Также нитраты используются в химической промышленности. Проблема в том, что нитраты хорошо растворяются и за счёт этого легко проникают в грунтовые воды. В больших концентрациях эти соединения наносят вред здоровью людей и окружающей среде. Высокая концентрация нитратов в водоёмах приводит к гибели рыб и других обитателей подводного мира.
Что такое нитраты в сточных водах?
Значительная доля нитратов попадает в сточные воды в результате сельскохозяйственной деятельности человека. Соединения азотной кислоты вымываются из почвы во время дождя или таяния снега. Нитраты образуются в органических отходах ферм. Собственно, нитраты образуются везде, где происходит окисление азотистых веществ, в том числе и связанное с минерализацией органики.
Даже в обычном септике должна использоваться технология очистки стоков от нитратов. Также высокой концентрацией нитратов могут характеризоваться сточные воды химических предприятий
Основные источники нитратов и нитритов в сточных водах:
- земледелие и животноводство;
- заводы по производству азотных удобрений;
- химические предприятия по производству красителей, каучуков;
- пищевая промышленность;
- бытовые стоки.
Нужно учитывать, что затопление или неправильная промывка септика могут привести к выбросу нитратов на отдельном участке и локальной экологической катастрофе. А ведь бывают и прорывы крупных автономных очистных станций, обслуживающих целые посёлки.
Влияние нитратов на здоровье человека и экологию
В организме человека нитраты под действием ферментов преобразуются в нитриты. Если нитритов мало, а организм здоров, он разумно распоряжается ресурсами. В ограниченных количествах нитриты даже полезны. В результате метаболизма они превращаются в оксид азота. Вещество способствует расширению сосудов, снижению артериального давления, повышению физической выносливости. Но полезны нитриты лишь при условии, если их суточная доза не превышает 0,2 мг на килограмм массы тела. В больших количествах нитриты канцерогенны.
Чрезмерная порция нитратов, поступившая в организм вместе с пищей или водой, способна нанести серьёзный вред здоровью. Самый простой пример – отравление ранними овощами, которые особенно щедро подкармливают азотными удобрениями.
Избыток нитритов оказывает негативное влияние на следующие органы:
- кожу (возможны высыпания);
- желудочно-кишечный тракт;
- сердечно-сосудистую систему (возможна аритмия, одышка);
- щитовидную железу.
Особенно чувствительны к нитритам дети до 3 лет и лица старше 60 лет. Избыток нитритов в организме способен привести к очень опасному заболеванию – метгемоглобинемии. Эта болезнь связана с изменением свойств крови. Дело в том, что молекула гемоглобина содержит двухвалентное железо. За счёт этого гемоглобин выполняет важнейшую функцию – переносит кислород и насыщает им все ткани организма. Под действием нитритов двухвалентное железо окисляется до трёхвалентного.
Молекулы гемоглобина с окисленным железом называют метгемоглобином. Такие молекулы не могут переносить кислород. Достаточно, чтобы количество метгемоглобина в организме превысило 3 %, чтобы началось кислородное голодание тканей (тканевая гипоксия). Развивается метгемоглобинемия, тяжесть которой зависит от количества метгемоглобина в крови. Если концентрация метгемоглобина в крови превышает 3 %, кожа начинает сереть. При достижении концентрации метгемоглобина 15 % и выше кожа и даже кровь приобретают коричневый оттенок. Больной испытывает слабость. Чем выше уровень метгемоглобина, тем меньше кислорода получают ткани. Может появиться слабость, одышка, аритмия. При превышении уровня метгемоглобина 70 % возможен летальный исход.
Не менее, чем для человеческого организма, избыток нитратов вреден и для экосистем. Нитраты, попадающие в водоём, стимулируют развитие водорослей. Подводные обитатели, питающиеся водорослями, не могут справиться с резко увеличившимся объёмом зелёной массы. В результате происходит эвтрофикация: всю поверхность озера или пруда затягивает водорослями, рыбы не получают кислорода и гибнут. Разлагающаяся органика отравит воду. Ни купаться, ни набирать питьевую воду в таком болоте будет нельзя. Чтобы очистить водоём, потребуются значительные средства.
