Los nitratos en la ganadería

La ingesta de nitratos a través del agua afecta a la salud tanto de las personas como de los animales. Tras la ingesta de agua con nitratos, estos se convierten en nitritos al pasar a la sangre, transformando la hemoglobina en meta-hemoglobina, lo que merma el transporte de oxígeno a las células y tejidos ya que la meta-hemoglobina no tiene capacidad de transportar el oxígeno.Un menor oxígeno reduce el crecimiento,aumenta la incidencia de patologías e incluso puede provocar la muerte del animal.Reduciendo los nitratos del agua se minimizan estos efectos y se tiene un agua de mayor calidad para consumo. En el caso de las explotaciones ganaderas,un agua de mayor calidad es sinónimo de productividad y rentabilidad.

 

El nitrógeno, N, es un elemento básico para el desarrollo de la vida. La reserva fundamental de nitrógeno en nuestro planeta es la atmósfera, compuesta por un 78 % de Nitrógeno, en donde se encuentra en forma de estado gaseoso (N₂). Pero en este estado molecular (N₂) no puede ser utilizado directamente por la mayoría de los seres vivos. Ha de convertirse a otras formas químicas como amonio (NH₄₊) o nitratos (NO_3-) para que pueda ser asimilado.

Otra fuente importante de amonio (NH₄₊) es la urea de los animales, existente en el purín. Cuando la urea se deposita en el suelo suceden reacciones biológicas que convierten el nitrógeno orgánico, contenido en el ión amonio (NH₄₊) en un compuesto inorgánico, cuyo nitrato (NO_3-) es el último eslabón de la cadena de reacción. Esta oxidación biológica es conocida como nitrificación.

Este proceso considera varios pasos y es mediado por bacterias autotró- ficas, aeróbicas obligadas. La urea es descompuesta por la enzima ureasa o químicamente hidrolizada a amoniaco y (CO₂). En el paso de amonificación, amoniaco es convertido mediante bacterias amonificantes en el ion amonio (NH₄₊). En el siguiente paso el amonio es convertido mediante bacterias nitrificantes en nitrato (NO_3-) (nitrificación).

Los nitratos (NO_3-) existentes en el suelo son absorbidos por las plantas, donde emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. Es decir, tienen unos efectos beneficiosos puesto que hacen que la planta se desarrolle. Por eso el purín se utiliza para abonar los campos de cultivo. Y de la misma forma se ayuda al desarrollo de la planta con abonos nitrogenados industrialmente.

Normalmente no todo el nitrato (NO_3-) existente en la tierra es asimilado por las plantas. Parte de estos nitratos (NO_3-) se transformarán de nuevo en nitrógeno atmosférico (N₂), cerrando así uno de los ciclos bioquímicos más importantes de la naturaleza, el ciclo del nitrógeno. Pero otra parte de los nitratos (NO_3-) terminará en las aguas subterráneas por efecto de las lluvias y debido a que el nitrato tiene una gran capacidad de ser arrastrado por el agua, además de ser un elemento muy soluble en el agua.

 

El consumo de agua con un nivel de nitratos similar a los que nos podemos encontrar en un entorno natural, unos 10 miligramo de (NO_3-) por litro de agua, no tienen un efecto tóxico sobre la salud. Los nitratos consumidos, parte de ellos se excretan y otra parte termina en la sangre, convirtiéndose en nitritos. Estos nitritos se unen a la hemoglobina, que es una proteína que tienen los glóbulos rojos de la sangre, cuya misión es transportar el oxigeno desde los pulmones a las células y tejidos. Cuando se produce esta unión, la hemoglobina se convierte en metahemoglobina, que ya no es capaz de captar el oxígeno y por tanto, no llega oxígeno a las células. Existen procesos inmulógicos que realizan el proceso inverso, reconvirtiendo la metahemoglobina en hemoglobina de nuevo y así neutralizando la acción de los nitratos consumidos. Si la cantidad de nitratos que se ingiere es pequeña, no pasa nada, pero si se ingieren una cantidad mayor, estos procesos no son capaces de equilibrar esta conversión y comienza la falta de oxígeno en muchas células y tejidos del cuerpo

 

 

Cuando la presencia de nitratos en las aguas subterráneas es superior a las cantidades naturales y es usada como agua de bebida, puede ocasionar serios problemas en la salud tanto humana como animal. La disminución de la capacidad de transporte de oxígeno puede producir efectos tales como problemas de desarrollo, de digestión, diarreas, disminución de fertilidad, abortos, descoordinación de movimientos, aumento de las enfermedades y aumento de la mortalidad. Sobre todo los más sensibles son los animales jóvenes, que están terminando de desarrollar su sistema inmulógico, y las madres en su etapa reproductiva.

