Hoje quero compartilhar coisas sobre nitrogênio amoniacal e nitrogênio total. Em circunstâncias normais, o nitrogênio amoniacal geralmente representa cerca de 40% - 60% do nitrogênio total no esgoto doméstico urbano. Para algumas águas residuais industriais, como águas residuais de processamento de alimentos, águas residuais farmacêuticas, etc., a proporção de nitrogênio amoniacal em relação ao nitrogênio total pode variar, algumas podem chegar a 70% - 80% e outras podem ser relativamente baixas.
Nitrogênio amoniacal (NH₄⁺-N) refere-se ao nitrogênio na forma de amônia livre (NH₃) e íons de amônio (NH₄⁺) na água. E o nitrogênio total (TN) inclui nitrogênio amoniacal, nitrogênio orgânico, nitrogênio nitrato (NO₃⁻-N) e nitrogênio nitrito (NO₂⁻-N).
Baixo teor de nitrogênio amoniacal no efluente, mas alto teor de nitrogênio total pode ser causado pelos seguintes motivos:
1. Acúmulo de nitrogênio nitrato
Durante o processo de nitrificação, o nitrogênio amoniacal é convertido em nitrogênio nitrato (incluindo nitrogênio nitrato e nitrogênio nitrito) por bactérias nitrificantes em condições aeróbicas. Em circunstâncias normais, o nitrogênio nitrato gerado será reduzido a gás nitrogênio e descarregado do sistema pela desnitrificação de bactérias sob condições anóxicas no processo de desnitrificação subsequente, conseguindo assim a remoção do nitrogênio total. No entanto, se houver um problema no processo de desnitrificação, como a inibição da atividade das bactérias desnitrificantes, ambiente anóxico insuficiente, fornecimento insuficiente de fonte de carbono, etc., o nitrogênio nitrato não pode ser reduzido suavemente a gás nitrogênio. Isso leva ao acúmulo contínuo de nitrogênio nitrato na água, de modo que, embora o nitrogênio amoniacal na extremidade frontal possa ser efetivamente convertido em nitrogênio nitrato, que se manifesta como baixo nitrogênio amoniacal no efluente, o nitrogênio nitrato acumulado não pode ser removido, e o teor total de nitrogênio ainda é alto.
2. O nitrogênio orgânico não é removido de forma eficaz
Durante o processo de tratamento de esgoto, o nitrogênio orgânico precisa passar por uma série de reações bioquímicas para ser convertido em nitrogênio amoniacal e, em seguida, removido por meio de nitrificação e desnitrificação. Se a comunidade microbiana responsável pela decomposição do nitrogênio orgânico não for suficientemente rica ou ativa durante o processo de tratamento, ou as condições de tratamento (como temperatura, valor de pH, oxigênio dissolvido, etc.) não forem propícias à decomposição e transformação do nitrogênio orgânico , pode levar à incapacidade de converter totalmente o nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal.
Por exemplo, uma temperatura demasiado baixa pode abrandar a taxa metabólica dos microrganismos, tornando incompleta a reacção de decomposição do azoto orgânico; valores de pH inadequados podem afetar a atividade das enzimas, inibindo assim a decomposição do nitrogênio orgânico pelos microrganismos.
Desta forma, embora o nitrogênio amoniacal seja bem removido por nitrificação e desnitrificação, que se manifesta como baixo nitrogênio amoniacal no efluente, o nitrogênio orgânico original no esgoto não é completamente convertido e removido, resultando em um alto teor de nitrogênio total.
3. A taxa de refluxo interno é muito pequena
O refluxo interno refere-se ao retorno do líquido misto rico em nitrogênio nitrato no final da piscina aeróbica para a extremidade frontal da piscina anóxica para fornecer nitrogênio nitrato para a reação de desnitrificação. A taxa de refluxo interno refere-se à proporção entre a quantidade de líquido misturado retornado e a vazão de entrada.
Se a taxa de refluxo interno for muito pequena, significa que o nitrogênio nitrato retornado ao reservatório anóxico é insuficiente. Em um ambiente anóxico, as bactérias desnitrificantes usam fontes de carbono para reduzir o nitrogênio nitrato em gás nitrogênio. A falta de nitrogênio nitrato suficiente limitará a reação de desnitrificação.
Por exemplo, durante a operação normal, a taxa de refluxo interno precisa atingir 200% para atender à demanda de nitrogênio nitrato para desnitrificação, mas a taxa de refluxo interno real é de apenas 100% ou até menor. Isso torna impossível que a desnitrificação desempenhe plenamente o seu papel, e uma grande quantidade de nitrogênio nitrato não pode ser convertida em nitrogênio gasoso para descarga, resultando em baixo nitrogênio amoniacal no efluente, mas o nitrogênio total ainda é alto. Quando a taxa de refluxo interno é controlada entre 200-400%, a eficiência de desnitrificação é melhor.
4. Fonte de carbono insuficiente
Durante o processo de desnitrificação, as bactérias desnitrificantes precisam de fontes de carbono como energia e doadores de elétrons para reduzir o nitrogênio nitrato em gás nitrogênio. Se não houver fonte suficiente de carbono disponível no esgoto, o metabolismo e a reação das bactérias desnitrificantes serão limitados. Durante o processo de desnitrificação, o nitrogênio nitrato e o nitrogênio nitrito são convertidos em nitrogênio gasoso (N₂) e escapam. Se este processo não for suficiente, o azoto nitrato no azoto total não será efetivamente removido. De acordo com os dados operacionais da estação de tratamento de esgoto, quando a eficiência de desnitrificação for inferior a 80%, o efeito de remoção do nitrogênio total será bastante reduzido.
