O azoto amoniacal (NH₄⁺-N) refere-se à quantidade de azoto presente numa solução aquosa como ião amónio (NH₄⁺). Desempenha um papel central no tratamento de águas industriais e de águas residuais e é uma parte essencial do ciclo do azoto. O azoto amoniacal é produzido pela decomposição de compostos orgânicos de azoto, como as proteínas e a ureia, e é um parâmetro fundamental para a monitorização da poluição por azoto nas águas residuais e superficiais.
Índice
Contexto técnico
O amónio (NH₄⁺) é formado quando o amoníaco (NH₃) é dissolvido em água e absorve um protão (H⁺). O valor do pH da água influencia o equilíbrio entre o amónio e o amoníaco. A um valor de pH inferior a 7, o azoto está predominantemente presente sob a forma de amónio, enquanto o amoníaco domina a valores de pH mais elevados. O conhecimento deste equilíbrio é crucial, uma vez que o amoníaco em concentrações mais elevadas é tóxico para os organismos aquáticos e pode ser volátil, enquanto o amónio é muito menos tóxico e mais estável.
Importância no tratamento da água e das águas residuais
O azoto amoniacal é de grande importância na tecnologia da água e das águas residuais, uma vez que serve de indicador dos compostos de azoto na água. Concentrações elevadas de azoto amoniacal indicam frequentemente contaminação orgânica, baixos níveis de oxigénio ou biodegradação insuficiente.
Aplicações na prática:
Tratamento biológico de águas residuais: Na nitrificação e desnitrificação, dois processos sucessivos no tratamento biológico de águas residuais, o amónio é convertido em nitrito (NO₂-) e depois em nitrato (NO₃-). Estes processos são cruciais para remover os compostos de azoto das águas residuais e garantir o cumprimento dos limites legais.
Nitrificação: O primeiro passo na remoção do azoto é a nitrificação, em que o amónio é oxidado a nitrito e depois a nitrato em condições aeróbias por bactérias nitrificantes. Esta etapa é particularmente importante nas estações de tratamento de águas residuais industriais e municipais, uma vez que prepara o azoto para a desnitrificação.
Desnitrificação: A segunda fase da remoção de azoto ocorre em condições anaeróbias, em que o nitrato é reduzido por bactérias desnitrificantes a azoto gasoso (N₂), que se liberta para a atmosfera. Sem a fase preliminar de nitrificação, na qual o amónio é convertido em nitrato, o azoto não poderia ser removido eficientemente.
Processos de tratamento anaeróbio: Nas instalações anaeróbias de biogás, o amónio é libertado como produto da decomposição da matéria orgânica. Aqui, a concentração de amónio é frequentemente mais elevada e pode ser necessária a nitrificação ou a remoção de amoníaco a jusante para preparar as águas residuais para descarga em massas de água.
- Amónio em circuitos de água de arrefecimento: O amónio pode ser utilizado como agente anti-corrosão em sistemas de água de refrigeração, uma vez que protege o material da corrosão em determinadas concentrações. No entanto, isto requer um controlo rigoroso, uma vez que o excesso de amónio pode afetar a qualidade da água.
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Processo de remoção de azoto amoniacal
As elevadas concentrações de amónio nas águas residuais constituem um problema ambiental, uma vez que podem conduzir à eutrofização se entrarem nas massas de água sem serem tratadas. Por conseguinte, são utilizados vários processos para remover o amónio:
1. processos biológicos
- Nitrificação e desnitrificação: Em muitas estações de tratamento de águas residuais industriais e municipais, é utilizado o processo de lamas activadas (como o sistema ALMA BHU BIO), no qual os microrganismos biodegradam o amónio. Em alternativa, podem ser utilizados filtros biologicamente activados (ver foto) ou reactores descontínuos sequenciais (SBR).
Foto: Foto da nossa filtração biologicamente activada com desnitrificação e nitrificação(ALMA BHU BAF)
2. processos físico-químicos
- Remoção de amoníaco: Em concentrações elevadas de amoníaco, o amoníaco pode ser convertido em amoníaco gasoso através do aumento do valor do pH e depois expelido por remoção.
- Permuta iónica: São utilizadas resinas especiais de permuta iónica para remover seletivamente os iões de amónio das águas residuais. Isto é particularmente útil para concentrações baixas de amónio e em processos que requerem uma pureza muito elevada da água.
3. processo de membrana
- A osmose inversa (ver foto) e a nanofiltração(visão geral do produto: filtração por membrana) podem ser utilizadas para remover o amónio, especialmente quando é importante purificar as águas residuais de forma muito fina ou reciclá-las em circuitos de água fechados.
Foto: Sistema de osmose inversa com colunas de permuta iónica para caudais de água baixos a médios(ALMA OSMO Process)
Desafios na remoção do azoto amoniacal
- Dependência do pH: O tratamento do amónio é altamente dependente do valor do pH, uma vez que o equilíbrio entre o amónio e o amoníaco pode ser alterado. Isto requer uma regulação precisa do pH para garantir uma remoção eficaz do amónio.
