Nitrificação, desnitrificação e como fazer o desnitrificador
Enviado: 15 Mar 2011, 10:07
Nitrato, é um dos elementos que lutamos muito para remover de nossos aquários. Há varias formas de removermos nitrato de nosso sistema, e abaixo apresento um sistema muito pouco usado no Brasil, mas bem mais difundido nos EUA.
Dependendo do nível de nitrato, temos como efeito, desde a perda de cor nos corais até o ponto de mata-los.
A intenção deste artigo é prover os aquaristas com informações como a desnitrificação ocorre e como montar um sistema que tenha a capacidade de reduzir nitrato do aquário através da exportação de nitrogênio.
A primeira etapa - Amonização e nitrificação:
Bactérias são as responsáveis pela remoção de nitrogênio orgânico de nossos aquários usando dois processos distintos.
O primeiro processo é o de hidrolise, onde o nitrogênio orgânico é convertido em amônia ( NH3 / NH4).
Em seguida a amônia vai sofrer um processo chamado de nitrificação, usando duas bactérias distintas, conforme descrito abaixo:
Bactérias chamadas de Nitrosomonas converte amônia para nitrito.
Bactérias chamadas Nitrobacter converte nitrito para nitrato.
Ambos os processos acontecem de forma continuada, desde que haja amônia para ser convertida.
Ambas bactérias são bactérias aeróbicas, ou seja, elas necessitam de oxigênio dissolvido (OD) na água para que possam sobreviver. Com níveis de OD de 1,0 mg/l ou mais, as bactérias trabalham a plena capacidade e sua multiplicação, desde que alimento esteja disponível ocorre continuadamente. Quando a concentração de OD atinge nível igual ou menor a 0,5 mg/l a multiplicação das bactérias diminuiu drasticamente.
O processo de nitrificação necessita de um tempo longo de retenção, um alto nível de residência das células e um nível adequado de alcalinidade, normalmente maior que 6 menor que 12.
O processo de nitrificação produz acido e esta acidificação diminui o PH do meio que cerca a população bacteriológica e causa a redução na taxa de crescimento da população de bactérias.
O PH adequado para que tanto para as Nitrosomas, como as Nitrobacter é algo entre 7,5 e 8,5 , abaixo de 5,0 o processo todo para.
A temperatura também tem influencia tanto na nitrificação, com também na desnitrificação. Temperaturas entre 30 e 35 graus são as melhores para maximizar a eficiência dos processos, infelizmente, esta temperatura não é adequada para nossos aquários. Temperaturas acima de 40 graus e abaixo de 10 graus os processos de nitrificação e desnitrificação irão cessar.
Fenóis e metais pesados, tais como, prata, cobre, zinco, mercúrio e níquel podem inibir as bactérias, o que trás um impacto direto no ciclo do nitrogênio.
Níveis altos de amônia, como também ácido nitroso também podem causar a inibição das bactérias.
O processo de nitrificação consome parte da alcalinidade de nossos aquários, daí a necessidade de acompanharmos de perto o nível e corrigir sempre que necessário. Taxa de consumo está em torno de 7,1 mg/L para cada mg/L de amônia, principalmente pelo consumo de carbonato de cálcio ( CaCO3 ) .
As equações abaixo descrevem o processo de nitrificação.
A equação de alcalinidade:
H20 + CO2 < = > H2CO3 < = > HCO3 + H+ < = > CO3 + 2H+
Equação de nitrificação
NH4+ + 1,5 O2 => 2H+ + 2H2O + NO2-
NO2- + 0,5 O2 => NO3-
NH4+ + 1,83 O2 + 1,98 HCO3- => 0,021 C5H702N + 0,98 NO3- + 1,041 H2O + 1,88 H2CO3-
NH4+ + 1,9O2 + 2HCO3- => 1,9 CO2 + 29 H2O + 0,1 CH2
Das equações acima podemos concluir que para cada 1 grama de amônia oxidada para nitrato temos:
4,18 gramas de oxigênio são consumidos.
7,14 gramas de CaCO3 são consumidos.
12 gramas de NaHCO3 são consumidos.
