NUEVO MICROORGANISMO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y PROCEDIMIENTO.

Microorganismo aislado, caracterizado por que se trata de la cepa CNCM l-3448 de Alcaligenes faecalis capaz de realizar:

i) la transformación de nitrógeno Kjeldahl, de nitrógeno amoniacal y/o de los óxidos de nitrógeno en nitrógeno gaseoso; y ii) la transformación de la materia carbonada en dióxido de carbono; desarrollándose las dos transformaciones en aerobiosis

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Sector técnico

La presente invención entra en el marco de la descontaminación de aguas residuales. Se refiere en particular al aislamiento y a la caracterización de un nuevo microorganismo capaz de transformar la materia carbonada y la materia nitrogenada, en aerobiosis. Este microorganismo es particularmente útil para el tratamiento por vía biológica de los efluentes cargados de carbono y nitrógeno.

Técnica anterior

Actualmente, el tratamiento de la materia carbonada y nitrogenada por vía biológica pasa por la utilización de al menos dos tipos de microorganismos, los primeros especializados en el tratamiento de la materia carbonada, los segundo especializados en el tratamiento de la materia nitrogenada.

En efecto, la descontaminación de la materia orgánica se produce generalmente en los depósitos de lodos activados en los cuales la materia carbonada se transforma, en aerobiosis, en biomasa y dióxido de carbono. Alternativamente, por anaerobiosis, la materia orgánica puede ser transformada en biomasa y en metano.

Según uno u otros de estos tratamientos, la carga nitrogenada de los efluentes en curso de tratamiento sigue siendo importante. El tratamiento de la carga nitrogenada requiere una etapa ulterior que implica microorganismos especializados.

Hasta hoy en día, existen diferentes procedimientos que se explotan para transformar el nitrógeno en forma amoniacal (NH3) u oxidada (NO2-, NO3-) contenido en los efluentes acuosos, en nitrógeno gaseoso (N2).

El tratamiento más extendido actualmente está constituido por una etapa de nitrificación aerobia seguido de una etapa de desnitrificación anóxica.

La nitrificación consiste en la oxidación del nitrógeno amoniacal (NH3) en nitritos (NO2-) gracias a bacterias autótrofas que incluyen, por ejemplo, especies de los géneros Nitrosomonas, Nitrosospira y Nitrosococcus, después en la oxidación de los nitritos producidos anteriormente en nitratos (NO3-) gracias a bacterias autótrofas que incluyen, por ejemplo, especies de los géneros Nitrobacter, Nitrococcus y Nitrospira.

La desnitrificación consiste en la reducción de las formas oxidadas del nitrógeno mineral (nitritos (NO2-), nitratos (NO3-)) en compuestos gaseosos (N2) por una colonia microbiana funcional desnitrificante, la mayoría del tiempo heterótrofa, en presencia de un donante de electrones. Este proceso se realiza por numerosas bacterias incluyendo, por ejemplo, las especies pertenecientes a los géneros Pseudomonas, Bacillus, Paracoccus, Thiobacillus, Alcaligenes. La reducción de las formas oxidadas del nitrógeno está, por tanto, acoplada a la oxidación de un compuesto orgánico. Esto significa que el carbono es un factor limitante de la desnitrificación. En efecto, si la concentración en materia carbonada de los efluentes acuosos a tratar no es suficiente para que las colonias microbianas se mantengan activas frente al tratamiento del nitrógeno, puede resultar necesaria la adición de una fuente de carbono exógeno para el buen funcionamiento de los reactores de desnitrificación. En particular, es el caso de que el efluente a tratar esté poco cargado de carbono (relación carbono/nitrógeno (C/N) < 4, o que sufra una decantación primaria antes de la desnitrificación.

La desnitrificación se puede realizar tratando el efluente colectado después de la etapa de nitrificación en un depósito de anoxia que contenga las bacterias desnitrificantes.

