В даний час забруднення нітратами є широко розповсюдженою проблемою, яка зростає і впливає на якість поверхневих та підземних вод. Це забруднення вод нітратами є проблемою, спричиненою головним чином масовим використанням азотних добрив та неефективним управлінням шламом у тваринницьких фермах. Високі концентрації нітратів у воді для споживання людиною становлять потенційний ризик для здоров’я населення. Хоча існують методи, що дозволяють видаляти нітрати, це поле в повному розвитку.

сучасні

[Група процесів та систем екологічної інженерії, Університет Мадридського університету]

В даний час забруднення нітратами є широко розповсюдженою проблемою, яка зростає і впливає на якість поверхневих та підземних вод. Це забруднення вод нітратами є проблемою, спричиненою головним чином масовим використанням азотних добрив та неефективним управлінням шламом у тваринницьких фермах. Найбільше занепокоєння щодо забруднення води нітратами полягає у впливі того, що їх вживання, розчинене у воді або їжі, може мати на здоров'я людини. Вживання води з високою концентрацією нітратів створює ризик для здоров'я, особливо у дітей, викликаючи метгемоглобінемію, хворобу, що характеризується пригніченням транспорту кисню в крові. Крім того, нітрати можуть утворювати нітрозаміни та нітрозаміди, потенційно канцерогенні сполуки.

Хоча європейське законодавство встановлює, що максимальна концентрація нітратів, дозволених у воді для споживання людиною, становить 50 мг/л (Директива 91/676/ЄЕС, транспонована в іспанське законодавство Королівським указом 261/1996), існує тенденція до просування обмеження, розміщуючи його на рівні 10 мг/л у випадку Північноамериканського агентства з охорони навколишнього середовища (EPA). Через те, що у багатьох регіонах ці концентрації значно перевищуються у водах, призначених для постачання людиною, необхідно зменшити концентрацію нітратів у них. Існує декілька методів, які дозволяють елімінувати нітрати, але жоден з них не вирішує проблему сам по собі, оскільки залежно від потреб, характеристик та обставин буде більш вдалим використання того чи іншого.

Нітрат є стабільним і добре розчинним аніоном у воді з низьким потенціалом спільного осадження або адсорбції, що призводить до того, що звичайні водні процедури, такі як фільтрація або пом'якшення, не придатні для його видалення. Загалом фізико-хімічні методи дозволяють ефективно виводити нітрати в забруднені води, концентруючи їх у другому потоці. Серед цих методів лікування, яке пропонує найнижчі витрати разом зі ступенем розвитку, полягає в іонообміні, який полягає у використанні аніонообмінних колон, в яких нітратний аніон буде замінений на хлористий або бікарбонатний аніони смоли. Після висмоктування смоли її регенерують концентрованим розчином хлориду натрію або бікарбонатом натрію. Основний недолік цієї технології пов'язаний з регенерацією смоли, тому морська вода представлена ​​як цінна альтернатива регенерації колони.

Обробка, яка веде не лише до елімінації нітратів у воді, але також гарантує досягнення відповідних меж, щоб вважати очищену воду прийнятною для використання, це зворотний осмос. Цей метод полягає у примусовому русі розчинника в протилежному напрямку, змушуючи його проходити через напівпроникну мембрану і залишаючи нітрат та інші іонні речовини для елімінації з іншого боку мембрани. Проблеми, пов'язані з впровадженням цієї техніки, в основному пов'язані з тиском, що застосовується, і з тиском, пов'язаним з мембранами (забруднення, ущільнення та погіршення при використанні) через їх контакт з розчинною речовиною, органічними речовинами, а також колоїдними частинками. Або в суспензії. Подібним чином на них також впливають коливання рН води та вплив хлору.

Лікування елімінацією нітратів у воді електродіалізом - це процес, дуже подібний до процесу зворотного осмосу, за винятком того, що в цьому випадку перенесення іонів відбувається через напівпроникну іонообмінну мембрану з більш концентрованого розчину в менш концентрований шляхом подачі постійного електричного струму. Хоча високі рівні були досягнуті при зниженні концентрації нітратів у воді, значні проблеми були виявлені у випадку з обробкою води з низьким вмістом солей кальцію та магнію. Так само мембрана, через яку проходять іони, є специфічною для катіонів або аніонів, зменшуючи їх універсальність.

Денитрифікація може здійснюватися хімічним процесом із застосуванням гідроксиду заліза у присутності мідного каталізатора. Досягнуті результати показали, що необхідне співвідношення заліза і нітрату було дуже високим, що робить будь-яке промислове застосування неможливим, оскільки вартість буде дуже високою, утворюючи осад з великим вмістом заліза. Порошок алюмінію також використовувався в хімічній денітрифікації, де аміак отримують як основний продукт, який потрібно видаляти знезаражуванням повітрям.

Існують багатообіцяючі способи виведення нітратів, при яких залишкові струми не виникають, як при фізико-хімічних обробках, виділяючи біологічну денітрифікацію та каталітичну денітрифікацію. Що стосується біологічної денітрифікації, широко поширеного та високоефективного методу, що застосовується при обробці міської та промислової води, вона повільно переходить до очищення води для споживання людиною, головним чином, через такі фактори: забруднення очищеною водою бактеріями, наявність органічних залишків у очищеній воді та можливе збільшення дози використовуваного хлору. Біологічна денітрифікація відбувається в аноксичних умовах, при яких нітрат відновлюється до газоподібного азоту через кілька послідовних етапів, в яких нітрити, оксид азоту та оксид азоту виступають як проміжні продукти.

Його розвиток можливий як за допомогою гетеротрофних, так і автотрофних бактерій. Гетеротрофні бактерії в основному використовують метанол, етанол та оцтову кислоту як органічні субстрати, але також були розроблені методи, коли субстратом є такі гази, як окис вуглецю та метан. Коли мова йде про автотрофну денітрифікацію, сполуки водню або відновленої сірки служать субстратом, а вуглекислий газ або бікарбонат використовуються як вуглець для росту клітин. Гетеротрофні біологічні процеси денітрифікації застосовуються в промислових масштабах більшою мірою, головним чином завдяки більшій швидкості розвитку цього процесу. У разі автотрофної денітрифікації необхідно працювати з більш тривалими просторовими часами, що призводить до збільшення обсягів реакцій, значно збільшуючи витрати.

Для реалізації цього біологічного очищення обрані реактори з киплячим шаром та нерухомим шаром, реактори з киплячим шаром забезпечують найвищі показники видалення нітратів. Однак у цих реакційних системах необхідний більший контроль процесу. Хоча біологічна денітрифікація є дуже ефективною для видалення нітратів, вона має деякі недоліки, включаючи значне зниження швидкості денітрифікації при використанні низьких температур та необхідність подальшої обробки води, головним чином через наявність бактерій та використовуваного субстрату.

Капур А.; Вірагаван Т. (1997) J. Environment. Інженер 371-380.

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

Прубе, У.; Тілеке, Н.; Vorlop, K. D. (2008) Довідник з гетерогенного каталізу 5, 2477-2500.