A segunda etapa: Desnitrificação:
Desnitrificação é a oxidação através de bactérias convertendo nitrato (NO3) para oxido nitroso (N2O) e posteriormente em nitrogênio (N2), que é a forma mais estável e quase inerte do nitrogênio. Mas é bom lembrar que nem todo o NO3 é convertido para NO2, uma parte, cuja concentração depende do PH, é transformado em óxido nitroso (N2O), o que em dependendo da concentração, pode causar um desastre em nossos aquários. Para nossa sorte, boa parte do N2O se transforma em nitrogênio (N2),que é bem seguro em baixas quantidades, e tem baixa solubilidade com a água, escapando em grande parte na forma de gás
Mas quanto menor for o PH, maior será a porção de N2O que não se converterá em N2 e em função disto, devemos nos precaver quanto a acides, para que a parte residual de N2O seja a menor possível e esta é a função de uma camada de material calcário entre a última camada de areia e a logo acima.
O processo de desnitrificação é realizado por bactérias heterotróficas facultativas, que se utiliza de nitrato como doador de elétrons em condições de baixíssimo nível de oxigênio dissolvido (OD). Estas bactérias necessitam de uma fonte de carbono, como alimento para sobreviver. A técnica de vodca, amplamente difundida no aquarismo pode ser usada para ajudar a acelerar a expansão das colônias de bactérias, mas deve ser reduzido rapidamente assim que o nitrato chegar a 5 mg/L sob risco de matarmos de fome toda uma colônia de bactérias e perdermos meses de trabalho para chegarmos a este ponto. A partir de 5 mg/L de nitrato, temos que deixar o sistema entrar em equilíbrio naturalmente.
Como o nível de oxigênio é baixo ou inexistente, estas bactérias alternativamente quebram as moléculas de nitrato para a extração do oxigênio. É neste ponto que o processo de desnitrificação se inicia. A concentração de OD deve ser de igual ou menor que 0,5 mg/L. O nível ideal de OD é menor ou igual a 0,2 mg/L. Como são bactérias facultativas, só irão consumir nitrato quando houver falta de oxigênio dissolvido na água, caso contrário, irão processar o carbono e usarão o oxigênio presente para o mesmo.
A formula que mostra o que ocorre no processo de desnitrificação:
6NO3- + 5CH3OH => 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH
A fonte de carbono, mostrada na equação acima é o metanol (CH3OH), necessário para que a desnitrificação ocorra.
A desnitrificação é um processo que produz alcalinidade, o que é mais um bom motivo para que tenhamos um desnitrificador em nosso aquário. É capaz de produzir entre 3 e 3,6 gramas de alcalinidade por grama de nitrato, compensando em parte as perdas que ocorrem no processo de nitrificação já visto acima.
A temperatura também influencia de sobre maneira o desempenho das bactérias, temperaturas abaixo de 5 ou acima de 30 graus prejudicam sensivelmente o desempenho das bactérias.
Terminada toda a teoria, que é importante para entendermos como o sistema deve funcionar, chegamos a parte prática.
Montagem do filtro
Para termos um bom sistema de desnitrificação, necessitamos criar um ambiente propício.
Vamos começar provendo um local para que colônias de bactérias se estabeleçam. Eu particularmente gosto de usar areia para uso em filtros de piscina, pois não apresentar presença de material orgânico, tem PH neutro, é bem estável, tem granulometria razoavelmente definida e constante e seus grãos são arredondados, o que ajuda a retardar a formação de placas e a compactação do substrato.
Este mesmo substrato, deverá ter uma profundidade tal, que consigamos, na parte mais profunda, obter uma zona de baixa quantidade de oxigênio dissolvido. Quanto mais profundo, mais eficiente ele será, a profundidade mínima recomendada é de 25 cm, mas eu encorajo terem pelo menos 35 cm de profundidade.
A profundidade é importante para permitir que o oxigênio dissolvido seja consumido nas camadas mais superficiais.
Não se deve usar nenhum material que tenha alguma capacidade de se solubilizar, salvo a camada de transição. Areia é sem dúvida o melhor substrato.
Este substrato terá 3 zonas distintas:
Zona de desnitrificação.
Zona de transição.
Zona de nitrificação.
Zona de desnitrificação.
Esta é a zona mais profunda, onde as bactérias irão consumir o nitrato, para extrair o oxigênio.
Recomendado o uso de areia média para uso em filtros de piscina.
O uso da areia média ajuda na circulação de água.
Quanto mais espessa melhor.
Zona de transição
Eu a chamo assim, pois normalmente não se encontra esta camada nos projetos de desnitrificadores que encontramos para consulta.
