Понастоящем замърсяването с нитрати е широко разпространен и нарастващ проблем, който засяга както качеството на повърхностните, така и подземните води. Това замърсяване на водите с нитрати е проблем, причинен главно от масовото използване на азотни торове и от неефективното управление на кашата в животновъдните ферми. Високите концентрации на нитрати във вода за консумация от човека представляват потенциален риск за общественото здраве. Въпреки че има методи, които позволяват премахването на нитратите, това е поле в пълно развитие.

нитратите

[Група от екологични инженерни процеси и системи, Universidad Autónoma de Madrid]

Понастоящем замърсяването с нитрати е широко разпространен и нарастващ проблем, който засяга както качеството на повърхностните, така и подземните води. Това замърсяване на водите с нитрати е проблем, причинен главно от масовото използване на азотни торове и от неефективното управление на кашата в животновъдните ферми. Най-голямото безпокойство около замърсяването на водата с нитрати се крие в ефекта, който техният прием, разтворен във вода или в храна, може да окаже върху човешкото здраве. Консумацията на вода с високи концентрации на нитрати представлява риск за здравето, особено при децата, причинявайки метхемоглобинемия, заболяване, характеризиращо се с инхибиране на транспорта на кислород в кръвта. По същия начин нитратите могат да образуват нитрозамини и нитрозамиди, потенциално канцерогенни съединения.

Въпреки че европейското законодателство установява, че максималната допустима концентрация на нитрати във вода за консумация от човека е 50 mg/L (Директива 91/676/ЕИО, транспонирана в испанското законодателство чрез Кралски указ 261/1996), има тенденция към напредване към по-ниска ограничение, поставяйки го на 10 mg/L в случая на Северноамериканската агенция за опазване на околната среда (EPA). Поради факта, че в много региони тези концентрации са значително надвишени във води, предназначени за снабдяване от човека, е необходимо да се намали концентрацията на нитрати в тях. Има няколко метода, които позволяват елиминирането на нитратите, но никой от тях не решава проблема сам, тъй като в зависимост от нуждите, характеристиките и обстоятелствата от него ще бъде по-успешно да се използва един или друг.

Нитратът е стабилен и силно разтворим анион във вода с нисък потенциал за съвместно утаяване или адсорбция, което води до конвенционални водни обработки като филтриране или омекотяване, които не са подходящи за неговото отстраняване. Като цяло физико-химичните методи позволяват ефективно елиминиране на нитратите в замърсените води, като ги концентрират във втори поток. Сред тези методи лечението, което предлага най-ниски разходи заедно със степента на развитие, е това на йонообмен, който се състои от използване на анионообменни колони, в които нитратният анион ще бъде заменен за хлоридни или бикарбонатни аниони на смолата. След като смолата се изтощи, тя се регенерира с концентриран разтвор на натриев хлорид или натриев бикарбонат. Основният недостатък на тази технология е свързан с регенерацията на смолата, поради което морската вода се представя като ценна алтернатива за регенериране на колоната.

Обратната осмоза е лечение, което не само води до елиминиране на нитратите във водата, но също така гарантира, че са достигнати подходящите граници, за да се счита, че пречистената вода е приемлива за употреба. Този метод се състои в принуждаване на движението на разтворителя в обратна посока, като той преминава през полупропускливата мембрана и оставя нитратите и другите йонни видове да се елиминират от другата страна на мембраната. Проблемите, свързани с прилагането на тази техника, са свързани главно с използваното налягане и с тези, свързани с мембраните (замърсяване, уплътняване и влошаване при употреба), поради техния контакт с разтворими вещества, органични вещества, както и колоидни частици. Или в суспензия. По същия начин те също се влияят от вариациите в рН на водата и от излагането на хлор.

Лечението на елиминиране на нитрати във вода чрез електродиализа е процес, много подобен на този при обратна осмоза, с изключение на това, че в този случай прехвърлянето на йони става чрез полупропусклива йонообменна мембрана от по-концентриран разтвор до по-малко концентриран разтвор чрез прилагането на постоянен електрически ток. Въпреки че са постигнати високи нива при намаляване на концентрацията на нитрати във водата, са открити значителни проблеми в случай на обработка на вода с ниско съдържание на калциеви и магнезиеви соли. По същия начин мембраната, през която преминават йоните, е специфична за катиони или аниони, намалявайки нейната гъвкавост.

Денитрификацията може да се извърши чрез химичен процес с използване на железен хидроксид в присъствието на меден катализатор. Постигнатите резултати показват, че необходимото съотношение желязо-нитрат е много високо, което прави всяко промишлено приложение невъзможно, тъй като цената ще бъде много висока, като се получава утайка с високо съдържание на желязо. Алуминиевият прах се използва и при химическа денитрификация, където като основен продукт се получава амоняк, който трябва да се отстрани чрез отстраняване с въздух.

Съществуват много обещаващи лечения за елиминиране на нитрати, при които остатъчните течения не произхождат, както при физико-химичните обработки, подчертавайки биологичната денитрификация и каталитичната денитрификация. По отношение на биологичната денитрификация, често и високо ефективен метод, използван при третирането както на градска, така и на промишлена вода, той бавно се прехвърля към обработката на вода за консумация от човека главно поради следните фактори: замърсяване от пречистената вода от бактерии, наличието на органични остатъци в пречистената вода и възможното увеличаване на дозата на използвания хлор. Биологичната денитрификация се осъществява при аноксични условия, при които нитратът се редуцира до азотен газ чрез няколко последователни етапа, в които нитритите, азотният оксид и азотният оксид се появяват като междинни продукти.

Развитието му е осъществимо както с хетеротрофни, така и с автотрофни бактерии. Хетеротрофните бактерии използват предимно метанол, етанол и оцетна киселина като органични субстрати, но са разработени и методи, при които субстратът е газове като въглероден оксид и метан. Когато става въпрос за автотрофна денитрификация, водородът или съединенията с редуцирана сяра служат като субстрат, а въглеродният диоксид или бикарбонатът се използват като въглероден източник за клетъчен растеж. Хетеротрофните биологични денитрификационни процеси се прилагат в индустриален мащаб в по-голяма степен, главно поради по-голямата скорост, с която се развива този процес. В случай на автотрофна денитрификация е необходимо да се работи с по-дълго време в пространството, което води до увеличаване на обема на реакцията, значително увеличаване на разходите.

Реакторите с кипящ и неподвижен слой са тези, които са избрани за разработване на това биологично пречистване, като реакторите с кипящ слой са тези, които осигуряват най-високи нива на отстраняване на нитратите. При тези реакционни системи обаче се изисква по-голям контрол на процеса. Въпреки че биологичната денитрификация е много ефективна при отстраняване на нитратите, тя има някои недостатъци, включително значително намаляване на скоростта на денитрификация при използване на ниски температури и необходимостта от последваща обработка на водата, главно поради наличието на бактерии и използвания субстрат.

Капур А.; Viraghavan T. (1997) J. Environment. Инж. 371-380.

Пейнт, А. (2003) Катал. Днес 77, 451-465.

Прубе, САЩ; Thielecke, N .; Vorlop, K. D. (2008) Наръчник по хетерогенна катализа 5, 2477-2500.