Аммоний в воде

Аммоний – что это такое? Это химическое соединение, состоящее из четырёх атомов водорода и одного атома азота. Запаха оно не имеет, в отличие от аммиака. Аммоний является ионом, который обладает положительным зарядом. Химическая общепринятая формула данного вещества выгладит так: NH4+.

Если рассматривать чистый азот, то он считается элементом с химической инертностью. Он очень распространён, обнаруживается в природной среде в почвах, в открытых водоёмах, иногда и в грунтовых водах. Но в природе он встречается, как правило, в виде различных соединений: как органических, так и неорганических. Азот есть в составе оксидов, солей, аммиака.

Азот общий – это сумма двух его форм:

• Минеральной. Сюда относят азот аммонийный, нитратный, нитритный.
• Органической. Это мочевинная и белковая формы.

Азотсодержащие разные соединения в составе сточных и водоёмных вод присутствуют обычно в виде растворов, взвесей, коллоидных мелких частиц. Под разными воздействиями окружающей среды данные вещества переходят из одной формы в другую.

Нитриты и нитраты представляют собой соли двух кислот: азотистой и азотной. Они образуются в результате процесса окисления аммонийного азота. В составе соединений аммоний демонстрирует свойства, характерные для металлов. Он формирует соли, которые, растворяясь в водной среде, переходят в аммоний-ион.

Почти все соли аммония способны быстро и полностью растворяться. А при их нагревании происходит разложение, сопровождающееся выделением резко пахнущего газообразного аммиака. Последний является слабым основанием, имеет неионизированную нейтральную молекулу, быстро растворяется в воде. И при таком растворении происходит переход в ионы аммония.

Аммоний-ион в воде практически безопасен, в то время как молекулярный аммиак – это большая угроза для обитающих в водной среде живых организмов, например, рыб. Аммиак и аммоний – взаимозаменяемые определения. Форма вещества зависит от содержания водорода и азота.

Обычно в воде аммиак и аммоний находятся в неком равновесии. И на их соотношение главным образом влияет уровень кислотности, водородный показатель – pH. Именно от pH зависит динамическое равновесие, в котором пребывают аммиак в растворённом виде и аммоний-ион в воде. Снижение уровня кислотности до значений от 6 до 8 единиц влечёт доминирование аммиака. А если водородный показатель увеличивается до 9-11, то преобладают ионы аммония.

То, насколько активен аммиак, зависит также от температуры воды. Так, если она комнатная, а водородный показатель ниже 6 единиц, то аммиачный азот будет практически полностью находиться в виде аммония. Если уровень pH поднимается до 11 и выше, то происходит трансформация аммонийных ионов в молекулы аммиака. А если температуры низкие, то аммиак будет иметь сниженную активность.

Полезная информация! Суммарное содержание аммония и аммиака – это общий аммонийный азот.

Аммонийным называют азот, присутствующий в ионах аммония, который считается продуктом деградации и биохимической аммонификации органических веществ с азотом в составе (аминокислот, пептидов, мочевины). Такие реакции протекают с участием некоторых ферментов, микроорганизмов. Также аммонийный азот может быть результатом анаэробного восстановления ионов NO3 и NO2.

Причины наличия аммония в питьевой воде различные. Он может содержаться в сточных водах, в почве, в открытых естественных и искусственных водоёмах.

Рассмотрим основные источники загрязнения воды аммонием:

• работа частных ферм, сельскохозяйственных предприятий – использование азотсодержащих удобрений, сброс в водоёмы продуктов жизнедеятельности животных;
• близкое нахождение скважины или колодца от центральной городской канализации;
• деятельность не использующих очистные сооружения компаний, работающих в сферах промышленности: пищевой, фармацевтической, химической, лесо-, нефте-, коксохимической;
• микробиологические производства;
• стоки бытового, хозяйственного секторов;
• обильные атмосферные осадки;
• разлагающиеся растительные и животные белки – растения, останки домашних и диких зверей, птиц.

В России деятельность промышленных предприятий, сбрасывающих отходы, регламентируется действующим законодательством, распространяющимся в том числе и на обращение со сточными водами. Но часто встречаются нарушения, обусловливающие повышенные концентрации аммония. Так, не все компании устанавливают и постоянно используют очистные сооружения.

