Очистка питьевой воды от аммиака и аммония
Аммиак (NH3) – неорганическое соединение, молекула которого состоит из одного атома азота и трёх атомов водорода 
. В нормальных условиях аммиак представляет собой токсичный, бесцветный газ с характерным резким запахом и относится к 4-му уровню опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Аммиак очень хорошо растворим в воде – 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. При растворении в воде аммиак образует катионы аммония NH4+ состоящие из соединения одного атома азота и четырёх атомов водорода 
, представляющие из себя бесцветное кристаллическое вещество.
В зависимости от условий аммиак в воде присутствует в той или иной форме, например в холодной воде аммиак присутствует в форме солей аммония, которые хорошо растворимы в воде, но при нагревании они легко разлагаются с выделением токсичного газообразного аммиака. На форму присутствия аммиака влияет уровень рН водной среды в которой он находится, так при рН меньше 7 аммиак присутствует в воде в виде соли аммония, относительно нетоксичной его форме, но при увеличении уровня рН больше 7 переходит в гидроксид аммония (аммиачную воду) которая является токсином 4-ого класса опасности по степени воздействия на организм.
В питьевой воде повышенное содержание аммиака и аммоний иона встречается чаще всего в поверхностных источниках таких как колодцы, реки, озёра или неглубоких скважинах глубиной до 20 метров. Предельно допустимые концентрации (ПДК) этих веществ в питьевой воде строго регламентируется нормами установленными СанПиН 2.1.3684-21 и составляют – 2 мг/л, аммония – 0,5 мг/л. Суммарно они формируют показатель общего аммонийного азота, который не должен превышать 2 мг/л.
. В нормальных условиях аммиак представляет собой токсичный, бесцветный газ с характерным резким запахом и относится к 4-му уровню опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Аммиак очень хорошо растворим в воде – 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. При растворении в воде аммиак образует катионы аммония NH4+ состоящие из соединения одного атома азота и четырёх атомов водорода , представляющие из себя бесцветное кристаллическое вещество. В зависимости от условий аммиак в воде присутствует в той или иной форме, например в холодной воде аммиак присутствует в форме солей аммония, которые хорошо растворимы в воде, но при нагревании они легко разлагаются с выделением токсичного газообразного аммиака. На форму присутствия аммиака влияет уровень рН водной среды в которой он находится, так при рН меньше 7 аммиак присутствует в воде в виде соли аммония, относительно нетоксичной его форме, но при увеличении уровня рН больше 7 переходит в гидроксид аммония (аммиачную воду) которая является токсином 4-ого класса опасности по степени воздействия на организм.В питьевой воде повышенное содержание аммиака и аммоний иона встречается чаще всего в поверхностных источниках таких как колодцы, реки, озёра или неглубоких скважинах глубиной до 20 метров. Предельно допустимые концентрации (ПДК) этих веществ в питьевой воде строго регламентируется нормами установленными СанПиН 2.1.3684-21 и составляют – 2 мг/л, аммония – 0,5 мг/л. Суммарно они формируют показатель общего аммонийного азота, который не должен превышать 2 мг/л.
Причины появления аммиака и аммония в воде
Промышленность. Аммиак является важнейшим и одним из самых производимых продуктов химической промышленности путем каталитической реакции азота и водорода при высоких температурах и давлении. Его ежегодное мировое производство превышает 180 млн. тонн, а доля России на мировом рынке составляет около 9%. Почти 90% всего аммиака, производимого промышленностью, используется в удобрениях для сельского хозяйства. В природе. Аммиак в природе редко встречается в больших концентрациях, а его источниками являются разложение органических отходов и белков, отходов жизнедеятельности животных и человека, продукт жизнедеятельности рыб, процесс фиксации азота, лесные пожары и т.д.
