Efecto de la microaeración por agitación en la eliminación de nitrógeno en un reactor anammox

Depurar aguas residuales con más eficiencia

Las fábricas y ciudades modernas generan aguas residuales cargadas de nitrógeno y materia orgánica que pueden dañar ríos, lagos y zonas costeras. Tratar esta agua resulta caro, sobre todo porque los métodos tradicionales requieren gran aporte de aire y productos químicos añadidos. Este estudio examina un proceso más reciente y de bajo consumo llamado anammox y plantea una pregunta práctica: ¿puede añadirse solo un poco de aire en el fondo de un tanque anammox para mejorar la depuración sin matar a los microbios sensibles al oxígeno que sostienen el proceso?

Una nueva vía para eliminar nitrógeno

Anammox, abreviatura de oxidación anaerobia del amonio, es un atajo biológico para eliminar nitrógeno. En lugar del proceso habitual en varios pasos que necesita grandes sopladores y carbono añadido, las bacterias anammox convierten amonio y nitrito directamente en gas nitrógeno inofensivo en condiciones libres de oxígeno. Esto las hace atractivas para el tratamiento de aguas industriales, como las procedentes del procesamiento de soja y fructosa, donde los niveles de nitrógeno son altos y el ahorro energético importa. Sin embargo, estas aguas reales también contienen materia orgánica, medida como demanda química de oxígeno (DQO), que puede favorecer a microbios de crecimiento más rápido que compiten con las bacterias anammox y debilitan la eliminación de nitrógeno.

Agitación suave con pequeñas cantidades de aire

Los investigadores montaron un reactor en columna acrílica alto, lleno de gránulos anammox de color marrón rojizo y agua residual industrial real. Probaron tres tasas de aireación muy bajas en el fondo del tanque: casi nula (1,5 L/h), microaeración moderada (12 L/h) y aireación relativamente alta (45 L/h). El objetivo era doble: ayudar a microbios aerobios cerca del fondo a consumir la materia orgánica y usar las burbujas ascendentes como una herramienta de mezcla suave para integrar agua contaminada y bacterias sin convertir todo el reactor en un ambiente rico en oxígeno. Durante semanas de operación estable, siguieron la DQO, las distintas formas de nitrógeno, el oxígeno disuelto y la actividad de las bacterias anammox clave.

Encontrar el punto óptimo de aire

La microaeración moderada resultó ser el compromiso más eficaz. A 12 L/h, el reactor eliminó alrededor del 63 % de la DQO y casi el 73 % del nitrógeno total, con más del 92 % de esa eliminación atribuible a la vía anammox. La actividad específica de las bacterias anammox subió hasta aproximadamente 0,25 gramos de nitrógeno eliminado por gramo de biomasa al día, lo que indica que los microbios centrales trabajaban más y con mayor eficiencia. Las burbujas aportaron justo el oxígeno necesario para que otras bacterias degradaran la materia orgánica y además actuaron como mezclador interno, mejorando el contacto entre los contaminantes y el lodo granular. Cuando la aireación era demasiado baja, la materia orgánica se acumulaba y suprimía el rendimiento anammox; cuando era demasiado alta, el oxígeno empezó a dañar a la comunidad anammox, sensible al oxígeno.

Vigilando el cambio en el reparto microbiano

El secuenciamiento de ADN reveló cómo cambió el reparto microbiano con la variación de aireación. Bajo la microaeración óptima, el grupo de bacterias que llevan a cabo anammox (del filo Planctomycetota, incluido el género Candidatus Brocadia) representó una fracción sustancial de la comunidad, coherente con la fuerte eliminación de nitrógeno observada. Al aumentar el flujo de aire a 45 L/h, estas bacterias anaerobias beneficiosas casi desaparecieron, siendo reemplazadas por organismos que prefieren el oxígeno, como ciertos Bacillus y Proteobacteria. Aunque la eliminación total de DQO se mantuvo similar, el reactor dependió menos de anammox y más de vías convencionales impulsadas por oxígeno, que son menos eficientes energéticamente y reducen la ventaja principal de la tecnología.

Implicaciones para plantas de tratamiento reales

El estudio muestra que una microaeración controlada con cuidado —suficiente para mezclar y pulir los orgánicos, pero no tanto como para inundar el tanque de oxígeno— puede hacer que los reactores anammox sean más robustos frente a aguas residuales industriales. Para un público no especializado, el mensaje es claro: una bocanada suave de aire en el nivel adecuado ayuda a estas bacterias especializadas a hacer mejor su trabajo, limpiando tanto carbono como nitrógeno del agua mientras se consume menos energía que en los sistemas tradicionales. Pero demasiado aire desequilibra la comunidad, perjudica a los microbios clave y merma el rendimiento. Encontrar y mantener ese “punto óptimo” de microaeración será crucial para diseñar futuras plantas de bajo consumo que protejan los cuerpos de agua de forma más sostenible.

Cita: Yan, Z., Xu, Y., Yang, H. et al. Effect of micro-aeration stirring on nitrogen removal in anammox reactor. Sci Rep 16, 6561 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37758-7

Palabras clave: tratamiento de aguas residuales, anammox, microaeración, eliminación de nitrógeno, efluente industrial