Eliminación de nitratos por desnitrificación en la zona no saturada del suelo en un humedal del cinturón Peri-Urbano de Vitoria-Gasteiz

Los cambios de usos del suelo y la intensificación de la agricultura en el acuífero cuaternario de Vitoria-Gasteiz llevaron a la desaparición de los humedales. Acciones recientes de restauración en el área peri-urbana han llevado a su recuperación. La restauración de estas zonas húmedas ha contribuido a la disminución de nitratos de las aguas subterráneas. Las concentraciones en NO3 -, superiores a 50 mg NO3 -/L en las aguas fluyentes hacia la zona húmeda, son inferiores a 10 mg NO3 -/L en los alrededores del humedal. Se ha medido el potencial de desnitrificación de los suelos en la zona no saturada mediante en método de bloqueo con acetileno en tres perfiles de suelo adyacentes al humedal a tres profundidades representativas del suelo del depósito aluvial. Los valores máximos de desnitrificación se observan en los horizontes superficiales ricos en materia orgánica (32,0 – 36,2 g MO/kg suelo) con tasas de desnitrificación que varían entre 18,7 y 20,3 mg N/día*kg de suelo. Los contenidos en materia orgánica disminuyen en profundidad (4,3 – 5,7 g MO/kg suelo en el horizonte B2 entre 70 y 100 cm de profundidad). En este horizonte se han medido las tasas de desnitrificación mas bajas con valores que varían entre 0,1 y 1,1 mg N/día*kg de suelo

Optimización de procesos biológicos para la eliminación de N2O

El N2O es uno de los principales gases de efecto invernadero, ocupando el tercer lugar de las emisiones globales medidas en toneladas de CO2 equivalente, siendo la principal fuente antropogénica el uso de fertilizantes nitrogenados. Actualmente la tecnología para su tratamiento por mecanismos biológicos presenta escasos avances, y debido a ello surge la necesidad de la investigación experimental para el conocimiento de parámetros operacionales y de diseño que permitan el uso óptimo de reactores biológicos como una tecnología viable de eliminación. Esta investigación evaluó la velocidad de eliminación de N2O por acción biológica, la hipótesis de la nitrificación como uno de los mecanismos de eliminación del N2O y el potencial de un sistema en continuo compuesto por una columna empacada de absorción y un tanque de desnitrificación con metanol para el tratamiento de una corriente gaseosa continua de aire con 100 ppmv de N2O para contribuir con el desarrollo de conocimientos en la aplicación de la tecnología, identificando límites operacionales y oportunidades de mejoras. Durante la investigación se logró demostrar la degradación de N2O por desnitrificación biológica, registrándose una velocidad promedio de 4,175 mgN2O/(gSSV•h). No se pudo demostrar la degradación por nitrificación como mecanismo de eliminación del N2O en condiciones aerobias. Y se logró la eliminación global de hasta un 39,90 ± 1,09 % del N2O de una corriente gaseosa con un sistema biológico continuo, en el cual, se identificó como principal limitante la velocidad de transferencia de N2O de la fase gaseosa a la líquida.Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio AmbienteMáster en Ingeniería Ambienta

Assessing of Geochemistry and nitrate isotopes in the unconfined aquifer of a plain with agricultural activities, Córdoba, Argentina

