Azotany i azotyny

 Drukuj

Czym są azotany i azotyny?

Azotany i azotyny to związki zawierające azot i tlen. Cząsteczki azotanów i azotynów zawierają jeden atom azotu. Azotyny mają dwa atomy tlenu, podczas gdy azotany mają trzy atomy tlenu.

Azotany

Azotan stanowi bardziej utleniony stan azotu. Bakterie autotroficzne zamieniają amoniak na azotyny, a następnie na azotany w warunkach tlenowych; przekształcone zostają duże ilości azotu atmosferycznego (N 2) bezpośrednio na azotany. Redukcja azotanów przez bakterie może również prowadzić do tworzenia azotynów w warunkach beztlenowych.

Azotyny

Azot azotynowy występuje jako etap pośredni w biologicznym rozkładzie amoniaku/amonu. Bakterie autotroficzne zamieniają amoniak w warunkach tlenowych (aerobowych) na azotany.

Nitryfikacja i denitryfikacja

Proces ten przebiega naturalnie w jeziorach, rzekach oraz w innych środowiskach wodnych i naturalnych. Te procesy biologiczne są powszechnie wykorzystywane w oczyszczaniu ścieków lub biofiltracji do usuwania azotu. Nitryfikacja może występować w systemach dystrybucji wody pitnej, gdzie jest niepożądana i powinna być ściśle monitorowana.

Nitryfikacja to dwuetapowe tlenowe biologiczne utlenianie amoniaku do azotynów i ostatecznie azotanów. Denitryfikacja jest procesem ułatwionym mikrobiologicznie, podczas którego azotany są redukowane beztlenowo w celu wytworzenia azotu molekularnego jako ostatniego etapu.

W tych procesach bakterie autotroficzne, takie jak nitrosomonas, lub bakterie heterotroficzne, takie jak nitrobacter, są wykorzystywane w różnych warunkach w strefach oczyszczania ścieków tlenowych i beztlenowych do zamiany amoniaku, azotynów i azotanów w azot. Kontrola zawartości tlenu ma krytyczne znaczenie dla nitryfikacji, jako jeden z kilku ważnych czynników, takich jak zasadowość. Podczas tego procesu należy monitorować i zarządzać tlenem rozpuszczonym (DO). Skuteczna denitryfikacja opiera się na braku DO i odpowiedniej ilości łatwo rozkładalnego węgla.


Kup teraz

Dlaczego należy mierzyć azotany i azotyny?

Azotyny i azotany stanowią integralną część cyklu azotowego w środowisku naturalnym i stanowią związki biogenne oraz podstawowe źródło azotu dla roślin i organizmów złożonych, które je zużywają. Jony azotanowe, składające się z tlenu i azotu, występują naturalnie w glebie. Ponieważ azotyny łatwo utleniają się do azotanów, często nie występują w wodach powierzchniowych.

Gdy stężenia są odpowiednio monitorowane i utrzymywane, azotyny i azotany odgrywają ważną rolę w wielu przemysłowych i miejskich programach monitorowania jakości wody:

  • azotyny są często stosowane jako inhibitory korozji w przemysłowej wodzie procesowej i wieżach chłodniczych.
  • Przemysł spożywczy wykorzystuje związki azotynów jako konserwanty.
  • Wiele nawozów granulowanych dostępnych w handlu zawiera azot w postaci azotanów.

Nadmierne stężenia azotynów i azotanów mogą negatywnie wpływać na procesy uzdatniania wody i stanowić zagrożenie dla zdrowia:

  • Wysokie poziomy azotanów w wodzie mogą wskazywać na odpady biologiczne na końcowych etapach stabilizacji lub stanowić niepożądany efekt silnego nawożenia pól.
  • Ścieki bogate w azotany odprowadzane do wód odbiorczych mogą pogarszać jakość wody poprzez stymulowanie nadmiernego wzrostu glonów.
  • Woda pitna zawierająca nadmierne ilości azotanów (MCL = 10 mg/L) może powodować methemoglobinemię u niemowląt (niebieskie niemowlęta), natomiast stężenie azotynów rzadko przekracza 0,1 mg/L.

