University of Illinois Extension
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Bioreactores, control de la napa freática y calidad del agua

Remoción de nitratos en bioreactores experimentales

En el año 2010 durante la estación de desarrollo de los cultivos en dos localidades (Dundas y Claremont, Minnesota, EE.UU.) se midieron el nitrato-N, el N2O-N disuelto y las magnitudes de flujo de los bioreactores. El contenido de nitratos fue de un promedio de 24 y 16 mg N L-1 y de 21 y 9 µg N L-1 de N2O-N en las aguas drenadas de Dundas y Claremont respectivamente. Los bioreactores redujeron la concentración de nitratos-N en ambas localidades (22-99% en Dundas, 6-77% en Claremont). Fujinuma, R., Venterea, R.T., Ranaivoson, A., Moncrief, J., Dittrich, M. 2011. On-site wood-chip bioreactors could reduce indirect nitrous oxide emissions from tile drain waters [abstract]. Proceedings of Nutrient Efficiency and Management Conference. MN Department of Agriculture. February 15, 2011. Abstract #5.

holdEl objeto de este trabajo fue analizar la remoción de nitratos en cuatro bioreactores instalados en Iowa prestando particular atención a los factores potenciales que podrían afectar los objetivos propuestos como los tiempos de estancia, la concentración de nitratos en el agua entrante, la temperatura, la magnitud de flujo, la antigüedad del bioreactor, la proporción entre el largo y el ancho y la forma transversal. Tomando como base los datos sobre la calidad del agua de cada uno de estos cuatro bioreactores recolectados durante dos años, las reducciones de la concentración de nitratos y nitrógeno en el flujo anual variaron entre el 12% y el 75% con una media del 43% para todos los sitios en todos los años. Las reducciones de carga de nitratos y nitrógeno en los bioreactores y totales (incluyendo el flujo de estancia anual) variaron entre el 12% y el 76% (media 45%) y el 12% y el 57% (media 32%), respectivamente. Los modelos estadísticos indicaron que la temperatura y la concentración de nitratos en las aguas entrantes fueron los factores más imporantes que afectaron los porcentajes de reducción de carga de nitratos y la magnitud de remoción de nitratos respectivamente. Los modelos también indicaron que en tres de los cuatro reactores el tiempo de estancia tuvo un impacto significativo en la reducción de carga. El efecto del tiempo de estancia en la reducción de la concentración de nitratos fue específicamente evidente durante y después de períodos de flujo de drenaje elevado en uno de estos bioreactores. Christianson, Laura Elizabeth, "Design and performance of denitrification bioreactors for agricultural drainage" (2011). Graduate Theses and Dissertations. Paper 10326. http://lib.dr.iastate.edu/etd/10326.


Nitrate Removal in Bioreactors

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No todas las virutas de madera son iguales. Para darles tiempo a las bacterias para que remuevan los nitratos del agua, los bioreactores se diseñan teniendo en cuenta el flujo específico que puede pasar por las virutas (eso es la conductividad hidráulica de las virutas de madera). Laura Christianson. Woody Biomass Reactors for Nitrate in Agricultural Drainage. Iowa State University.

En Iowa los bioreactores actuales están diseñados para tratar el 20% del flujo máximo con cuatro horas de retención dentro del bioreactor. Bioreactors Take on the Dead Zone. Farm Journal Magazine. January 7 2012. Accessed at: http://www.agweb.com/article/bioreactors_take_on_the_dead_zone/

En un estudio realizado en Minnesota, se necesitaron tiempos de estancia de 1 a 2 días para reducir los niveles de nitratos en un 50%. Ranaivosen, et al. Bioreactor Performance in Minnesota. University of Minnesota. Minnesota/Iowa 11th Annual Drainage Research Forum. 2010.

El uso de viruta de madera que contenga materiales muy finos, astillas, tierra y arenilla puede modificar la magnitud de flujo de agua permitida lo que significa que es posible que el bioreactor no funcione de la manera esperada. El tamaño de las virutas utilizadas en los bioreactores experimentales ha sido de entre ¼ de pulgada a 1 pulgada. Laura Christianson. Woody Biomass Reactors for Nitrate in Agricultural Drainage. Iowa State University.

La viruta de madera tratada no es recomendable porque limita la capacidad de las bacterias de utilizar el carbono de la madera. Además, incluir materiales verdes como hojas o agujas de coníferas tampoco es recomendable debido a su contenido de nitrógeno relativamente alto y su potencial para degradarse rápidamente. Laura Christianson. Woody Biomass Reactors for Nitrate in Agricultural Drainage. Iowa State University.

También se han analizado otras fuentes de carbono como mazorcas y tallos de maíz, paja de trigo, cartón y diarios pero los investigadores recomiendan materiales leñosos porque aportan fuentes de carbono sustentable que duran más tiempo. Laura Christianson. Woody Biomass Reactors for Nitrate in Agricultural Drainage. Iowa State University.