Questão 121 — ENEM 2023 PPL
O tratamento do esgoto gerado por fábricas e residências pode se tornar mais acessível em virtude de uma nova proposta tecnológica, que utiliza um reator capaz de transformar nitrogênio orgânico, presente no esgoto, em nitrogênio inorgânico. A tecnologia prevê o uso de um cilindro de acrílico com espuma de poliuretano em seu interior, sob a qual se fixam bactérias capazes de tratar o efluente. As bactérias que ficam no exterior da espuma realizam reações de nitrificação desse substrato, e as que ficam no interior da espuma realizam reações de desnitrificação.
Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 25 jun. 2015 (adaptado).
Na primeira etapa do processo, que ocorre no exterior da espuma, a ação das bactérias consiste em
Alternativas
Resolução
Ficha da Questão
- Matérias necessárias: Biologia → Ciclo biogeoquímico do nitrogênio + Microbiologia (Nitrosomonas, Nitrobacter) + Tratamento de efluentes.
- Nível: Médio — exige distinguir quatro processos do ciclo do N (fixação, amonificação, nitrificação, desnitrificação) e localizar qual ocorre no exterior aeróbio da espuma.
- Tema/Habilidade BNCC: ciclos biogeoquímicos e biotecnologia ambiental.
- Gabarito: E.
Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Na primeira etapa (fora da espuma, zona aeróbia), qual reação as bactérias realizam?"
- Palavras-chave decisivas: nitrificação (exterior), desnitrificação (interior), transformar nitrogênio orgânico em inorgânico.
- Armadilha típica: confundir nitrificação com fixação biológica (alternativa A ou D). Nitrificação pressupõe amônia (NH₃/NH₄⁺) já presente, vinda da amonificação prévia; ela oxida NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻ com consumo de O₂.
- Critério de acerto: identificar nitrificação como oxidação aeróbia de NH₃ a nitrato.
Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- Ciclo do nitrogênio — etapas principais:
1. Fixação: N₂ atmosférico → NH₃. Feito por bactérias diazotróficas (Rhizobium, cianobactérias, Azotobacter). Alternativa D descreve isso.
2. Amonificação: matéria orgânica (proteínas, ureia) → NH₄⁺. Realizada por decompositores. Alternativa C descreve isso.
3. Nitrificação (aeróbia, duas subetapas):
- Nitrosação: NH₃ + O₂ → NO₂⁻ (Nitrosomonas).
- Nitratação: NO₂⁻ + O₂ → NO₃⁻ (Nitrobacter).
4. Desnitrificação (anaeróbia): NO₃⁻ → N₂ ou N₂O. Bactérias como Pseudomonas em ambiente sem O₂.
- Na ETE descrita:
- Exterior da espuma: oxigênio disponível → nitrificação (NH₃ → NO₂⁻ → NO₃⁻).
- Interior da espuma: sem O₂ → desnitrificação (NO₃⁻ → N₂), removendo o nitrogênio do efluente.
Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: "bactérias no exterior da espuma realizam reações de nitrificação" → o processo externo é nitrificação.
- Evidência 2: nitrificação exige O₂ (é aeróbia) → o exterior é naturalmente o local com O₂ dissolvido.
- Síntese: a resposta é a reação de oxidar NH₃ em nitrito e depois nitrato usando O₂ — alternativa E.
Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Identificar cada alternativa com a etapa do ciclo do N
| Alternativa | Processo do ciclo | Ocorre em ambiente |
|---|---|---|
| A | fixação (N₂ → fertilizante) | anaeróbio ou aeróbio, depende da bactéria |
| B | desnitrificação (usa CO₂... ou não) | anaeróbio (interior da espuma) |
| C | amonificação (matéria orgânica → NH₄⁺) | decompositores |
| D | fixação (N₂ → NH₃) | aeróbio (Rhizobium etc.) |
| E | nitrificação (NH₃ → NO₂⁻ → NO₃⁻ com O₂) | aeróbio (exterior) |
Subpasso 4.2 — Confirmar com as reações
- Nitrosação: 2 NH₃ + 3 O₂ → 2 NO₂⁻ + 2 H₂O + 2 H⁺ (Nitrosomonas).
- Nitratação: 2 NO₂⁻ + O₂ → 2 NO₃⁻ (Nitrobacter).
- Ambas consomem O₂ → exigem ambiente aeróbio → exterior da espuma.
Subpasso 4.3 — Excluir a desnitrificação
- Desnitrificação ocorre no interior anaeróbio: NO₃⁻ → N₂ (gás), que se liberta à atmosfera. Assim, o N retirado do esgoto sai em forma de gás inerte.
Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) converter nitrogênio gasoso (N₂) em fertilizante.
❌ Incorreta. Isso é fixação (industrial ou biológica), não nitrificação. Não cabe no tratamento de esgoto.
B) usar CO₂ para converter nitrato em nitrogênio gasoso (N₂).
❌ Incorreta. Desnitrificação converte NO₃⁻ → N₂, mas não usa CO₂ (usa matéria orgânica como fonte de elétrons). Além disso, ocorre no interior (anaeróbio), não no exterior.
C) transformar a matéria orgânica morta em íons amônio (NH₄⁺).
❌ Incorreta. Isso é amonificação (mineralização), realizada por decompositores. No reator descrito, as bactérias externas já recebem NH₄⁺ pronto e fazem nitrificação.
D) capturar nitrogênio gasoso (N₂) e convertê-lo em amônia (NH₃).
❌ Incorreta. Fixação biológica (Rhizobium, cianobactérias). O esgoto já tem NH₄⁺ (da ureia e proteínas); não há fixação de N₂ atmosférico no contexto.
E) utilizar O₂ para transformar amônia (NH₃) em nitrito e, após, em nitrato. ✅ Correta.
Descrição exata da nitrificação aeróbia realizada por Nitrosomonas + Nitrobacter no exterior aerado da espuma.
🏆 Gabarito: E — nitrificação aeróbia de NH₃ a NO₂⁻ e NO₃⁻.
Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação: aeróbio + bactérias externas + nitrificação = NH₃ + O₂ → NO₂⁻ → NO₃⁻.
- Padrão de cobrança ENEM: ciclo do nitrogênio é tema recorrente, especialmente em contextos de ETEs, fertilização, impacto da agricultura. Dominar as 4 etapas é decisivo.
- Generalização: Regra do ciclo do N —
- Fixação: N₂ → NH₃ (entrada no ciclo biológico).
- Amonificação: N orgânico → NH₄⁺.
- Nitrificação: NH₄⁺ → NO₃⁻ (oxidação aeróbia).
- Desnitrificação: NO₃⁻ → N₂ (saída anaeróbia).
- Dica de eliminação: qualquer alternativa que trate de N₂ está em fixação ou desnitrificação. Nitrificação lida com NH₃ ↔ NO₃⁻ e exige O₂.
- Conexões: eutrofização (excesso de N), lodo ativado, ciclos biogeoquímicos, Nitrosomonas/Nitrobacter, anammox, BNR (Biological Nitrogen Removal).