Según otro modo de funcionamiento, el depósito de nitrificación se puede explotar periódicamente como un depósito de desnitrificación haciéndole anóxico, por ejemplo ejecutando interrupciones de oxígeno y añadiendo donantes de electrones, entre los cuales el metanol es el más frecuentemente utilizado.

Entre los inconvenientes de este método de nitrificación-desnitrificación cabe señalar que las cepas nitrificantes autótrofas poseen una baja tasa de crecimiento. Esta característica cinética da lugar a tiempos de permanencia importantes en los depósitos, lo que conduce a la necesidad de, o bien concebir grandes obras, o bien prolongar la cadena de tratamiento mediante nuevas obras, lo que arrastra elevados costes de inversión. Además, en el caso de una etapa de desnitrificación realizada en un depósito adicional, es necesario aportar a la flora desnitrificante una fuente de carbono orgánica, tal como metanol, lo que puede generar sobrecostes de explotación.

Otro procedimiento para el tratamiento del nitrógeno amoniacal denominado Anammox (por Anaerobic Ammonia Oxidation) permite la bioconversión del nitrógeno amoniacal y de los nitritos en nitrógeno gaseoso. Esta reacción se puede realizar tratando el efluente de nitrificación (que contiene nitritos y amonio que no ha reaccionado) en un depósito separado, para producir nitrógeno gaseoso. Según otro modo de funcionamiento, el depósito de nitrificación se puede conducir alternando condiciones óxicas y anóxicas o, de forma continua, según las condiciones de limitación de oxígeno. En este caso, el consumo de oxígeno por las bacterias nitrificantes genera las condiciones

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anóxicas del procedimiento Anammox. Las bacterias capaces de catalizar la reacción Anammox se pueden obtener a partir de lodos clásicos, activados, siempre que estos contengan bacterias planctomycetes del tipo Brocardia anammoxidans.

El principal inconveniente del procedimiento Anammox es la baja tasa de crecimiento de las bacterias plantomycetes utilizadas, lo que lleva consigo importantes fases de parada de las instalaciones. En caso de sobrecrecimiento, las condiciones de cultivo de estas bacterias y su mantenimiento en cultivos puros resultan difíciles. Por último, la nitrificación parcial (conversión de 50% del amoniaco en nitritos) se debe dominar perfectamente, lo que es difícil de realizar en condiciones de explotación real.

El procedimiento Sharon dispuesto aguas arriba del tratamiento Anammox permite la obtención de una nitrificación parcial. El procedimiento Sharon se basa en la diferencia que existe entre la tasa de crecimiento de las bacterias oxidantes del amoniaco y la de las bacterias oxidantes de los nitritos. Este tratamiento funciona con un tiempo de retención hidráulica inferior a la tasa de crecimiento de las bacterias oxidantes de los nitritos, pero más elevado que la de las bacterias oxidantes del amoniaco (casi un día). Puesto que no hay retención de lodos, las bacterias oxidantes de los nitritos no se mantienen en el reactor y, por tanto, son eliminadas.

Recientemente, cepas de Alcaligenes faecalis fueron identificadas como capaces de realizar la nitrificación y la desnitrificación en aerobiosis. Este es el caso de la cepa Alcaligenes faecalis sp. nº 4 descrita en el artículo de Joo et al. (Biotechnology Letters (2005) 27: 773-778). Gracias a una cepa de este tipo, el tratamiento del nitrógeno amoniacal se puede realizar en una sola etapa aerobia.

No obstante, esta bacteria no permite transformar la totalidad del nitrógeno amoniacal en nitrógeno gaseoso. En efecto, se acumulan cantidades no despreciables de productos intermediarios de la desnitrificación. Así, en el mejor de los casos, el tratamiento de grandes contenidos en amonio, basado en la utilización de Alcaligenes faecalis sp. nº 4 en aerobiosis, con una relación C/N de 10 conduce a la eliminación de 40-50% de NH4+ por desnitrificación y 90% de los productos de la desnitrificación son nitrógeno gaseoso. Por otra parte, esta bacteria funciona de manera óptima con relaciones C/N elevadas, siendo necesaria una suplementación de carbono del efluente a tratar (Joo et al. (2005)).