Stężenia azotynów i azotanów mogą negatywnie wpływać na procesy oczyszczania ścieków i stanowić zagrożenie dla zdrowia:

  • azotany powodują degradację w systemach utrzymujących biologiczne usuwanie fosforu poprzez zanieczyszczenie stref beztlenowych.
  • Obecność chloru ogranicza skuteczność systemu dezynfekcji chlorowej.
  • Całkowita zawartość azotu nieorganicznego (TIN) w ściekach ściekowych przyczynia się do pogorszenia jakości wody.

Firma Hach® oferuje sprzęt, zasoby, szkolenia i oprogramowanie, które są niezbędne do skutecznego monitorowania i zarządzania poziomami azotynów i azotanów w danym zastosowaniu procesowym.

 

LCK

Polecane produkty do pomiaru azotynów i azotanów

Czujniki UV azotanów i azotynów serii NT3

Czujniki azotanów UV NT3100sc oraz czujniki azotanów i azotynów UV NT3200sc Hach zapewniają dokładność, prostą konserwację i możliwość badania dwóch parametrów.

Dowiedz się więcej

Czujniki azotanów N-ISE sc

Cyfrowa sonda jonoselektywna N-ISE sc firmy Hach do określania stężenia azotanów bezpośrednio w medium.

Dowiedz się więcej

Analizatory azotanów serii EZ

Analizatory online z serii EZ zapewniają wiele możliwości monitorowania azotanów w wodzie.

Dowiedz się więcej

Analizatory azotynów serii EZ

Analizatory online z serii EZ zapewniają wiele możliwości monitorowania azotynów w wodzie.

Dowiedz się więcej

Spektrofotometry

Spektrofotometry stacjonarne DR3900 i DR6000 zapewniają niezawodne i dokładne pomiary za każdym razem.

Dowiedz się więcej

Kolorymetry

Niezależnie od tego, czy szukasz urządzenia do testowania jednego parametru, takiego jak DR300, czy zaawansowanego, bezproblemowego urządzenia, które może dokonywać pomiarów z wykorzystaniem do 90 metod, takich jak DR900, mamy rozwiązanie.

Dowiedz się więcej

Laboratoryjny zestaw miernika stężenia jonów azotanów (NO₃⁻) HQ440D z elektrodą jonoselektywną ISENO3181

Multimiernik laboratoryjny HQ440D firmy Hach to zaawansowany miernik laboratoryjny, który eliminuje niepewność przy pomiarach.

Dowiedz się więcej

Przenośne mierniki serii HQ

Urządzenia z serii HQ są przeznaczone dla specjalistów ds. jakości wody, którzy wykonują analizy elektrochemiczne w terenie i w laboratorium.

Dowiedz się więcej

Substancje chemiczne, odczynniki i standardy

Firma Hach zapewnia wysokiej jakości odczynniki do rutynowych i specjalnych analiz wody.

Dowiedz się więcej

 

Które procesy wymagają monitorowania azotanów/azotynów?

Oczyszczanie ścieków

W systemach oczyszczania ścieków, w których określone formy azotu są ograniczone przez zezwolenia lub w systemach, w których wymagane jest monitorowanie, należy znać stężenie azotynów i azotanów.

Systemy, które wymagają monitorowania azotu ogólnego (TN) w ściekach, ogólnego azotu nieorganicznego (TIN) lub NOx, powinny pobierać próbki azotynów (NO 2 -) i azotanów (NO 3 -) w ważnych miejscach dla zakładu.

Efektywność i stabilność nitryfikacji i denitryfikacji zależy od wielu czynników: właściwego poziomu pH, zasadowości, rozpuszczonego tlenu (DO), temperatury, dostępnego węgla, czasu retencji cząstek stałych (SRT), wewnętrznych współczynników recyklingu mieszanych alkoholi (IMLR) oraz warunków beztlenowych, między innymi dla każdego odpowiedniego systemu biologicznego.

Azot wpływa do oczyszczalni ścieków jako amoniak (NH 3) lub amon (NH 4 +) i jest usuwany w procesie oczyszczania biologicznego. Typowe poziomy azotu amonowego w nieoczyszczonych ściekach miejskich wahają się w zakresie 30 mg/L – 50 mg/L NH 3 -N. Poziomy azotanów wskazują etap zamiany amoniaku i związków azotu organicznego na azotany w tlenowych procesach biologicznych podczas nitryfikacji.

