Соединения азота (ионы аммония, нитриты, нитраты)

В природных и сточных водах азот выступает в четырех основных формах: в виде иона аммония NH4⁺, нитрит-ионов NO2^-, нитрат-ионов NO3^- и в составе органических соединений.

Повышение концентрации ионов аммония и нитритов обычно указывает на свежее загрязнение, в то время как увеличение содержания нитратов — на загрязнение в предшествующее время. Все формы азота, включая и газооб­разную, способны к взаимным превращениям.

Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/дм³ в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхно­стных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохи­мической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, раз­ложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступ­ления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды пред­приятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промыш­ленности. В стоках промышленных предприятий содержится до 1 мг/дм³ аммония, в бытовых стоках — 2-7 мг/дм³; с хозяйственно-бытовыми сточны­ми водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммо­нийного азота (в расчете на одного жителя).

Предельно допустимая концентрация в воде водоемов хозяйственно-пить­евого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) установлена в размере 2 мг/дм³ по азоту или 2,6 мг/дм³ в виде иона NH4⁺ (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический).

Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм³ снижает способ­ность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации — воз­буждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность.

Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния водного объекта, процесс загрязнения поверхностных и подзем­ных вод, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.

В незагрязненных поверхностных водах концентрация нитрат-ионов не превышает величины порядка десятков микрограммов в литре (в пересчете на азот). С нарастанием эвтрофикации абсолютная концентрация нитратно­го азота и его доля в сумме минерального азота возрастают.

Значения предельно допустимых концентраций нитратов для овощей и фруктов, мг/кг [87]

Предельно допустимая концентрация в воде водоемов (ПДКв) установлена в размере 10 мг/дм³ по азоту или 45 мг/дм³ в виде иона NO3^- (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). В требованиях к составу воды хозяйственно-питьевого назначения также указан норматив, соответствующий 10 мг/дм³ по азоту или 45 мг/дм³ в виде иона NO3^- (тожде­ственно равен стандарту США для питьевой воды).

Нитрит-ионы (NO2") представляют собой промежуточную ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов и, напротив, вос­становления нитратов до азота и аммиака. Подобные окислительно-восста­новительные реакции характерны для станций аэрации, систем водоснабже­ния и собственно природных вод. Кроме того, нитриты используются в каче­стве ингибиторов коррозии в процессах водоподготовки технологической воды и поэтому могут попасть и в системы хозяйственно-питьевого водоснабже­ния. Широко известно также применение нитритов для консервирования пищевых продуктов. Концентрация нитритов в поверхностных водах состав­ляет сотые (иногда даже тысячные) доли милиграмма в литре; в подземных водах концентрация нитритов обычно выше, особенно в верхних водоносных горизонтах (сотые, десятые доли милиграмма в литре).

В воздействии на человека различают первичную токсичность собственно нитрат-иона; вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третич­ную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов. Смертельная доза нитратов для человека составляет 8-15 г; допустимое су­точное потребление по рекомендациям ФАО/ВОЗ — 5 мг/кг массы тела.

Предельно допустимая концентрация нитритов в воде водоемов (ПДКв) установлена в размере 3,3 мг/дм³ в виде иона NO2^- или 1 мг/дм³ в пересчете на азот нитритов. Показатель вредности — санитарно-токсикологический.

При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, со­держащих значительные количества нитратов (от 25 до 100 мг/дм³ по азоту), резко возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Крайне тяжело про­текают метгемоглобинемии у грудных детей (прежде всего, искусственно вскармливаемых молочными смесями, приготовленными на воде с повышен­ным — порядка 200 мг/дм³ — содержанием нитратов) и у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Особенно опасны грунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями.

Присутствие нитрата аммония в концентрациях порядка 2 мг/дм³ не вы­зывает нарушения биохимических процессов в водоеме; подпороговая кон­центрация этого вещества, не влияющая на санитарный режим водоема, 10 мг/дм³. Повреждающие концентрации соединений азота (в первую оче­редь, аммония) для различных видов рыб составляют величины порядка со­тен милиграммов в литре воды.

Наряду с описанными эффектами воздействия немаловажную роль играет тот факт, что азот — это один из первостепенных биогенных (необходимых для жизни) элементов. Именно этим обусловлено применение соединений азота в качестве удобрений, но, с другой стороны, с этим связан вклад выне­сенного с сельскохозяйственных земель азота в развитие процессов эвтрофи­кации (неконтролируемого роста биомассы) водоемов. Так, с одного гектара орошаемых земель выносится в водные системы 8-10 килограммов азота.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состоя­ния окружающей среды (ГСМОС) нитрит- и нитрат-ионы входят в програм­мы обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важны­ми показателями степени загрязнения и трофического статуса природных водоемов.

5.3.