В природной водной среде ионы аммония формируют соли и становятся частью органических сложных комплексов, а также проникают во взвеси, коллоидные азотсодержащие соединения. Из-за паводков, сильных и продолжительных дождей ускоряется миграция, проникновение ионов аммония в природные водные источники. Это может вызывать локальные загрязнения рек и озёр, скважин, колодцев, водохранилищ, используемых в городах и других субъектах для нужд питьевого водоснабжения.

Полезно знать! Возможно биологическое кислородное разложение аммонийного азота. Но в природных условиях и в сточных водах растворённого кислорода недостаточно, поэтому удаление аммония обязательно.

Чтобы понять, нужна ли очистка воды от аммония, следует выяснить, какова установленная на законодательном уровне норма данного соединения. Максимально допустимая концентрация, согласно актуальным СанПиН, регламентирующим качество питьевой воды, составляет не более 2 мг/л.

Как выявить аммоний в воде из скважины или из колодца? Определить его точно могут только специалисты, работающие в аккредитованных лабораториях. Анализы в таких учреждениях можно провести путём спектрофотометрии.

Использование измерительного специального приора спектрофотометра сочетают с добавлением так называемого реактива Несслера – тетрайодомеркурата калия. Он реагирует с аммоний-ионами в щелочной среде, в результате чего осаждается соль основания Милона. Данный осадок окрашен в коричневый оттенок. Если концентрация аммония не очень высокая, то происходит переход в коллоидную форму, а цвет меняется на жёлтый.

Содержание соединения в сточных, технических или питьевых водах определяют по интенсивности оттенка образованного осадка и по оптической плотности раствора. После применения спектрофотометра массовая концентрация аммония вычисляется расчётным методом.

Есть ещё один способ исследований – контакт и дальнейшее взаимодействие аммиака с фенолом и гипохлоритом с одновременным внедрением нитропруссида натрия. Образуется индофенол, обретающий синий окрас. После выяснения оптической плотности данного соединения выполняют расчёты.

К сведению! Так как газ аммиак очень резко и едко пахнет, то при его высокой концентрации вода будет крайне неприятно пахнуть нашатырным спиртом. Но аммоний-ионы запаха не имеют и прекрасно растворяются в водных средах, поэтому на органолептические свойства не влияют. Вода может оставаться прозрачной и пахнуть обычно.

Опасны ли ионы аммония в воде? При поступлении их большого количества в организм вероятно отравление, которое сопровождается скачком артериального давления, симптомами общей интоксикации – слабостью, болями в мышцах, головокружением, предобморочным состоянием, расстройствами пищеварения.

Если регулярно пить воду с содержанием аммония выше установленных нормативных значений, то соединение будет накапливаться в организме. Это чревато следующими последствиями:

• нарушения кислотно-щелочного, водно-солевого баланса;
• денатурация белков клеток, вызывающая сбои клеточного обмена и дыхания;
• изменения в работе центральной нервной системы, сопровождающиеся спутанностью сознания, тремором, другими симптомами;
• проблемы в функционировании органов дыхания, вплоть до приступов удушья;
• печёночная, почечная недостаточность;
• нарушения работы желудочно-кишечного тракта: тошнота, диарея, рвота, боли;
• некорректность окислительных функций крови, приводящая к гипоксии, то есть кислородному голоданию тканей человеческого организма;
• отёки мягких тканей;
• поражения сосудов;
• развитие онкологических болезней.

Опасен ли аммоний в сточных водах? Аммонийный азот является биогенным компонентом, участвующим в процессах жизнедеятельности представителей фауны и флоры, обитающих в природных водоёмах. Но если соединение содержится в высокой концентрации, оно оказывает негативное влияние на водоросли и иные растения, на рыб. Из-за кислородного голодания растительность погибает, а водные животные могут буквально выбрасываться на берег и впоследствии умирать.

