Actualmente, el "nitrógeno" es un tema importante que no se puede evitar en la industria del tratamiento de aguas residuales. Muchos operadores de plantas depuradoras prestan la mayor atención al nitrógeno, mucho más que a la DQO y al fósforo, porque su eliminación es la más difícil. Durante el proceso de operación, monitorean diariamente estos indicadores de nitrógeno: nitrógeno amoniacal, nitrógeno total, nitrógeno nitrato y nitrógeno nitrito.
Pero si de repente nos preguntan: ¿cuántos tipos de nitrógeno hay en las aguas residuales? ¿Cuál es su relación?
Es posible que muchas personas se queden desconcertadas por un momento. La mayoría de las personas sólo tienen un buen conocimiento de "nitrógeno amoniacal, nitrógeno total" y no tienen clara la relación entre otros tipos de nitrógeno. Enumere los indicadores de nitrógeno con los que podemos entrar en contacto en el tratamiento de aguas residuales, incluido el nitrógeno amoniacal, el nitrógeno total, el nitrógeno orgánico, el nitrógeno inorgánico, el nitrógeno nitrato, el nitrógeno nitrito y el nitrógeno Kjeldahl.
Con tantos indicadores de nitrógeno, las relaciones entre quién interactúa con quién, quién interactúa con quién y quién incluye a quién son complejas. De hecho, el nitrógeno no es una simple sustancia presente en las aguas residuales, sino un sistema familiar en constante cambio. Si el tratamiento de aguas residuales se considera un viaje, entonces el nitrógeno de las aguas residuales también experimenta una "vida" propia. Hoy, en este artículo, resolveremos las intrincadas relaciones involucradas.
El nitrógeno en las aguas residuales se puede dividir en dos categorías.
Desde una perspectiva de clasificación amplia, el nitrógeno en las aguas residuales se divide principalmente en dos categorías:
nitrógeno orgánico
nitrógeno inorgánico
Comprender estos dos tipos de nitrógeno es el primer paso para comprender las formas del nitrógeno en las aguas residuales.
Hablemos primero del nitrógeno orgánico. En pocas palabras, el nitrógeno orgánico es el nitrógeno oculto en la materia orgánica.
Por ejemplo
proteína
aminoácido
urea
amina orgánica
Compuestos peptídicos
Compuestos nitro
Estas sustancias son muy comunes en las aguas residuales domésticas, las aguas residuales de alimentos y las aguas residuales de la acuicultura.
Por ejemplo, un trozo de carne, un plato de arroz sobrante, agua para lavar verduras y excrementos humanos contienen una gran cantidad de nitrógeno orgánico.
Y otro tipo es: nitrógeno inorgánico.
Hay tres formas principales de nitrógeno inorgánico en las aguas residuales:
nitrógeno amoniacal
nitrógeno nitrito
nitrógeno nitrato
Estos tres tipos de nitrógeno son las formas más esenciales en el proceso de tratamiento de aguas residuales. Muchas veces, los indicadores que probamos en realidad se centran en estos tres tipos de nitrógeno.
Nitrógeno orgánico: la "forma primitiva" del nitrógeno
Al comienzo de ingresar a la planta de tratamiento de aguas residuales, la mayor parte del nitrógeno es en realidad nitrógeno orgánico.
Porque las propias aguas residuales domésticas están llenas de diversos compuestos orgánicos.
Estos compuestos nitrogenados orgánicos no se eliminarán directamente, sino que primero pasarán por un proceso: la amonificación.
En pocas palabras, los microorganismos descomponen la materia orgánica.
Durante este proceso, sustancias como proteínas y aminoácidos se degradan gradualmente y, en última instancia, se libera una sustancia muy familiar: el nitrógeno amoniacal. Por lo tanto, en los sistemas de tratamiento de aguas residuales, es común ver una situación en la que el nitrógeno amoniacal no disminuye sino que aumenta. Muchos operadores novatos se pondrán muy nerviosos al ver estos datos, pensando que el sistema tiene un problema. En realidad, es innecesario, a veces es simplemente porque el nitrógeno orgánico del sistema se está descomponiendo.
En otras palabras, el nitrógeno orgánico se está transformando en nitrógeno amoniacal. ,
Nitrógeno amoniacal (NH ∝ - N): el indicador más conocido para las plantas de tratamiento de aguas residuales
Si el nitrógeno de las aguas residuales tiene un "protagonista", ese debe ser el nitrógeno amoniacal. Porque casi todas las plantas depuradoras se centrarán en este indicador. Hay dos razones por las que el nitrógeno amoniacal es importante.
Una razón es que tiene un impacto significativo en el medio ambiente. Después de entrar al agua, el nitrógeno amoniacal consume una gran cantidad de oxígeno disuelto y también puede ser tóxico para los peces.
