Quando falamos sobre tratamento de esgoto, fertilização agrícola ou temas de proteção ambiental, frequentemente ouvimos as palavras "nitrogênio orgânico" e "nitrogênio amoniacal". Muitas pessoas podem se perguntar, qual é a relação entre os dois? Como o nitrogênio orgânico é gradualmente convertido em nitrogênio amoniacal? Hoje, vamos usar uma linguagem simples para explicar o processo de conversão e, em seguida, falar sobre as técnicas de conversão comumente usadas na prática, para garantir que você possa ouvir com clareza. Primeiro, esclarecer: O que é nitrogênio orgânico? O que é nitrogênio amoniacal? Antes de falar sobre transformação, precisamos primeiro identificar claramente esses dois 'protagonistas'. O elemento nitrogênio ao nosso redor é bastante travesso, sempre aparecendo em vários "coletes". O nitrogênio orgânico é um dos "coletes", que geralmente se esconde na matéria orgânica, como a proteína que comemos, compostos contendo nitrogênio na palha das plantas e vários compostos orgânicos no esgoto, todos os quais contêm muito nitrogênio orgânico. O que é nitrogênio amoniacal? O nitrogênio amoniacal é, na verdade, outro "colete" de troca de nitrogênio, existindo principalmente na forma de gás amônia (NH3) ou íons amônio (NH₄⁺). É muito comum na água, por exemplo, a água em nosso aquário em casa terá cheiro depois de muito tempo, e pode haver nitrogênio amoniacal nela; O fertilizante nitrogenado aplicado em terras agrícolas é lavado para os rios pela água, o que também aumenta a quantidade de nitrogênio amoniacal na água. O processo de conversão de nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal, em termos simples, é o processo de mudança do elemento nitrogênio de "colete de nitrogênio orgânico" para "colete de nitrogênio amoniacal". Esse processo ocorre frequentemente na natureza e em nossos processos industriais, e o chamamos de "amonificação". A 'magia' na natureza: como o nitrogênio orgânico se transforma em nitrogênio amoniacal por conta própria? Você pode não saber que na natureza, não precisamos nos preocupar com a conversão de nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal. Existe um grupo de "pequenos especialistas" trabalhando silenciosamente, eles são os microrganismos. Os microrganismos estão em toda parte ao nosso redor, como bactérias, fungos e outras criaturas invisíveis que adoram "comer" matéria orgânica. Quando eles 'digerem' matéria orgânica contendo nitrogênio orgânico, assim como quebramos a proteína em aminoácidos quando a comemos, os microrganismos quebram as estruturas complexas no nitrogênio orgânico. Por exemplo, as proteínas são primeiro quebradas em aminoácidos, que são então ainda mais "quebrados", e o elemento nitrogênio dentro se transformará lentamente em amônia (NH3). Se estiver na água, a amônia pode facilmente reagir com a água para formar íons amônio (NH₄⁺), o que transforma o nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal. Esse processo pode ser visto em toda parte na natureza: no outono, as folhas caídas caem no chão e são decompostas por microrganismos, e o nitrogênio orgânico dentro se transformará em nitrogênio amoniacal e retornará ao solo; As fezes de animais emitem um odor fétido durante a compostagem, o que é realmente devido ao trabalho de microrganismos que convertem nitrogênio orgânico nas fezes em nitrogênio amoniacal, resultando em um odor de amônia. E esse processo pode ser realizado sem a necessidade de oxigênio. Seja em solo aeróbico ou lodo de esgoto anaeróbico, os microrganismos podem trabalhar, não é muito poderoso? Como podemos 'acelerar' esse processo de transformação na indústria e na vida diária? Na vida diária e na indústria, muitas vezes precisamos tratar águas residuais contendo nitrogênio orgânico, como águas residuais domésticas urbanas, águas residuais de criação de animais e águas residuais de fábricas de processamento de alimentos. Se o nitrogênio orgânico nessas águas não for tratado e descarregado diretamente, ele poluirá o meio ambiente. Portanto, precisamos encontrar maneiras de converter rapidamente o nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal para tratamento posterior.
