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CONTEXTO SOCIOECONÓMICO DE MÉXICO

Antecedentes de la estructura socioeconómica de México de la revolución a la construcción del país

 

Actividad: Evidencia de aprendizaje U2

NOMBRE DEL ALUMNO: RANULFO ANTONIO JIMÉNEZ ARGÜELLO

CARRERA: INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES

DOCENTE: MTRA. KARINA GRISSEL MENDOZA TORREZ

PRIMER SEMESTRE

TEMA SELECCIONADO: REDUCCIÓN DE CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN MI HOGAR

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Reducir el consumo de energía eléctrica en mi hogar.

OBJETIVO ESPECÍFICO:

Comprobar que con el uso de paneles solares puedo reducir en un 50% el consumo de energía eléctrica tradicional en mi hogar.

JUSTIFICACIÓN

El aumento en el consumo de energía en mi hogar propiciado por las nuevas tendencias tecnológicas, así como el aumento de la tarifa de la energía eléctrica convencional me ha obligado a buscar nuevas fuentes y métodos para reducir el consumo de energía eléctrica en mi hogar, la demanda de energía que mi hogar requiere está cada día en aumento; el clima de la región provoca la necesidad de buscar fuentes e instalaciones de sistemas de aire acondicionado; por otro lado, la aparición de enfermedades causadas por el piquete de zancudo, obliga a mantener ventanas y puertas selladas lo que provoca un aumento en la temperatura interna de la vivienda; por tal motivo planteo el diseño de un sistema fotovoltaico autónomo que suministre energía a ciertos sectores de mi hogar, como son focos y todos los equipos electrónicos y aparatos electrodomésticos. Para tal disposición cuento con un área disponible para la adecuación de una estación fotovoltaica dentro de mi propiedad, así también la cantidad de radiación solar es bastante favorable para la generación de energía eléctrica no convencional. Los sistemas fotovoltaicos comienzan a tener un mayor uso para la generación de energía eléctrica a través de la captación de energía solar; una de las aplicaciones de estos sistemas es en el bombeo de agua en el cuál la energía necesaria para accionar la bomba proviene del sol. La energía solar es captada y transformada a energía eléctrica por medio de los dispositivos llamados celdas solares, las cuales son la base de la construcción de los módulos fotovoltaicos.

El proceso propuesto para la realización de este trabajo será el siguiente:

1.    Investigación bibliográfica para establecer el objetivo, justificación y el marco teórico para el problema.

2.    Investigación de mercado de los componentes para un sistema fotovoltaico

3.    Diseño y cálculo del Sistema fotovoltaico autónomo y su banco de baterías.

BIBLIOGRAFÍA

-       ENERGÍA SOLAR, AUTOR SAFT-NIFE, Inc. Modelo Sunica, CAP. 6

-        http://deltavolt.pe/energia-renovable/baterias

-       Tesis para obtención de título universitario “ESTUDIO PARA LA ELECTRIFICACIÓN CON ENERGÍAS ALTERNATIVAS, UTILIZANDO CELDAS FOTOVOLTAICAS PARA ELECTRIFICAR EL POBLADO DE CAÑADA COLORADA, MUNICIPIO DE APAXCO, ESTADO DE MÉXICO. IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”. Autor: José Carillo Yáñez y Jesús Isidro Enrique Morales López

-       Tesis para la obtención de grado de Maestro en Ciencias “SISTEMA FOTOVOLTAICO CON UN MÍNIMO ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN EL ENLACE DE CD”. CENIDET. AUTOR: Eder González Toy.

CONTEXTO SOCIOECONÓMICO DE MÉXICO

Antecedentes de la estructura socioeconómica de México de la revolución a la construcción del país

 

Actividad: Evidencia de aprendizaje U2

NOMBRE DEL ALUMNO: RANULFO ANTONIO JIMÉNEZ ARGÜELLO

CARRERA: INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES

DOCENTE: MTRA. KARINA GRISSEL MENDOZA TORREZ

PRIMER SEMESTRE

TEMA SELECCIONADO: REDUCCIÓN DE CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN MI HOGAR

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Reducir el consumo de energía eléctrica en mi hogar.

OBJETIVO ESPECÍFICO:

Comprobar que con el uso de paneles solares puedo reducir en un 50% el consumo de energía eléctrica tradicional en mi hogar.

