что такое нитрат ион в сточных водах
Что такое нитрат ион в сточных водах
Также нитраты являются конечным продуктом распада азотсодержащих белковых соединений, источниками которых могут быть трупы животных, моча, фекалии, бытовые отходы.
Наличие нитратов в воде говорит о естественном самоочищении водоема. В чистой природной воде содержание нитратов не превышает 1-2 мг/л. Однако нужно помнить, что широкое использование нитратных удобрений приводит к загрязнению воды нитратами через почву.
Санитарными правилами установлена норма содержания нитратов в питьевой воде – 45 мг/л.
Нитраты могут оказывать негативное влияние на организм человека и домашних животных:
1. Способствуют образованию опасного вещества в крови — метгемоглобина, который приводит к кислородному голоданию. Если показатель метгемоглобина составляет 15 %, это проявляется быстрой утомляемостью, вялостью и головокружением. Увеличение метгемоглобина до 60 % приводит к летальному исходу.
2. Снижение уровня гемоглобина может привести к ухудшению работы сердечной и сосудистой системы, закупорке сосудов и капилляров, инсульту.
3. Кислородная недостаточность вызывает сильные головные боли, мигрени, обмороки и тошноту.
4. Превышение концентрации нитратов в воде становится причиной отравления, нарушения работы желудочно-кишечного тракта, выделительной и эндокринной системы, разрушения зубной эмали и появления кариеса.
5. Опасно давать воду, перенасыщенную нитратами, домашним животным. Ведь подобная жидкость не проходит термической обработки, поэтому может привести к серьезным нарушениям в работе внутренних органов животных.
Самые популярные методы очистки воды от нитратов:
Очистка воды от нитратов обратным осмосом – более надежный, но сложный вариант.
Суть его заключается в следующем:
— вода под давлением подается на полупроницаемую мембрану. Нитраты и другие примеси задерживаются мембраной, а к потребителю поступает очищенная вода. Степень извлечения примесей определяется селективностью мембраны, иногда удаление нитратов может достигать 96%.Немаловажное преимущество метода обратного осмоса состоит в том, что качество очистки остается стабильным даже при значительном изменении состава исходной воды. Также установки обратного осмоса будут справляться с задачами по очистке воды от большого спектра химических и бактериологических загрязнений.
Специалисты рекомендуют метод качественной водоочистки обратным осмосом даже для частных домов
Метод использования анионообменных смол относительно недорог и эффективен, но имеет свои особенности и ограничения:
-ионообменные нитратселективные смолы эффективно удаляют нитрат-ионы. Физическая суть данного метода сводится к замещению нитрат-ионов аниона смолы, как правило, хлорид-иона. Из этого следуют особенности и ограничения при использовании данного метода. Ионообменная смола характеризуется определенной емкостью – тем количеством анионов, которое она может на себя принять, обеспечивая необходимую степень очистки воды. При насыщении смолы задерживаемыми ионами производится регенерация смолы солевым раствором.
Очистка воды от нитратов: как убрать нитраты из скважины и навсегда от них избавиться – методы удаления нитритов
Любая водная среда – это идеальные условия для жизни и размножения органических веществ. А в тех случаях, когда органика расщепляется, образуются соли азотной кислоты (NO3−), которые также называются селитрами. Эти минералы часто используют в составе удобрений для сельскохозяйственных культур, но на организм человека они влияют не так хорошо, даже негативно. Поэтому при водоподготовке очень важно производить очистку сточной и питьевой воды из скважины от нитратов (нитритов). Для этого используют различного типа фильтрационные системы и методики.
Особенно часто проблема возникает в загородной местности, когда ресурс подается в дом не из центрального водоснабжения, а из частной точки водозабора. Это обусловлено тем, что на таких участках часто используются химически активные загрязнители для почвы, которые могут проникать в водоносные слои. Источниками выбросов считаются с/х фермы, промышленные центры, самостоятельное удобрение местности. Если вблизи находятся обрабатываемые поля или заводы, обязательно сделайте тест жидкости на химический состав и при необходимости установите фильтры водоочистки. А мы расскажем, зачем и как это сделать.