1. Processo de tratamento biológico aeróbico: permitindo que os microrganismos "respirem muito" para trabalhar. O tratamento biológico aeróbico é permitir que os microrganismos "respirem livremente" em um ambiente contendo oxigênio, decomponham rapidamente a matéria orgânica e convertam o nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal. O processo de lodo ativado comumente usado é um processo aeróbico típico. No tanque de aeração da estação de tratamento de esgoto, os trabalhadores soprarão uma grande quantidade de ar na água através de tubulações para encher a água com oxigênio. Neste ponto, os microrganismos amantes de oxigênio (como bactérias aeróbicas) se tornarão "ativos" e "comerão" loucamente matéria orgânica no esgoto, decompondo gradualmente o nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal. Este processo é muito rápido porque, quando há oxigênio suficiente, os microrganismos se multiplicam rapidamente e trabalham eficientemente. Além disso, o lodo no tanque de aeração é como um "armazém microbiano", contendo um grande número de microrganismos que podem tratar continuamente o nitrogênio orgânico nas águas residuais. No entanto, este processo requer consumo de oxigênio e equipamentos de aeração especializados, o que é adequado para tratar águas residuais domésticas ou industriais com baixa concentração de nitrogênio orgânico.
2. Processo de tratamento biológico anaeróbico: Na "oficina anaeróbica", algumas águas residuais com concentrações particularmente altas de matéria orgânica, como esterco de fazendas de criação e águas residuais de destilarias, são transformadas silenciosamente. Neste momento, não é econômico usar processos aeróbicos porque muito oxigênio é necessário. Neste ponto, usaremos a tecnologia de tratamento biológico anaeróbico para permitir que os microrganismos trabalhem em um ambiente livre de oxigênio. Os processos anaeróbicos são geralmente realizados em reatores fechados, como reatores UASB comuns (leitos de lodo anaeróbicos de fluxo ascendente) e tanques de digestão anaeróbica. Nesses reatores, sem oxigênio, microrganismos "anaeróbicos" especializados entrarão em ação. Seu processo de decomposição da matéria orgânica é ligeiramente mais complexo do que os microrganismos aeróbicos, o que envolve várias etapas para "quebrar" a matéria orgânica. O nitrogênio orgânico é lentamente convertido em nitrogênio amoniacal durante este processo. Você pode perguntar, o tratamento anaeróbico não produz metano? É verdade, mas ao produzir metano, a amonificação também está ocorrendo silenciosamente. Além disso, os processos anaeróbicos são particularmente eficientes em termos de energia, pois não requerem aeração e podem gerar metano como fonte de energia, tornando-os ideais para tratar águas residuais orgânicas de alta concentração. Por exemplo, após o tratamento anaeróbico, o esterco de uma fazenda de criação não apenas converte nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal, mas também coleta biogás para cozinhar e gerar eletricidade, matando dois coelhos com uma cajadada só.
3. Processo de hidrólise e acidificação: Primeiro, "quebrar" a matéria orgânica e, em seguida, converter o nitrogênio amoniacal. Às vezes, a estrutura da matéria orgânica no esgoto é muito complexa, e é difícil para os microrganismos "comerem" ela. Neste momento, é necessário primeiro "simplificá-los". O processo de hidrólise e acidificação é para este fim. Os microrganismos no tanque de acidificação por hidrólise primeiro "triturarão" a matéria orgânica complexa (como proteínas e celulose) em pequenas moléculas orgânicas simples (como aminoácidos e glicose). Neste processo de "trituração", o nitrogênio orgânico também será decomposto, com uma porção convertida diretamente em nitrogênio amoniacal, e os elementos de nitrogênio restantes em pequenas moléculas orgânicas serão ainda mais convertidos em nitrogênio amoniacal por outros microrganismos. Este processo é geralmente usado como uma etapa de "pré-tratamento" no tratamento de águas residuais, permitindo que o nitrogênio orgânico difícil de tratar "afrouxe seus músculos e ossos" primeiro, tornando mais fácil para os processos aeróbicos ou anaeróbicos subsequentes tratarem com mais eficiência. É particularmente adequado para tratar águas residuais industriais contendo uma grande quantidade de matéria orgânica complexa, como águas residuais de impressão e tingimento e águas residuais de fabricação de papel.
