Nitrificação 101

Por Heather Jennings, PE

Hoje vamos nos concentrar nos nitrificantes, os autótrofos do tratamento de águas residuais que obtêm energia da oxidação da amônia.
(Autótrofos são microrganismos que produzem compostos orgânicos complexos usando carbono inorgânico de substâncias simples como fonte de alimento).
A oxidação da amônia é uma maneira elegante de dizer que você pode arrancar hidrogênios para colar oxigênios no nitrogênio – a essência da nitrificação.

No tratamento de águas residuais, dependemos de bactérias para realizar a nitrificação.
Embora Nitrobacter e Nitrosomonas sejam as mais comumente reconhecidas, elas são apenas parte de um conjunto de bactérias nitrificantes autotróficas que fazem o trabalho.
Lembre-se de que também existem nitrificantes heterotróficos que fazem parte das bactérias formadoras de flocos que ajudam na oxidação do amônio, mas, desta vez, vamos nos concentrar nas autotróficas.

Nos sistemas municipais de águas residuais, as principais fontes de nitrogênio encontradas na DBO provêm de fontes comerciais e industriais e de resíduos humanos.
Em outros setores, como o de processamento de alimentos, as fontes de nitrogênio orgânico podem ser gorduras, óleos e graxas ou tratamentos de preparação de alimentos.
As formas mais comuns de nitrogênio nas águas residuais são o nitrogênio orgânico, a amônia e/ou o amônio.

Aprofundando-se um pouco mais no nitrogênio orgânico, você descobrirá que ele é uma combinação de proteínas, aminoácidos e ureia que são decompostos para fornecer amônia ou amônio.
Independentemente da fonte de nitrogênio, uma vez que o nitrogênio orgânico é decomposto em amônia ou amoníaco como fonte de nitrogênio, a nitrificação pode começar.
No entanto, lembre-se de que sempre haverá uma parte, normalmente de 5 a %–10%, cujo tratamento não é economicamente viável, pois pode exigir mais energia ou tempo de tratamento do que a capacidade do sistema de águas residuais.
Essa parte é liberada no efluente e no meio ambiente.

Os nitrificadores têm muitos requisitos para funcionar.
Antes de tudo, eles precisam de oxigênio: em termos químicos, 1,5 parte de oxigênio para nitrificar 1 parte de amônia em nitrito e 0,5 parte de oxigênio para nitrificar 1 parte de amônia em nitrato.
Para obter melhores resultados, recomenda-se que um sistema mantenha pelo menos 2 mg/L de oxigênio dissolvido para fornecer oxigênio suficiente para realizar a nitrificação.
Esse requisito de oxigênio dissolvido é o verdadeiro condutor do dimensionamento dos sistemas de aeração e o principal contribuinte para os altos requisitos de energia dos equipamentos de aeração.

Os nitrificantes não precisam apenas de oxigênio, mas também de tempo de permanência.
Normalmente, os nitrificantes levam de 22 a 48 horas para se multiplicar e, se você quiser, mais de 5 dias de tempo de retenção.
Os tempos de retenção podem ser ainda maiores se a temperatura do afluente estiver abaixo de 59°F.
Os nitrificadores também têm um ponto ideal para o crescimento de nitrificadores, em termos de temperatura, que é 77°F.
A nitrificação também pode ser significativamente reduzida acima de 86°F, devido à redução da retenção de oxigênio dissolvido na coluna de água.

Por último, mas não menos importante, a nitrificação precisa de alcalinidade de carbonato, ou “alcalinidade”, como fonte de carbono para os nitrificantes autotróficos.
A falta de alcalinidade pode ser um fator limitante significativo.
A nitrificação requer 7,1 lb.
de alcalinidade para cada 1,0 lb.
de amônia-N oxidada.
Aproximadamente metade da alcalinidade pode ser recuperada durante o processo de desnitrificação, mas se a outra metade não vier com o afluente, você precisará adicionar bicarbonato de sódio, carbonato de sódio ou cal para aumentar a alcalinidade.
A alcalinidade também ajuda os sistemas de águas residuais, protegendo-os do aumento subsequente da acidez associada à nitrificação.

Portanto, em resumo, você precisa de bactérias nitrificantes, oxigênio, temperaturas adequadas, alcalinidade suficiente e tempo para nitrificar.
No papel, isso parece muito fácil, mas na realidade pode ser um desafio para você conseguir e manter.