В воде из скважины нитраты: как и нужно ли очистить ее от примесей
В этой статье мы говорим об однозарядных ионах солей NO3−, которые в большом количестве содержатся в так называемой селитре. Это старое, но все еще очень распространенное и применяемое удобрение для с/х культур. Оно токсично и потенциально опасно для здоровья, но только при его использовании в больших дозах. Но низкая стоимость и эффективность приводит к повсеместному применению этого вещества и, к сожалению, часто дозировка превышается – намеренно или по неосторожности, как правило, из-за следующих тенденций в сельском хозяйстве:
В данном удобрении находятся не только нитраты, но и нитриты, именно они в большей степени оказывают негативное воздействие на здоровье. Они или попадают в пищевод с продуктами питания, или самостоятельно образуются в ЖКТ. Затем соли азотистой кислоты вступают в реакцию с гемоглобином, образуя метгемоглобин. А он не может разносить кислород по тканям (основная задача белка), из-за чего происходит локальное кислородное голодание. Но обычно эритроциты эту ситуацию улучшают, возвращая свои функции гемоглобину.
Но вот для детей такое состояние очень опасно для детей. Из-за недостаточного поступления О2 в органы, они могут развиваться неправильно, что провоцирует возникновение разного рода заболеваний, в том числе очень тяжелых.
Есть и другие последствия высокого содержания вещества, о них расскажем ниже. А сейчас отметим, что данные соединения имеют опасную тенденцию – они обладают накопительным эффектом. Поэтому сперва изменения, происходящие в организме, просто незаметны, но это не значит, что их нет. В связи с этим стоит подчеркнуть: обязательно следует заниматься профилактикой, то есть фильтрацией.
Нужно ли задействовать методы удаления нитратов из питьевой воды конкретно в вашем случае – решать вам. При выборе можно ориентироваться на нормы, представленные российским СанПин и правилами Евросоюза. Представим их ниже:
Мы рекомендуем довести содержание этих вредных веществ до абсолютного минимума, чтобы не дожидаться накопительного эффекта.
Как убрать нитраты в воде из скважины
Единственный действенный способ устранения примесей – это установка системы фильтрации. Множество фильтров представлено на сайте компании «Вода Отечества». Есть несколько принципиально разных по устройству систем, об их рабочем действии подробнее расскажем ниже.
Как происходит очистка
Если вы обнаружили примеси в колодце или скважинном забое, не стоит сразу отказываться от эксплуатации источника, можно эффективно отфильтровать ресурс несколькими методами:
Нитраты в питьевой воде: определение, очистка, влияние веществ на организм человека, содержание в скважине
Даже в самой чистой и визуально прозрачной жидкости могут быть не видимые глазу вредные вещества. На одни из них мы обратим внимание прямо сейчас – рассмотрим нитраты в питьевой воде из скважины: причины появления, влияние на организм человека и чем опасны, нормы содержания, что делать при определении превышения. Подробно пройдемся по каждому из этих важных моментов, чтобы вы знали, как обнаружить проблему и как поступить после, чтобы защитить здоровье, свое и близких.
Сразу отметим, что превышенная концентрация этих нежелательных примесей – настоящая беда современности, проявляющаяся даже на фоне эффективной борьбы с загрязнением и использования сразу нескольких способов первичной очистки. И если раньше считалось, что они главным образом накапливаются в сельхозпродуктах, то к сегодняшнему дню установлено, что под землей их тоже хватает. Значит, нужно проверить забор из источника – это осуществляется путем химического анализа – и при отклонении от нормы озаботиться вопросом очистки.
Откуда нитраты берутся в воде
Начнем с определения: данные вредные вещества представляют собой соли азотной кислоты и откладываются они из селитры, которая до сих пор активно используется и в химической, и в СХ-промышленности.
Сегодня их все чаще находят в скважинах, родниках, колодцах, обеспечивающих нужды частных хозяйств. И если жидкость забиралась на небольшой глубине, она с высокой долей вероятности непригодна для питья или приготовления пищи.
