Emisión de óxido nitroso, nitrificación, desnitrificación y mineralización de nitrógeno durante el cultivo del arroz en 2 suelos de Uruguay / Nitrous oxide emission, nitrification, denitrification and nitrogen mineralization during rice growing season in 2 soils from Uruguay

Los procesos microbianos como la mineralización, la nitrificación y la desnitrificación regulan la dinámica del nitrógeno en el suelo. Estos 2 últimos son los principales responsables de la emisión de óxido nitroso (N2O). En este trabajo se determinaron los flujos de N2O en momentos clave del ciclo de cultivo del arroz en 2 sitios que diferían principalmente en el contenido de materia orgánica del suelo (MO), en las localidades de Salto (mayor MO) y de Treinta y Tres. Dichos momentos clave fueron a la siembra, en macollaje, en primordio floral y a la madurez. También se determinó el potencial de mineralización neta de N y las actividades y los números más probables (NMP) de oxidantes de NH4+ y de desnitrificantes. El potencial de mineralización de N, así como la actividad y el NMP de oxidantes de NH4+, no variaron con el tipo de suelo. Sin embargo, la actividad y el NMP de desnitrificantes fueron mayores en el suelo con mayor contenido de MO, independiente de la etapa del cultivo. A su vez, en las etapas finales del ciclo del cultivo, el NMP de desnitrificantes aumentó coincidiendo con el mayor potencial de mineralización y el mayor contenido de N mineral del suelo. Solo se observó un incremento en el flujo de N2O en el suelo de Salto a la madurez del arroz y cuando el suelo ya había sido drenado (44,2g N-N2O/ha d, frente a 20,8g N-N2O/ha d en Treinta y Tres). Esta investigación señala la importancia de estudiar las emisiones en distintos tipos de suelos y de continuar la medición luego del drenaje del cultivo de arroz para la elaboración de los inventarios de gases de efecto invernadero.

Microbial processes such as mineralization, nitrification and denitrification regulate nitrogen dynamics in the soil. The last two processes may produce nitrous oxide (N2O). In this work N2O fluxes were quantified at four moments of the rice cycle, sowing, tillering, panicle initiation and maturity, in two sites that differed mainly in their soil organic matter (OM) content, Salto (higher OM) and Treinta y Tres. Potential net N mineralization, ammonium oxidation and denitrification as well as the most probable numbers (MPN) of ammonia oxidizers and denitrifiers were determined. Potential N mineralization did not vary with the soil type and increased at rice maturity. Neither ammonia oxidation potential nor MPN were different among the soils. However, the soil with higher OM exhibited higher activity and MPN of denitrifiers, irrespective of the rice stage. In turn, at the latest phases of the crop, the MPN of denitrifiers increased coinciding with the highest mineralization potential and mineral N content of the soil. Significant differences in N2O flux were observed in Salto, where the highest emissions were detected at rice maturity, after the soil was drained (44.2 vs 20.8g N-N2O/ha d in Treinta y Tres). This work shows the importance of considering the soil type and end-of-season drainage of the rice field to elaborate GHGs (greenhouse gases) inventories.

Desempeño de un reactor biológico secuencial (RBS) en el tratamiento de aguas residuales domésticas / Performance of a Sequencing Batch Reactor (SBR) in the treatment of domestic sewage