O motivo de usa-la fica claro quando analisamos a teoria exposta acima, ela tem dupla função, evitar que o meio ácido gerado no processo de nitrificação chegue a zona de desnitrificação e também funcionar como um alcalinizador do meio, para a zona de desnitrificação, aumentando assim a conversão de oxido nitroso em nitrogênio.
O material usado por mim foi a calcita, que não é tão solúvel como a aragonita, halimeda ou dolomita e tem uma granulometria grosa, e pode ser encontrada em algumas lojas de aquarismo. Não recomendo o uso de halimeda, dolomita ou aragonita, pois as mesmas, em meio ácido irá se dissolver rapidamente, com risco de criar uma camada compacta, prejudicando ou até mesmo impedindo o funcionamento do sistema. Uma alternativa para a calcita é o uso de coral moido, que é facilmente encontrado em lojas de aquarismo.
Zona de nitrificação
Esta zona está subdividida em duas partes, a mais abaixo é usado areia média, a mesma usada na zona de desnitrificação, com espessura de 8 cm, e a camada mais superficial, composta de areia fina para uso em filtro de piscina.
A razão desta camada de areia mais fina é a de dificultar que partículas orgânicas em suspensão penetrem no substrato, garantindo assim a longevidade do mesmo.
Onde posicionar o filtro.
Este filtro deve estar depois do refúgio e antes do recalque. O motivo é que este filtro tem baixa capacidade de processar fosfato e se ele vier a ficar antes do refúgio, pode vir a limitar a disponibilidade de nitrato para as macro algas, que irão perder eficiência no processamento do fosfato.
A água que chega deve estar o mais isento de material particulado orgânico. Muito importante ter um filtro mecânico em algum ponto antes do filtro desnitrificador.
O fluxo de água deve ser constante e laminar, não se deve forçar a passagem de água entre as camadas, pois a intenção é ter na camada mais profunda, atingindo um nível de oxigênio dissolvido próximo de zero.
Na ausência de espaço físico no sump, o filtro pode ser construído em outro ponto, bastando haver uma bomba que recalque a água até este compartimento e um sistema de retorno de volta para o sump.
O filtro leva um certo tempo para começar a funcionar, cerca de 3 meses, ele vai atingir todo o potencial com cerca de 5 meses.
Deve se atentar ao uso de vodca, no inicio de operação ela pode ser adicionada, mas deve ser descartado seu uso quando o filtro atingir seu funcionamento.
Abaixo a foto do meu filtro, que funciona a cerca de 8 meses.
Dependendo do nível de nitrato, temos como efeito, desde a perda de cor nos corais até o ponto de mata-los.
A intenção deste artigo é prover os aquaristas com informações como a desnitrificação ocorre e como montar um sistema que tenha a capacidade de reduzir nitrato do aquário através da exportação de nitrogênio.
A primeira etapa - Amonização e nitrificação:
Bactérias são as responsáveis pela remoção de nitrogênio orgânico de nossos aquários usando dois processos distintos.
O primeiro processo é o de hidrolise, onde o nitrogênio orgânico é convertido em amônia ( NH3 / NH4).
Em seguida a amônia vai sofrer um processo chamado de nitrificação, usando duas bactérias distintas, conforme descrito abaixo:
Bactérias chamadas de Nitrosomonas converte amônia para nitrito.
Bactérias chamadas Nitrobacter converte nitrito para nitrato.
Ambos os processos acontecem de forma continuada, desde que haja amônia para ser convertida.
Ambas bactérias são bactérias aeróbicas, ou seja, elas necessitam de oxigênio dissolvido (OD) na água para que possam sobreviver. Com níveis de OD de 1,0 mg/l ou mais, as bactérias trabalham a plena capacidade e sua multiplicação, desde que alimento esteja disponível ocorre continuadamente. Quando a concentração de OD atinge nível igual ou menor a 0,5 mg/l a multiplicação das bactérias diminuiu drasticamente.
O processo de nitrificação necessita de um tempo longo de retenção, um alto nível de residência das células e um nível adequado de alcalinidade, normalmente maior que 6 menor que 12.
O processo de nitrificação produz acido e esta acidificação diminui o PH do meio que cerca a população bacteriológica e causa a redução na taxa de crescimento da população de bactérias.
O PH adequado para que tanto para as Nitrosomas, como as Nitrobacter é algo entre 7,5 e 8,5 , abaixo de 5,0 o processo todo para.