JUSTIFICACIÓN

El aumento en el consumo de energía en mi hogar propiciado por las nuevas tendencias tecnológicas, así como el aumento de la tarifa de la energía eléctrica convencional me ha obligado a buscar nuevas fuentes y métodos para reducir el consumo de energía eléctrica en mi hogar, la demanda de energía que mi hogar requiere está cada día en aumento; el clima de la región provoca la necesidad de buscar fuentes e instalaciones de sistemas de aire acondicionado; por otro lado, la aparición de enfermedades causadas por el piquete de zancudo, obliga a mantener ventanas y puertas selladas lo que provoca un aumento en la temperatura interna de la vivienda; por tal motivo planteo el diseño de un sistema fotovoltaico autónomo que suministre energía a ciertos sectores de mi hogar, como son focos y todos los equipos electrónicos y aparatos electrodomésticos. Para tal disposición cuento con un área disponible para la adecuación de una estación fotovoltaica dentro de mi propiedad, así también la cantidad de radiación solar es bastante favorable para la generación de energía eléctrica no convencional. Los sistemas fotovoltaicos comienzan a tener un mayor uso para la generación de energía eléctrica a través de la captación de energía solar; una de las aplicaciones de estos sistemas es en el bombeo de agua en el cuál la energía necesaria para accionar la bomba proviene del sol. La energía solar es captada y transformada a energía eléctrica por medio de los dispositivos llamados celdas solares, las cuales son la base de la construcción de los módulos fotovoltaicos.

El proceso propuesto para la realización de este trabajo será el siguiente:

1.    Investigación bibliográfica para establecer el objetivo, justificación y el marco teórico para el problema.

2.    Investigación de mercado de los componentes para un sistema fotovoltaico

3.    Diseño y cálculo del Sistema fotovoltaico autónomo y su banco de baterías.

BIBLIOGRAFÍA

-       ENERGÍA SOLAR, AUTOR SAFT-NIFE, Inc. Modelo Sunica, CAP. 6

-        http://deltavolt.pe/energia-renovable/baterias

-       Tesis para obtención de título universitario “ESTUDIO PARA LA ELECTRIFICACIÓN CON ENERGÍAS ALTERNATIVAS, UTILIZANDO CELDAS FOTOVOLTAICAS PARA ELECTRIFICAR EL POBLADO DE CAÑADA COLORADA, MUNICIPIO DE APAXCO, ESTADO DE MÉXICO. IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”. Autor: José Carillo Yáñez y Jesús Isidro Enrique Morales López

-       Tesis para la obtención de grado de Maestro en Ciencias “SISTEMA FOTOVOLTAICO CON UN MÍNIMO ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN EL ENLACE DE CD”. CENIDET. AUTOR: Eder González Toy.

2. COMPLETA EL CUADRO CON LOS DATOS INVESTIGADOS

CONSUMO DE ELECTRICIDAD Y GAS DEL AÑO 2015
	CONSUMO DE ELECTRICIDAD 2015	CONSUMO DE GAS 2015	CONSUMO EN PESOS O DOLARES	LINK DONDE HAS TOMADO LA INFORMACION
MEXICO	168.37 TW	1035.23 MILES DE M3	$    65,768,299,721.00	http://www.cre.gob.mx/articulo.aspx?id=170
ESTADOS UNIDOS	38x10 15 BTU	28.3x10 15 BTU	$  167,294,341,051.00	http://www.dyna-energia.com/noticias-ES/el-consumo-global-energetico-de-estados-unidos
TU VIVIENDA	1458KWH	120KG DE GAS LP	$                       2,531.23

3. IDENTIFICA CUÁNTOS FOCOS TIENES EN TU CASA Y APARATOS ENCHUFADOS AL GAS O A LA ELECTRICIDAD SIN QUE SE UTILICEN

	CANTIDAD DE FOCOS	APARATOS CONECTADOS SIN UTILIZARSE
TU VIVIENDA	15	3

4. AHORA COMPARA EL CONSUMO ANUAL DE TU VIVIENDA EN 2015 Y 2016 Y RESPONDE LO SIGUIENTE: ¿EL CONSUMO DE ELECTRICIDAD Y GAS EN TU HOGAR HA BAJADO TRAS LA REFORMA ENERGÉTICA O HA AUMENTADO?, ¿TU COLONIA, COMUNIDAD O POBLACIÓN SE HA BENEFICIADO DE LA REFORMA ENERGÉTICA EN CUANTO A SERVICIOS O EMPLEOS?, ¿ENCUENTRAS ALGÚN CAMBIO EN TU COMUNIDAD SI TE REMONTAS 20 AÑOS A TRAS A LA ACTUALIDAD?

El consumo de energéticos en mi hogar sigue siendo el mismo tras la reforma energética no ha sufrido cambio alguno.

Mi comunidad no se ha visto beneficiada en empleos tras la reforma energética, sin embargo, en cuestión de servicios se comienza a ver un leve avance, pero no es muy significativo tras la reforma energética. Si comparamos la situación, en el aspecto social y económico, de la población hace 20 años respecto a la actualidad; ha habido una mejoría en los servicios e infraestructura, así como una mejora en las telecomunicaciones lo que ha promovido un desarrollo económico de la población, respecto a lo social, se ha abatido la pobreza ya que se ha mejorado el índice de desarrollo humano, sin embargo, todavía hay sectores de la sociedad que viven en condiciones de pobreza extrema.

5.  FINALIZA EL TRABAJO CON UNA PROPUESTA INICIAL PARA BAJAR EL CONSUMO MENSUAL DE LA ELECTRICIDAD Y DEL GAS EN TU CASA, COMUNIDAD O POBLACIÓN.

