El ciclo del nitrógeno es un tema muy discutido, pero ¿por qué nos preocupa que sea una fuente de contaminación? El nitrógeno está increíblemente presente en nuestro mundo. Saber por qué la contaminación por nitrógeno es un problema, así como cómo lidiar con la contaminación por nitratos y nitrógeno que se acumula con el tratamiento de aguas residuales, es la única forma de avanzar hacia un cambio ambiental real.
El origen de la contaminación por nitrógeno
Una vez que los humanos comenzaron a vivir en ciudades, desarrollaron un problema de desechos. La mayoría de las ciudades se construyeron sobre ríos, bahías o lagos porque era más fácil arrojar desechos al agua y dejar que se lavaran. Con el tiempo, incluso comenzamos a usar agua para lavarlos activamente. Eso está bien si vives río arriba de otra ciudad, pero si vives río abajo tienes un problema.
Esta práctica condujo al desarrollo de alcantarillas y otras innovaciones en el tratamiento de aguas residuales para hacerlas menos nocivas. Los desechos sin tratar que se vierten en los ríos quedan expuestos a bacterias naturales que utilizan el oxígeno ambiental para digerir el material, pero si hay demasiados desechos, se consume demasiado oxígeno y no queda nada para los peces, lo que destruye efectivamente el ecosistema del río. Fue entonces cuando la humanidad descubrió que si aireábamos los desechos antes de arrojarlos a los ríos, la mayor parte de la oxidación necesaria se producía antes de tiempo y no se consumiría todo el oxígeno necesario para las criaturas vivientes en los cuerpos de agua.
Fue entonces cuando descubrimos que otro componente de los desechos, el amoníaco que proviene de la descomposición de las proteínas y la urea, era tóxico para los peces. Este problema podría resolverse simplemente mejorando la oxidación en la planta de tratamiento de aguas residuales.
Tipos de bacterias que se encuentran en la naturaleza
Hay dos tipos de bacterias en la naturaleza: heterótrofas y autótrofas. Estas bacterias se alimentan de diferentes compuestos y ambas son vitales para el ecosistema.
Bacterias heterótrofas
Heterótrofas significa que estos tipos de bacterias comen otros organismos o productos de organismos; en pocas palabras, comen carbono orgánico. Un carbono es “orgánico” cuando está unido a hidrógeno. Por lo tanto, un heterótrofo consume hidrocarburos y hace dos cosas con ellos. Utiliza el carbono para la “biosíntesis”, es decir, para construir proteínas y otras moléculas estructurales importantes, pero también “quema” el carbono oxidándolo para obtener calor y energía. Esto se llama respiración. El producto final de la respiración es dióxido de carbono. Por lo tanto, como ya no hay hidrógenos unidos al carbono, ahora se considera que es “inorgánico”.
Bacterias autótrofas
Las bacterias autótrofas son increíblemente únicas en la naturaleza. En cierto modo, estos organismos no necesitan ningún otro ser vivo y, esencialmente, comen minerales. Hay dos especies de este grupo que más nos interesan: Nitrosomonas y Nitrobacter. La primera, Nitrosomonas, obtiene su energía del amoníaco. El amoníaco es NH3 y la forma en que estas bacterias obtienen energía es utilizando oxígeno para oxidar NH3 a NO2 (nitrito). Esto es igual que la oxidación de compuestos de CH a CO2, pero los autótrofos también necesitan carbono para construir sus propios cuerpos basados en proteínas. Obtienen ese carbono del CO2 que producimos los heterótrofos. Sin embargo, estas reacciones no producen tanta energía como la que producen al ingerir compuestos orgánicos, por lo que los autótrofos crecen muy lentamente.
Una vez que las Nitrosomonas han producido NO2, tienen un problema. El NO2 es tóxico para ellas, por lo que cuando se acumula como desecho, comienzan a dejar de crecer. Entonces reciben ayuda de la segunda bacteria, Nitrobacter. Estas utilizan el NO2 como fuente de energía oxidándolo a NO3 (nitrato). De hecho, literalmente se emparejan para que el NO2 se oxide casi instantáneamente a NO3. Casi nunca se puede encontrar NO2 en la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales porque una vez que esta combinación se establece en un tanque de aireación, la conversión de amoníaco en nitrato es rápida y completa.
Los efectos de la acumulación de nitratos y la contaminación
El nitrato no es directamente tóxico para la vida marina como el amoníaco, por lo que conviene convertirlo. Sin embargo, el nitrato tiene efectos más sutiles que pueden afectar negativamente al medio ambiente. Beber agua con altos niveles de nitrato puede interferir con el intercambio de oxígeno en los seres humanos, especialmente en los recién nacidos. De hecho, los niveles de nitrato son tan altos en los pozos de las tierras lecheras del valle central de California que están provocando que las vacas aborten a sus terneros. El nitrato en los cuerpos de agua también causa graves floraciones de algas. El nitrato es un compuesto muy estable y migra a través del suelo, por lo que, de alguna manera, debemos eliminarlo en las aguas residuales.
Cómo lidiar con la contaminación por nitratos
Los ingenieros de aguas residuales descubrieron que había una manera de eliminar el nitrato en las aguas residuales. Un grupo diferente de bacterias llamadas bacterias facultativas pueden utilizar el oxígeno del nitrato en lugar de obtenerlo del aire. Debido a que el nitrato es muy estable y la reacción no produce mucho oxígeno para ellos, la reacción facultativa solo utilizará el oxígeno del nitrato si no existe otra fuente. Luego se descubrió que si se deja que las aguas residuales se vuelvan anaeróbicas después de que el nitrato se haya formado, estas bacterias