Los fertilizantes y residuos ganaderos pueden llegar a contaminar los acuíferos con nitratos. En estos escenarios se pueden analizar los isótopos 15N y 18O del mismo como herramienta para discriminar dichas fuentes. El objetivo es identificar el origen de la contaminación a través de características geoquímicas del agua y del uso de los isótopos del nitrato en una cuenca de llanura del Sur de Córdoba, Argentina. Los valores de nitratos hallados (3,0 a 193,0 mg/L), superan en su mayoría el valor característico de fondo natural de la zona (7,5 mg/L), lo cual, sumado al aporte de otros iones detectados, evidencia la contaminación del acuífero. Los valores isotópicos de muestras seleccionadas dieron δ 15N de +6,4‰ a +12,3‰ y δ 18O de +2,0‰ a +8,0‰. Los nitratos habrían sufrido enriquecimiento isotópico principalmente por desnitrificación (verificada por εN/εO de 1,5) y volatilización en el suelo previo a su arribo al acuífero, que los desplaza de los campos asignados para cada fuente y que dificulta su discriminación. La fuente de nitratos con mejor evidencia fue la contaminación puntual de origen ganadero, si bien se sumó además la evidencia de otros indicadores y bacterias Escherichia coli.Fertilizers and livestock wastes can contaminate groundwater with nitrates. It is possible to use nitrate isotopes (15N and 18O) as a tool to discriminate different nitrate sources. The objective of this work was to identify contamination sources using water geochemical characteristics and nitrate stable isotopes in a drainage basin in the South of Cordoba province, Argentina. The observed nitrate concentration in 23 samples ranged from 3.0 to 193.0 mg/L, most exceeding the local natural background (7.5 mg/L) indicating pollution of the aquifer in addition to the contribution of other ions. The isotopic values of selected samples ranged from +6.4 ‰ to +12.3 ‰ for δ 15N and from +2.0 ‰ to +8.0 ‰ for δ 18O. Nitrate isotope enrichment mainly caused by denitrification (verified with εN/εO = 1.5) and volatilization processes in the soil, before nitrates arrive to the aquifer, shifted the isotope values out from the designated fields for each source, making difficult their discrimination. The nitrates supply which shows best evidences was the punctual pollution from livestock sources, although there were other indicators like chemical variables and Escherichia coli bacteria.Fil: Giuliano Albo, María Jesica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Geología; ArgentinaFil: Blarasin, Mónica Teresa. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Geología; ArgentinaFil: Panarello, Hector Osvaldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Geocronología y Geología Isotopica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Geocronología y Geología Isotopica; Argentin

Agricultural nitrogen impacts on aquatic ecosystems

[ES] El desarrollo de la actividad agrícola intensiva de regadío en la segunda mitad del siglo XX, en España pero también en Europa y a nivel global, ha producido que las aguas superficiales y subterráneas se hayan visto sometidas a diversos tipos de estrés. Uno de los más importantes es su estado cualitativo, en el que la lixiviación del exceso de fertilizantes nitrogenados aplicados a los campos agrícolas es el principal mecanismo responsable de las elevadas concentraciones de nitratos medidas en las aguas subterráneas, superiores al límite máximo permitido y recomendado por la legislación existente. Los elevados tiempos de tránsito que normalmente presentan los sistemas acuíferos y su baja capacidad para atenuar la contaminación hacen que éstos se comporten como un almacén de nitrógeno. La exportación del mismo a través del drenaje superficial por su conexión hídrica con cuerpos de agua superficiales constituye el principal mecanismo de contaminación por nitratos de ríos, lagos, mares y océanos. Esas elevadas concentraciones producen problemas de tipo ambiental, como la progresiva eutrofización de sus aguas, así como riesgos para la salud humana, como la enfermedad del “bebe azul”. Para lograr la recuperación de los sistemas y alcanzar el buen estado ecológico de las masas de agua superficiales y subterráneas, se hace necesario el estudio exhaustivo de su funcionamiento hídrico y del origen, el destino y los procesos de transformación a los que es sometido el nitrógeno.[EN] Groundwater and surface water bodies have been affected to various stress types since the second half of the twentieth century due to the development of intensive agricultural irrigation activities not only in Spain but also in Europe and globally. Leaching of nitrogen from fertilizers applied to agricultural fields affects the qualitative state of groundwater resources, due to the high nitrate concentrations measured in this water bodies, above the maximum allowable limit. Groundwater acts as a long-term sink for nitrate due to the high transit times and low remediation capacity to mitigate pollution. Nitrogen exportation through the discharge to surface water bodies is the main mechanism of nitrate pollution of rivers, lakes, seas and oceans. High nitrate concentrations cause environmental issues such as the progressive water eutrophication and human health risks (>blue baby> disease). To achieve good ecological status of water bodies is necessary the comprehensive study of the conceptual model, taking into account the hydric behavior and the source, fate and its transformation processes of the nitrogen cycle.Peer Reviewe

Análisis de imagen para la cuantificación de cambios morfológicos en biomasa granular, inducidos por la presencia de nitrato en reactores EGSB