Por consiguiente, la mejora de la eficacia del tratamiento del nitrógeno amoniacal en las aguas residuales pasa hoy día por la adición a las instalaciones existentes de tratamientos específicos denominados tratamientos terciarios, con lodos activados o biofiltros. Los equipamientos y obras necesarias para ejecutar estos tratamientos representan inversiones consecuentes y generan igualmente costes de explotación significativos cuando se hace necesario añadir sustratos carbonados, por ejemplo durante la desnitrificación.

La presente invención tiene por objeto paliar los inconvenientes de la técnica anterior y describe un modo de tratamiento de la materia carbonada y del nitrógeno en forma Kjeldahl, amoniacal u oxidado, por vía biológica, en el seno... [Seguir leyendo]

1. Microorganismo aislado, caracterizado por que se trata de la cepa CNCM l-3448 de Alcaligenes faecalis capaz de realizar:

5 i) la transformación de nitrógeno Kjeldahl, de nitrógeno amoniacal y/o de los óxidos de nitrógeno en nitrógeno gaseoso; y

ii) la transformación de la materia carbonada en dióxido de carbono; desarrollándose las dos transformaciones en aerobiosis.

2. Microorganismo aislado según la reivindicación 1, caracterizado por que transforma el nitrógeno Kjeldahl, el

10 nitrógeno amoniacal y/u los óxidos de nitrógeno en condiciones de carga másica aplicada (CMA) superior o igual a 0,2 kg DB0,5/kg MVS/d, preferentemente superior a. 0,5 kg DB0,5/kg MVS/d.

3. Microorganismo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que transforma el nitrógeno Kjeldahl, el nitrógeno amoniacal y/o los óxidos de nitrógeno en nitrógeno gaseoso acumulando menos de 1% de óxidos de nitrógeno.

15 4. Microorganismo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que transforma el nitrógeno Kjeldahl, el nitrógeno amoniacal y/o los óxidos de nitrógeno en nitrógeno gaseoso de manera óptima cuando la relación C/N en el medio es inferior a 4, preferentemente inferior a 3 y, de manera aún más preferida, del orden de 1,5.

5. Utilización del microorganismo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, para el tratamiento de 20 aguas residuales.

6. Utilización según la reivindicación 5, caracterizada por que la carga másica aplicada (CMA) es superior a 0,2 kg DB0,5/kg MVS/d, preferentemente superior a 0,5 kg DB0,5/kg MVS/d.

7. Utilización según una cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizada por que a las aguas residuales a tratar no se añade ninguna fuente carbonada externa.

25 8. Procedimiento para el tratamiento de aguas residuales, caracterizado por que emplea un microorganismo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

9. Procedimiento para el tratamiento de aguas residuales según la reivindicación 8, que comprende las etapas siguientes:

i) el cultivo del microorganismo según una de las reivindicaciones 1 a 5;

30 ii) la alimentación automática de un dispositivo de tratamiento que contiene las aguas residuales a tratar, por aportes repetitivos del cultivo producido en la etapa i); y

iii) el tratamiento biológico de las materias carbonadas y nitrogenadas contenidas en las aguas residuales, en el seno del dispositivo de tratamiento, en aerobiosis.

10. Procedimiento para el tratamiento de agua residuales según la reivindicación 9, en el cual el tratamiento biológico de la materia carbonada y el tratamiento biológico de la materia nitrogenada de la etapa iii) se desarrollan simultáneamente.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, en el cual el dispositivo para el tratamiento de las aguas residuales es un depósito de aireación de lodos activados libres.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, en el cual el dispositivo para el 40 tratamiento de las aguas residuales es un dispositivo con cultivos fijados sobre un soporte.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 12, en el cual las aguas residuales a tratar contienen más de 30 g/l de nitrógeno Kjeldahl o de nitrógeno amoniacal.