Nitryfikacja powoduje przekształcenie amoniaku/amonu na azotany w stanie tlenowym dzięki stabilnej populacji bakterii nitryfikacyjnych, prawidłowemu poziomowi tlenu (DO), zasadowości, pH, temperaturze i czasowi retencji cząstek stałych (SRT).

Denitryfikacja powoduje przekształcenie azotanów ostatecznie w azot (N 2), który zostaje usunięty z systemu w stanie beztlenowym z odpowiednim, dzięki łatwo ulegającemu biodegradacji węglowi, odpowiedniemu czasowi retencji, temperaturze i w postaci pozbawionej wolnego tlenu (DO). Jeśli system posiada wewnętrzny układ recyklingu (IR lub IMLR), który wspiera proces denitryfikacji, należy monitorować właściwe współczynniki recyklingu.

Monitorowanie azotanów strefy beztlenowej jest ważne dla poznania skuteczności denitryfikacji. W systemach ze strefą przejściową wydajność może być wskaźnikiem wymagań strefy przejściowej beztlenowej lub tlenowej.

W systemach, w których zachodzi biologiczne usuwanie fosforu (BPR), azotany powinny być monitorowane w powrotnym przepływie osadu czynnego (RAS), który wpływa do strefy beztlenowej. Azotany trafiające do tej strefy zmniejszają lub zatrzymują kluczowe funkcje biologicznego usuwania fosforu na tym etapie.

W aktywowanym osadzie mieszanego alkoholu (ML) należy znać wyniki monitorowania azotynów i azotanów na końcu układu biologicznego przed ich wprowadzeniem do klaryfikacji wtórnej. Nieprawidłowy czas retencji cząstek stałych (SRT) może prowadzić do nadmiernego zatrzymywania cząstek stałych w osadzie wtórnym, a jeśli stężenie azotynów/azotanów jest wysokie, może dojść do powstania osadu pływającego, denitryfikacji warstwy klaryfikatora i wysokiej zawartości cząstek stałych w ściekach.

Niektóre wyspecjalizowane bakterie beztlenowe mogą realizować eliminację azotu zredukowanego. Te rodzaje bakterii nie wykorzystują standardowych procesów nitryfikacji/denitryfikacji do usuwania azotu. Ten typ usuwania azotu jest zwykle realizowany w systemach z bocznym strumieniem, w których poziomy azotynów i azotanów stanowią kluczowe pomiary na różnych etapach procesu. Niepełna denitryfikacja może prowadzić do wzrostu kosztów dezynfekcji chlorowej ze względu na zapotrzebowanie na azotyny.

Monitorowanie azotynów i azotanów w ściekach może być wymagane w celu dostarczenia informacji o limicie liczbowym lub jako parametr monitorowania jako indywidualne źródło zanieczyszczenia lub jako część wymagań dotyczących azotu ogólnego (TN) lub ogólnego azotu nieorganicznego (TIN).

W oczyszczaniu ścieków wysoki poziom amoniaku może być toksyczny dla mikrobów trawiących osad; ten zbiornik napowietrzający pomaga w przemianie amoniaku na azotany.

Woda powierzchniowa, woda mieszana i woda gruntowa

Azotany są zanieczyszczeniem podlegającym regulacji, często spotykanym na obszarach rolniczych z powodu stosowania nawozów. Ważne jest monitorowanie poziomów azotanów w potencjalnie zanieczyszczonych wodach źródłowych, ponieważ ich usuwanie jest trudne i może wymagać filtracji z wykorzystaniem odwróconej osmozy (RO). Podobnie ważne jest monitorowanie azotynów, ponieważ mogą one być obecne również w wodach źródłowych i ponieważ podczas obróbki azotyny są utleniane do azotanów.

Wody gruntowe, zwłaszcza warstwa, na którą bezpośrednio wpływają wody powierzchniowe (GWUDI), mogą zawierać związki takie jak azotany, które, choć niekoniecznie szkodliwe dla zdrowia ludzkiego przy poziomie poniżej MCL (10 mg/L), mogą stanowić wyzwanie dla niektórych systemów (zwłaszcza tych, w których po raz pierwszy stosowany jest chlor).

