Блог

Jul 15, 2023

Влияние органических производных аммония на равновесие между ионами NH4+, NO2- и NO3- в воде реки Днестр

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 13505 (2022) Цитировать эту статью 619 Доступ 1 Альтметрические метрики Подробности Токсическое воздействие производных аммония в речной воде сильно зависит от

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 13505 (2022 г.) Цитировать эту статью

619 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Токсическое действие производных аммония в речной воде существенно зависит от их природного или синтетического происхождения, а также от их химического строения. Доказано, что разрушающее воздействие 1-нафтиламина (1-НА) и дифениламина (ДФА) на процессы окисления аммония и особенно на процессы окисления нитрит-ионов в природных водах связано с их токсичностью. Процесс окисления NH4+ замедляется примерно на пять и десять дней в пробах речной воды с 0,5 мг/л ДФА и соответствующим 0,5 мг/л 1-НА. Задержка окисления NO2− в модельных пробах речной воды с 0,025 и 0,05 мг/л 1-НК составляет четыре дня, а в пробе с 0,5 мг/л 1-НК – 35 суток. Для образца с 0,05 мг/л ДФА задержка окисления NO2- составляет примерно шесть дней и 25 дней для образца с 0,5 мг/л ДФА. Лабораторное моделирование выявило: (1) абсорбцию-десорбцию, реакцию микробиоты на мгновенное увеличение концентрации ионов аммония в речной воде (так называемый шок/стрессовый эффект) и (2) увеличение NH4+, стимулируемое определенная (0,05 мг/л) концентрация 1-НА. Разложение диэтиламина (ДЭА) приводит к увеличению примерно с 3,8 мг/л NH4+ в пробах речной воды до 20,0 мг/л ДЭА.

Ионы аммония, выносимые из водоемов, представляют собой продукт, в основном образующийся в результате деградации органических веществ белкового происхождения, проявляющий избирательное токсическое действие1,2,3. Подобно углекислому газу и метану, он является конечным продуктом живых организмов и субстратом процессов горения/брожения.

Ионы аммония и нитрита являются одними из наиболее опасных для рыб в природных водоемах. Лишь около 0,2 мг/л аммония оказывает негативное влияние на развитие личинок рыб4. Нитрит-ион превращает гемоглобин в метгемоглобин, вызывая расширение сосудов и повреждая запасы витамина А. Помимо указанных прямых токсических эффектов, нитриты и нитраты взаимодействуют с простыми, вторичными и третичными аминами, оксидами азота и четвертичными соединениями аммония с образованием нитрозаминов – токсичных веществ, обладающих канцерогенным потенциалом5.

В качестве источника NH4+ при анализе сточных вод необходимо учитывать влияние разложения экскрементов – продукта деятельности животных и человека. В Республике Молдова наши физико-химические анализы показывают, что городские сточные воды содержат около 20–60 мг/л NH4+ на входе в очистные сооружения, тогда как сельские бытовые сточные воды содержат более 100 мг/л NH4+. Содержание в сточных водах животноводческих комплексов обычно превышает 1600 мг/л, а иногда и до 5600 мг/л NH4+. В более развитых странах этот показатель ниже6,7,8.

Присутствие аммония в природной воде стимулирует увеличение активности водорослей и гетеротрофных (например, Pseudomonas putida), автотрофных (AOB, Nitrosomonas и Nitrosospira; АОА, Nitrososphaerea, Nitrosopumilus) бактерий9,10,11,12,13. В результате деградации и декарбоксилирования белковых аминокислот14,15,16 водная среда содержит большое разнообразие органических производных аммония, в которых атомы водорода частично или полностью заменены различными радикалами. Общий процесс естественного образования аминов в водных водоемах можно представить простой схемой:

Помимо аминов природного происхождения, в водных бассейнах часто присутствуют амины, полученные промышленным химическим синтезом. Амины промышленного/синтетического происхождения, особенно ароматические, более токсичны и труднее разлагаются в водной среде по сравнению с природными производными, что создает на очистных сооружениях новые опасные загрязнители. Загрязнение становится еще более опасным, если промышленные азокрасители в анаэробной среде восстанавливаются до ароматических аминов17,18,19,20,21,22. Следует также учитывать, что добавка аммония стимулирует процессы доочистки сточных вод23,24,25. С другой стороны, в результате сброса в реки недостаточно очищенных сточных вод дополнительное количество CaCO3 приводит к реактивации катионных органических загрязнителей, что отрицательно влияет на процесс самоочищения и, в частности, на окисление NH4+ и NO2. − ионы для нитратирования, например, нитрификация. Явление нарушения нитрификации в присутствии СаСО3 характерно для участков рек, загрязненных городскими сточными водами, где содержатся катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ) и другие эмерджентные вещества26,27,28,29. Следовательно, была принята во внимание ранее разработанная модель расположения ПАВ на поверхности наночастиц карбоната кальция30,31. Модель основана на (а) фиксации анионной части молекулы и дальнейшем распаде комплекса ПАВ-Ct·ПАВ-Ан и (б) на изменении катионной части в растворе воды, увеличивающем разрушающую активность. производных аммония27,28,29).