Me enfocaré a reducir el consumo de energía en mi casa, inicialmente propongo hacer un cambio de hábitos con mi familia, reducir el tiempo de ver televisión y ocuparlo en cosas más provechosas como leer, hacer un cambio de focos ahorradores por focos led, reducir el uso del ventilador salvo en días muy calurosos.

CHIAPA DE CORZO UN PUEBLO MAGICO Y HEROICO

Hoy como hace ya más de 400 años, los habitantes de esta hermosa ciudad esperan con ansias el mes de enero el cuál trae bajo el brazo el anuncio de la tan esperada Fiesta Grande de Enero; es la fiesta del pueblo; en donde la algarabía, la tradición, la cultura y la magia convierten a este pintoresco y heroico pueblo en el ícono cultural del Estado de Chiapas.

Año con año los habitantes y visitantes disfrutan de esta gran fiesta, esperan con ansias el primer zapateado de las “Chuntá” al son del tambor y carrizo que contagia de magia y alegría a los danzantes; que recorren con mucha arrechura las calles del pueblo bajo el cielo nocturno de Chiapa de Corzo y no descansan hasta ver los primero rayos del Sol aparecer por el horizonte. De día la fiesta toma otra dimensión con la llegada de los “Parachicos” acompañados de sus hermosas Chiapanecas danzando al son de la marimba; recorren las calles del pueblo guiados del sonido del tambor y carrizo; desbordando de alegría, magia y tradición a todo el pueblo entero. Los días más esperados por el pueblo son el 8, 15, 17, 20, 21, 22 y 23 de Enero; son días de fiesta en donde la hermandad y la calidez del chiapacorceño se hace notar y no hay pretexto para disfrutar su feria o fiesta grande de Enero.

Por todo esto y sus atractivos turísticos como la Pila, su plaza de Armas, sus Templos e Iglesias, así como El Cañón del Sumidero, la Zona Arqueológica Chiapaneca, las Cascadas del Chorreadero; Chiapa de Corzo es un pueblo de tendencias turísticas, que es la actividad económica que se ha desarrollado desde la década de los 80 del siglo XX. Se ha ganado la declaratoria de Heroico por sus diversos hechos históricos como la gloriosa batalla del 21 de Octubre de 1863 entre liberales y conservadores como lo menciona R. Nuricumbo (2013) “Los fuegos se abrieron al anochecer del 20 y terminaron al mediar del 21 con el triunfo completo de las armas republicanas” (pág. 38).

Actualmente, Chiapa de Corzo es una referencia para el turista nacional y extranjero, con la construcción del aeropuerto internacional Ángel Albino Corzo en el 2003 y la construcción de la autopista Chiapa de Corzo-San Cristóbal de las Casas; la actividad de servicios turísticos se ha incrementado en el municipio siendo este sector el más productivo para la sociedad.

Chiapa de Corzo es un pueblo mágico, tanto por sus tradiciones y su gastronomía… “Así también, Chiapa de corzo se distingue por su exquisita gastronomía, destacando: el cochito horneado, los dulces típicos (suspiros, chimbos, nuegados) y su bebida tradicional denominada “Pozol”; todos ellos con sabores muy peculiares que deleitarán a su paladar. En su riqueza artesanal, se detalla la laca, la talla en madera y los bordados que pueden apreciarse en el colorido de los trajes regionales de la chiapaneca y el parachico, éste último recientemente designado Patrimonio Cultural Inmaterial por la UNESCO.” Turismo Chiapas (2015).

Con este tipo de reconocimientos para este municipio, se ha logrado aplicar más recursos económicos para mejorar la infraestructura y telecomunicaciones. Según los resultados del Censo 2010 realizado por el INEGI, ubica a Chiapa de Corzo con un IDH de 0.7721, levemente superior al presentado por la Ciudad de México en ese mismo año, 0.748.

Chiapa de Corzo, es sin duda alguna un pueblo Mágico y Heroico, que con el trabajo de su gente va progresando; es un sitio que deberás conocer y querrás regresar a disfrutar una y otra vez.

BIBLIOGRAFÍA

1.    Nuricumbo, R. (2013). La Gloriosa Batalla del 21 de Octubre de 1863. CONECULTA.

2.    Secretaría de Turismo del Estado de Chiapas (2015). Chiapa de Corzo. http://www.turismochiapas.gob.mx/sectur/chiapa-de-corzo

3.    Kuhori L. y Hernández A. (2010). Índice de Dispersión Poblacional para Chiapas Nota Metodológica. Gobierno del Estado de Chiapas

4.    Comité Estatal de Información Estadística y Geográfica de Chiapas (2016). Perfiles municipales. http://www.ceieg.chiapas.gob.mx/perfiles/Inicio

COMIC

REMOCION DEL NITROGENO DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

Remoción de Nitrógeno de las Aguas Residuales

 

 

Índice

1.- Introducción

2. – Descripción teórica del proceso químico

3. – Conclusiones

4. – Anexos: fotografías, diagramas de flujo, croquis, ficha técnica de los reactivos químicos.