Концентрация столь опасных примесей в жидкости может повышаться в следующих ситуациях:
Есть и менее распространенные причины с менее серьезным влиянием: например, неоднократно регистрировались случаи, когда молния, попавшая в колодец, увеличивала содержание вредных солей.
Чем опасна повышенная концентрация нитратов
Тем, что эти нежелательные вещества попадают в наш организм вместе с водой, причем не только в процессе питья или приема пищи, но и через кожу – во время купания в озере или даже дома под душем.
Суть в том, что, оказавшись внутри нас, они впитываются кровеносной системой и запускают химические реакции замещения гемоглобина на метгемоглобин. Последний уже не способен захватывать O2 и насыщать им клетки и ткани. На фоне этого появляется кислородное голодание со всеми своими симптомами:
А при регулярном и длительном употреблении жидкости с повышенным содержанием азотистых солей наступают еще более серьезные последствия.
Как избыток нитратов влияет на организм человека
MBFT-75 Мембрана на 75GPD
SF-mix Clack до 0,8 м3/ч
SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч
Максимальную опасность соли азотной кислоты несут младенцам (которым достаточно 1/4 взрослой дозы) и детям, чей возраст еще не достиг подросткового. Но также следует внимательно относиться к здоровью домашних животных и как минимум не давать им пить ту жидкость, которую вы предварительно не подвергали термической обработке.
В каких количествах присутствуют нитриты в питьевой воде из скважины: содержание и норма концентрации
Есть допустимые пределы, в рамках которых данные вещества еще не смогут оказать токсикологическое воздействие, даже при регулярном их поступлении в организм. Согласно действующим в России стандартам ВОЗ по ПДК, эффект не считается вредным до тех пор, пока на 1 л забора из источника приходится менее 45 мг рассматриваемых примесей. В странах Евросоюза свои требования, несколько менее жесткие: там, в зависимости от региона, допустим и показатель в 50 мг/л.
При промышленном выпуске любых напитков ГОСТы требуют снизить интересующую нас цифру до 10 мг/л. Примерно такие же показатели должны быть и у той жидкости, которую можно будет использовать для приготовления пищи в домашних условиях.
Отдельное внимание следует уделять плодам, содержащим много сока: те же дыни или арбузы тоже могут быть богаты азотистыми солями.
Места, в которых вода может быть с нитратами
Как правило, это объекты с какими-либо вредными выбросами или накоплениями:
А вот к артезианским источникам, наоборот, есть повышенный кредит доверия, особенно если они пробиты на глубину от 35 м и более. Но их тоже стоит проверять на предмет чистоты, причем регулярно.
Как проводить анализ домашней воды из скважины на нитраты
Прозрачный вид и нейтральный вкус – это еще не гарантии чистоты. Необходимо четко и однозначно определить, есть ли в жидкости токсичные загрязнения (причем не только азотистые соли, но и другие вредные элементы, которые попутно тоже выявляются), и если да, то в каком количестве. Параллельно с этим можно оценить и органолептические свойства.
Есть мнение, что риски появления примесей тем выше, чем ближе к поверхности осуществляется забор. Поэтому бурение проводят и на 40-50 м. Но и при таких глубинах лучше все-таки выполнить проверку: да, это не обязательная, но очень актуальная на практике процедура.
Когда анализ необходим
Проводить его крайне рекомендовано в следующих случаях:
Внимание, анализ нужно проводить регулярно, хотя бы раз в 2-3 года. Потому что состав жидкости и концентрация примесей в ней могут меняться со временем – под воздействием человеческого фактора (слив отходов) или естественных причин (паводки, засуха). Учитывайте, что в близлежащий грунт могут просачиваться вредные вещества из стоков, выгребных ям, кладбищ, хранилищ удобрений. И об этом вас, естественно, никто не оповестит, об этом придется узнавать самостоятельно.