Cuatro reactores EGSB (R1-R4) fueron operados a velocidades de carga orgánica de 10 kgCOD/(m³.d), tiempos de retención hidráulicos de 3.6 h, velocidades superficiales de 10 m/h y diferentes concentraciones de nitrato a la entrada, 0, 20, 60 y 100 mgN-NO3-/L en R1, R2, R3 and R4, respectivamente. Después de 20 días de operación continua, la biomasa granular fue caracterizada en términos de: (i) morfología por análisis de imagen cuantitativo; (ii) actividad metanogénica específica en presencia de acetato, butirato, propionato, etanol y una mezcla gaseosa de H2CO2; velocidad de sedimentación. El parámetro LfA, definido como el cuociente entre la longitud total de filamentos y el área total proyectada, fue determinado y se observó que es suficientemente sensible para la cuantificación de diferencias morfológicas inducidas por la presencia de nitrato. Aunque el crecimiento de estructuras filamentosas en la superficie de los gránulos fue evidente, no hubo una disminución notable en la velocidad de sedimentación de los gránulos, probablemente porque durante el período de operación los gránulos crecieron en tamaño. En el reactor R4 se observó un mayor washout que en R1, R2 y R3.Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT

Contribution of biological nitrogen fixation to N2O emission from soil under soybean

El óxido nitroso (N2 O) es el principal gas de efecto invernadero emitido desde el sector agrícola y su producción biológica en los suelos se genera por dos vías, la nitrificación y la desnitrificación. Recientemente el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC) ha excluido de sus directrices de inventario a la Fijación Biológica del Nitrógeno (FBN) como fuente de emisión de N2 O por los cultivos leguminosos, debido a la falta de evidencia segura sobre la existencia de estas emisiones. Pese a ello, en la actualidad se sigue discutiendo sobre la emisión de N2 O real emitida desde los cultivos leguminosos a campo, en especial en soja que es el principal producto producido por la Argentina y fuente de biodiesel. La influencia de FBN sobre la emisión de N2 O puede probarse utilizando variedades de soja no nodulante. El objetivo de este trabajo fue comparar y analizar la emisión de N2 O desde suelos con cultivos de soja de variedad nodulante y no nodulante, con el fin de evaluar la influencia real del cultivo sobre la emisión de N2 O a campo. Las muestras de gas fueron colectadas con cámaras cerradas no ventiladas. La emisión de N2 O varió entre -9 y 15 μg N-N2 O m-2 h-1. Sólo se observó diferencia significativa en la emisión de N2 O entre los tratamientos en la última fecha de muestreo (no nodulante > nodulante). La emisión de N2 O se relacionó positivamente con la concentración de N-NO3 - del suelo y con el espacio poroso lleno de agua (EPLLA). Esta ausencia de diferencia significativa en los valores de emisión de N2 O entre los tratamientos, indica que la soja nodulante no emitió mayor cantidad de N2 O que la no nodulante, revelando que la presencia de nódulos fijadores per se no afectó la cantidad de N2 O emitida durante el crecimiento del cultivo de soja. Estos resultados avalan lo establecido por las últimas directrices de IPCC 2006 y ponen en cuestión otras metodologías de inventario que cargan más emisión de N2 O a los cultivos de soja. Los resultados del presente estudio muestran que la FBN sólo causó un ligero impacto en la emisión de N2 O, en concordancia con las últimas directrices del IPCC del 2006 para los inventarios de GEI.Nitrous oxide (N2 O) is the main greenhouse gas (GHG) emitted from agricultural soils as a by-pass product of nitrification and denitrification processes. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) excluded from its GHG inventory guidelines in 2006 the Nitrogen Biological Fixation (NBF) as a source of N2 O emissions by crop legumes, due to the lack of solid scientific evidenceon the existence of these emissions. However, at present the actual amount of N2 O emissions by crop legumes in the field is still under investigation, with special emphasis on soybeans which are is the main commodity produced by Argentina and a main biodiesel source. The influence of NBF on N2 O emissions can be tested using nonnodulating soybean varieties. This study aims to compare and analyse N2 O emissions from nodulating and non-nodulating soybean varieties in order to clarify the actual influence of this commodity on field GHG emissions. Gas samples were collected from closed non-vented chambers. N2 O emissions ranged from -9 to +15 μg N-N2 O m-2 h-1 and only in the last sampling date, values differed significantly between treatments (non-nodulating > nodulating soybean). N2 O emissions were positively related with soil N-NO3 concentration and soil water-filled pore space (WFPS). Results show that in this field study, NBF caused only a slight impact on N2 O emissions. These results agree with the latest IPCC guidelines in 2006 for GHG inventories.Fil: Cosentino, Vanina Rosa Noemi. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación de Recursos Naturales. Instituto de Suelos; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Brutti, Lucrecia Noemí. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación de Recursos Naturales. Instituto de Suelos; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; ArgentinaFil: Civeira, Gabriela. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación de Recursos Naturales. Instituto de Suelos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Taboada, Miguel Angel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación de Recursos Naturales. Instituto de Suelos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Eficiencia de fibras naturales, cabuya (Furcraea andina) y paja de trigo (Triticum vulgari) como biofiltros alternativos en el proceso de desnitrificación de aguas residuales de piscícolas de trucha arcoíris en la localidad Juan de Velasco