1.     INTRODUCCION

Como sabemos para nuestro país unos de los grandes retos en materia de agua es el saneamiento de nuestras aguas residuales. Es un campo de acción muy complejo y a la vez amplio, ya que cada agua residual doméstica o industrial posee características propias lo que provoca que su tratamiento sea cada vez más complejo y costoso. Esto ha obligado a los especialistas a concebir nuevas técnicas y tecnologías para hacer que el tratamiento de un agua problema sea eficiente, fácil de construir, demande poco espacio, sea lo más sencillo de operar y sobre todo económico; pero a medida que la ciencia avanza se descubren nuevas tecnologías que nos ayudan a conjugar una serie de procesos (tanto físicos, químicos o biológicos) para sanear un agua. En la actualidad, se ha descubierto que la remoción de Nitrógeno de un agua problema es demasiado complejo y costoso debido a que el  Nitrógeno presenta varias transformaciones, las cuales dependen básicamente del medio ambiente en que estás suceden y de acuerdo a esto se puede seleccionar el tipo de medio físico, químico o biológico para su remoción. En realidad, la remoción de los nutrientes (Nitrógeno y Fósforo) en los sistemas de tratamiento es un tema relativamente reciente, por lo que día a día se descubren nuevas técnicas para lograr la remoción de estos.

2.     DESCRIPCIÓN DEL PROCESO QUÍMICO

Como sabemos actualmente la remoción del Nitrógeno se realiza por medio de la nitrificación-desnitrificación “con respecto a los mecanismos de transformación biológica del nitrógeno, poco a poco se descubren nuevas vías metabólicas, diferentes a la vía convencional de nitrificación-desnitrificación”.

Debemos saber que los procesos para la eliminación de los nutrientes (Fósforo y Nitrógeno) son más complejos que los procesos para la eliminación de la materia orgánica; así también los procesos para la eliminación simultánea para ambos nutrientes, requieren de al menos tres procesos: un proceso anaerobio, un proceso aerobio y un proceso anóxico. De la misma forma siempre se deben cumplir con las restricciones que las normas marcan para el vertido final de las aguas residuales, por lo que puede proyectarse un conjunto de situaciones en las que un proceso biológico sea el más óptimo para la eliminación de los nutrientes y de la materia orgánica. Estos sistemas pueden ser de cultivo fijo y en suspensión pudiéndose, en principio, utilizar ambos indistintamente. Asimismo, los procesos de nitrificación y desnitrificación pueden ser llevados a cabo por un mismo cultivo o por distintos cultivos biológicos; se pueden distinguir entre sistemas de cultivo simple o múltiple. Por razones económicas la tendencia actual es al diseño de sistemas de cultivo simple. Para entender el proceso de nitrificación-desnitrificación debemos revisar un poco el ciclo del nitrógeno y reflexionar un poco con las reacciones químicas que ocurren dentro del ciclo.

El ciclo biológico del nitrógeno incluye cinco procesos principales: la asimilación, la mineralización (o amonificación), la nitrificación, la desnitrificación y la fijación (figura 1)

“La asimilación es el uso de las formas inorgánicas del nitrógeno para el crecimiento de microorganismos. La principal forma asimilable del nitrógeno es el NH4⁺, pero ciertos microorganismos son capaces de asimilar los iones de óxido de nitrógeno (NO3-)  La mineralización se refiere a la generación de formas inorgánicas del nitrógeno a partir de la degradación de compuestos orgánicos tales como urea, proteínas, aminoácidos, etcétera. Las formas inorgánicas así generadas pueden entonces ser asimiladas. Cuando el producto final de la mineralización es el ion NH4⁺, el proceso se conoce como amonificación”.

La fijación implica la transformación del nitrógeno molecular (N2) del aire en NH4+ para su asimilación e incorporación (fijación) a la biomasa. Este proceso está limitado a un grupo de microorganismos: 1) las bacterias fijadoras de nitrógeno, entre las cuales los géneros más importantes son Azotobacter y Clostridium, 2) las algas verde-azules o cianobacterias, cuyos géneros principales son Annabaena y Nostoc, y 3) las bacterias simbióticas del género Rhizobium, que viven en simbiosis con algunas plantas, por ejemplo, las leguminosas. La nitrificación es la utilización y transformación de NH4+ en NO3- por la acción de microorganismos aerobios que utilizan el oxígeno disuelto en el agua como aceptor de electrones. La nitrificación se lleva a cabo en dos etapas: a) las bacterias nitrosas (del género Nitrosomonas) utilizan y transforman el ion amonio (NH4+) en nitritos (fenómeno conocido como nitritación); b) las bacterias nítricas utilizan y transforman los nitritos en nitratos (fenómeno conocido como nitratación) (ecuación 1). Tradicionalmente, se aprendía que la nitratación es catalizada por microorganismos del género Nitrobacter; mas algunos autores han reportado recientemente que en varios sistemas de tratamiento de aguas residuales la nitratación sería efectuada por el género Nitrospira y no por Nitrobacter tanto en sistemas con biomasa suspendida (Wagner et al., 1996; Burrell et al., 1998) como en sistemas con biopelícula (Schramm et al., 1998; Okabe et al., 1999; Daims et al., 2000 y 2001; Kim et al., 2004).