SF-mix ручной до 0,8 м3/ч
Аэрационная установка AS-1054 VO-90
Где сделать проверку
Для его проведения можно обратиться в одну из независимых лабораторий, которых в принципе много, и различаются они между собой как стоимостью услуг, так и качеством результата. Поэтому лучше отдавать предпочтение по-настоящему крупным и опытным компаниям, уже давно занятым в этой сфере и бережно относящимся к своей репутации. Еще один плюс в их пользу – собственное оборудование.
Серьезные фирмы не просто в теории знают, что такое нитраты в воде (как определить, класс опасности, как избавиться, вред для организма человека), а способны на практике выполнить все работы по выявлению их концентрации без привлечения сторонних специалистов из других учреждений, то есть максимально быстро и с полной ответственностью за точность оценки.
Чтобы защитить свои интересы при проведении анализа, следует:
Какие показатели оценивать
Актуальных методов сразу несколько – химический, органолептический, микробиологический, комплексный (последний наиболее полон). Но обычно все они уделяют внимание следующим характеристикам:
Отдельной строкой идет проведение микробиологического теста, который подсчитывает, сколько микроорганизмов находится в 1 мл жидкости. ГОСТы требуют, чтобы бактерий в источниках вообще не было, так как их присутствие чаще всего говорит о загрязнении бытовыми отходами и продуктами жизнедеятельности (как человека, так и животных). Ну и органолептические показатели тоже оцениваются: устанавливается цвет и степень прозрачности, запах и вкус.
Этапы проверки
1. Составление договора, защищающего обе стороны.
2. Визит специалиста – для отбора проб, в пару стерильных емкостей (первый контейнер – для химического исследования, второй – для микробиологического), с проставлением даты и места взятия.
3. Скорейшая доставка образцов в лабораторию и выполнение анализа.
4. Определение физических характеристик, степени содержания примесей, количества бактерий.
5. Составление заключения и выдача протокола – официального документа со всеми результатами и экспертными рекомендациями.
Последняя стадия обычно ярко отражает уровень лаборатории; крупная решит все вопросы за 4-5 рабочих дней, небольшая – за 1-2 недели, так как будет вынуждена обращаться еще и в сторонние организации.
Эффективные способы очистки питьевой воды из скважины: как убрать превышение нитратов
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)
Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)
Допустим, анализ показывает, что азотистых солей больше нормы, и что делать? Искать новый источник на том же земельном участке (или в непосредственной близости от него) зачастую бесперспективно. Но это еще не повод паниковать, ведь можно воспользоваться одной из трех технологий, каждую из которых мы рассмотрим ниже.
Обратный осмос
Инновационный, результативный и достаточно простой метод, согласно которому:
Преимущество способа – надежность: для его реализации нужно использовать сравнительно несложное оборудование, легкое в настройке, не требующее значительных финансовых и трудовых затрат в эксплуатации и позволяющее снижать не только концентрацию нитратов (от 35 мг/л и выше), но и сухой остаток.
Ионный обмен
В данном случае жидкость проходит многоступенчатую фильтрацию:
Такая схема распространена в промышленности, но она требует установки сравнительно большого количества оборудования и регулярного восполнения (восстановления) натрий-катионита. Поэтому в быту зачастую выбирают ее одноступенчатую альтернативу, состоящую из единственного улавливающего устройства с комплексным действием, которая тоже не лишена минусов, например, хуже очищает и подразумевает частую и обильную промывку.
Цеолит
Вот еще один ответ на вопрос, как очистить воду из скважины: удаление повышенного содержания нитратов осуществляется путем засыпки источника этим естественным материалом. Он выступит в роли фильтрующего слоя, задерживающего вредные вещества.
Используемый объем данного минерала зависит от ряда факторов: глубина колодца, текущий уровень жидкости, определенная в ходе анализа концентрация добавок, интенсивность ограждения. Но в общем случае актуальны следующие условия:
Цеолит нужно брать только натуральный, искусственный не подойдет, так как вступит в реакцию со средой и изменит ее кислотность и органолептические свойства. И его необходимо промыть перед засыпкой, чтобы убрать пыль и грязь, осевшие при транспортировке.
