Jakość wody – azotany

Azot jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków naszej planety. Jest on niezbędnym składnikiem budulcowym organizmów żywych i z tego powodu jego obieg w przyrodzie jest jednym z kluczowych, obok fosforu, węgla i wody. Azotany to ostatnia wodna forma związków azotu, która jest najłatwiej przyswajalna przez rośliny. Powstaje jako kolejny etap rozkładu materii organicznej – najpierw mamy jony amonu (NH₄⁺), następnie mało trwałą forma jonów azotynowych (NO₂^–) i ostatnia forma rozpuszczalna w wodzie to jony azotanowe (NO₃^–), które następnie są wbudowywane w tkanki organizmów samożywnych (rośliny i bakterie, w tym sinice) lub przy udziale bakterii przekształcane są w azot gazowy (N₂), który trafia do powietrza. W wyniku nieprawidłowej lub nadmiernej działalności człowieka jonów azotanowych w wodach powierzchniowych i podziemnych może być za dużo co przyczynia się do pogarszającej się jakości zasobów wody, stwarzając zagrożenie nie tylko dla ekosystemów, ale i dla zwierząt i człowieka.

Badania azotanów

Głównymi źródłami azotanów w wodach są ścieki oraz działalność rolnicza, dlatego dużą uwagę poświęca się tym dwóm sektorom w celu ograniczenia poziomu zanieczyszczenia azotanami. W przypadku ścieków jest to unijna dyrektywa dot. jakości ścieków komunalnych, która w kraju wrażana jest poprzez Krajowy Program Oczyszczania Ścieków Komunalnych (KPOŚK). Natomiast na sektorze rolniczym skupia się tzw. dyrektywa azotanowa, która dotyczy przeciwdziałania zanieczyszczeniu wód azotanami pochodzenia rolniczego, której efektem krajowym jest m.in. „Kodeks dobrych praktyk rolniczych”. W efekcie licznych działań zagrożenie zanieczyszczenia wód azotanami maleje, ale w wielu regionach kraju oraz w morzu Bałtyckim potrzeba czasu, aby środowisko w procesach samooczyszczania mogło usunąć nadmiar azotanów z wód. Jak powiedział w jednym z wywiadów dr Przemysław Wachniew: „Obecny stan wód jest efektem nie tylko obecnego zanieczyszczenia, ale także efektem nawożenia upraw w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych.” Wraz z zespołem z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie dr Wachniew uczestniczył w międzynarodowym projekcie Soils2Sea, w którym badano procesy transportu zanieczyszczeń biogennych (w tym azotu) przez gleby i wody podziemne. Podobnie ma się sprawa w przypadku oczyszczalni ścieków. Jedna z pierwszych oczyszczalni ścieków na terenie Polski powstałą w Gdańsku jakieś 150 lat temu, a była to tylko oczyszczalnia mechaniczna, która nie usuwała m.in. związków azotu.

Źródłem zanieczyszczenia azotanami może być także niewłaściwie eksploatowana i niekontrolowana przydomowa oczyszczalnia ścieków. Jeśli zatem posiadamy własne ujęcie wody podziemnej to warto zadbać o prawidłowe funkcjonowanie własnej oczyszczalni czy szczelność szamba. Wodociągowe ujęcia wody posiadają strefę ochronną, o własne ujęcia musimy zadbać sami o czym pisaliśmy we wcześniejszym tekście: Ochrona jakości indywidualnego ujęcia wody. W przypadku człowieka i zwierząt domowych czy gospodarskich odpowiednie stężenie azotanów jest ważne, aby zapobiec chorobie zwanej methemoglobinemia. Polega ona na zmianie poziomu utlenienia żelaza w hemoglobinie z trójwartościowego na dwuwartościowe, co z kolei upośledza efektywność transportowania tlenu przez czerwone krwinki do komórek organizmu. Azotany i azotyny są jednymi z zewnętrznych czynników przyczyniających się do rozwoju choroby. W zależności od stężenia methemoglobiny we krwi objawy choroby mogą być podobne do wielu innych jak sinienie palców czy bardziej popularne zmęczenie, zawroty i bóle głowy, duszności przy mniejszych stężeniach, ale w skrajnych przypadkach może to prowadzić do wstrząsu i zgonu. W przypadku zwierząt wpływ nadmiernego spożycia azotanów został przebadany m.in. dla krów. Wśród negatywnych skutków znalazły się: rodzenie martwych cieląt, mniejsza produkcja mleka, mniejszy przyrost masy ciała oraz niedobór witaminy A.

