21. En qu consiste el proceso de la nitrifiacion y la desnitrificacion del ciclo biolgico del nitrgeno?Los procesos de nitrificacin y desnitrificacin que se llevan a cabo en la depuracin de aguas residuales son sistemas copiados de la naturaleza. Consiste en crear el ambiente adecuado para que bacterias de distinto tipo pasen el nitrgeno inorgnico y orgnico que hay en el agua residual a nitrgeno gaseoso (N2) que se desprende hacia la atmsfera. Este proceso se divide en dos etapas (Nitrificacin aerobia y Desnitrificacin anaerobia).

El proceso de nitrificacin y desnitrificacion (NDN) tiene como objetivo bsico la eliminacin del nitrgeno que hay en un residuo. Se trata de un proceso microbiolgico en el cual el amonio es oxidado por bacterias auttrofas a nitrato en presencia de oxgeno y carbono inorgnico (nitrificacin) y a continuacin , este nitrato es reducido por bacterias hetertrofas a nitrgeno molecular gas, en ausencia de oxgeno y presencia de carbono orgnico (desnitrificacion). El nitrgeno molecular (No) es un gas inerte, componente mayoritario de la atmosfera.

22. Existen estudios efectuados en suelos y plantas de tratamiento de aguas residuales, diferentes a los conocimientos explique dos de ellos. NITRIFICACIN BIOLGICA EN AGUA RESIDUALES El proceso mediante el cual se convierte a nitrato el nitrgeno presente en el agua residual bruta o decantada se conoce como nitrificacin biolgica.A continuacin se revisan ecuaciones estequiomtricas y expresiones cinticas de crecimiento microbiano. La estequiometra describe al proyectista qu reacciones ocurren y con qu extensin; las expresiones cinticas describen la velocidad de las reacciones. Utilizando esta informacin es posible disear y determinar la dimensin y tipo de reactor que es necesario, las condiciones ambientales a mantener en el reactor, y las cantidades de los reactivos externos, tales como oxgeno o metanol, que deben ser suministrados.Estequiometra La nitrificacin es un proceso autotrfico; esto es, la energa necesaria para el crecimiento bacteriano se obtiene de la oxidacin de compuestos de nitrgeno, principalmente del amonaco. Al contrario que los organismos hetertrofos, para la sntesis de clulas nuevas, los organismos nitrificadores emplean dixido de carbono (carbono inorgnico), en lugar de carbono orgnico. La produccin de masa celular de los organismos nitrificadores por unidad de sustrato metabolizada es menor que la produccin de los organismos hetertrofos.La oxidacin del amonio es un proceso que se realiza en dos etapas, en el que toman parte dos familias de microorganismos, Nitrosomonas y Nitrobacter. En la 1 etapa, el amonio es convertido a nitrito; en la 2 ste es convertido a nitrato. Las bacterias nitrificantes oxidan el amonio que se encuentra inicialmente en el agua residual y el que, adems, es liberado por las reacciones heterotrficasEl nitrgeno se hidroliza en la red de colectores y en las depuradoras, y pasa a amonio:N orgnico + H2O NH4+ + OHLa oxidacin del ion amonio a nitrato tiene lugar en dos etapas:Oxidacin de amonio a nitrito por Nitrosomonas.NH4+ + 1.5 O2 2 H+ + H2O + NO2- + energaLa energa liberada por esta reaccin es del orden de 58 a 84 Kcal por mol de amonio.

Oxidacin de nitrito a nitrato por Nitrobacter:NO2- + 0.5 O2 NO3 - + energa

Esta relacin libera 15.4 a 20.9 Kcal/mo de nitrito. Las Nitrosomonas obtienen ms energa por mol de nitrgeno oxidado que las Nitrobacter.Si la sntesis celular por unidad de energa producida es la misma en ambos casos, debe haber ms masa de Nitrosomonas formadas por mol de N oxidado que de Nitrobacter.Reaccin global:NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H2OEstas reacciones proporcionan energa para el crecimiento de las nitrificantes. Las ecuaciones para el crecimiento de Nitrosomonas y Nitrobacter son:15 CO2 + 13 NH4 + 10 NO2- + 3 C5H7NO2 + 23 H+ + 4 H2O