Заключение
Как вы уже поняли, стоит регулярно проводить проверки и при выявлении примесей незамедлительно озаботиться вопросом их удаления. Какой метод для этого использовать? Выбор за вами, но лучше обратиться к специалистам для консультации. Компания «Вода Отечества» предлагает вам свои профильные услуги – мы точно знаем, как нейтрализовать нитраты в сточных водах, как очистить скважину или колодец, какой фильтр, установку или систему подобрать в той или иной ситуации, и сможем предложить оборудование, оптимально подходящее конкретно в вашем случае.
Что такое нитраты в воде
Во многих частях России проблема обеспечения безопасной для употребления питьевой водой стоит весьма остро. В регионов ситуация имеет кризисный характер. Качественные изменения состава воды, связанные с деятельностью человека, часто носят необратимый характер. Чтобы не столкнуться с последствиями употребления воды, не соответствующей санитарно-гигиеническим требованиям, нужно знать, что течет из вашего крана, и реагировать на это. Если ваша вода содержит нитраты, пора задуматься о системах очистки воды.
Содержание в воде нитратов
Главной причиной, что вода из скважины с нитратами является сельское хозяйство. Нитраты принимают участие в круговороте азота, реагируют с органическими соединениями. В качестве удобрения для растений азотистые соединения способствуют росту их вегетативной части.
Вода с содержанием нитратов обусловлена попаданием аммиачной селитрой. Аммиачную селитру получают в результате реакции концентрированной азотной кислоты и безводного аммиака. Эта соль используется в сельском хозяйстве (в качестве удобрения) и в пиротехнике. Разложение нитрата аммония происходит по-разному в зависимости от условий:
Из-за чего в воде нитраты. Источники нитратов в питьевой воде
Концентрация нитратов в воде может быть превышена в несколько раз. И этому есть объяснение. Существует несколько причин, из-за которых большое количество нитратов в воде из скважины.
Бесконтрольный сброс стоков промышленными предприятиями приводит к увеличению концентрации нитратов в природной воде. Производство и потребление азотнокислых соединений имеет широкие масштабы.
Норма нитратов в воде
Как определить нитраты в воде
Существует несколько методов определения количества нитратов в воде. Выбор зависит от предполагаемой концентрации азотнокислых соединений и цели исследования. Для исследования питьевой воды широко применяются фотометрические методы определения нитратов в воде с применением реактива Грисса или салицилата натрия. Оба способа требуют применения концентрированной серной кислоты и специализированного оптического оборудования. Измерения нитратов в воде проводятся в лабораторных условиях и дают высокоточные результаты.
Как проверить воду в домашних условиях на нитраты
Проверить воду на нитраты индикаторными полосками не лучший вариант, не дают достоверных результатов. Существенные погрешности возникают из-за наличия в воде других солей. Бытовые нитрат-тестеры для проверки овощей также не подходят для воды. У некоторых моделей есть функция оценки жесткости или общего солесодержания. Мы знаем, как проверить воду на нитраты и сделаем это за вас!
Влияние нитратов в воде на организм человека. Чем опасны нитраты в воде
Но что делать, если вы обнаружили нитраты в воде из скважины. Превышение ПДК нитратов не означает, что вода непригодна к использованию. Существуют способы снижения концентрации азотнокислых соединений до безопасных значений. Он их мы подробно расскажем в статье «Как очистить воду от нитратов».
Контроль содержания соединений азота при очистке сточных вод
Г.В. Ягов, кандидат физико-математических наук
Биогенные вещества (соединения углерода, азота, фосфора), содержащиеся в сточных во-дах, при поступлении в поверхностные водоемы наносят значительный ущерб экологической системе любого региона. Поэтому проблема очистки сточных вод от этих соединений, в частности азота, с использованием химических методов контроля этого процесса особенно актуальна.
Соединения азота поступают на очистные сооружения преимущественно в виде аммонийного азота, азота нитратов, азота нитритов и азота, связанного в органических соединениях. В хозяйственно-бытовых сточных водах концентрация общего азота составляет от 50 до 60 мг/дм3 и может изменяться в зависимости от происхождения сточных вод.
