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Jul 15, 2023

Influenza dei derivati ​​organici dell'ammonio sugli equilibri tra gli ioni NH4+, NO2− e NO3− nell'acqua del fiume Nistru

Scientific Reports volume 12, Articolo numero: 13505 (2022) Cita questo articolo 619 Accessi 1 Altmetric Metriche dettagliate Gli effetti tossici dei derivati ​​dell'ammonio nelle acque del fiume dipendono drammaticamente

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Gli effetti tossici dei derivati ​​dell'ammonio nelle acque fluviali dipendono fortemente dalla loro origine naturale o sintetica e dalle loro strutture chimiche. È stato dimostrato che l'impatto della rottura dell'1-naftilammina (1-NA) e della difenilammina (DPA) sull'ossidazione dell'ammonio e in particolare sui processi di ossidazione degli ioni nitrito nelle acque naturali è associato alla sua tossicità. Il processo di ossidazione dell'NH4+ rallenta per circa cinque e dieci giorni in campioni di acqua di fiume con 0,5 mg/l di DPA e corrispondenti 0,5 mg/l di 1-NA. Il ritardo dell'ossidazione di NO2 in campioni modello di acqua di fiume con 0,025 e 0,05 mg/L 1-NA è di quattro giorni e 35 giorni in quello con 0,5 mg/L 1-NA. Per il campione con 0,05 mg/L di DPA il ritardo dell'ossidazione di NO2 è di circa sei giorni e di 25 giorni per il campione con 0,5 mg/l di DPA. Le simulazioni di laboratorio hanno evidenziato: (1) assorbimento-desorbimento, la reazione microbiotica all’aumento istantaneo della concentrazione di ione ammonio nell’acqua del fiume (cosiddetto effetto shock/stress) e (2) l’aumento di NH4+ stimolato da un una certa concentrazione (0,05 mg/L) di 1-NA. La decomposizione della dietilammina (DEA) porta ad un aumento di circa 3,8 mg/L NH4+ in campioni di acqua di fiume con 20,0 mg/L DEA.

Gli ioni ammonio esportati dai bacini idrici sono un prodotto in gran parte derivato dalla degradazione della materia organica di origine proteica, che manifesta un effetto tossico selettivo1,2,3. Simile all'anidride carbonica e al metano, è un prodotto finale degli organismi viventi e substrati dei processi di combustione/fermentazione.

Gli ioni di ammonio e nitrito sono tra i più pericolosi per i pesci nelle piscine naturali. Solo circa 0,2 mg/l di ammonio hanno un impatto negativo sullo sviluppo delle larve dei pesci4. Lo ione nitrito converte l'emoglobina in metaemoglobina, producendo vasodilatazione e danneggiando le riserve di vitamina A. Oltre a questi effetti tossici diretti, nitriti e nitrati interagiscono con ammine semplici, secondarie e terziarie, ossidi di azoto e composti di ammonio quaternario, con la formazione di nitrosammine, sostanze tossiche con potenziale cancerogeno5.

L'influenza della decomposizione degli escrementi, prodotto dell'attività degli animali e dell'uomo, deve essere presa in considerazione come fonte di NH4+ nell'analisi delle acque reflue. Nella Repubblica di Moldavia le nostre analisi fisico-chimiche mostrano che le acque reflue urbane contengono circa 20–60 mg/L di NH4+ all'ingresso degli impianti di depurazione, mentre le acque reflue domestiche rurali contengono oltre 100 mg/L di NH4+. Le acque reflue provenienti da complessi animali solitamente superano i 1600 mg/l e talvolta anche fino a 5600 mg/l di NH4+. Nei paesi più sviluppati questo indicatore è più basso6,7,8.

La presenza di ammonio nell'acqua naturale stimola l'aumento dell'attività delle alghe e dei batteri eterotrofi (es. Pseudomonas putida), autotrofi (AOB, Nitrosomonas e Nitrosospira; AOA, Nitrososphaerea, Nitrosopumilus)9,10,11,12,13. Come risultato della degradazione e decarbossilazione degli amminoacidi proteici14,15,16, l'ambiente acquatico contiene un'ampia varietà di derivati ​​organici dell'ammonio, in cui gli atomi di idrogeno sono parzialmente o totalmente sostituiti da diversi radicali. Un processo generale per la formazione naturale delle ammine nei bacini acquatici può essere presentato con un semplice schema:

Oltre alle ammine di origine naturale, nei bacini idrici sono spesso presenti anche ammine prodotte mediante sintesi chimica industriale. Le ammine di origine industriale/sintetica, soprattutto quelle aromatiche, sono più tossiche e più difficili da decomporre nell'ambiente acquatico rispetto ai derivati ​​naturali, creando negli impianti di depurazione inquinanti emergenti preoccupanti. L'inquinamento diventa ancora più pericoloso se i coloranti azoici industriali in ambiente anaerobico vengono ridotti ad ammine aromatiche17,18,19,20,21,22. Va inoltre tenuto presente che l'aggiunta di ammonio stimola processi supplementari di trattamento delle acque reflue23,24,25. D’altro canto, a seguito dello scarico nei fiumi di acque reflue non sufficientemente trattate, un quantitativo aggiuntivo di CaCO3 porta alla riattivazione degli inquinanti organici cationici con impatto negativo sul processo di autodepurazione ed in particolare per l’ossidazione di NH4+ e NO2 − ioni in nitrato, ad esempio nitrificazione. Il fenomeno di rottura della nitrificazione in presenza di CaCO3 è caratteristico dei tratti fluviali inquinati da acque reflue urbane, dove sono contenute le sostanze tensioattive cationiche (SAS) ed altre sostanze emergenti26,27,28,29. Di conseguenza, è stato preso in considerazione un modello precedentemente sviluppato della disposizione dei SAS sulla superficie delle nanoparticelle di carbonato di calcio30,31. Il modello si basa (a) sulla fissazione della porzione anionica della molecola e ulteriore decomposizione del complesso SAS-Ct·SAS-An e (b) sulla variazione della parte cationica nella soluzione di acqua aumentando l'attività di rottura dei derivati ​​dell’ammonio27,28,29).