Nitrosomonas5 CO2 + NH4+ + 10 NO2- + 2 H2O 10 NO3- + C5H7NO2 + H+ NitrobacteLas ecuaciones anteriores muestran la produccin de cido libre (H+) y el consumo de CO2 gaseoso. Realmente estas reacciones tienen lugar en un medio acuoso en el contexto del sistema del cido carbnico. Estas reacciones normalmente tienen lugar a un pH menor de 8.3.En estas circunstancias, la produccin de cido da lugar a la reaccin con el in bicarbonato (CO3H) con la produccin de cido carbnico (H2CO3). El consumo de CO2 por los organismos da lugar a una cierta disminucin de la forma disuelta del CO2, cido carbnico (H2CO3)ESTUDIOS EN SUELOS Los distintos procesos de prdida y ganancia de N del sistema actan en forma simultnea en el suelo, y se relacionan con el ciclo de mineralizacin e inmovilizacin (CMI) del N. La importancia relativa de cada uno de estos procesos est adems afectada por las condiciones de clima. La complejidad de estas reacciones, interaccionando entre s y con el medio ambiente, lleva a que sea difcil predecir la cantidad de N mineral presente en el suelo y disponible para la absorcin por las plantas en un momento dado. Actualmente, mediante modelos matemticos de simulacin es posible estudiar todos estos procesos en forma conjunta, y simular incluso el clima. Muchas veces estas herramientas son tiles para avanzar en la comprensin de estos fenmenos, pero no estn an lo suficientemente avanzadas como para recomendar su uso en situaciones concretas de campo.Por lo tanto, para poder utilizar el N en forma eficiente tanto el N del suelo como el N agregado, resulta imprescindible junto con el criterio agronmico del tcnico, el uso de herramientas de anlisis de suelo y planta.El destino del N agregado con el fertilizante, por ejemplo en la siembra de un cultivo invernal, puede ser muy variado. Si se agrega N a un suelo que tiene una gran cantidad de rastrojo con alta relacin C/N, como en el caso de restos de maz o sorgo, gran parte del NH4 + producido ser inmovilizado por los microorganismos, y por lo tanto poco de este N mineral estar sujeto a prdidas, pero tambin ser poco el N disponible para el crecimiento vegetal. En cambio, si el N fue agregado a un suelo con poco rastrojo o con un rastrojo con baja relacin C/N, gran parte del N mineral ser nitrificado, y estar disponible para la absorcin temprana del cultivo, pero tambin estar sujeto a prdidas, como lavado o desnitrificacin.La cantidad de N mineral disponible para la absorcin en etapas ms avanzadas del cultivo, como por ejemplo al macollaje de trigo, va a estar determinado en parte por los eventos ocurridos en el perodo siembra-macollaje. Como la magnitud de estos diferentes procesos es de difcil prediccin, resulta razonable evaluar mediante indicadores la disponibilidad de N en este momento, y as decidir las necesidades de fertilizacin en forma objetiva. La aplicacin de parte del N en esta etapa (fraccionamiento) tiene la ventaja de que se realiza en un momento de rpida absorcin de N, y por lo tanto la eficiencia de uso de N por las plantas es mayor. Sin embargo, debido a que en esta etapa el N se aplica en superficie, tambin son mayores las chances de prdida por volatilizacin.Si bien es importante minimizar las prdidas, normalmente las mayores vas de salida de N son las extracciones en los productos agropecuarios. Cuanto ms intensivo es el sistema ms posibilidad existe que el nivel de fertilidad del suelo se vea afectado. Esto puede evitarse con diversas medidas de manejo (rotaciones de cultivos y pasturas, agregados de materiales fertilizantes orgnicos e inorgnicos, etc.). La decisin de la medida de manejo correcta solo puede lograrse cuando se conocen los aspectos bsicos involucrados.

23. Cul es la naturaleza del nitrato y del amoniaco?

El nitrato amnico o nitrato de amonio es una sal formada por iones de nitrato y de amonio. Su frmula es NH4NO3. Se trata de un compuesto incoloro e higroscpico, altamente soluble en el agua. Frmula: NH4NO3 Masa molecular: 80,04 g/mol Punto de fusin: 169,6 C Punto de ebullicin: 210 C (descomposicin) Densidad: 1,72 g/ml N CAS: 6484 - 52 -2 LD50: 2.217 mg/kg (rata) El nitrato amnico se obtiene por neutralizacin de cido ntrico con amonaco tras la evaporacin del agua: NH3 + HNO3 -> NH4NO3 El nitrato amnico se utiliza sobre todo como fertilizante es debido a su buen contenido en nitrgeno. El nitrato es aprovechado directamente por las plantas mientras que el amonio es oxidado por los microorganismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sirve de abono de ms larga duracin. Una parte de la produccin se dedica a la produccin del xido nitroso (N2O) mediante la termlisis controlada:

NH4NO3 -> 2 H2O + N2O

Esta reaccin es exotrmica y puede ser explosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rpido. Las mezclas del nitrato amnico con petrleo se utilizan como explosivos. Este compuesto tambin es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes.