Соотношение массовых концентраций различных форм азота не является постоянным и зависит от стадии переработки сточных вод. Изменение состава начинается уже в процессе транспортировки сточных вод на городские очистные сооружения. В частности, органическое соединение карбамид (мочевина), содержащийся в хозяйственно-бытовых сточных водах, в результате взаимодействия с бактериями распадается с образованием аммоний-иона (процесс аммонификации). Соответственно, чем протяженнее канализационная сеть, тем глубже протекает данный процесс. Содержание аммоний-иона на входе в городские очистные сооружения может составлять от 20 до 50 мг/дм3.
Содержание нитрат-ионов на входе в очистные сооружения невелико, большое количество нитратов (до 50 мг/дм3 и выше) образуется за счет преобразования аммонийного азота в процессе нитрификации. В городских сточных водах содержание нитрит-ионов незначительно (в большинстве случаев менее 1 мг/дм3), так как нитрит-ион обычно не образует стабильных азот-ных связей и появляется на канализационных очистных сооружениях в качестве «промежуточной фазы» при переходе к нитрат-иону.
Под «органическим» понимают азот, входящий в состав органических веществ, таких, как протеины и протеиды, полипептиды (высокомолекулярные соединения), аминокислоты, амины, амиды, карбамид (низкомолекулярные соединения). В сточные воды органические соединения (в том числе и азотсодержащие) попадают в составе либо хозяйственно-бытовых сточных вод, либо сточных вод предприятий пищевой промышленности. Содержание органического азота в сточных водах не является постоянной величиной. При поступлении сточных вод в канализационную сеть содержание органического азота может достигать 50…70% суммарного количества соединений азота, а в результате процессов аммонизации, протекающих при транспортировании, на входе в очистные сооружения доля органического азота снижается до 10…15%.
Процессы биологической очистки сточных вод.
Одним из этапов биологической очистки сточных вод является нитрификация, т. е. пре-образование соединений азота определенными видами микроорганизмов, окисляющими азот аммония в нитрит-ион и нитрат-ион. Нитрифицирующие бактерии весьма восприимчивы к внешним условиям, отличаются незначительным приростом и легко вытесняются другими бактериями.
Нитраты, образованные в процессе нитрификации, при попадании в водоем становятся питательной средой для микрофлоры, что может привести к эвтрофикации (гибели) водоема. Поэтому необходимо по возможности полное выведение нитратов из экосистемы.
Это реализуется при взаимодействии углеродистых соединений, содержащихся в сырой сточной воде, с нитратсодержащим активным илом или нитратсодержащей водой. Разлагающие углерод бактерии, попадая в анаэробные (бескислородные) условия, начинают использовать кислород-ную составляющую нитратов и разлагают это соединение – процесс денитрификации. Азотистая составляющая при этом восстанавливается до газообразного соединения и удаляется в атмосферу.
— органический азот;
— азот нитратов;
— аммонийный азотРис. 1. Преобразование форм азота в сточных водах на биологических очистных сооружениях
1 – после механической очистки;
2 – простая биологическая очистка;
3 – очистка с нитрификацией;
4 – очистка с денитрификацией;
Возможные соотношения различных форм азота в процессах преобразования, происходящих в канализационной сети и на очистных сооружениях, показаны на рис. 1 (для наглядно-сти отдельные ступени баланса упрощены). При эксплуатации канализационных очистных станций необходимо предотвращать возникновение неконтролируемых процессов, для чего сле-дует знать содержание общего азота и соотношение различных его форм в очищаемой сточной воде.
Методы выполнения аналитических определений.
Для определения содержания аммонийного азота, как правило, применяется относительно недорогой, простой и доступный фотометрический метод с использованием реактива Нессле-ра. С аналитической точки зрения метод не отличается селективностью, на результат анализа оказывает влияние состав пробы. В частности, присутствие органических соединений в некоторых случаях может дать вклад до 30…35% измеренной величины, что превышает допустимую по-грешность измерения. Более совершенный, но и более затратный метод определения аммоний-иона предполагает использование капиллярного электрофореза. Этот метод обладает высокой селективностью и дает более достоверную информацию о содержании аммонийного азота в пробе.