Akwen turkusowej wody lśni w jaskini. Źródła wód gruntowych często zawierają azotany z powodu wód powierzchniowych.

Oczyszczanie wody pitnej

Ważne jest monitorowanie wód źródlanych pod kątem azotynów, ponieważ mogą one w nich występować i ulegać utlenieniu podczas uzdatniania w do azotanów. Pomiar zawartości azotynów i azotanów w chlorowanej wodzie kranowej ma kluczowe znaczenie dla wykrywania poziomu i identyfikacji trwającej nitryfikacji w celu podjęcia szybkich działań łagodzących. Zmiany stężenia azotynów w systemach dystrybucji wody pitnej uzdatnianej chloraminą mogą być wczesnym wskaźnikiem nitryfikacji. W celu ochrony zdrowia publicznego bardzo istotne jest monitorowanie azotynów i azotanów oraz utrzymywanie ich stężenia na regulowanych poziomach.

Szklanka wody pitnej to doskonałe potwierdzenie znaczenia monitorowania azotanów i azotynów w wodzie pitnej, które mogą powodować poważne problemy zdrowotne.

W jaki sposób monitoruje i kontroluje się poziom azotynów/azotanów?


Hach NitraVer® 5 Nitrate Reagent Powder Pillows, 10 mL, pk/100

Metoda wykorzystująca siarczan żelaza (azotyn)

Metoda ta jest stosowana głównie w przypadku ścieków. W środowisku kwaśnym siarczan żelaza redukuje zawartość azotu w azotynie (NO 2 -), tworząc podtlenek azotu (NO). Jony żelazne w połączeniu z podtlenkiem azotu dają brązową barwę, której intensywność jest wprost proporcjonalna do zawartości azotynu obecnego w próbce wody. Zmiana koloru jest zgodna z prawem Beera.

Rozwiązanie stacjonarne:

Spektrofotometry DR

Metoda wykorzystująca siarczan żelaza


Test kuwetowy azotynów LCK342 0,6 - 6,0 mg/L NO₂-N, 25 testów

Standardowe metody badania wody i ścieków, metoda azotanów 4500—NO2‑B

W tym teście o niskim zakresie azotynów jony azotynowe reagują z kwasem sulfanilowym, tworząc pośrednią sól diazoniową. Sól reaguje z kwasem chromotropowym, tworząc czerwono-pomarańczową substancję o kolorze wprost proporcjonalnym do ilości obecnych azotynów. Pomiar intensywności barwy zapewnia dokładne określenie stężenia azotynów w próbce wody. Metoda ta może być stosowana w przypadku ścieków, wody morskiej, wody pitnej, wody powierzchniowej i procesowej.

Rozwiązanie stacjonarne:

Spektrofotometry DR

Test kuwetowy azotynów LCK342 0,6 - 6,0 mg/L NO₂-N, 25 testów

Test kuwetowy azotynów LCK343 2 - 90 mg/L NO₂-N, 25 testów

Rozwiązanie przenośne:

SL1000 - PPA

Azotyny, Chemkey

Online:

Analizator azotynów z serii EZ


Titrator ręczny firmy Hach z odczytem cyfrowym

Metoda miareczkowania kwasu cerowego (azotyny)

Do próbki dodaje się wskaźnik ferroinowy i kwas. Próbka jest miareczkowana jonem tetrawalencyjnym ceru, który jest silnym utleniaczem. Po utlenieniu azotynu przez cer następuje utlenienie wskaźnika i zmiana koloru z pomarańczowego na jasnoniebieski. Ilość użytego roztworu w procesie miareczkowania zmienia się zależnie od stężenia azotynu sodu w próbce. Metoda ta jest stosowana w przypadku wody stosowanej w wieżach chłodniczych.