Otra razón es que el nitrógeno amoniacal es el punto de partida de la reacción de desnitrificación.
En los sistemas de tratamiento biológico, el nitrógeno amoniacal es utilizado por un tipo especial de bacterias llamadas bacterias nitrificantes.
En condiciones aeróbicas, las bacterias nitrificantes oxidarán gradualmente el nitrógeno amoniacal. Sin embargo, este proceso no se completa en un solo paso. Pero es un proceso de dos-pasos.
Nitrito nitrito (NO ₂⁻ - N): la "estación intermedia" en el proceso de desnitrificación
El primer producto de la oxidación del nitrógeno amoniacal es el nitrógeno nitrito, que en realidad es inestable en muchas plantas de tratamiento de aguas residuales. Porque una vez formado, suele seguir oxidándose rápidamente.
Pero en algunos casos, el nitrógeno nitrito puede aumentar repentinamente.
Por ejemplo
El sistema de nitrificación se ve afectado
Oxígeno disuelto insuficiente
cambio de temperatura
Edad de lodos inestable
En este punto, el nitrógeno nitrito puede acumularse en el sistema.
El nitrógeno nitrito tiene una característica: es más tóxico que el nitrógeno amoniacal.
Si la concentración es demasiado alta, no sólo puede afectar a los microorganismos, sino que también puede tener un impacto en la calidad del efluente.
Muchos operadores se ponen nerviosos cuando ven un aumento en el nitrógeno nitrito.
Nitrato de nitrógeno (NO ∝⁻ - N): el paso final de la desnitrificación
En el segundo paso de la reacción de nitrificación, el nitrógeno nitrito seguirá oxidando.
Formación final: nitrógeno nitrato
Este proceso también requiere oxígeno y la participación de otro tipo de bacterias.
Cuando el sistema funciona de manera estable, la mayor parte del nitrógeno amoniacal eventualmente se convertirá en nitrógeno nitrato.
Pero el asunto aún no ha terminado. Si se detiene aquí, el nitrógeno seguirá estando en el agua.
Así que la depuradora todavía necesita un paso más: la desnitrificación.
En condiciones hipóxicas, las bacterias desnitrificantes reducen gradualmente el nitrógeno nitrato.
Finalmente generar un gas: nitrógeno.
El nitrógeno se liberará del agua y regresará al aire.
En este punto, el nitrógeno realmente se elimina.
El nitrógeno total (TN) es en realidad una gran colección de familias de nitrógeno.
En el sistema de monitoreo en línea previo al tratamiento de aguas residuales, el monitoreo del nitrógeno total es ahora un elemento fijo que no puede ser alcanzado por un rayo, lo que indica su importancia. Muchas personas pueden sentirse un poco abstractas cuando se topan con este indicador por primera vez. En realidad, es bastante fácil de entender. El nitrógeno total es la suma de todas las formas de nitrógeno:
nitrógeno orgánico
nitrógeno amoniacal
nitrógeno nitrito
nitrógeno nitrato
Juntos constituyen el contenido total de nitrógeno en el agua. A veces, el nitrógeno amoniacal de un sistema ya es muy bajo, pero el nitrógeno total sigue siendo alto.
La razón suele ser que el nitrógeno nitrato no se ha eliminado aún más. Esta es también la razón por la que muchas plantas de tratamiento de aguas residuales necesitan instalar sistemas de desnitrificación.
Del nitrógeno orgánico al nitrógeno: un viaje completo
Si se traza como ruta el proceso de cambio de nitrógeno en las aguas residuales, sería aproximadamente el siguiente:
Esta ruta es en realidad lo que a menudo llamamos el proceso de desnitrificación biológica.
Un camino aparentemente sencillo, pero detrás se esconde un proyecto complejo llevado a cabo por innumerables microorganismos trabajando juntos.
Cada etapa requiere condiciones ambientales adecuadas.
oxígeno disuelto
temperatura
fuente de carbono
Edad del lodo
Todos estos factores afectarán este 'viaje del nitrógeno'.
En conclusión
En el tratamiento de aguas residuales, el "nitrógeno" no es un indicador sencillo. Es más como una cadena en constante cambio.
Desde el nitrógeno en la materia orgánica hasta el nitrógeno amoniacal, luego el nitrógeno nitrato y finalmente el nitrógeno gaseoso que regresa al aire.
Todo el proceso es en realidad un ciclo dominado por microbios.
Cuando realmente comprendemos estas diferentes formas de nitrógeno, resulta más fácil comprender muchos fenómenos en los sistemas de tratamiento de aguas residuales.
Por ejemplo
¿Por qué el nitrógeno amoniacal aumenta repentinamente?
¿Por qué se acumula el nitrito?
¿Por qué siempre es difícil que el nitrógeno total cumpla con la norma?
Las respuestas a muchos problemas operativos en realidad se esconden en estos "cambios de nitrógeno".