Las explotaciones que se abastezcan de acuíferos con cierta concentración de nitratos en el agua de bebida a sus animales pueden presentar peores índices de producción. En estos casos se ha de disponer de un tratamiento especifico de agua que elimine los nitratos, mejorando la calidad de ésta y por consiguiente las productividades de la granja.

 

El consumo de agua con niveles bajos de nitratos (entre 10 y 30 ppm) ofrece la posibilidad de mejorar los indices productivos de las explotaciones ganaderas. La reducción de la concentración de nitratos en el agua favorece el óptimo transporte de oxígeno a los órganos del animal; lo cuál resulta especialmente importante en el caso de aquellos órganos implicados en aparatos o sistemas críticos para los rendimientos productivos; como es el aparato reproductor. Niveles de nitratos por debajo de 30 ppm suponen por ello una mejora de la fertilidad en las hembras reproductoras. Igualmente, en animales jóvenes, en etapas de crecimiento, la mejora en el transporte de oxígeno se traduce en una menor incidencia de procesos patológicos, menos diarreas, mayor crecimiento y mayor rendimiento en general. Incluyendo por tanto una menor morbilidad y mortalidad.

 

La disminución de la concentración de nitratos (NO_3-) en el agua puede hacerse mediante diferentes tecnologías, basadas en dos principios claramente diferenciados, el físico-químico y el biológico.

Dentro de los procesos para eliminación de nitratos basados en principios físico-químicos están la ósmosis inversa, el intercambio ió- nico o la electrolisis, entre otros. Estos procesos son caros de mantener y/o requieren de un proceso posterior de gestión de residuos, por lo que tradicionalmente no se han implantado para la eliminación de nitratos.

La empresa noNO3 Water Solutions, S.L. ha desarrollado un equipo basado en el principio de eliminación biológica del nitrato, ofreciendo un producto sencillo y económico de usar que permite a todo tipo de clientes invertir para tener un agua de mayor calidad. Y además es un proceso ecológico ya que al reproducir una transformación que ocurre en la naturaleza no genera residuos.

Seguidamente describiremos las bases de la desnitrificación bioló- gica del equipo noNO3® y nos centraremos en esta solución implantada en la explotación de vacuno lechero de la Finca Camposotillos, Toledo.

 

La empresa noNO3 Water Solutions, S.L. ha instalado en la Finca Camposotillos un equipo para el tratamiento del agua de bebida con el objetivo de reducir el nivel de nitratos (NO_3-) a valores próximos a 30 miligramos por litro (Fotos 1 y 2). El equipo llaves en mano de noNO3 se ha instalado junto a la captación de agua, justo antes de la desinfección. Sobre una solera se ha descargado el equipo que venía totalmente montado en un contenedor desde las instalaciones de noNO3, con lo que su puesta en marcha no ha durado más de una semana.

Tras consumir un agua con un nivel bajo de nitratos, en la Finca Camposotillos se han mejorado los índices de fertilidad, mortalidad de los mamones y producción de leche.

 

 

 

Los tratamientos de agua biológicos están fundamentados en la actividad que llevan a cabo algunos microorganismos que permiten cambiar ciertas características del agua.

Los procesos biológicos se basan en reacciones asociadas a los microorganismos que utilizan las distintas sustancias o elementos existentes en el agua para su crecimiento y desarrollo, convirtiendo estas sustancias en otras nuevas de fácil eliminación o inocuas. De esta manera, estos microorganismos nos ayudan a eliminar sustancias contaminantes del agua de una forma similar a como lo harían en la naturaleza. Estos procesos biológicos requieren de fuentes de carbono y/o de energía, al igual que los seres humanos, necesitan de energía para poder realizar sus funciones vitales (moverse, comer, etc.).