Аммиак хорошо растворим в воде и попадает в грунтовые воды с сельскохозяйственных угодий при обильных дождях. Источником загрязнения поверхностных источников чаще всего являются городские и промышленные сточные воды, химические отходы, удобрения и навоз которые в большом количестве могут приводить к эвтрофикации.
Уровень аммиачного загрязнения может разово повышаться вследствие обильных атмосферных осадков. Высокий показатель аммиака и аммония в колодцах регистрируется, если они размещаются вблизи:
Высокий уровень аммиака может быть из-за загрязнения воды навозом или удобрениями. Если это произойдет, вода будет иметь очень неприятный запах и вкус. В результате такого загрязнения может увеличиться вероятность заболеваний, передаваемых через воду. Два основных признака, указывающих на высокий уровень аммиака в питьевой воде:
- Выгребных ям, уличных туалетов, канализаций, очистных сооружений, фермерских хозяйств;
- Сточных вод химических предприятий;
- Сельскохозяйственных угодий, где интенсивно применяют азотные удобрения.
- Вкус / запах – вкус и запах воды могут иметь неприятный затхлый и землистый привкус;
- Усиленный рост бактерий, которые могут образовывать колонии в системе водоснабжения.
Негативное воздействие
Несмотря на свои полезные свойства аммиак является токсичным соединением четвёртого уровня опасности по ГОСТ 12.1.007-76.А. Употребление в течение длительного времени воды даже с незначительным превышением содержания аммиака может быть вредно для Вашего здоровья и приводить к отравлению. Организм может не успевать выводить токсин, который накапливается во внутренних тканях и крови. Основными симптомами отравления аммиаком являются обморок, головокружение, рвота, тошнота, кашель, утяжеленное дыхание и боль в груди. Пары аммиака относятся к группе веществ удушающего и нейротропного действия по физиологическому воздействию на организм. При вдыхании паров аммиака может возникать токсический отёк лёгких и тяжелое поражение центральной нервной системы.
Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это человек и воспринимает как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюнктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи.
Б. При обработке воды, содержащей аммиак или аммоний ион раствором гипохлорита натрия образуются хлорамины, которые являются очень устойчивым окислителем, не разлагающимся на протяжении долгого времени. Хотя вред содержания хлораминов в питьевой воде не доказан употребление их в большом количестве нежелательно. При обработке исходной воды содержащей большое количество аммония и аммиака рекомендуется использовать другие методы окисления.
В. Аммиак коррозионно активен по отношению к меди, алюминию, цинку и их сплавам, особенно в присутствии воды, и растворяет обычную резину.
Г. Аммиак способствует ускоренной эвтрофикации озер и рек, истощению растворенного кислорода и токсичен для рыб.
Технологии очистки
1. Обратный осмос. Мембранные элементы обратного осмоса имеют высокую селективность ионов аммония NH4+, и являются самым эффективным методом очистки.2. Ионный обмен при помощи сильнокислотного катионита. Смолы предназначенные для умягчения воды подходят для замены ионов аммония на ионы натрия, при этом этот процесс может проходить одновременно с умягчением воды.
3. Удаление аммиака с помощью природного цеолита клиноптилолита. Исследователи определили, что природный цеолит клиноптилолит селективен по отношению к катионам аммония, что означает, что он будет поглощать и связывать их в своей ячеистой структуре даже в присутствии большего количества конкурирующих катионов. Адсорбционная способность клиноптилолита составляет от 2 до 30 мг NH4+ /г. Цеолит полностью восстанавливается раствором соляной кислоты а со временем использования его адсорбционная способность увеличивается.
4. Активированный уголь способен сорбировать хлорамины. Его использование оправдано в случае очистки небольших объемов воды, но он не способен сорбировать ион аммония.
5. Аэрация с отдувкой аммиака при повышении уровня рН до 11. Согласно диаграмме состояния аммиака в воде при уровне рН равным 11 он почти полностью переходит в свою газообразную форму и может быть удален при помощи аэрирования или разбрызгивания воды.