Dusičnany

Živiny, jako jsou dusík a fosfor, jsou nezbytné pro růst a výživu rostlin a živočichů, ale nadbytek určitých živin ve vodě může zapříčinit nepříznivé zdravotní a ekologické dopady.

Živiny, jako jsou dusík a fosfor, jsou nezbytné pro růst a výživu rostlin a živočichů, ale nadbytek určitých živin ve vodě může způsobit řadu nepříznivých zdravotních a ekologických dopadů.

Dusík, ve formě dusičnanů, dusitanů nebo amoniaku, je živinou potřebnou pro růst rostlin.

Přibližně 78% vzduchu, který dýcháme, se skládá z plynného dusíku a v některých oblastech jsou určité formy dusíku běžně součástí kyselého deště.

Samozřejmě, dusík se používá v zemědělství k pěstování plodin a na mnoha farmách byla krajina značně upravena tak, aby maximalizovala produkci zemědělství. Pole byla vyrovnána a upravena tak, aby účinně odčerpávala přebytečnou vodu, která může spadat jako srážky nebo zavlažování.

Obrázek ukazuje jak byla příroda upravena pro zemědělské využití. Běžně nalézáme malé zemědělské potoky narovnány, prohloubeny a kanalizační dlaždice jsou nainstalovalovány tak, aby podporovaly rychlé odvodnění zemědělské půdy. Pokud se na polích nashromáždí nadbytečný dusík, odvodňovací voda jej může zavést do toků, které se dostanou do dalších větších řek a celá situace může skončit tak, že přebytek dusíku vede k hypoxickým podmínkám (nedostatek kyslíku).

Hnojiva a další chemikálie se používají na polích po celém světě. Při odtoku se přebytečné chemikálie mohou dostat do vodních toků a značně poškodit kvalitu vody.

Ačkoliv se dusík v životním prostředí přirozeně vyskytuje, je také koncentrován odpadními vodami a hnojivy. Chemická hnojiva nebo živočišný hnůj se běžně aplikují na plodiny za účelem přidání živin. Pokud nejsou na farmách vybudovány specializované struktury, deště běžně odvádí tyto přebytky do okolních potoků a jezer. Zařízení na čištění odpadních vod, která specificky neprovádí denitrifikaci (neodstraňují dusík), mohou také přispívat k nadměrnému množství dusíku v povrchových nebo podzemních vodách.

Dusičnany se mohou dostat do vody přímo v důsledku odtoku hnojiv obsahujících dusičnany. Některé dusičnany vstupují do vody také z atmosféry, která nese sloučeniny obsahující dusík získaný ze zplodin automobilů a jiných zdrojů. Každoročně jde až o tuny dusíky z atmosféry, získané buď přirozeně z chemických reakcí nebo ze spalování fosilních paliv, jako je uhlí a benzín. Dusičnany mohou být také tvořeny ve vodních tocích prostřednictvím oxidace jiných forem dusíku, včetně dusitanů, amoniaku a organických sloučenin dusíku, jako jsou aminokyseliny. Amoniak a organický dusík mohou vstupovat do vody přes odpadní vodu z odpadních vod a odtok z půdy, kde byl hnůj použit nebo skladován.

Zdroje dusíku

Hnojiva používaná pro pěstování plodin a znečištění ovzduší jsou hlavními zdroji dusíku.

Problémy s nadměrným množstvím dusíku v životním prostředí

Přebytek dusíku může poškodit vodní toky

Přebytek dusíku může způsobit nadměrnou stimulaci růstu vodních rostlin a řas. Nadměrný růst těchto organismů může zase ucpat přívod vody, spotřebovat rozpuštěný kyslík při rozkladu a blokovat světlo do hlubších vod. Může se vyskytnout eutrofizace (proces obohacování vod o živiny, zejména dusík a fosfor. Rozlišujeme přirozenou eutrofizaci (jejímž hlavním zdrojem je výplach těchto živin z půdy a rozklad mrtvých organismů) a nepřirozenou, nadměrnou eutrofizaci způsobenou lidskou činností) jezera a nádrže, která produkuje nevzhledné zbytky řas na vodní hladině, může občas vyústit v úmrtí ryb a může dokonce „zabít“ jezero tím, že ho zbaví kyslíku. Snížená účinnost dýchání ryb a vodních bezobratlých organismů může vést ke snížení rozmanitosti zvířat a rostlin a ovlivňuje naše využívání vody k rybolovu, plavání, ale i možná omezení pro lodní dopravu.

V pitné vodě se dnes běžně setkáváme s hodnotami dusičnanů v desítkách až stovkách mg / L a to jak ve vodě z vodovodního řadu tak zejména ve vodě studniční.

Mnoho majitelů pozemků s vlastními zdroji vody žije v domnění, že mají zdravou vodu, ale pouhý pohled na hladinu dusičnanů je rychle vyvede z omylu a to se bavíme pouze o jednom parametru.