	Bacterias nitrosas
			Bacterias nítricas

 

NH4+                                              NO2-                                             NO3-   (ecuación 1)

La nitrificación es efectuada principalmente por bacterias autótrofas que utilizan como fuente de energía iones inorgánicos (organismos quimiolitotrofos), pero también existe un grupo de bacterias nitrificantes heterótrofas que pertenecen a los géneros Pseudomonas, Bacillus, Nocardia y Streptomyces (Knowles, 1982). Sin importar si son bacterias autótrofas o heterótrofas, todas ellas tienen un metabolismo aerobio estricto.

En general, su requerimiento de oxígeno ha sido calculado en 4.57 mg de O2 por mg de NH4+ oxidado y transformado en óxidos de nitrógeno (NOx) (Henze, 1995). La desnitrificación es la reducción no asimilatoria de las formas oxidadas de nitrógeno (NO2- y NO3-) en nitrógeno molecular (ecuación 2). Este proceso se lleva a cabo por bacterias aerobias facultativas que utilizan el oxígeno molecular como aceptor final de electrones. Cuando se encuentran en ausencia de O2 y en presencia de nitratos o de nitritos (medio anóxico), estos microorganismos son capaces de cambiar su metabolismo y de utilizar los óxidos de nitrógeno (NOx) como aceptores finales de electrones (Ralph, 1974;Knowles, 1982).

NO₃-            NO₂^-            (NO)            N₂O              N₂  (ecuación 2)

La desnitrificación puede recaer en un grupo de bacterias muy diverso, pero, en general, se trata de microorganismos heterótrofos. Por ello es necesaria una fuente de carbono fácilmente asimilable en condiciones anóxicas para llevar a cabo una desnitrificación heterótrofa. Sin embargo, aunque menos frecuentes, también existen algunos microorganismos desnitrificantes autótrofos (como Thiobacillus denitrificans y Micrococcus denitrificans), entre los cuales la desnitrificación es más lenta (Knowles, 1982).

“Mecanismos no convencionales de transformación y remoción del nitrógeno en sistemas de tratamiento de aguas residuales. Marco Antonio Garzón-Zúñiga. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua”

Eliminación biológica del nitrógeno

La eliminación de nitrógeno y fósforo de las aguas residuales es un tratamiento terciario de pulimento, que comenzó a desarrollarse a partir de los años ochenta. El nitrógeno de las aguas residuales se elimina mediante una nitrificación autótrofa (aerobia), seguida de una desnitrificación heterótrofa (anóxica). Estos procesos se llevan a cabo convencionalmente en dos reactores separados (aerobio/anóxico), o bien, en un solo reactor operado por etapas secuenciales aerobia/anóxica, que son controladas por la aireación del sistema.

El TRH en la etapa aerobia es diferente según se trate de un proceso de eliminación de fósforo o de nitrógeno. En procesos que incluyen únicamente eliminación de fósforo oscila entre una y tres horas. Si en el proceso se requiere la eliminación de nitrógeno, combinada o no con la de fósforo, el TRH debe alcanzar valores comprendidos entre cuatro y doce horas. Para la etapa anóxica característica de los procesos de nitrificación-desnitrificación, el TRH suele estar comprendido entre dos y cinco horas. En determinados procesos en los que la última etapa no es aerobia (Ejemplo, Bardenpho) se incluye una etapa de pos aireación, cuyo objetivo es aumentar el rendimiento en la eliminación de NKT y mejorar las características de sedimentabilidad del fango mediante la eliminación del nitrógeno gas por arrastre con aire. Esta etapa se diseña con un TRH pequeño, generalmente entre media y una hora. Por tanto, los tiempos de residencia hidráulicos totales en el tratamiento biológico de eliminación de nutrientes están en el intervalo de cinco (procesos sin eliminación biológica de nitrógeno) a veinticuatro horas (procesos con eliminación de nitrógeno).

 

Procesos diferentes al de nitrificación y desnitrificación convencional

Los procesos descubiertos que explican este comportamiento “extraño” de desaparición del nitrógeno en fase aerobia se pueden dividir en tres: 1) la nitrificación y desnitrificación simultánea (NDS), 2) la desnitrificación por microorganismos nitrificantes (autótrofos y heterótrofos) y 3) el fenómeno de co-respiración de NOx y de O2 que se presenta entre las bacterias desnitrificantes.

Nitrificación  y desnitrificación simultánea (NDS)

De todos los procesos no convencionales de transformación del nitrógeno a formas gaseosas, la nitrificación y desnitrificación simultánea (NDS) es el que más se ha difundido y estudiado. En él, las condiciones aerobias y de anoxia para activar el metabolismo de nitrificación y de desnitrificación (respectivamente), están dadas no por reactores diferentes ni por una aireación secuencial dentro del mismo reactor, sino por la formación de micro zonas anóxicas en el interior de los consorcios bacterianos presentes en un reactor en aireación. En dichas micro zonas, el oxígeno no es capaz de penetrar, pero los NOx generados por las bacterias nitrificantes sí penetran (Masuda et al., 1991). La NDS puede presentarse en sistemas con biomasa fija y también en sistemas con biomasa suspendida, al interior de los flóculos biológicos (Hansen, 1997; Beline et al., 1998; Leslie-Grady et al., 1999).