В качестве метода технологического контроля содержания нитратов часто применяется фотометрическое определение (например, с салицилатом натрия). Для грубого определения обычно используется колориметрический метод с тестовым комплектом. В обоих случаях определению мешает присутствие в анализируемой пробе окрашенных веществ, а также нитрит-иона.
Измерение нитрит-иона при технологическом контроле, как правило, не является обязательным, так как содержание его в городских сточных водах незначительно. При необходимости определение массовых концентраций нитрит-иона производят по методике с реактивом Грисса.
Общий азот (неорганический) определяется как сумма соединений азота в форме аммоний-, нитрат- и нитрит-иона. Химические методы определения неорганического азота отсутствуют, значение этого показателя рассчитывается математически как сумма азота аммонийного, азота нитратов и азота нитритов.
При выполнении анализа содержания общего азота по методу Къельдаля (сумма органически связанного азота и аммонийного азота) требуется длительное кипячение пробы в концентрированной серной кислоте, отгонка аммиака, а также титриметрическое и фотометрическое определение. Весь процесс достаточно длительный (3…4 часа) и трудоёмкий. Использование этого показателя ограничено, так как он не дает полной характеристики нагрузки очистных сооружений по азоту (исключаются из рассмотрения азот нитратов и азот нитритов).
Для определения нагрузки на входе в очистные сооружения, а также на экосистему водоема, в который сбрасываются очищенные сточные воды, используется показатель «общий азот» – сумма содержания всех растворимых форм органического и неорганического азота. Общий азот аналитически определяется методом каталитического окисления различных форм азота до окислов. Методика измерений изложена в ISO/TR 11905 «Качество воды. Определение содержа-ния азота».
Ввиду разнообразия форм существования органического азота единого аналитического метода определения этого показателя не существует. Он рассчитывается математически как разность между величиной общего азота и неорганического азота. Эта же величина может быть определена как разность между величинами общего азота по Къельдалю и аммонийного азота.
Из рис. 1 видно, что для получения правильного представления о процессах удаления азота из сточных вод недостаточно определения какого-либо одного показателя, необходимо найти несколько независимых величин. Прежде всего следует определить валовое содержание всех форм азота, т. е. показатель «общий азот». Эта величина характеризует нагрузку по азоту на входе в очистные сооружения и нагрузку на окружающую природную среду на выходе из очистных сооружений.
Для контроля процессов нитри- и денитрификации необходимо дополнительно определять содержание аммонийного азота, которое совместно с показателем «общий азот» дает достаточно полное представление о характере протекающих процессов. Привлечение дополнительной информации (например, о содержании азота нитратов) будет не столь информативно.
Интенсивность хемилюминесценции, возникающей в результате реакции окислов азота с озоном, изменяется по мере прохождения продуктов разложения пробы через реактор.
Зависимость интенсивности люминесценции от времени представляет собой колоколообразную кривую (рис. 3).
Площадь под кривой является мерой содержания общего азота в исследуемой пробе воды.
Если провести предварительную калибровку прибора, получив соответствующие сигналы от растворов стандартных образцов с заранее известной концентрацией общего азота, то можно определить содержание азота в неизвестной пробе.
Аналитический прибор «ТОПАЗ-N» для измерения массовых концентраций общего азота (в соответствии с ISO/TR 11905-2 «Качество воды. Определение содержания азота») представлен на рис. 4. Это первый отечественный прибор подобного класса, освоенный в серийном производстве. Анализатор «ТОПАЗ-N» выполнен в виде одного блока, имеющего в верхней части устройство для ввода пробы. Структурная схема прибора соответствует схеме на рис. 2. Управление процессом измерения и обработка полученной информации осуществляются персональным компьютером при помощи специально разработанной программы «NORMA-N».
Рис. 3. Кривая хемилюминесценции при анализе общего азота
Ввод пробы осуществляется вручную при помощи хроматографического шприца. После введения пробы автоматически начинается процесс измерения и регистрации результатов. По окончании процесса измерения на экране компьютера отображается значение массовой концентрации общего азота. Для серии из нескольких измерений (повторностей) рассчитывается сред-нее значение и среднеквадратичное отклонение. Результаты архивируются и сохраняются в памяти компьютера.