Rozbor vody by měl být dnes naprosto základní věcí, ať už je náš zdroj vody jakýkoliv, protože u nás dnes již neexistuje voda, která by byla bez kontaminantů.

Zajímavostí je, že zatímco u nás je tolerována hladina dusičnanů do 50 mg / L, např. v USA je maximální přípustná hladina dusičnanů 10 mg / L. Není to tím, že by lidé v USA vydrželi méně než my, je to proto, že u nás byl zvýšen limit hladiny dusičnanů, aby veřejné zdroje (i pitná voda ve městech) normy, i po extenzivní denitrifikaci čističkami vod vůbec normy splňovaly.

V pražské pitné vodě z vodovodního řadu je dnes průměrná hodnota 19 mg / L (2019). Přitom již při hodnotách kolem 50 mg / L u dětí může docházet k methemoglobinémii, 8.3 – 8.5 mg dusičnanů na kg tělesné váhy je pro ně na hranici poškozování zdraví.
Tím se dostáváme k tomu, proč dusičnany škodí.

Proč dusičnany škodí?

Způsobují methemoglobinémii
Poškozují plod nenarozených dětí
Děti do 6 měsíců jsou obzvláště citlivé na nedostatek kyslíku
Mohou způsobit Alzheimera poškozováním mozku díky nedostatečnému okysličování
Mohou způsobit rakovinu slinivky
Mohou zhoršit cukrovku kvůli snížení efektu inzulínu
Mohou mít negativní vliv na funkci štítné žlázy (při deficitu jódu)

Hlavním negativním účinkem dusičnanů / dusitanů na lidi je jejich zapojení do oxidace normálního hemoglobinu (Hb) na methemoglobin (metHb), který není schopen transportovat kyslík do tkání.

Požitý dusičnan je redukován na dusitany bakteriemi v ústech a v kojeneckém žaludku, který je méně kyselý než dospělý. Dusitan se váže na hemoglobinu (Hb) za vzniku methemoglobin (metHb), který interferuje s kapacitou krve přenášející kyslík.

Redukovaný transport kyslíku se klinicky projeví, když koncentrace metHb dosáhnou 10% normálních koncentrací Hb a vyšších; stav, zvaný methemoglobinémie, způsobuje cyanózu (modravé až modrofialové zbarvení kůže a sliznic, které se objevuje při nedostatečném okysličení krve) a při vyšších koncentracích asfyxii (dušení z nedostatku vzduchu).

Požitý dusičnan se snadno a úplně vstřebává z horního tenkého střeva. Dusitan se může vstřebávat přímo ze žaludku i horního tenkého střeva. Část požívaného dusitanu reaguje s obsahem žaludku před absorpcí. Nejméně 25% požitého dusičnanu je transportováno do slin, kde je koncentrace přibližně 10 krát vyšší než koncentrace v plazmě v důsledku biokoncentrace. Přibližně 20% dusičnanů ve slinách je přeměněno na dusitany komenzálními bakteriemi na povrchu jazyka. Jedinci s gastroenteritidou mají vyšší míru konverze (EFSA, 2008).

Dusičnany jsou rychle distribuovány v tkáních. Přibližně 25% požitého dusičnanu je aktivně vylučováno do slin, kde je částečně (20%) sníženo na dusitany perorální mikroflórou; dusičnany a dusitany se poté spolknou a znovu se dostanou do žaludku. Bakteriální redukce dusičnanů může také probíhat v jiných částech lidského gastrointestinálního traktu, ale ne normálně v žaludku; výjimky jsou hlášeny u lidí s nízkou žaludeční aciditou, jako jsou uměle krmení kojenci, u některých pacientů, u kterých je sekrece kyseliny chlorovodíkové pomalejší než u normálních pacientů nebo u pacientů užívajících antacida (Colbers et al., 1995).
Absorbovaný dusitan se rychle oxiduje na dusičnany v krvi. Dusitany se v krevním řečišti podílejí na oxidaci hemoglobinu (Hb) na methemoglobin (metHb): Fe2 + přítomný v hemové skupině je oxidován na jeho Fe3+ formu a zbývající dusitan se pevně váže na tento oxidovaný hem. Forma Fe3+ neumožňuje transport kyslíku v důsledku silné vazby kyslíku (Jaffé, 1981; Národní výzkumná rada Spojených států, 1995).
Methemoglobinemie proto může vést k cyanóze.
Bylo prokázáno, že dusitany procházejí placentou a způsobují tvorbu fetální methemoglobinémie. Může reagovat v žaludku s nitrosovatelnými sloučeninami (např. Sekundárními a terciárními aminy nebo amidy v potravinách) za vzniku N-nitrososloučenin. Bylo prokázáno, že taková endogenní nitrosace se vyskytuje.

Jaké existuje řešení?

Při hladinách dusičnanů do 30 mg / L doporučujeme nano-membránové systémy kombinované s patronou pro redukci dusičnanů.
Při vyšších hladinách doporučujeme zařízení na bázi anexové výměny iontů.