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Los biorreactores eliminan la contaminación por nitrógeno

La excavadora coloca barreras de hormigón para revestir la zanja del biorreactor en un campo agrícola


Los biorreactores son trincheras subterráneas llenas de virutas de madera. Han ido ganando terreno como herramienta para eliminar el nitrógeno del agua en entornos agrícolas. 


Adityarup «Rup» Chakravorty


El agua que sale de los campos se canaliza hacia los biorreactores. Los microbios naturales que viven en las astillas de madera eliminan los compuestos de nitrógeno del agua a medida que fluye.

Debido a que es la bacteria que hacen este proceso de limpieza con agua, se llama un proceso biológico, de ahí el nombre  bio reactor .

El agua que sale de los biorreactores tiene mucho menos nitrógeno, lo que la hace más saludable para el medio ambiente.

En un nuevo estudio, los investigadores probaron parámetros que podrían ayudar a estimar la vida útil de estos biorreactores. La investigación  fue publicada en  Agrosystems, Geosciences & Environment , una publicación de la American Society of Agronomy and Crop Science Society of America.

“Nuestro objetivo es brindar a los agricultores y otras partes interesadas una mejor comprensión de cuánto tiempo durarán estos sistemas cuando se utilicen en el campo”, dice Abby Schaefer, autora principal del estudio.

El estudio duró dos años. Los investigadores probaron nueve biorreactores. Al final de ese tiempo, todos los biorreactores todavía estaban eliminando eficazmente el nitrógeno del agua.

Eliminar el nitrógeno del agua de drenaje en entornos agrícolas es crucial porque el nitrógeno puede ser un arma de doble filo.

Los cultivos necesitan nitrógeno para crecer y producir alimentos. Pero demasiado nitrógeno en el lugar incorrecto puede causar problemas.

Una excavadora instala alcantarillas en un área de campo con gente esperando
Natasha Hoover (izquierda) y los contratistas (Con-Struct Inc) instalan las alcantarillas que se utilizarán como pozos de muestreo. Crédito: Michelle Soupir

El exceso de nitrógeno puede contaminar las aguas subterráneas y las vías fluviales. En estos ambientes acuáticos, demasiado nitrógeno puede alimentar la proliferación de algas nocivas.

Las algas consumen rápidamente todo el oxígeno de los cuerpos de agua. Esto puede conducir a zonas muertas, que son áreas con muy poco oxígeno para sustentar la vida.

Los biorreactores de virutas de madera son una forma de reducir la cantidad de nitrógeno que ingresa a las vías fluviales. Los biorreactores tienen varias ventajas sobre otras técnicas desnitrificantes.

Los biorreactores pueden reducir constantemente entre un 30 y un 50% de los compuestos de nitrógeno del agua. “Algunos biorreactores pueden lograr reducciones aún mayores”, agrega Schaefer.

“Los biorreactores requieren que se saque muy poca tierra de la producción de cultivos”, dice Schaefer. «Además, requieren muy poco mantenimiento».

Los biorreactores tampoco afectan la eficacia de los sistemas de drenaje de baldosas agrícolas. Esto significa que el agua de los campos aún se puede drenar para ayudar a prevenir inundaciones.

Un desafío con los biorreactores de virutas de madera es el asentamiento y descomposición de las virutas de madera. Esto afecta la eficiencia con que funcionan los biorreactores.

Los investigadores encontraron que las astillas de madera más cercanas a la entrada de los biorreactores se asentaron y se rompieron más rápido que las astillas de madera más adentro.

Las paredes de hormigón del biorreactor están llenas de virutas de madera y tubos de PVC para controlar el flujo de agua.
Los revestimientos de concreto se llenan parcialmente con astillas de madera durante la instalación y los pozos de monitoreo son visibles. Crédito: Michelle Soupir

Ese es un hallazgo importante. Las astillas de madera cercanas a las entradas del biorreactor se pueden reponer sin tener que excavar todo el biorreactor.

Además, los investigadores determinaron que las primeras tres cuartas partes de los biorreactores era donde la mayoría de los compuestos de nitrógeno se eliminaban del agua.

Eso significa que reemplazar las astillas de madera cerca del punto de entrada de un biorreactor podría prolongar la vida útil.

El equipo también estudió la cantidad de tiempo que pasa una gota de agua dentro del biorreactor. Esta medida se llama tiempo de retención hidráulica.

“El tiempo de retención hidráulica es uno de los principales criterios para diseñar biorreactores desnitrificantes”, dice Schaefer. «Queríamos comprender el impacto que tiene el tiempo de retención en todas las facetas del rendimiento del biorreactor».

Los investigadores probaron tres tiempos de retención hidráulica diferentes: 2 horas, 8 horas y 16 horas. La mayoría de los cambios observados en los biorreactores a lo largo del tiempo fueron similares para los diferentes tiempos de retención probados.

Sin embargo, las astillas de madera se descomponían más rápidamente cuando el tiempo de retención hidráulica era de 2 horas. Pero esos biorreactores aún eliminaron los compuestos de nitrógeno del agua de manera efectiva.

Schaefer y sus colegas ahora tienen como objetivo comprender mejor cómo funcionan los biorreactores durante períodos de tiempo aún más largos.

Abby Schaefer es investigadora e ingeniera en la Universidad Estatal de Iowa. Este trabajo fue apoyado por el Centro de Investigación de Nutrientes de Iowa .



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