Desnitrificación por microorganismos nitrificantes (autótrofos y heterótrofos)

Algunos autores (Yoshida y Alexander, 1970; Ritchie y Nicholas, 1972; Goreau et al., 1980; Lipschultz et al., 1981; Robertson, 1988) han observado que diversos microorganismos nitrificantes u oxidadores de amonio (aislados del suelo) tienen la capacidad de desnitrificar sin necesidad de degradar materia orgánica (es decir, son microorganismos autótrofos) cuando se encuentran bajo condiciones limitantes de oxígeno

(aproximadamente 1.0 mg O2/l). Se trata de bacterias autótrofas nitrificantes facultativas, entre las cuales se encuentran Nitrosomonas europeae y Nitrosomonas eutropha. Se ha comprobado que ambas transforman los nitritos (NO2-) en nitratos (NO3-) en presencia de una alta concentración de oxígeno disuelto (OD) (nitratación). Sin embargo, bajo condiciones limitantes de oxígeno (1.0 mg/l), estos microorganismos utilizan el ion amonio

(NH4+) como fuente de energía (donador de electrones) y los nitritos NO2- (generados luego de una nitrificación parcial) como aceptores de electrones, los cuales son reducidos a formas gaseosas del nitrógeno, como el N2 (Bock et al., 1995) y el N2O (Ritchie y Nicholas, 1972; Poth y Focht, 1985; Robertson, 1988) (ver ecuación 3).

NH₄⁺+NO₂^-                                N₂ + 2H₂O       (ecuación 3)

Desnitrificación aerobia por co-respiración de O₂ y de NO_x

Este proceso es realizado por un grupo de microorganismos desnitrificantes heterótrofos, capaces de desnitrificar bajo condiciones aerobias debido a que pueden utilizar indistintamente el O2 y los NOx como receptores de electrones (Lloyd et al., 1987). Esta capacidad ha sido reportada en Pseudomonas náutica (aislada del suelo) por Bonin y Gilewicz (1991), y en Comamonas sp cepa SGLY2 (en aguas residuales) por Patureau et al. (1997). A diferencia de otros microorganismos desnitrificantes aerobios, estos microorganismos no son capaces de nitrificar. Patureau et al. (1997) reporta que en un reactor aerobio operado en continuo, en el que se hace coexistir un cultivo mixto de microorganismos nitrificantes (obtenidos de un sistema de tratamiento de estiércol de puerco) y un microorganismo desnitrificante aerobio (Comamonas sp.), se obtiene N₂O y N₂ por un proceso de desnitrificación aerobia, siempre y cuando se adicione de forma discontinua una fuente de carbono como fuente de energía (donador de electrones). Además de los tres grupos de microorganismos con un metabolismo alterno de transformación del nitrógeno (mismos que se acaban de describir y que están involucrados con la desaparición del nitrógeno en una fase aerobia), recientemente se descubrió y se han descrito otros dos mecanismos: 1) la desnitrificación autótrofa por microorganismos desnitrificantes anóxicos y 2) la quimio-desnitrificación, que es un proceso meramente físico-químico que se presenta en sistemas de tratamiento por infiltración sobre medio orgánico.

Desnitrificación autótrofa por microorganismos desnitrificantes anóxicos

Este proceso es conocido como oxidación anaerobia del amoniaco o Anammox, del inglés anaerobic ammonium oxidation. Como en el caso de las bacterias nitrificantes que desnitrifican, en éste ocurre una desamonificación del NH₄⁺ y una desnitrificación del ion NO₂^-, que conducen a la formación de N2 (ecuación 3). La diferencia radica en que en el proceso Anammox, los microorganismos no llevan a cabo la nitrificación parcial que origina los nitritos, solamente la desnitrificación. Van Dongen et al. (2001a) recientemente identificaron estos microorganismos como Planctomycetos tipo bacterias, y proponen como responsable directo a Brocadia anammoxidans.

La químio-desnitrificación

Con excepción del proceso Anammox, los demás procesos no convencionales descritos hasta ahora fueron observados, primero, en los suelos y, después, en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. Las investigaciones realizadas en suelos muestran que la pérdida de nitrógeno también está asociada con una serie de reacciones químicas agrupadas bajo el nombre de quimio-desnitrificación (Hutchinson y Davidson, 1993). La quimio-desnitrificación consiste en una serie de reacciones de óxido-reducción que llevan a la formación de HNO2, NO y N2O. La reacción más importante es la destrucción de nitritos, catalizada por valores bajos de pH y que da como productos finales NO, N2O y N2 (Tiedje, 1994).