24. cul es la importancia de los iones nitrato y amoniaco?El nitrato de amonio se utiliza sobre todo como fertilizante por su buen contenido en nitrgeno. El nitrato es aprovechado directamente por las plantas mientras que el amonio es oxidado por los microorganismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sirve de abono de ms larga duracin.

Una parte de la produccin se dedica a la produccin del xido nitroso (N2O) mediante la termlisis controlada:

\rm NH_4NO_3 \rightarrow 2 H_2O + N_2O \,\!Esta reaccin es exotrmica y puede ser explosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rpido. En el ao 2000 se realiz por parte de EFMA, un compendio de ocho volmenes que presentaban los "Mejores procedimientos industriales disponibles para la prevencin de la produccin y el control en la industria de fertilizantes europea", en respuesta a las normativas europeas3 y espaolas

25. Cmo se clasifican los fertilizantes?

Los abonos o fertilizantes pueden clasificarse en:1. Fertilizantes orgnicos: Comprende aquellas sustancias derivadas de productos nutritivos esenciales para las plantas, tales como: Estircol vacuno gallinazo, estircol de chivo.

2. Fertilizantes minerales o qumicos: son aquellos productos obtenidos mediante procesos qumicos, desarrollados a escala industrial, que tienen cantidades mnimas de alguno de los elementos esenciales para las plantas.

En general son productos inorgnicos, si bien existen dentro de este grupo algunos productos orgnicos obtenidos por sntesis (Urea) Los fertilizantes minerales o qumicos, se dividen a su vez en fertilizantes simples y fertilizantes compuestos, los primeros son aquellos que contienen unos de los elementos mayores.

3. Fertilizantes portadores de micronutrientes: los microelementos requieren una especial atencin y cuidado porque existen lmites muy estrechos entre el exceso y la diferencia, ya que solo se necesitan en pequeas cantidades. Si se aplican dosis excesivas puede tener efectos perjudiciales para los cultivos. Se pueden preparar fertilizantes mixtos especiales que junto con la formula NPK hay diferencia. Tambin se emplean en aspersiones foliares y en tratamiento de las semillas. Por ejemplo se tiene el sulfato ferroso, sulfato de cobre, sulfato de zinc, sulfato de magnesio, voraz molibdato sdico etc. 4. Otros : nitratos clcico y magnsico, nitrato de sodio, cianamida clcica nitrada, sulfonitrato de amonio o nitrosulfato amnico, sulfonitrato de magnesio o nitrosulfato magnsico , abonado nitrogenado con magnesio, crotonilidendiurea etc.

26. Explique el mtodo kjeldahl para la determinacin del nitrgeno? Sustente su respuesta con RxQ.El mtodo de Kjeldahl se ha utilizado desde hace ms de 100 aos para la determinacin de nitrgeno en una amplia gama de muestras de alimentos tales como , bebidas, cereales, carnes y otros materiales biolgicos para el clculo de contenido de protenas . Tambin se utiliza para la determinacin de nitrgeno en aguas, suelos, fertilizantes y otras matrices.

El mtodo se basa en:1. La convencin de compuestos nitrogenados a bisulfato amnico por adicin de cido sulfrico concentrado en la digestin. Un ejemplo de los cambios que ocurre es el siguiente:

2CH3CH (NH2)-COOH + 14 H2SO4 2 NH4SO4 + 16H2O + 6CO2 + 12 SO2 (Alfa aminocido)

2. La neutralizacin del cido sulfrico no combinado y del bisulfato amnico y la alcalinizacin del medio para desalojar el amoniaco, con la adiccin del hidrxido de sodio para la destilacin:

H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 H2O

NH4HSO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 H2O + NH3

3. La destilacin del amoniaco que al condensarse se combina con el agua, formado hidrxido de amonio:

NH3 + H2O NH4OH

4. La fijacin del hidrxido de amonio por el cido brico, formando borato de amonio:

2 NH4OH + H3BO3 (NH4)2 HBO3+ 2 H2O

5. La titulacin del borato de amonio con cido clorhdrico en presencia del indicador con un intervalo de transicin acido, debido a la acidez que el ion amonio presenta en el punto de equivalencia ( por ejemplo 0.1 g de rojo de metilo y 0.5 g de verde bromocresol, en 100 mL de alcohol etlico al 95% )Titulacin termina cuando se observe un cambio de color azul a mbar:(NH4)2 HBO3 + 2 HCl 2 NH4CL + H3BO3

27. Cules son los efectos ecolgicos y toxicolgicos de la eutrofizacin de los sistemas acuticos?

Incremento de la biomasa de los productores primarios (proliferacin de algas txicas en ciertas situaciones).

Reduccin de la transparencia y la disponibilidad de luz.

Aumento de la materia orgnica sedimentada.