Según la fuente de carbono los microorganismos se clasifican en autótrofos, que sintetizan sustancias inorgánicas, y heterótrofos, que se alimentan con las sustancias orgá- nicas sintetizadas por otros organismos

A su vez, los microorganismos realizan un tipo de respiración donde se intercambian los electrones necesarios para sus funciones vitales. Este intercambio de electrones puede realizarse con el oxígeno libre o con otro elemento. Así, en el mundo de la ingeniería, los procesos biológicos se catalogan en tres tipos, teniendo en cuenta el intercambiador de electrones; aerobios, anaerobios y anóxicos.

Dentro de la gran variedad de microorganismos, existen los catalogados como facultativos que utilizan oxígeno libre cuando está presente pero también son capaces de utilizar otro aceptor de electrones cuando el oxígeno no lo está.

Los tratamientos de agua biológicos se pueden llevar a cabo en distintos entornos y son múltiples los diseños industriales. Esta técnica lleva muchos años implantada, principalmente para procesos de depuración de agua. En las últimas décadas cada vez son más los equipos industriales capaces de tratar biológicamente el agua para el consumo. No hemos de olvidar que son estos mismos microorganismos los que en la naturaleza tratan el agua de la misma manera para que al finalmente sea posible consumir este agua

Dentro de las diferentes alternativas de tratamientos biológicos se distinguen los procesos donde la microbiología está en suspensión o está fija en algún soporte, sea natural o artificial. En el argot, a la microbiología que realizará el tratamiento se le denomina biomasa. A continuación se describen las dos alternativas:

Dentro de la gran variedad de microorganismos, existen bacterias capaces de oxidar el amoniaco en nitritos y nitratos (nitrificación), mientras que existen otras que pueden reducir el nitrato a nitrógeno gas (desnitrificación). El fundamento de la desnitrificación biológica es la reducción del ion nitrato (NO_3-), presente en el suelo o en el agua, a nitrógeno molecular (N₂). Por su lugar en el ciclo del nitrógeno este proceso es el opuesto a la fijación del nitrógeno, como se puede apreciar en la Figura 1.

 

 

En términos de desnitrificación biológica, la fuente de carbono puede ser:

En el caso de pozos para abastecimiento, su contenido en materia orgánica biodegradable, es bajo, lo que hace necesaria la adición de una fuente de carbono externa.

Dada la gran concentración de oxígeno en la atmósfera terrestre, la desnitrificación sólo tiene lugar en ambientes dónde el consumo de oxígeno excede la tasa de entrada, tales como algunos suelos y humedales, lugares pobremente oxigenados de los océ- anos y sedimentos del fondo marino. En estas condiciones, las bacterias con capacidad para realizar la desnitrificación toman como aceptor de electrones al nitrato con el objetivo de obtener la energía necesaria para el crecimiento.

El proceso es parte de un metabolismo degradativo de la respiración anaerobia, en la que distintas sustancias, en este caso el nitrato, toman el papel de oxidante (aceptor de electrones) que en la respiración celular normal o aerobia corresponde al oxígeno (O₂). El proceso se produce en condiciones anaerobias por bacterias que normalmente prefieren utilizar el oxígeno si está disponible. El proceso sigue unos pasos en los que el átomo de nitrógeno se encuentra sucesivamente bajo las siguientes formas, pasando por las distintas etapas de forma inmediata:

Nitrato (NO_3-) → Nitrito (NO_2-)→ Óxido nítrico (NO) → Óxido nitroso (N₂O) → Nitrógeno molecular (N₂)

La desnitrificación es fundamental para que el nitrógeno vuelva a la atmósfera, la única manera de que no termine disuelto íntegramente en los mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin la desnitrificación la fijación de nitrógeno, abiótica y biótica, habría terminado por provocar la depleción (eliminación) del (N₂) atmosférico.

 

La desnitrificación biológica de noNO3 es una tecnología de filtración biológica que reproduce el proceso de desnitrificación tal y como ocurre en la naturaleza. El equipo de desnitrificación biológica noNO3® está compuesto por un filtro biológico de lecho fijo donde ocurre la desnitrificación biológica, un filtro físico que retiene los sólidos producidos por la desnitrificación, un tanque de oxigenación más un filtro biológico donde se oxida los posibles restos de la materia orgánica resultante del proceso de desnitrificación. En la Figura 2 se pude ver un sinóptico del proceso. Finalmente se obtiene un agua con las mismas características que la de entrada, pero con un nivel de nitratos de entre 10 a 30 miligramos por litro. El equipo se diseña y se dimensiona para que el agua se trate en un flujo continuo.