A temperatura também tem influencia tanto na nitrificação, com também na desnitrificação. Temperaturas entre 30 e 35 graus são as melhores para maximizar a eficiência dos processos, infelizmente, esta temperatura não é adequada para nossos aquários. Temperaturas acima de 40 graus e abaixo de 10 graus os processos de nitrificação e desnitrificação irão cessar.
Fenóis e metais pesados, tais como, prata, cobre, zinco, mercúrio e níquel podem inibir as bactérias, o que trás um impacto direto no ciclo do nitrogênio.
Níveis altos de amônia, como também ácido nitroso também podem causar a inibição das bactérias.
O processo de nitrificação consome parte da alcalinidade de nossos aquários, daí a necessidade de acompanharmos de perto o nível e corrigir sempre que necessário. Taxa de consumo está em torno de 7,1 mg/L para cada mg/L de amônia, principalmente pelo consumo de carbonato de cálcio ( CaCO3 ) .
As equações abaixo descrevem o processo de nitrificação.
A equação de alcalinidade:
H20 + CO2 < = > H2CO3 < = > HCO3 + H+ < = > CO3 + 2H+
Equação de nitrificação
NH4+ + 1,5 O2 => 2H+ + 2H2O + NO2-
NO2- + 0,5 O2 => NO3-
NH4+ + 1,83 O2 + 1,98 HCO3- => 0,021 C5H702N + 0,98 NO3- + 1,041 H2O + 1,88 H2CO3-
NH4+ + 1,9O2 + 2HCO3- => 1,9 CO2 + 29 H2O + 0,1 CH2
Das equações acima podemos concluir que para cada 1 grama de amônia oxidada para nitrato temos:
4,18 gramas de oxigênio são consumidos.
7,14 gramas de CaCO3 são consumidos.
12 gramas de NaHCO3 são consumidos.
A segunda etapa: Desnitrificação:
Desnitrificação é a oxidação através de bactérias convertendo nitrato (NO3) para oxido nitroso (N2O) e posteriormente em nitrogênio (N2), que é a forma mais estável e quase inerte do nitrogênio. Mas é bom lembrar que nem todo o NO3 é convertido para NO2, uma parte, cuja concentração depende do PH, é transformado em óxido nitroso (N2O), o que em dependendo da concentração, pode causar um desastre em nossos aquários. Para nossa sorte, boa parte do N2O se transforma em nitrogênio (N2),que é bem seguro em baixas quantidades, e tem baixa solubilidade com a água, escapando em grande parte na forma de gás
Mas quanto menor for o PH, maior será a porção de N2O que não se converterá em N2 e em função disto, devemos nos precaver quanto a acides, para que a parte residual de N2O seja a menor possível e esta é a função de uma camada de material calcário entre a última camada de areia e a logo acima.
O processo de desnitrificação é realizado por bactérias heterotróficas facultativas, que se utiliza de nitrato como doador de elétrons em condições de baixíssimo nível de oxigênio dissolvido (OD). Estas bactérias necessitam de uma fonte de carbono, como alimento para sobreviver. A técnica de vodca, amplamente difundida no aquarismo pode ser usada para ajudar a acelerar a expansão das colônias de bactérias, mas deve ser reduzido rapidamente assim que o nitrato chegar a 5 mg/L sob risco de matarmos de fome toda uma colônia de bactérias e perdermos meses de trabalho para chegarmos a este ponto. A partir de 5 mg/L de nitrato, temos que deixar o sistema entrar em equilíbrio naturalmente.
Como o nível de oxigênio é baixo ou inexistente, estas bactérias alternativamente quebram as moléculas de nitrato para a extração do oxigênio. É neste ponto que o processo de desnitrificação se inicia. A concentração de OD deve ser de igual ou menor que 0,5 mg/L. O nível ideal de OD é menor ou igual a 0,2 mg/L. Como são bactérias facultativas, só irão consumir nitrato quando houver falta de oxigênio dissolvido na água, caso contrário, irão processar o carbono e usarão o oxigênio presente para o mesmo.
A formula que mostra o que ocorre no processo de desnitrificação:
6NO3- + 5CH3OH => 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH
A fonte de carbono, mostrada na equação acima é o metanol (CH3OH), necessário para que a desnitrificação ocorra.
A desnitrificação é um processo que produz alcalinidade, o que é mais um bom motivo para que tenhamos um desnitrificador em nosso aquário. É capaz de produzir entre 3 e 3,6 gramas de alcalinidade por grama de nitrato, compensando em parte as perdas que ocorrem no processo de nitrificação já visto acima.