Для обеспечения работоспособности анализатора «ТОПАЗ-N» необходим баллон со сжатым воздухом, снабжённый редуктором. На входе прибора устанавливается давление не менее 200 кПа. Поток воздуха используется в качестве газа-окислителя, а также обеспечивает перенос продуктов каталитического окисления пробы и озона, получаемого в озонаторе по измерительному тракту прибора. Сжатый воздух, используемый в приборе, не должен содержать значительного количества окислов азота или аммиака. Степень чистоты воздуха влияет на нижний предел определения содержания общего азота (как правило, чистота обычного сжатого воздуха бывает достаточной). Диапазон измерений массовой концентрации общего азота при объеме вводимой пробы от 10 до 100 мкл составляет от 0,2 до 100 мг/дм3 (без разбавления пробы).
Применение автоматизированного анализатора общего азота позволяет получить достоверный результат, свободный от субъективных ошибок при выполнении измерений. Процесс однократного измерения занимает не более 4 минут, что снижает трудозатраты при выполнении анализов и позволяет повысить частоту отбора проб для контроля за технологическим процессом очистки сточных вод.
Метод капиллярного электрофореза получил широкое распространение в российской аналитической практике в связи с освоением производства отечественных анализаторов «Капель» и разработкой соответствующего методического обеспечения. Методика определения аммонийного азота в пробах природных и сточных вод (ФР 1.31.2004.01229) позволяет исключить влияние факторов, искажающих результат (влияние органических соединений – за счет высокой селективности, субъективного фактора – за счет автоматизации процесса измерения).
В целом процесс проведения анализа не имеет существенных отличий от анализа других катионов, выполняемого методом капиллярного электрофореза, за исключением процедуры от-гонки паров аммиака. Установка, с помощью которой производится отгонка аммиака, показана на рис. 5.
Рис. 5. Лабораторная установка для отгонки аммиака
1 – электропечь; 2 – сосуд для пробы; 3 – проба воды объёмом 5 см3; 4 – крышка;
5 – кварцевый капилляр; 6 – прёмная емкость (пробирка из полипропилена);
7 – поглоти-тельный раствор (кислота); 8 – сосуд с холодной водой;
9 – магнитная мешалка
Отгонка аммиака обязательна при измерении содержания аммоний-иона в сточных водах, при этом одновременно решаются две задачи: повышается селективность определения, так как катионы металлов нелетучие, а другие соединения не могут давать электрофоретического пика в месте выхода ионов аммония; получается проба, свободная от посторонних веществ, которые могли бы при попадании в капилляр необратимо изменить свойства его поверхности.
Диапазон измеряемых концентраций аммоний-иона составляет от 0,1 до 200 мг/дм3 (без разбавления пробы). Процедура подготовки пробы и выполнения измерений занимает немного времени: отгонка аммиака 5 минут и непосредственно процесс электрофоретического анализа 5…6 минут. Обработка полученной информации выполняется на компьютере, который служит также для архивации и хранения результатов измерений.
Выводы
Процессы, протекающие при биологической очистке сточных вод, требуют постоянного контроля параметров, используемых для технологических целей, в том числе измерение содержания различных форм азота в процессе их трансформации. Традиционные методы измерений содержания различных форм азота не дают достоверной информации и, как правило, не позволяют получать необходимую информацию достаточно быстро.
Разработанные химико-аналитические методы (и освоенные к серийному выпуску при-боры, реализующие эти методы) позволяют решить проблемы оперативного получения информации и повышения ее достоверности по сравнению с традиционными методами. Используемые в современных приборах компьютерные технологии позволяют автоматизировать управление процессом измерения и расчет получаемых данных, что снижает вероятность ошибок, связанных с субъективными факторами. В этом случае возможно архивирование и хранение полученной информации в электронном виде.
__
Опубликовано в журнале «Водоснабжение и санитарная техника» № 7, 2008 г., с. 45-52