Причины загрязнения вод аммонием (ионом аммония) могут быть естественного и техногенного характера.
1. Естественное загрязнение обусловлено гниением органики в почвенном слое и донных отложениях водотоков и водоемов. Происходит в условиях недостатка кислорода (анаэробных условиях), благодаря деятельности азот редуцирующих бактерий, когда соединения, содержащие азот, не окисляются, а восстанавливаются до аммиака, который, растворяясь в воде образует ион аммония – NH4+. Нитраты восстанавливаются до нитритов, далее до азота и аммиака. При окислении аммиака, который не устойчив в присутствии кислорода, образуются соединения азота в обратной последовательности. Благодаря этим окислительно-восстановительным процессам образуется свободный азот, который в значительной части попадает в атмосферу. Происходит самоочищение почв и воды от токсичных соединений азота.
Устойчивость иона аммония в воде зависит от ее химического состава и температуры, растворимость и устойчивость резко возрастает с понижением температуры, то есть наиболее благоприятным периодом для миграции аммония в воде является осенне-зимний и ранневесенний, когда температура воды опускается ниже 10о С. При этом наиболее благоприятные условия для образования иона аммония создаются в летний период, когда температура почв, воды и донных илов повышается и активизируется микробиологическая активность. В этой связи максимальные концентрации аммония и нитритов, образующихся естественным путем, в воде отмечаются в октябре, ноябре, когда теплый период сменяется холодным. Это подтверждается имеющимися наблюдениями.
2. Техногенное загрязнение может быть разным:
— авария на очистных сооружениях;
— фильтрация в грунтовые воды и сброс в поверхностные воды хоз-бытовых стоков из выгребных ям жилого сектора, фильтрата со стороны навозохранилищ, свалок бытовых отходов;
— использование, хранение и транспортировка минеральных удобрений, содержащих аммоний;
— технологические процессы промышленного производства с использованием соединений, содержащих аммоний, включая условия хранения этих соединений на складах.
2.1. Аварии на очистных сооружениях, сброс в реку неочищенных хоз-бытовых стоков в осенне-зимний период могут служить источником масштабного загрязнения водотока и при благоприятных условиях ион аммония может перемещаться на значительные расстояния. Для конкретной оценки необходимы прямые наблюдения от источника в направлении миграции.
Практика исследований хоз-бытовых стоков, входящих на очистные сооружения, показывает, что концентрации аммония в этих стоках может достигать до 40 мг/дм3 и выше. Отмечается загрязнение аммиаком атмосферного воздуха на расстоянии более 100 м от границы очистных сооружений. То есть очистные сооружения могут служить источником загрязнения вод аммиаком на период аварии, пока не ликвидированы последствия. Расстояние миграции и концентрации аммония будут зависеть также от объемов загрязненных сточных вод, попавших в водный объект.
2.2. Фильтрация в грунтовые воды и сброс в поверхностные воды хоз-бытовых стоков из выгребных ям жилого сектора, фильтрата со стороны навозохранилищ, свалок бытовых отходов имеет локальное влияние в несколько сотен метров до первых км. Однако это загрязнение имеет устойчивый характер и при попадании в грунтовые воды, может длительное время загрязнять дренирующие их водотоки даже после ликвидации источника загрязнения (навозохранилища, свалки, и т.п.).
2.3. Использование, хранение и транспортировка минеральных удобрений, содержащих аммоний.
Внесение аммоний содержащих удобрений при сельскохозяйственном производстве способствует загрязнению водных объектов. Компоненты минеральных удобрений мигрируют в эти объекты поверхностным стоком атмосферных осадков, вымывая почвенную влагу, а также в процессе фильтрации попадают в грунтовые воды, которые в нижней части подземного потока дренируются водотоками.
Для масштабного загрязнения компонентами минеральных удобрений должна произойти аварийная ситуация в местах их хранения или при их транспортировке, например, смыв удобрений в водный объект, длительная фильтрация в грунтовые воды и далее по подземному потоку в поверхностные водные объекты.
2.4. Технологические процессы промышленного производства с использованием соединений, содержащих аммоний, включая условия хранения этих соединений на складах. Загрязнение водных объектов возникает в основном при аварийных ситуациях и при нарушении технологического режима.
Например, при добыче сланцевого газа в незначительных количествах для гидроразрыва пласта используют соединения аммония (хлорид аммония, персульфат аммония). Все соли аммония легко растворяются в воде в значительных количествах (десятки грамм на литр) и могут мигрировать на значительные расстояния. Вероятность масштабного загрязнения аммонием при этом существует при попадании больших объемов оборотной технологической воды в водотоки и грунтовые воды, что возможно при добыче сланцевого газа. При этом дополнительно эти оборотные воды могут загрязниться аммонием из отрабатываемого пласта. Аммиак и газ метан естественным путем образуются в одинаковых восстановительных условиях в процессе деятельности микроорганизмов, питающихся органической частью отрабатываемого пласта. Количество образующегося аммиака несопоставимо меньше метана, однако для дополнительного загрязнения воды может быть достаточным.
Объективно, анализируя имеющиеся фактические данные, можно утверждать, что аммоний в значительных количествах попал в канал Северский Донец-Донбасс и мигрировал на значительные расстояния в сотни км, не улетучиваясь и не разрушаясь в процессе окисления до уровня фоновых концентраций. Загрязнение имеет место. Источник загрязнения можно предполагать, однако для его установления и локализации необходимо обследование прилегающих к источнику территорий, что в настоящих условиях невозможно осуществить.
Миграция на столь значительное расстояние легко летучего и химически активного аммония возможна при благоприятных условиях:
- Высокой скорости водного потока, транспортирующего аммоний.
- В восстановительной обстановке при минимуме кислорода, растворенного в воде.
- Низких температурах транспортирующей его воды.
- Попадания в воду устойчивых соединений аммония, способных мигрировать на значительное расстояние без существенного разрушения.
Максимально благоприятные условия миграции аммония возможны при одновременном сочетании всех четырех факторов.
Выборова В.