A temperatura também influencia de sobre maneira o desempenho das bactérias, temperaturas abaixo de 5 ou acima de 30 graus prejudicam sensivelmente o desempenho das bactérias.
Terminada toda a teoria, que é importante para entendermos como o sistema deve funcionar, chegamos a parte prática.
Montagem do filtro
Para termos um bom sistema de desnitrificação, necessitamos criar um ambiente propício.
Vamos começar provendo um local para que colônias de bactérias se estabeleçam. Eu particularmente gosto de usar areia para uso em filtros de piscina, pois não apresentar presença de material orgânico, tem PH neutro, é bem estável, tem granulometria razoavelmente definida e constante e seus grãos são arredondados, o que ajuda a retardar a formação de placas e a compactação do substrato.
Este mesmo substrato, deverá ter uma profundidade tal, que consigamos, na parte mais profunda, obter uma zona de baixa quantidade de oxigênio dissolvido. Quanto mais profundo, mais eficiente ele será, a profundidade mínima recomendada é de 25 cm, mas eu encorajo terem pelo menos 35 cm de profundidade.
A profundidade é importante para permitir que o oxigênio dissolvido seja consumido nas camadas mais superficiais.
Não se deve usar nenhum material que tenha alguma capacidade de se solubilizar, salvo a camada de transição. Areia é sem dúvida o melhor substrato.
Este substrato terá 3 zonas distintas:
Zona de desnitrificação.
Zona de transição.
Zona de nitrificação.
Zona de desnitrificação.
Esta é a zona mais profunda, onde as bactérias irão consumir o nitrato, para extrair o oxigênio.
Recomendado o uso de areia média para uso em filtros de piscina.
O uso da areia média ajuda na circulação de água.
Quanto mais espessa melhor.
Zona de transição
Eu a chamo assim, pois normalmente não se encontra esta camada nos projetos de desnitrificadores que encontramos para consulta.
O motivo de usa-la fica claro quando analisamos a teoria exposta acima, ela tem dupla função, evitar que o meio ácido gerado no processo de nitrificação chegue a zona de desnitrificação e também funcionar como um alcalinizador do meio, para a zona de desnitrificação, aumentando assim a conversão de oxido nitroso em nitrogênio.
O material usado por mim foi a calcita, que não é tão solúvel como a aragonita, halimeda ou dolomita e tem uma granulometria grosa, e pode ser encontrada em algumas lojas de aquarismo. Não recomendo o uso de halimeda, dolomita ou aragonita, pois as mesmas, em meio ácido irá se dissolver rapidamente, com risco de criar uma camada compacta, prejudicando ou até mesmo impedindo o funcionamento do sistema. Uma alternativa para a calcita é o uso de coral moido, que é facilmente encontrado em lojas de aquarismo.
Zona de nitrificação
Esta zona está subdividida em duas partes, a mais abaixo é usado areia média, a mesma usada na zona de desnitrificação, com espessura de 8 cm, e a camada mais superficial, composta de areia fina para uso em filtro de piscina.
A razão desta camada de areia mais fina é a de dificultar que partículas orgânicas em suspensão penetrem no substrato, garantindo assim a longevidade do mesmo.
Onde posicionar o filtro.
Este filtro deve estar depois do refúgio e antes do recalque. O motivo é que este filtro tem baixa capacidade de processar fosfato e se ele vier a ficar antes do refúgio, pode vir a limitar a disponibilidade de nitrato para as macro algas, que irão perder eficiência no processamento do fosfato.
A água que chega deve estar o mais isento de material particulado orgânico. Muito importante ter um filtro mecânico em algum ponto antes do filtro desnitrificador.
O fluxo de água deve ser constante e laminar, não se deve forçar a passagem de água entre as camadas, pois a intenção é ter na camada mais profunda, atingindo um nível de oxigênio dissolvido próximo de zero.
Na ausência de espaço físico no sump, o filtro pode ser construído em outro ponto, bastando haver uma bomba que recalque a água até este compartimento e um sistema de retorno de volta para o sump.
O filtro leva um certo tempo para começar a funcionar, cerca de 3 meses, ele vai atingir todo o potencial com cerca de 5 meses.
Deve se atentar ao uso de vodca, no inicio de operação ela pode ser adicionada, mas deve ser descartado seu uso quando o filtro atingir seu funcionamento.
Abaixo a foto do meu filtro, que funciona a cerca de 8 meses.