4. Compostagem e engenharia de biogás: Os "pequenos mestres" da amonificação na agricultura não apenas precisam converter nitrogênio orgânico no tratamento de águas residuais, mas também usam frequentemente este princípio na agricultura. Por exemplo, ao fazer compostagem, empilhamos palha e fezes juntas, adicionamos um pouco de água para mantê-las úmidas e, em seguida, cobrimos com uma folha de plástico. Os microrganismos dentro se proliferarão em um ambiente aeróbico e ligeiramente úmido, decompondo a matéria orgânica e transformando o nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal, que permanecerá na compostagem. O fertilizante empilhado dessa forma é rico em nitrogênio amoniacal, que pode ser absorvido pelas plantas no campo e usado como fertilizante nitrogenado. A engenharia de biogás é semelhante à compostagem, mas envolve tratamento anaeróbico em um biodigestor fechado. Fezes e palha são decompostas por microrganismos anaeróbicos no tanque, produzindo biogás. Ao mesmo tempo, o nitrogênio orgânico é convertido em nitrogênio amoniacal, e o restante do chorume e resíduos de biogás também são bons fertilizantes. O nitrogênio amoniacal dentro pode ser usado pelas culturas, o que é ecologicamente correto e economiza energia.
Por que converter nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal? Essa conversão é importante? Algumas pessoas podem perguntar, qual é o propósito por trás de tanto esforço para converter nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal? Na verdade, este processo de conversão é particularmente importante tanto na proteção ambiental quanto na agricultura. Do ponto de vista ambiental, se o nitrogênio orgânico for descarregado diretamente na água, ele será lentamente decomposto por microrganismos na água, o que consumirá oxigênio na água e fará com que peixes e camarões morram devido à hipóxia. Além disso, o nitrogênio orgânico pode se decompor em nitrato no final, e o excesso de nitrato que entra nas águas subterrâneas pode causar doenças se consumido. E, convertendo primeiro o nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal, podemos usar processos subsequentes (como nitrificação e desnitrificação) para processar ainda mais o nitrogênio amoniacal em nitrogênio e descarregá-lo no ar, reduzindo a poluição ambiental. Do ponto de vista agrícola, as plantas não podem absorver diretamente o nitrogênio orgânico e devem esperar que ele se transforme em nitrogênio amoniacal ou outro nitrogênio inorgânico antes que possam "comer" ele. Portanto, o processo de amonificação na compostagem e na engenharia de biogás é, na verdade, transformar "nitrogênio ineficaz" em "nitrogênio eficaz", tornando os fertilizantes mais nutritivos e as culturas crescendo melhor. Finalmente, para resumir: a conversão de nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal depende de microrganismos. Em última análise, o cerne da conversão de nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal é o trabalho dos microrganismos. Seja a decomposição de folhas caídas na natureza ou os tanques de aeração em estações de tratamento de esgoto, os microrganismos liberam elementos de nitrogênio do nitrogênio orgânico ao decompor a matéria orgânica, transformando-os em amônia ou íons amônio. E os vários processos inventados pelos humanos são essencialmente a criação de um "ambiente de trabalho" mais confortável para que os microrganismos concluam esse processo de transformação com mais eficiência. Depois de entender este processo, você acha que o ciclo do nitrogênio ao seu redor é bastante maravilhoso? De microrganismos invisíveis a enormes estações de tratamento de esgoto, descobriu-se que o objetivo é transformar o nitrogênio em um recurso valioso, protegendo o meio ambiente e servindo nossas vidas diárias. Da próxima vez que você ouvir as palavras 'nitrogênio amoniacal' e 'nitrogênio orgânico', você poderá explicar facilmente sua relação!
