Аммиак в питьевой воде - что это такое и как очистить воду?

В воде могут присутствовать самые разнообразные примеси, такие как железо, соли жёсткости (магния и кальция), сероводород, нитраты, тяжёлые металлы, хлориды, органические вещества, механические частицы типа песка и глины.

Аммиак является химическим неорганическим бинарным соединением. Его формула выглядит так: NH3. Другие используемые в химии названия – аммониак, нитрит водорода. В молекуле присутствуют три атома водорода и один атом азота. При обычных условиях окружающей среды аммиак имеет форму газа. Он бесцветен, зато ему свойственен характерный очень резкий запах.

Когда образуется аммиак, происходит окисление водорода азотом. При этом последний теряет три электрона. Из-за лёгкости отделения атомов водорода и остающейся пары отрицательно заряженных частиц азота активность аммиака высокая. Поэтому соединение быстро вступает в химические реакции с веществами: как с простыми, так и со сложными.

В процессе взаимодействия NH3 с H2O, то есть с водой, образуется гидрат (гидроксид) аммиака. Он диссоциирует с формированием слабых оснований гидроксид-анионов и катионов аммония. Но хотя аммиак растворяется, его реакция с H2O является обратимой, за счёт чего гидрат аммиака в водных растворах пребывает в равновесии с основным, исходным веществом NH3. Это обусловливает наличие резкого специфического запаха.

Азотсодержащие соединения могут в воде находиться в разных видах. Их форма зависит от уровня кислотности среды, то есть pH:

• Менее 8 единиц – аммоний. Это соединение, в котором четыре атома водорода и один атом азота (NH4). Аммоний представляет собой ион, имеющий положительный заряд. И он, в отличие от аммиака, ничем не пахнет.
• Более 11 единиц – аммиак.
• Больше 8, но меньше 11 – оба соединения.

Откуда аммиак в воде? На химических предприятиях его синтезируют искусственно. В природных условиях он способен выделяться при процессах разложения и активного гниения органических веществ, в которых присутствует азот (это мочевина, белки). Аммиак может обнаруживаться в воде из колодца, из скважины и даже из централизованной городской водопроводной сети при неэффективной или недостаточной очистке.

Рассмотрим возможные источники загрязнения воды аммиаком:

• Сельское хозяйство. В процессе сельскохозяйственной деятельности используются удобрения, содержащие азот (пример – аммиачная селитра). Они из почвы могут попадать в глубокие пласты земли, в грунтовые воды, в озёра, пруды и реки, из которых осуществляется забор воды для питьевых, технических или других нужд. Также источником могут быть животноводческие фермы и предприятия, стоки которых проникают в водоёмы.
• Деятельность человека. Разлагающиеся и гниющие бытовые отходы, канализационные стоки – всё это может содержать непосредственно аммиак или аммоний или же отдельные составляющие, реагирующие друг с другом и образующие NH4 или NH В канализационных водах концентрация загрязняющих соединений может составлять от 2 до 7 миллиграммов на литр.
• Жизнедеятельность животных. Её продукты в природе гниют, разлагаются с формированием аммиака.
• Промышленные предприятия. Их стоки, которые обычно сбрасываются в почву или в ближайшие водоёмы, могут содержать до 1 мг аммония на 1 кубический дециметр, то есть на литр.

Из городских канализаций, отстойников, сточных вод, систем водоотведения, сельскохозяйственных угодий аммоний и аммиак могут проникать в почву и далее в грунтовые воды, в ближайшие озёра, водохранилища, пруды и реки. Из водоёмов, откуда осуществляется забор для нужд населения, химические соединения попадают в водопроводы многоквартирных зданий. Из грунтовых вод, а также из септиков при их неправильной организации аммоний и аммиак могут проникать в скважины, колодцы.

Полезная информация! Ситуацию усугубляют некоторые климатические и погодные явления и условия: сильные ливни, паводки.

Какова норма аммиака в воде? Она регламентируется СанПиН под номером 2.1.4.1074-01. Согласно этим санитарным правилам и нормам, содержание аммиака в воде не должно быть больше 2 мг/дм ³, то есть 2 миллиграммов на один литр. В соответствии с данным нормативом контролируется качество содержимого централизованных водопроводов.

Аммиак может причинять вред, причём как в питьевой воде при её употреблении внутрь, так и при вдыхании газообразного вещества и даже при его контактах с кожей. При попадании в дыхательные пути начинаются першение в горле, одышка, сильный кашель, насморк. При проникании больших доз аммиака в органы дыхания вероятен отёк лёгких, удушье, вплоть до летального исхода. Пары вещества также вызывают чихание, слезотечение, покраснение глаз и резь в них.

При умывании загрязнённой водой и при купании в ней на кожных покровах появляются красные пятна, волдыри, язвы. При попадании аммиака внутрь организма последствия более серьёзные, затрагивающие работу внутренних органов и систем. Если пить воду с NH3, вероятны:

• головные боли, обморочные состояния, головокружения;
• симптомы отравления: рвота, спазмы в желудке и кишечнике, диарея, повышение температуры тела, общее недомогание, сильная слабость;
• повышение артериального давления;
• сбои в функционировании центральной нервной системы: нарушения концентрации внимания и координации движения, спутанность сознания, бред;
• замедленное развитие эмбриона, аномалии развития плода (при употреблении аммиака во время беременности);
• разрушение костных тканей из-за вымывания кальция из организма, снижение и потеря подвижности суставов;
• аритмия, тахикардия, прочие нарушения пульса.

