to&icidad del aluminio en macrófitos sumergidos y animales acuáticos. +lteración de la respiración y la regulación iónica en animales acuáticos. ?educción de la actividad o eficiencia alimentaria en animales acuáticos. +lteración del desarrollo embrionario y la tasa de crecimiento en animales acuáticos. #isminución de la diversidad de especies en las comunidades de animales acuáticos.