NUTRIENTE	MÉTODO FÍSICO-QUÍMICO	FUNCIONAMIENTO
NITRÓGENO	Agotamiento con aire	Consiste en la basificación del agua hasta alcanzar un pH en el que el equilibrio NH4+/NH3 esté desplazado hacia la formación de amoníaco y eliminar éste por arrastre con aire.
	Intercambio iónico	Se basa en la utilización de un intercambiador iónico (ejemplo, zeolita clinophlolita) que presente gran afinidad por el amonio. Presenta el inconveniente de la saturación del intercambiador que obliga a regenerarlo periódicamente.
	Cloración al breakpoint	Consiste en la oxidación del amonio a nitrógeno gaseoso con hipoclorito. Tiene buenos rendimientos, pero hace necesario un tratamiento del agua con carbón activado o con SO2 para eliminar el exceso de hipoclorito en el agua tratada

El contaminante inorgánico más común identificado en agua subterránea es el Nitrógeno disuelto en la forma de  itrato, debido a que es la forma más estable en que puede encontrarse el Nitrógeno y su presencia en  concentraciones no deseables (mayor a 45mg/l) es potencialmente peligrosa en los sistemas acuíferos (Freeze y Cherry, 1979). Aunque el nitrato es la forma principal en que el Nitrógeno está en el agua subterránea, también  puede estar presente en la forma de amonio, amoníaco, nitrito, óxido nitroso y nitrógeno orgánico incorporado a sustancias orgánicas.

El nitrógeno en la materia orgánica insoluble o en forma mineral puede ser transportado a través del perfil del suelo  por organismos (a través de excreción o transporte mecánico) o por suspensión de partículas en suelo y agua. La distancia, dirección y cantidad de nitrógeno transportados varía con el tiempo y con las propiedades químicas, físicas y biológicas del suelo.

Los microorganismos juegan un papel importante en el ciclo del nitrógeno. Alrededor del 90% del nitrógeno total en suelos está en forma orgánica no disponible. El nitrógeno orgánico en el suelo puede ser convertido por actividad microbiana a ion amonio por el proceso de amonificación (Kenney y Walsh, 1972). Los iones amonio positivos pueden ser atraídos por partículas cargadas negativamente como la arcilla y materia orgánica sólida y de esta forma ser resistentes a percolar. Los iones amonio pueden empezar a percolar hasta que la capacidad de intercambio catiónico del suelo sea satisfecha (Ayans, 1975).

Las altas concentraciones de calcio y magnesio probablemente interfieren con la adsorción de amonio (Coffe y Bartholomew, 1964). La amonificación depende de la temperatura del suelo, aeración y el pH del suelo. El siguiente paso en la reacción del nitrógeno es la Nitrificación, que es un proceso de oxidación microbiológica del ion amonio a la forma de nitrato. Esto ocurre rápidamente bajo condiciones aireadas con una temperatura entre 15 a

30°C y un pH de 6.5 a 7.5 (Keeney et al, 1972). De las numerosas reacciones de oxidación y de reducción, la nitrificación inicial por las bacterias, hongos y organismos autótrofos se puede expresar como:

NH₄⁺ + 1½ O2 ↔ 2H+ + NO₂^- + H₂O

Esta ecuación, se desarrolla a través de una serie de estados de oxidación pasando por hidroxilaminas y oxima pirúvica hasta ácido nitroso

NH₄⁺ → NH₂OH → H₂N₂O₂ → HNO₂

Estos productos intermedios son altamente lábiles a la oxidación física y heterotrófica, y se encuentran raramente en cantidad significativa si los comparamos con otras formas de nitrógeno combinado. Las bacterias nitrificantes capaces de oxidar el NH₄⁺ a NO₂ ^-, son principalmente del género Nitrosomonas (Nitrosobacteriaceae, orden Pseudomonadales), aunque se conocen otros géneros que pueden realizar este proceso (Alexander, 1965).

Estas bacterias son mesófilas, tolerando amplios límites de temperatura (1 a 37°C), y muestran un crecimiento óptimo a un pH próximo a la neutralidad. Posteriormente el nitrito se oxida a nitrato:

2NO₂^- + O₂ → 2NO₃

Nitrobacter es el género principal de bacterias implicado en esta oxidación y es menos tolerante a las bajas temperaturas y a pH elevado, condiciones que pueden llevar a una ligera acumulación de NO2-N. El total de reacciones de nitrificación requiere 2 moles de oxígeno para la oxidación de uno de NH₄⁺:

NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃^- + 2H+ + H₂O

Aunque para que se produzca la nitrificación el medio debe ser aeróbico, estos procesos continúan produciéndose hasta que se alcanzan concentraciones de 0.3 mg de 02 /l, en cuyo caso el ritmo de difusión de oxígeno a las bacterias alcanza un punto crítico. En los suelos, el movimiento de los nitratos es dependiente de la cantidad de agua que está infiltrando el suelo y el contenido de humedad de este depende de la precipitación, porosidad y permeabilidad. Durante los períodos lluviosos, incrementa el percolado de nitratos ya que los niveles de humedad del suelo son altos y la tasa de evapotranspiración es reducida . Así también, los nitratos pueden ser reducidos a nitrógeno gaseoso por microorganismos mediante el proceso llamado desnitrificación. La desnitrificación bacteriana consiste en la reducción bioquímica de los aniones de nitrógeno oxidados, NO₃^-N y NO₂^-N, para la oxidación de la materia orgánica. Los pasos generales de este proceso son los siguientes:

NO₃^- → NO₂^- → N₂ O → N₂

lo cual provoca una disminución significativa del nitrógeno combinado que puede perderse parcialmente si no es refijado.