Zanieczyszczenie jonami azotanowymi to także zagrożenie dla jakości środowiska, więc nawet jeśli odpowiednio zabezpieczymy własne ujęcie i uzdatnimy wodę do odpowiedniego poziomu zgodnie z zapotrzebowaniem i normami, to nie zwalania nas to z kontroli jakości oczyszczonych ścieków wypływających z przydomowej oczyszczalni lub emisji azotanów z innych efektów naszej działalności. Nadmiar azotu w wodzie powierzchniowej szczególnie w zbiornikach przyspiesza proces eutrofizacji, czyli zwiększa się „żyzność” wody. Dotyczy to także przydomowych oczek wodnych czy mniejszych stawów, które możemy mieć na własnej działce. Jeśli struktura organizmów jest odpowiednia i w wodzie nie ma innych zanieczyszczeń, które mogą być toksyczne, to w zbiorniku takim będą bujnie rozwijać się wszelkie organizmy samożywne jak wodne rośliny wyższe jak pałka, trzcina, rzęsa wodna i inne oraz drobne organizmy fitoplanktonowe: zielenice, okrzemki i sinice, a także peryfiton, czyli wszystkie rodzaje glonów czy grzybów rozwijających się na dnie i brzegach zbiornika. Wszystkie te organizmy konkurują ze sobą i przy zapewnieniu dużych ilości azotanów, rozwijają się w zależności od wpływu innych czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych. Gdy w wodzie występują różnorodne zanieczyszczenia toksyczne to najbardziej odporną grupą są sinice, jako organizmy pierwotne istniejące na naszej planecie od milionów lat. W przeszłości to one były głównym producentem tlenu i nadal są elementem jego produkcji, jednakże niektóre z gatunków sinic produkują toksyny szkodliwe dla organizmu (od poparzeń skóry po uszkodzenie wątroby) i dlatego z ich powodu zamyka się kąpieliska, gdy stwierdzi się sinicowy zakwit wody.

Z powyższych powodów należy ograniczać zanieczyszczenie azotanami, jak najbliżej źródła ich powstania, a w przypadku posiadania własnego ujęcia wody lub zbiornika wodnego regularnie kontrolować ich stężenie jeśli zależ nam na odpowiedniej jakości wody. Jeśli natomiast wyniki pokażą, że mamy ich za dużo, a nie możemy znaleźć źródła zanieczyszczenia, to w takim przypadku należy podjąć działania zmierzające do zwiększenie efektywności ich usuwania na drodze procesu denitryfikacji, czyli przemiany z rozpuszczonej formy jonów do azotu gazowego. Dzieje się to przy udziale odpowiednich gatunków bakterii, które azotany wykorzystują w procesach życiowych, a azot gazowy jest ich produktem ubocznym. Aby proces ten przebiegał sprawnie ważne jest dostarczenie bakteriom odpowiednich składników wśród których jednym z najważniejszych jest źródło łatwo dostępnego węgla. Mogą to być m.in. wióry czy trociny drewniane. Im więcej węgla, a mniej innych związków tym lepiej, bo nie mamy wtórnego zanieczyszczenia związkami azotu. Oprócz tego należy zapewnić odpowiednie warunki fizyczne i hydrologiczne. Efektywność procesu denitryfikacji rośnie wraz z temperaturą oraz spadkiem prędkości przepływu i obniżeniem stężenia tlenu. W przypadku zbiorników wodnych można też wprowadzić rośliny, które w okresie wegetacyjnym będą wbudowywały w swoje tkanki duże ilości azotu. W warunkach polskich dobrze sprawdzają się trzcina pospolita, pałka wodna, kosaciec żółty oraz manna – należy pamiętać o ich częściowym wycinaniu na zimę, najlepiej pod koniec lata, zanim zaczną usychać. Azotany z wody dobrze usuwają też gatunki rzęsy, jednakże w jej przypadku należy wielokrotnie w ciągu roku usuwać spore ilości rzęsy z powierzchni zbiornika, ale można tą biomasę wykorzystać jako kompost pod przyszły nawóz dla roślin lub jako pożywienie dla zwierząt gospodarskich czy domowych roślinożernych.