Нитриты и нитраты в сточной воде
Нитриты и нитраты – азотные соединения, которые легко переходят друг в друга. Нитриты содержат отрицательно заряженные ионы NO2, а нитраты – NO3. Несмотря на сходство формул, нитриты в 10–20 раз токсичнее нитратов. Обычно проводят очистку воды как от нитритов, так и от нитратов.
Но в некоторых случаях при очистке используют методы, позволяющие превратить нитриты в нитраты, тем самым снизив опасность для живых организмов. Например, в аквариумах используют особый штамм бактерий, которые преобразовывают нитриты в нитраты. Другой способ окисления нитритов – применение химических окислителей (перекиси водорода, перманганата калия)
Нитраты в сточных водах: РД (регламентирующие документы)
В России информация о предельно допустимой концентрации (ПДК) нитритов и нитратов в воде и продуктах питания содержится в регламентирующих документах. В частности, СанПин 2.1.4.1074-01 определяет ПДК нитритов и нитратов в питьевой воде:
- нитратов – 45 мг./л;
- нитритов – 3 мг/л.
Определение нитратов в сточных водах
Чтобы правильно выбрать систему очистки сточных вод от нитратов, необходимо определить уровень азотных загрязнений. Используются следующие методики анализа содержания нитратов в сточных водах:
- фотометрия – в пробу добавляют реактив Несслера. В результате реакции с азотсодержащими соединениями цвет пробы изменяется на жёлто-коричневый. При помощи фотоколориметра измеряют интенсивность цвета;
- ионно-селективный – при помощи ионно-селективных электродов. Устройства оснащены мембраной, сквозь которую может пройти только нитрат-ион. При транспортировке нитрат-ионов в сточных водах из области высокой концентрации в область низкой возникает разница потенциалов.
Методы очистки сточных вод от нитратов
Сейчас применяется множество методов очистки сточных вод от нитратов:
Химические:
- ионный обмен – использование ионообменных смол. В таких системах происходит замещение нитрат-ионов на другие (например, на хлорид-ионы);
- химическое восстановление (денитрификация) – применение веществ, при реакции с которыми нитраты преобразуются в аммиак или молекулярный азот;
- реагентное осаждение – применение веществ, при реакции с которыми нитраты образуют нерастворимый, выпадающий на дно осадок;
Физико-химические:
- обратный осмос – сточные воды под давлением пропускают через мембрану, которая отфильтровывает молекулы загрязнений. Метод очень эффективный, но дорогой. Его используют для тонкой очистки воды, которая уже прошла первоначальный этап удаления нитратов;
- электродиализ – для удаления нитратов используются электроды с ионоселективными мембранами;
- адсорбция – использование сорбентов, удерживающих молекулы нитратов.
Биологические методы – применение особых штаммов бактерий, перерабатывающих нитраты.
Перспективы и инновации в очистке сточных вод от нитратов
В XXI веке приоритет имеют технологии, использование которых не наносит вреда окружающей среде. Они позволяют получать очищенную воду без использования агрессивных реагентов.
Очень популярен метод обратного осмоса. Если раньше технология позволяла устанавливать только индивидуальные фильтры, то теперь методом обратного осмоса очищают воду для высотного здания или целого квартала.
Всё большее распространение получают технологии биоочистки. Производятся септики, рассчитанные на большое количество пользователей. Такие очистные установки незаменимы для владельцев частных домов: кроме благоустроенной канализации без запаха, пользователи получают отличные удобрения.
Очистное оборудование подбирается в зависимости от концентрации нитратов в стоках. Для этого предварительно проводится определение нитрат-ионов в сточных водах. Как правило, система очистки состоит из нескольких этапов. Обычно дорогие методы (обратный осмос) используют на последнем этапе, когда стоки уже прошли грубую очистку.
Очистка сточных вод от нитратов и нитритов позволяет обеспечить безопасность людей и окружающей среды. Уровень нитратов, не превышающий ПДК – один из важнейших факторов профилактики онкозаболеваний, предотвращения гибели экосистем.