- Despesas de energia e de custos: A remoção do amónio, em especial através de processos físico-químicos, pode resultar num elevado consumo de energia e em custos elevados, especialmente no caso de grandes quantidades de águas residuais ou de concentrações elevadas de amónio.
- Azoto residual: Após o tratamento biológico, o azoto residual sob a forma de amónio pode ainda permanecer nas águas residuais, dificultando o cumprimento de regulamentos ambientais mais rigorosos.
Impacto ambiental do azoto amoniacal
1. eutrofização das massas de água
Um dos impactos ambientais mais graves do amónio é o seu papel na eutrofização. A eutrofização refere-se à fertilização excessiva das massas de água devido ao aporte excessivo de nutrientes, em especial compostos de azoto e fósforo. O amónio, como forma de azoto reativo, contribui significativamente para este processo. A entrada de amónio leva a um aumento do fornecimento de nutrientes na água, o que acelera consideravelmente o crescimento de algas e de outras plantas aquáticas.
O crescimento excessivo de algas tem várias consequências negativas:
- Deficiência de oxigénio: Durante a decomposição das algas mortas, os microrganismos consomem grandes quantidades de oxigénio, o que leva a um estado de hipoxia (deficiência de oxigénio) nas massas de água. Em casos extremos, isto pode levar à mortalidade dos peixes e à morte de outros organismos aquáticos.
- Deterioração da qualidade da água: A produção maciça de algas pode aumentar a turvação da água e piorar as condições de vida de muitos organismos aquáticos. A elevada carga orgânica também promove o crescimento de bactérias, o que pode levar a problemas de odor e sabor na água.
2. toxicidade para os organismos aquáticos
Em determinadas concentrações e condições ambientais, particularmente em valores de pH mais elevados, o amónio pode ser convertido em amoníaco (NH₃), que é altamente tóxico para muitos organismos aquáticos, como peixes, invertebrados e algas. O amoníaco pode entrar na corrente sanguínea dos peixes através das guelras e causar efeitos tóxicos que conduzem a danos nos nervos, alterações comportamentais e mesmo à morte.
Mesmo em baixas concentrações, o amoníaco pode ser prejudicial para os organismos aquáticos e desequilibrar o ecossistema. As larvas e os estádios juvenis dos peixes e outros organismos aquáticos são particularmente sensíveis ao envenenamento por amoníaco.
3. Consumo de oxigénio devido à oxidação do amónio
O amónio em si não consome oxigénio, mas a conversão biológica do amónio em nitrato através do processo de nitrificação leva a um consumo significativo de oxigénio. As bactérias activas na nitrificação utilizam o oxigénio para oxidar o amónio em nitrato. Se forem descarregadas grandes quantidades de amónio numa massa de água, este consumo bioquímico de oxigénio (CBO) pode levar à depleção de oxigénio, o que constitui um risco de vida para os peixes e outros organismos.
4. acidificação das massas de água
Concentrações elevadas de amónio nas massas de água podem também levar à acidificação local. O ácido nítrico (HNO₃) é produzido durante a decomposição biológica do azoto através da nitrificação, o que pode baixar o valor do pH da água. Esta acidificação afecta muitos organismos aquáticos, uma vez que estes são frequentemente muito sensíveis às flutuações do pH. Um valor de pH baixo pode pôr em risco a sobrevivência de espécies de peixes e invertebrados que se desenvolvem melhor em ambientes mais alcalinos.
5 Poluição por azoto a longo prazo
Outro problema do amónio no ambiente é a acumulação a longo prazo de azoto nos solos e nas massas de água. Se o amónio não for completamente removido ou degradado, pode acumular-se no ambiente e entrar nas fontes de água subterrânea. Isto representa um risco particular para a qualidade da água potável, uma vez que níveis elevados de nitratos na água potável são prejudiciais para a saúde, especialmente para os bebés (metahemoglobinemia).
Valores-limite e monitorização
No tratamento de águas residuais industriais e municipais, aplicam-se limites rigorosos ao teor de azoto am oniacal nas águas residuais tratadas. Estes valores-limite variam consoante a região e a diretiva de proteção da água, por exemplo, são regulados pela Diretiva-Quadro da Água da UE e pela Portaria Alemã sobre Águas Residuais (AbwV). A monitorização contínua do azoto amoniacal nas águas residuais é necessária para garantir o cumprimento destes limites e evitar danos ambientais.
Conclusão
O azoto amoniacal é uma parte importante do ciclo do azoto e desempenha um papel central no tratamento da água e das águas residuais. O manuseamento e a remoção corretos do amónio são cruciais para minimizar a poluição ambiental e garantir a qualidade da água. Diversos biológicos, físico-químicos e baseados em membranas para remover eficazmente o amónio das águas residuais industriais e municipais. O controlo preciso do valor do pH, da temperatura e dos parâmetros de funcionamento é essencial para conseguir uma remoção óptima.