Publicación a texto completo no autorizada por el autorPlantea el uso de las fibras naturales andinas cabuya (Furcraea andina) y paja de trigo (Triticum vulgari) como soporte bacteriano de biorreactores anaerobios UASB, para procesos de desnitrificación de aguas residuales de piscícolas de truchas arcoíris en la zona alto andina de la localidad Juan de Velasco en Ecuador. Evalúa tanto la capacidad de desnitrificar las aguas residuales de acuicultura como la de remover metales pesados, mediante el uso combinado de biofilms soportados por fibras naturales, en condiciones controladas y acondicionamiento previo del medio bacteriano. Diseña nueve biofiltros a escala piloto para la remoción de contaminantes de las aguas residuales de piscícolas de truchas arcoíris. Determina si la incubación de la microbiota con pseudomonas acelera la adaptación de la población bacteriana en las fibras naturales en seis biofiltros. Determina la tasa de desnitrificación de los efluentes de las piscícolas de los biofiltros, las diferentes alturas de la columna de los biofiltros orgánicos en un proceso anaerobio, la altura del biofiltro necesario para la descontaminación de los efluentes de las piscícolas y si el biofiltro con la fibra cabuya–pseudomonas aisladas contribuye en la remoción de metales pesados que provienen de la ceniza de la zona volcánica del sector estudiado. Evalúa la degradación de las fibras naturales como medios filtrantes mediante el análisis de los cambios en las propiedades físicas y químicas, la calidad sanitaria del efluente de los biofiltros anaerobios, con cargas hidráulicas constante, para determinar si cumplen con los criterios que marca la normatividad ambiental ecuatoriana.Tesi

Fertilización y N2O. Implicaciones en la huella de carbono.

Todos los alimentos obtenidos de origen vegetal llevan asociada una cierta cantidad de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI), que se cuantifican a través de su huella de carbono. De los GEI, la agricultura es principalmente responsable de la emisión de óxido nitroso (N2O), que es el que presenta mayor poder de calentamiento global. La metodología del IPCC, aparte de sobreestimar con su valor por defecto las emisiones de N2O de nuestros agrosistemas, no tiene en cuenta el fin último de la agricultura que es satisfacer la demanda mundial de alimentos, fibras y combustibles. Por ello, en este artículo se propone evaluar las emisiones de N2O en base al rendimiento del cultivo. Posteriormente, se enumeran una serie de buenas prácticas agrícolas cuyo fin es aumentar la eficiencia del uso del N por parte del cultivo así como reducir las emisiones de N2O

Autotrophic denitrification for treatment of wastewater with high concentration of sulphur and nitrogen compounds