Disminucin de la concentracin de oxgeno disuelto en las aguas del fondo y los sedimentos.

Formacin de compuestos reducidos (H2S, por ejemplo) en las aguas del fondo y los sedimentos.

Cambios (aumento o disminucin) en la biomasa de los productores secundarios.

Disminucin de la diversidad de especies en las comunidades de productores primarios y secundarios.

EFECTOS BIOLGICOS:

Aumenta considerablemente el fitoplancton. Las plantas acuticas que se desarrollan en la superficie del lago se desarrollan espectacularmente mientras que las de otros tipos (que viven en partes ms profundas) desaparecen.Aumenta la actividad bacteriana.Los animales acuticos enferman y mueren

EFECTOS FSICOS.Los restos de plantas y animales muertos se acumulan en los fondos, frenando la circulacin del agua.El agua se torna parda y maloliente. Cambia de color: rojo, verde, amarillo o pardo.

EFECTOS QUMICOS.

El oxgeno disuelto baja de alrededorde 9 mg/l a 4 mg/l lo cual afecta negativamente y de inmediato a los organismos. Cuando el nivel baja a2 mg/l todos los animales han muerto. Hay una significativa elevacin de la DBO (Demanda Bioqumica de Oxgeno = cantidad de oxgeno disuelto requerido por los microorganismos para la oxidacin aerobia de la materiaorgnica biodegradable presente en el agua) La concentracin de compuestos nitrogenados, fosfatados se incrementa, as como la deotros elementos qumicos

28. Cules son las formas en las que se encuentra el nitrgeno en las aguas residuales?El nitrgeno es un constituyente esencial de aminocidos y protenas de organismos, puede entrar a los lagos mediante precipitacin, fijacin del nitrgeno atmosfrico o por escorrenta superficial o subterrnea. Al resultado de sus diferentes formas de obtencin se lo denomina

NITRGENO TOTAL

Una cantidad importante de nitrgeno en los lagos se encuentra incorporado a los organismos (N orgnico), pero tambin puede encontrarse en forma deN2 (nitrgeno), NO3- (nitrato), NO2- (nitrito) yreducido NH4+ (amoniaco)

La fijacin de Nitrgeno en los lagos se debe principalmente a las algas cianofceas (principales fijadoras, cuyo proceso es muy importante en la productividad lacustre.), las bacterias (en el sedimento), y los sedimentos de compuestos nitrogenados (orgnicos e inorgnicos)

29. Explique la contaminacin de las aguas por compuestos nitrogenados Las formas inicas (reactivas) de nitrgeno inorgnico ms comunes en los ecosistemas acuticos son el amonio (NH4+), el nitrito (NO2 ) y el nitrato (NO3). Estos iones pueden estar presentes de manera natural en el medio acutico como consecuencia de la deposicin atmosfrica, la escorrenta superficial y subterrnea, la disolucin de depsitos geolgicos ricos en nitrgeno, la descomposicin biolgica de la materia orgnica, y la fijacin de nitrgeno por ciertos procariontes.Sin embargo, las actividades humanas han alterado de manera significativa el ciclo global del nitrgeno (y de otros elementos qumicos), aumentando su disponibilidad en muchas regiones del planeta como consecuencia de fuentes puntuales y difusas de contaminacin Asociados a esta contaminacin generalizada aparecen los siguientes problemas medioambientales en los ecosistemas acuticos: acidificacin de ros y lagos con baja o reducida alcalinidad;Eutrofizacin de las aguas y proliferacin de algas txicas; toxicidad directa de los compuestos nitrogenados para los animales acuticos. Adems, la contaminacin por nitrgeno inorgnico podra inducir efectos perjudiciales sobre la salud humana.

30. Cules son los efectos adversos de la acidificacin de los ecosistemas acuticos?La acidificacin antropognica de ros y lagos puede causar diversos efectos adversos en plantas y animales acuticosEn muchos casos se ha observado una disminucin drstica de las poblaciones de invertebrados y peces, especialmente de crustceos, gasterpodos y salmnidos. Por otra parte, la acidificacin de ros y lagos puede alterar procesos microbianos que son importantes para el reciclaje de nutrientes y el funcionamiento del ecosistema.

Reduccin de la fotosntesis y la productividad en algas del plancton y el bentos. Disminucin de la diversidad de especies en las comunidades del fitoplancton y el perifiton. Bioacumulacin y toxicidad del aluminio en macrfitos sumergidos y animales acuticos. Alteracin de la respiracin y la regulacin inica en animales acuticos. Reduccin de la actividad o eficiencia alimentaria en animales acuticos. Alteracin del desarrollo embrionario y la tasa de crecimiento en animales acuticos. Disminucin de la diversidad de especies en las comunidades de animales acuticos.