Muchas bacterias anaeróbicas facultativas, especialmente de los géneros Pseudomonas, Achromobacter,  Escherichia, Bacillus y Micrococcus, pueden usar el nitrato como aceptor exógeno terminal de H+ en la oxidación de los substratos orgánicos. Las reacciones de desnitrificación están asociadas con la enzima nitrógeno reductasa y con cofactores de hierro y molibdeno y operan tanto bajo condiciones aeróbicas como anaeróbicas. Un ejemplo de la reacción de oxidación de la glucosa y de reducción de nitrato es el siguiente

C₆ H₁₂ O₆ + 12 NO₃^- ↔ 12 NO₂^- + 6 CO₂ + H₂O

y de la reducción de nitrito a nitrógeno molecular:

C₆ H₁₂ O₆ + 8 NO₂^- ↔ N₂ + 2 CO₂ + 4 CO₃= + 6H₂O

Las reacciones de desnitrificación adquieren gran intensidad en los ambientes anaeróbicos como el hipolimnion de lagos eutróficos y en los sedimentos anóxicos, donde los substratos orgánicos oxidables son relativamente abundantes. Los niveles de reducción-oxidación de las especies del nitrógeno en el agua subterránea, son determinados esencialmente por la introducción de oxígeno en los cuerpos de agua subterránea ocasionada por la circulación y por el consumo de oxígeno debido a la descomposición de materia orgánica. Las variables más importantes en estos sistemas, son: el contenido de oxígeno en el agua de recarga, la distribución y reactividad de la materia orgánica, la presencia de otros reluctantes en el acuífero y la tasa de circulación del agua subterránea

3.     CONCLUSIONES

-          El nitrógeno es un nutriente demasiado complejo que no puede ser removido con facilidad, ya que se presenta en varios estados dependiendo las condiciones climáticas.

-          Estudios recientes recomiendan eliminar este nutriente por medio de reactores de última generación, pero esto implica un costo elevado en la operación y mantenimiento de las estructuras.

-          La remoción de nitrógeno es mas económica por un medio biológico natural como los humedales artificiales, solo que tienen la desventaja de hacer la selección adecuada del tipo de plantas a utilizar ya que el clima es el factor más importante a tomar en cuenta para realizar satisfactoriamente dicha elección.

4.     ANEXOS

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

-          ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NUTRIENTES EN AGUAS RESIDUALES (IB) FUNDAMENTOS DE LOS PROCESOS. M.A. RODRIGO. DPTO. DE INGENIERÍA QUÍMICA. UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA J. FERRER. DPTO. DE INGENIERÍA HIDRÁULICA Y MEDIO AMBIENTE. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA. A. SECO Y J.M. PENYA-ROJA. DPTO. DE INGENIERÍA QUÍMICA. UNIVERSIDAD DE VALENCIA

-          XVI CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA Y CIENCIAS AMBIENTALES. “LA SUSTENTABILIDAD EN LAS GRANDES CIUDADES”. DEL 21 AL 26 DELABRIL DEL 2008 CIUDAD DE MEXICO. IVÁN LÓPEZ FERNANDEZ, INGRID PEDRAZA PAZ, IGNACIO MONJE RAMÍREZ, JOSÉ LUIS MARTÍNEZ PALACIOS.

-        ANÁLISIS DEL CICLO DEL NITRÓGENO EN EL MEDIO AMBIENTE CON RELACIÓN AL AGUA SUBTERRÁNEA Y SU EFECTO EN LOS SERES VIVOS JULIA PACHECO AVILA1, ROBERTO PAT CANUL Y ARMANDO CABRERA SANSORES.

-          MECANISMOS NO CONVENCIONALES DE TRANSFORMACIÓN Y REMOCIÓN DEL NITRÓGENO EN SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. MARCO ANTONIO GARZÓN-ZÚÑIGA. INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA.

-          CALIDAD DEL AGUA 2ª. EDICION. JAIRO ALBERTO ROMERO ROJAS.

-          SAWYER N, MACCRTY, P. L. QUÍMICA PARA INGENIERIA AMBIENTAL, EDITORAL MACGRAWHILL.

 

 

 

 

 

 

FOTOGRAFIAS E IMAGENES

¿Por qué he elegido este tema?

R = Porque me parece muy interesante, en mi vida profesional y laboral he tenido cierta experiencia con la remoción de este elemento en las Aguas Residuales tipo domésticas.

¿De dónde partí para escribir este tema?

R = De la problemática ambiental que se presenta día con día con las aguas residuales ya que por falta de un tratamiento adecuado causan un daño al medio ambiente.