Stacjonarny/przenośny:

Titrator cyfrowy

Metoda miareczkowania kwasu cerowego


Zestaw odczynnika do oznaczania związków azotu-azotanów NitraVer X firmy Hach, HR

Metoda z wykorzystaniem kwasu chromotropowego (azotany)

Azotany w próbce reagują z kwasem chromotropowym w warunkach silnie kwaśnych, tworząc żółtą substancję, którą można analizować za pomocą spektrofotometru lub kolorymetru. Ta metoda jest stosowana w przypadku ścieków.

Rozwiązanie stacjonarne:

Spektrofotometry DR

NitraVer X


Kolorymetr do azotanów DR300 firmy Hach

Metoda redukcji kadmu (azotany/azotyny)

W tej metodzie kolorymetrycznej stosowanej do badania wody pitnej, ścieków i wody morskiej azotany są redukowane do azotynów z wykorzystaniem cząstek kadmu powlekanych miedzią. Następnie reagenty diazoniowe reagują z azotynami, dając czerwoną barwę. Intensywność barwy jest proporcjonalna do pierwotnej ilości azotanów i azotynów w próbce.

Rozwiązanie stacjonarne:

Spektrofotometry DR

Saszetki sproszkowanego odczynnika do oznaczania do azotanów, 0,3 - 30 mg/L NO₃-N

Zestaw odczynnika do oznaczania do azotanów, saszetki sproszkowanego odczynnika do oznaczania, 0,01 - 0,50 mg/L NO₃-N

Rozwiązanie przenośne:

Kolorymetr kieszeniowy DR300, azotany, z opakowaniem


Analizator azotanów serii EZ firmy Hach

Metoda redukcji hydrazyny (azotany/azotyny)

W tej metodzie kolorymetrycznej stosowanej do badania wody pitnej, ścieków i wody morskiej azotany są redukowane do azotynów z wykorzystaniem siarczku hydrazyny. Następnie reagenty diazoniowe reagują z azotynami, dając czerwoną barwę. Intensywność barwy jest proporcjonalna do pierwotnej ilości azotanów i azotynów w próbce.

Online:

Analizator azotanów serii EZ


LCK339 Test kuwetowy azotanów 0,23 - 13,5 mg/L NO₃-N, 25 testów

Metoda z zastosowaniem fenolu dimetylowego (azotan) ISO 7890-1-2-1986

Metoda ta jest stosowana w przypadku ścieków, wody pitnej, wody powierzchniowej i procesowej. Jony azotanowe w roztworze zawierającym kwas siarkowy i kwas fosforowy reagują z 2,6-dimetylofenolem, tworząc 4-azoto-2,6-dimetylofenol, który da się następnie zmierzyć (długość fali 345 nm).

Rozwiązanie stacjonarne:

Spektrofotometry DR

LCK339 Test kuwetowy azotanów 0,23 - 13,5 mg/L NO₃-N, 25 testów

LCK340 Test kuwetowy azotanów 5 - 35 mg/L NO₃-N, 25 testów


Elektroda jonoselektywna (ISE) Intellical ISENO3181 azotanowa (NO₃⁻) firmy Hach, kabel 1 m

Metoda bezpośrednia ISE (azotany)

Jony azotanowe są selektywnie wchłaniane przez membranę ISE. Wchłonięte jony azotanów powodują powstanie potencjału (napięcie) proporcjonalnego do stężenia azotanów w próbce. Membrana ISE jest wykonana z polimeru rozpuszczalnikowego, który jest wymiennikiem jonów azotowych w obojętnej matrycy z tworzywa sztucznego z polichlorku winylu (PVC). Elektroda azotanowa posiada wewnętrzny element ze srebra/chlorku srebra, który po zetknięciu z wewnętrznym roztworem wypełniającym uzyskuje stały potencjał odniesienia. Metoda ta jest stosowana w przypadku wody pitnej i ścieków.