As fontes comuns de carbono que podem ser usadas pelas bactérias desnitrificantes incluem matéria orgânica, como metanol, acetato de sódio, glicose, etc. Se a quantidade de fonte de carbono orgânico contida no próprio afluente for insuficiente, ou for consumida durante o processo de tratamento, e nenhuma fonte adicional de carbono é adicionada a tempo, a reação de desnitrificação não pode ser totalmente realizada.
Por exemplo, a relação carbono-nitrogénio (C/N) de algumas águas residuais industriais é baixa e a fonte de carbono nelas contida não é suficiente para apoiar uma desnitrificação eficaz. Ou durante o processo de tratamento, devido ao desenho irracional do processo, a fonte de carbono é consumida em excesso no início e a fonte de carbono é escassa quando atinge o estágio de desnitrificação.
Neste caso, mesmo que o processo de nitrificação possa converter com sucesso o azoto amoniacal em azoto nitrato, devido à falta de fonte de carbono suficiente para a desnitrificação, o azoto nitrato não pode ser totalmente removido, resultando num baixo azoto amoniacal efluente, mas num elevado azoto total.
5. Controle inadequado de oxigênio dissolvido
O oxigênio dissolvido desempenha um papel fundamental no processo de nitrificação e desnitrificação do tratamento de esgoto. As reações de nitrificação precisam ser realizadas sob condições aeróbicas, e uma maior concentração de oxigênio dissolvido é necessária para apoiar as bactérias nitrificantes na conversão do nitrogênio amoniacal em nitrogênio nitrato.
No entanto, as reações de desnitrificação precisam ser realizadas em ambientes anóxicos. Se a concentração de oxigênio dissolvido for muito alta, inibirá a atividade das bactérias desnitrificantes e interferirá no processo de desnitrificação.
Por exemplo, na área de desnitrificação, se o oxigênio dissolvido for muito alto devido à aeração irregular, agitação insuficiente ou projeto de processo irracional, o metabolismo normal das bactérias desnitrificantes e a atividade das enzimas desnitrificantes serão inibidos. Isto tornará a reação de desnitrificação incapaz de prosseguir de forma eficaz. Mesmo que o processo de nitrificação inicial converta com sucesso o nitrogênio amoniacal em nitrogênio nitrato, o nitrogênio nitrato não será totalmente convertido em nitrogênio gasoso e descarregado devido à obstrução da desnitrificação, resultando em baixo nitrogênio amoniacal no efluente, mas alto nitrogênio total.
Ajustando os parâmetros do processo, como controlar o oxigênio dissolvido (OD) abaixo de 00,5 mg/L, para criar um ambiente mais propício ao crescimento de bactérias desnitrificantes. Ao mesmo tempo, aumentando o tempo de residência na zona anóxica, pode ser assegurado que o azoto nitrato tem tempo suficiente para ser convertido em azoto gasoso.
6. Idade inadequada do lodo
A idade do lodo refere-se ao tempo médio de permanência do lodo ativado em todo o sistema. Diferentes microrganismos têm diferentes taxas de crescimento e reprodução, e os requisitos para a idade do lodo também são diferentes.
As bactérias nitrificantes crescem lentamente e requerem uma idade mais longa do lodo para garantir o seu número e atividade no sistema. Se a idade do lodo for muito curta, as bactérias nitrificantes serão descarregadas do sistema antes de serem totalmente reproduzidas, e a reação de nitrificação não poderá ser totalmente realizada, resultando em uma diminuição na eficiência da conversão de nitrogênio amoniacal em nitrogênio nitrato.
Por outro lado, se a idade do lodo for muito longa, pode causar envelhecimento do lodo e desequilíbrio da estrutura da comunidade microbiana, na qual a atividade e a quantidade de bactérias desnitrificantes podem ser afetadas, resultando em desnitrificação insuficiente e conversão ineficaz de nitrogênio nitrato em nitrogênio. gás, resultando em um fraco efeito de remoção total de nitrogênio.
Por exemplo, na operação real, se a idade do lodo for definida muito curta em busca de eficiência excessiva de remoção de lodo, poderá ocorrer nitrificação incompleta e poderá ocorrer quantidade insuficiente de nitrogênio amoniacal convertido em nitrogênio nitrato; e se a idade do lodo for excessivamente prolongada para economizar custos de tratamento do lodo, poderá causar envelhecimento do lodo e efeito de desnitrificação deficiente.
7. Defeitos no projeto do processo
Algumas estações de tratamento de esgoto podem não ter ligações eficazes de desnitrificação no fluxo do processo devido à estimativa insuficiente dos requisitos para a remoção total de nitrogênio durante o projeto, por exemplo:
1. Volume insuficiente da zona anóxica: A zona anóxica é a principal área onde ocorre a desnitrificação. Se o seu volume for muito pequeno, não pode fornecer espaço e tempo de reação suficientes para a desnitrificação das bactérias, resultando em desnitrificação insuficiente e fraco efeito de remoção total de nitrogênio.
2. Agitação desigual na zona anóxica: A agitação desigual causará mistura inadequada de esgoto na zona anóxica, e algumas áreas podem não ser capazes de obter fontes suficientes de carbono e nitrogênio nitrato, afetando o efeito de desnitrificação.
Para o problema de remoção total de nitrogênio causado por defeitos de projeto, é possível considerar a adição ou modificação da zona anóxica e a adição de pré-tratamento de hidrólise e acidificação para aumentar a taxa de conversão da matéria orgânica, fornecendo assim mais fontes de carbono para apoiar o processo de desnitrificação.