Очистка воды от аммония может осуществляться следующими способами:

• Ионный обмен. При ионообменной очистке применяется принцип селективного поглощения и замещения определённых ионов гранулированной ионитной загрузкой. Она может быть монофункциональной, рассчитанной на определённое вещество, или многофункциональной, замещающей ионы сразу нескольких загрязнителей. Частицы аммония связываются катионированием Na-H или Na (с натрием или натрием и водородом). Таким способом выводится до 95% аммония. Ионит восстанавливается промывками солевым раствором. А остатки последнего нейтрализуются промыванием слабым 2%-ным раствором серной кислоты.
• Обратный осмос. Суть обратноосмотических систем очистки – это баромембранное разделение водного потока. Он под давлением направляется в установку с мембраной. Этот мембранный фильтрующий элемент имеет полупроницаемую структуру с мельчайшими порами. Через них проходят только молекулы воды. А различные примеси, в том числе аммиак и аммоний, задерживаются и далее направляются в канализацию. Обратный осмос позволяет удалять и прочие примеси – до 99% всех возможных загрязнителей, включая бактерии, грибки.
• Хлорирование. Обеззараживание с помощью хлора осуществляется обычно в два этапа. При добавлении элемента формируются молекулярный или трёххлористый азот в виде газа и дихлорамин (либо монохлорамин). Доза хлора рассчитывается после анализа с учётом наличия и количества органических веществ. Обычно это 5-12 миллиграммов на литр. Вместо хлора иногда применяют другие реагенты, например гипохлориты щелочноземельных или щелочных металлов типа кальция, натрия. Избыточный хлор или образовавшиеся хлорамины удаляют на следующей ступени – прохождением через слой сорбционного материала в виде активированного угля.
• Сорбция. В качестве загрузок сорбционных фильтров используются морденит, клиноптилолит, демонстрирующие эффективность до 97%. Перед подачей потока воды на слой цеолита проводятся коагуляция и фильтрация для очистки от взвешенных частиц. Аммиак, который выделяется при обработке, нейтрализуется серной кислотой. Для регенерации фильтрующих загрузок применяют растворы с известковым молоком либо хлористым натрием, далее выполняется промывка. Сорбционная технология подходит также для очистки от метана, марганца, сероводорода.
• Аэрация. При такой очистке вода поступает в аэрационную колонну, заполненную зернистым гравием, коксом или кварцем. Перед этим стабилизируется кислотность, для чего вводят гидроксид/гипохлорит натрия или перманганат калия. Водная струя повергается воздействию воздуха, подаваемого под давлением компрессором. Происходит улетучивание аммиака, так как данное соединение является летучим.
• Электрохимический способ. Он подходит, если в составе воды не только ионы аммония, но и ортофосфаты. Азотсодержащие соединения окисляются или восстанавливаются посредством использования особых электродов. Последние запускают электрохимические реакции перехода соединений в определённые формы. Процессы протекают в установке электролизере. В раствор внедряется гидроксид магния, при взаимодействии с которым фосфор и аммиак формируют комплексную соль, не растворяющуюся в воде. Она удаляется путём механической очистки.
• Биологический метод. Он заключается в добавлении особых микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности перерабатывают азотсодержащие соединения. Но такая технология подходит больше для сточных вод.

Чтобы очистка воды от аммония была эффективной, для подбора подходящей системы необходимо учитывать несколько факторов:

1. Какие азотсодержащие соединения обнаружены в воде. Так, соли аммония требуют одного подхода, а аммиак – другого.
2. Исходный состав загрязнённой воды. Если в ней, помимо аммония, содержатся другие соединения, то потребуется комплексная, многоэтапная система очистки. Состав определяется в ходе лабораторного анализа.
3. Степень загрязнения. Если она высокая, то очистка должна быть максимально эффективной.
4. Желаемое конечное качество. Если нужна питьевая очищенная вода, то необходимо удаление всех вредных примесей.
5. Производительность системы очистки. Возможности подачи определяются в зависимости от объёмов потребления воды.
6. Обслуживание оборудования для очистки. Оно не должно быть очень сложным и затратным.

Аммоний – проблема, требующая контроля и незамедлительного решения, особенно если вода используется для питья. Если вы находитесь в поиске эффективного варианта очистки, то важно делать выбор с учётом важных факторов, перечисленных выше, а также существующих технологий и доступных фильтров, представленных в каталогах магазинов.