Anthropogenic activities have contributed to the imbalance of nitrogen and sulphur natural cycles which causes many negative effects in nature due to the emissions of sulphur and nitrogen compounds and their transformations, e.g. rain acid, eutrophication, bad odours etc. To avoid such negative effects on environment, effluents containing high concentrations of both nitrogen and sulphur compounds must be treated previously to their discharge. Nitrification/denitrification is the conventional process to remove nitrogen compounds from wastewater. However, when effluents are characterized by low C/N ratios, the nitrogen removal efficiency is limited by the low amount of organic matter available to carry out the denitrification process. In this aspect, autotrophic denitrification supposes a suitable alternative to heterotrophic denitrification. This process is carried out by Thiobacillus-type bacteria which combine nitrate and reduced sulphur compounds to generate dinitrogen gas and sulphate or elemental sulphur. Therefore, the autotrophic denitrification process is able to simultaneously remove both nitrogen and sulphur compounds without presence of organic matter. Compared to other processes, this treatment would also permit to minimize the environment impact in several aspects: the protection of ozone layer by decreasing the nitrogen oxides emission, the decrease of the greenhouse effect by reducing the energy needed for the process, the reduction in the raw materials (as organic matter) consumption and reduction of the amount of sludge generated due to its low sludge production. The present thesis is focused on studying the autotrophic denitrification process. The main objective of this project was the operation of a Sequencing Batch Reactor (SBR) under autotrophic denitrifying conditions for simultaneous removal of nitrate and sulphide, being the general objectives: • Optimize the enrichment of autotrophic denitrifying biomass to be used as seed for the SBR system. • Test the operation of an autotrophic denitrifying sequencing batch reactor for simultaneous removal of nitrate and sulphide. • Test the operation of a nitrifying/autotrophic denitrifying system for the post-treatment of an effluent coming from an anaerobic digester treating fish canning industry wastewater. • Study the influence of different parameters on autotrophic denitrification when sulphide is used as electron donor. • Characterize, by means of molecular techniques, the evolution of the microbial community during its enrichment and along the operational period of the SBR system

Les Pèrdues de N2O del sòl

En determinades condicions, els nitrats es poden perdre ràpidament del sòl mitjançant un procés microbià que s'anomena desnitrificació. És important destacar que no tots els productes intermediaris gasosos de la desnitrificació són convertits a N2, de manera que una fracció de N2O s'escapa a l'atmosfera, fet que pot comportar greus conseqüències d'impacte ambiental. Des d'un punt de vista ecològic, la desnitrificació es pot entendre com un procés a través del qual el nitrogen atmosfèric fixat bioquímicament en el sòl és retornat a l'atmosfera. Aquest fet, però, pot tenir conseqüències ambientals, atès que la presència de N2O a l'atmosfera (juntament amb altres gasos) afavoreix l'efecte hivernacle. El N2O, a més, contribueix a la destrucció de la capa estratosfèrica d'ozó (O3) i a la pluja àcida.Des d'un punt de vista econòmic, la desnitrificació té importància en l'agricultura, ja que suposa una pèrdua nutricional del sòl. L'aplicació d'alguns adobs, en dosis elevades, també pot afavorir aquest procés. Diferents autors relacionen la desnitrificació amb diferents factors ambientals i algunes característiques fisicoquímiques del sòl.At certain conditions, nitrates may be quickly lost from soil by a microbial process called denitrification. It is proper to emphasize that not all the intermediary gaseous products of denitrification are converted into N2, so that part of the N2O escapes to the atmosphere, This may have a serious environmental impact. From an ecological point of view, denitrification may be understood as a process through which the atmospheric nitrogen that has been biochemically fixed in the soil is given back to the atmosphere. However this may have environmental consequences as the N2O in the atmosphere (together with other gases) increases greenhouse effect. N2O helps to destroy the stratospheric ozone layer (O3) and provokes acid rain. From an economical point of view, denitrification is important in agriculture because it supposes a nutritional loss of the soil. The application, in high quantity, of some fertilizers may also help this process. Various authors relate denitrification with different environmental factors and several physic-chemical characteristics of soil.En determinadas ocasiones, los nitratos pueden perderse rápidamente del suelo mediante un proceso microbiano llamado desnitrificación. Cabe resaltar que no todos los productos gaseosos intermediarios de la desnitrificación se convierten en N2, de forma que una fracción de N2O se escapa a la atmósfera lo cual puede comportar graves consecuencias de impacto ambiental. Desde un punto de vista ecológico,la desnitrificación se puede entender como un proceso mediante el cual el nitrógeno atmosférico fijado bioquímicamente en el suelo es devuelto a la atmósfera. Sin embargo, este hecho puede tener consecuencias ambientales puesto que la presencia de N2O en la atmósfera (junto con otros gases), favorece el efecto invernadero. El N2O contribuye en la destrucción de la capa estratosférica de ozono (O3) y a la lluvia ácida. Desde un punto de vista económico, la desnitrificación es importante en agricultura ya que supone una pérdida nutricional del suelo. La aplicación, en dosis elevadas, de algunos abonos también puede favorecer este proceso. Diferentes autores relacionan la desnitrificación con diferentes factores ambientales y algunas características físicoquímicas del suelo