Аммиак вреден и для нагревательного, отопительного оборудования. Он в комплексе с кислородом вызывает коррозию изделий из медьсодержащих сплавов, провоцируя разрушение теплообменных элементов, их преждевременный износ, выход из строя.

Можно ли понять, что в воде есть NH4 или NH3? Первый признак – это характерный запах. Но если содержание невысокое, то он может не ощущаться. Едкий вкус в питьевой воде также чувствуется при значительных количествах аммония или аммиака. Цвет не меняется. Загрязнённая вода кажется прозрачной. Мутность может обнаруживаться только при тщательном изучении свойств.

Точная концентрация аммиака может быть установлена только путём лабораторного анализа. В аккредитованных лабораториях используют фотометрические технологии исследований. Для их реализации применяют реактив Несслера. Такой способ информативен, если содержание аммиака в воде находится в пределах 0,1-3 мг/дм ³. Если концентрация ниже, то анализ не выявит соединение. При более высоком содержании требуется разбавление пробы водой.

Принцип работы используемого для исследований фотометрического анализатора основывается на измерении оптической плотности изучаемого раствора. Волна света имеет длину от 400 нанометров до 600. Метод отличается невысокой погрешностью – не более 2%.

Как убрать аммиак из питьевой или технической воды? Существуют разные методы водоподготовки, например:

• Обратный осмос. В обратноосмотических фильтрах главным элементом является мембрана. Она имеет полупроницаемую, мелкопористую структуру, через которую способны проходить лишь молекулы воды. А до 99,8% примесей задерживается и устремляется в канализацию. На выходе получается пермеат: очищенный от всех неорганических и органических веществ, а также обеззараженный. Его для пользы употребления воды подвергают минерализации – насыщению минералами.
• Ионный обмен. В ионообменных установках обычно используют загрузки в виде цеолитов природного происхождения. При прохождении через модуль с этим материалом вода меняет состав: в ней ионы аммиака замещаются нейтральными, безвредными веществами, например, натрием. Цеолитная ионообменная засыпка после использования может восстанавливаться и возобновлять свои свойства при промывке регенерирующим раствором поваренной соли. Концентрат без загрязнения окружающей среды направляется в дренаж. Эффективность с точки зрения выведения аммиака достигает 90-95%.
• Аэрация. Она основывается на принудительном внедрении в воду кислорода. При насыщении им запускаются реакции окисления аммиака, железа, органики. Окисленные вещества выпадают в осадок, который далее подлежит фильтрованию механическими фильтрами. Для обогащения кислородом в аэрационной колонне предусмотрен компрессор, нагнетающий воздух под давлением. Также в конструкции установки есть газоразделительный (воздухоотводный) клапан для выведения излишков кислорода и формирующихся при окислении газов. Для бесперебойной работы в устройстве могут присутствовать также датчики потока, модуль управления.
• Хлорирование. Это реагентный способ очистки. Реагентом в данном случае выступает хлор, пребывающий в газообразной форме. Он реагирует с аммиаком, и при взаимодействии выделяется азот, а также образуются хлорамины. Чтобы предупредить формирование последних, поддерживают особые условия. Во-первых, показатель pH не должен выходить за пределы 7 единиц. Во-вторых, используют корректные пропорции хлора и аммиака. Их соотношение составляет от 8 до 10 частей хлора на часть аммиака. При следовании данным правилам не образуются вредные нитраты и трихлориды. При этом достигается эффект значительного снижения концентрации аммиака.
• Биологическая обработка. Её суть заключается во внедрении в воду микроорганизмов, например, специальных грибков, водорослей, бактерий. Они нейтрализуют ряд веществ, среди которых аммиак. Но такая технология достаточно сложна и затратна в реализации, а также требует комплексной подготовки. После биологической обработки необходима очистка от осаждённых примесей, а после неё осуществляется обеззараживание.
• Флотация. При ней в воду вводятся реагенты, которые запускают окислительный процесс и способствуют укрупнению, осаждению взвешенных мельчайших частиц. В виде более крупных примесей и осадка они легко подвергаются механической очистке или отстаиванию.
• Адсорбция. В качестве сорбционного материала, поглощающего аммиак и прочие примеси, используют импрегнированный или активированный уголь. Он хорошо справляется с удалением органики и мелких частиц, с мутностью, неприятными запахами, посторонними оттенками. Уголь подходит как для промышленной фильтрации, так и для бытовой очистки воды из колодцев, скважин. Он в сорбционных фильтрах используется в виде засыпок (загрузок) плотностью не менее 60% или в формате сменных картриджей.
• Дистилляция при низких температурах. При этой методике очищаемая вода вступает в связь с газом-носителем. Его температура – около 80 градусов Цельсия. Для запуска реакции может использоваться щёлочь, которая нагревается, увеличивая парциальное давление пребывающих в воде веществ. В водных растворах ионы аммония не подвергаются диссоциации, за счёт чего выводятся без проблем при изменении значения давления. Дистилляционные установки обычно применяются на производствах, требуют обслуживания квалифицированными сотрудниками.

Удаление аммиака из воды – непростая, но решаемая задача. При наличии такого соединения требуется хорошая, качественная, в некоторых случаях комплексная очистка. Чтобы решить проблему примесей, следует сначала провести лабораторный анализ, чтобы установить точный состав воды. После этого осуществляется подбор подходящего метода водоподготовки.

Чтобы выбрать систему очистки, нужно учитывать исходные характеристики воды и желаемое её качество очищенной воды. Так, если на выходе она должна быть питьевой, то требуется ответственный подход. Будет нелишней помощь специалистов.