Se estudió la remoción biológica de materia orgánica y nutrientes de un agua residual doméstica empleando un Reactor Biológico Secuencial (RBS) a escala piloto. El estudio fue dividido en cuatro fases en las que se modifico la carga orgánica y la duración de las etapas anaerobia, aerobia y anoxica que conforman cada ciclo de tratamiento, considerando edades de lodo de 10 y 7,5 días. Durante las Fases I y II se operó el sistema con bajos valores de carga másica: 0,364 y 0,220 kg.DQO/Kg.SSV.dia, mientras que durante las Fases III y IV se emplearon cargas mayores: 0,665 y 0,737 kg.DQO/Kg.SSV.dia respectivamente. Los resultados obtenidos muestran que las mayores eficiencias de remoción de materia orgánica en términos de DBO se alcanzaron durante la Fases III (91%) y IV (82%), con remoción de fósforo superior a 40%. En cuanto al proceso de nitrificación durante las Fases I y II se registraron tasas de 0,032 y 0,024 kg.N-NH3/kg.SSV.dia, esto debido al menor contenido de materia orgánica y a la baja relación DBO/NKT, mientras que durante las Fases III y IV estas fueron menores: 0,015 kg.N-NH3/kg.SSV.dia durante la Fase III y 0,020 kg.N-NH3/kg.SSV.dia en la Fase IV, sin embargo, fue en estas fases donde se alcanzaron los mayores niveles de desnitrificación durante la etapa anóxica, favorecido por una relación C/N adecuada, próxima de 4 kg.DBO/kg.N-NO3- y la presencia de un substrato de fácil biodegradación. Los resultados obtenidos muestran los RBS como una alternativa eficiente y viable en el tratamiento de aguas residuales domésticas.

It was studied the biological removal of organic matter and nutrients from domestic wastewater using a Sequential Biological Reactor (SBR) at pilot scale. The study was divided into four phases in which the organic load and the duration of anaerobic, aerobic and anoxic cycle were modified, considering sludge ages of 10 and 7.5 days. During Phases I and II the system was operated with low mass load values: 0.364 and 0.220 kg.COD/kg.VSS.day, while during Phases III and IV were used heavier loads: 0.665 and 0.737 kg.COD/Kg.VSS.day respectively. The results obtained show that the removal efficiencies of organic matter in terms of BOD were achieved during Phase III (91%) and IV (82%) with phosphorus removal exceeding 40%. As for the nitrification process during Phases I and II showed rates of 0.032 and 0.024 kg.N-NH3/kg.VSS.day, this due to lower organic matter content and low BOD/TKN, while during phases III and IV these were lower: 0.015 kg.N-NH3/kg.VSS.day during Phase III and 0.020 kg.N-NH3/kg.VSS.day in Phase IV, however, was in these phases which reached the highest levels of denitrification during the anoxic phase, favored by a C/N appropriate next of 4 kg.BOD/kg.N-NO3- and the presence of an easily biodegradable substrate. The results show the RBS as an efficient and viable process in the treatment of domestic wastewater.

Metabolismos microbianos involucrados en procesos avanzados para la remoción de nitrógeno, una revisión prospectiva / Microbial metabolisms over advanced processes for nitrogen removal, a prospective review

Los procesos avanzados para la remoción de nitrógeno están íntimamente relacionados con los metabolismos de las comunidades microbianas que intervienen en las transformaciones del mismo. Para el diseño, la optimización o el mejoramiento de los sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas, el ingeniero y el microbiólogo en forma conjunta, han logrado configurar reactores terciarios adecuados para el desenvolvimiento de estas comunidades, obteniendo altas eficiencias de remoción de los nutrientes. Este artículo presenta una revisión sobre la actividad bacteriana y su aplicación en los sistemas de tratamiento, inicia conceptualizando la influencia de los microorganismos y de la actividad humana en el ciclo global del nitrógeno, para después hacer un análisis de los procesos particulares en los cuales los microorganismos intervienen. Se clasifican e incluyen nuevas evidencias de metabolismos relacionados, y se describen como ejemplos algunos de los procesos de tratamiento terciario para aguas residuales desarrollados con éxito en las últimas décadas.

Advanced processes for nitrogen removal are intimately related to the microbial community metabolisms that take part in the transformations. For the design, optimization or improvement of domestic waste water treatment systems, engineers and microbiologists working together, have managed to implemented suitable tertiary reactors for the development of these communities, improving the efficiency of nutrient removal. This article presents a revision of the bacterial activity and its application in treatment systems. The article begins by giving an explanation about the influence of microorganism and human activity on the global nitrogen cycle. Then, it analyzes the particular processes in which the microorganisms take part. New evidence of related metabolisms are classified and included. Some of the processes of wastewater tertiary treatment, successfully developed over the last decades, are described as examples.