Stacjonarny/przenośny:

Elektroda jonoselektywna (ISE) IntelliCAL® ISENO3181 azotanowa (NO₃⁻), kabel 1 m

Online:

Czujnik azotanów N-ISE sc

Czujnik zespolony AN-ISE sc do NH4+ & NO3-


Spektrofotometr stacjonarny DR6000 UV-VIS firmy Hach

Metoda przesiewowa UV (azotany)

Pierwszy pomiar jest wykonywany przy długości fali 220 nm. Azotany i substancje organiczne pochłaniają światło długości fali 220 nm. Drugi pomiar jest wykonywany przy długości fali 275 nm. Azotany nie pochłaniają przy długości fali 275 nm. Drugi pomiar służy do korygowania absorbancji substancji organicznych. Podczas procedury badania dodaje się kwas solny w celu zapobieżenia interferencji z jonami wodorotlenkowymi lub węglanowymi. Metoda ta nie jest zalecana w przypadku próbek zawierających substancje organiczne w wysokich stężeniach, które mogłyby zakłócać badanie. W związku z tym metoda ta jest stosowana do badania niezanieczyszczonej wody ze źródeł naturalnych i wody pitnej zawierającej niskie stężenia substancji organicznych.

Rozwiązanie stacjonarne:

Spektrofotometr DR6000 UV-VIS

Metoda przesiewowa UV

Online:

Czujnik azotanu Nitratax sc


Paski testowe do badania poziomu azotanów firmy Hach

Paski testowe do badania poziomu azotynów i azotanów

Zakres stężeń azotanów wynosi 0 - 50 mg/L w krokach co 0, 1, 2, 5, 10, 20 i 50; wartość dla azotynów wynosi 0 - 3 mg/L w krokach co 0, 0,15, 0,3, 1, 1,5 i 3.

Paski testowe do badania poziomu azotynów i azotanów

Często zadawane pytania

Jak przechowywać sondy półprzewodnikowe ISE do badania azotanów?

Wszystkie sondy półprzewodnikowe należy przechowywać w suchym miejscu i szczelnie zamknięte. Wszystkie zespolone sondy półprzewodnikowe posiadają wewnętrzny elektrolit, którego cykl życia jest ograniczony i który nie podlega wymianie. Dzięki tej metodzie przechowywania każdy roztwór (nawet wzorcowy) może spowodować przyspieszoną i często nadmierną utratę elektrolitu. Może to znacznie skrócić żywotność sondy. Symptomy nadmiernego ubytku elektrolitu to duże przesunięcie, które może prowadzić do niepowodzenia kalibracji i dłuższego czasu stabilizacji. Podczas kalibracji czas stabilizacji późniejszych wzorców może być dłuższy niż w przypadku poprzednich wzorców, co może spowodować „zablokowanie” tych punktów, zanim odczyt będzie stabilny. Przedwczesne zablokowanie wzorca może spowodować problemy ze spadkiem i błędy kalibracji.

Jak przechowywać próbki do analizy azotanów/azotynów?

Metoda badania azotanów stanowi, że w przypadku zakonserwowania badania próbek pokazują całkowitą wartość azotanów razem z azotynami. Co to oznacza?

Analizę próbek przeprowadzić tak szybko, jak to możliwe w celu uzyskania najlepszych wyników. Jeśli natychmiastowa analiza nie jest możliwa, należy przefiltrować i przechowywać próbki w temperaturze 6°C lub niższej przez maksymalnie 48 godzin. Aby przechować próbki przez maksymalnie 28 dni, należy doprowadzić pH do poziomu 2 lub niższego za pomocą stężonego kwasu siarkowego (około 2 ml na litr) i utrzymywać w temperaturze nie wyższej niż 6°C.

Przy konserwowaniu próbek przez zakwaszanie kwasem siarkowym, azotyny w próbce zamieniają się na azotany. Z powodu tej konwersji niemożliwe jest określenie poziomu azotynów, nawet jeśli próbka zostanie zobojętniona przed analizą. Nie należy przechowywać próbek wymagających wyodrębnienia azotynów.

Czy obecność azotynów stanowi przeszkodę w przypadku metody badania azotanów 10206 dla LCK339 i LCK340?

Stężenia azotynów wynoszące więcej niż 2,0 mg/L zakłócają (wyniki o wysokim stopniu błędu) pomiary azotanów przeprowadzane za pomocą LCK339 i LCK340. Aby to uwzględnić, dodać 50 mg kwasu sulfaminowego (amid kwasu sulfonowego) do 5,0 mL próbki, rozpuścić i odczekać 10 minut. Następnie przeanalizować przygotowaną próbkę zgodnie z opisem podanym w metodzie.