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Jul 15, 2023

ニストル川水中のNH4+、NO2-、およびNO3-イオン間の平衡に対する有機アンモニウム誘導体の影響

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13505 (2022) この記事を引用 619 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 河川水中のアンモニウム誘導体の毒性影響は、劇的に変化します。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13505 (2022) この記事を引用

619 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

河川水中のアンモニウム誘導体の毒性影響は、その天然または合成の起源と化学構造に大きく依存します。 天然水におけるアンモニウム酸化、特に亜硝酸イオン酸化プロセスに対する 1-ナフチルアミン (1-NA) とジフェニルアミン (DPA) の破壊的影響は、その毒性と関連していることが証明されています。 NH4+ 酸化プロセスは、0.5 mg/L DPA および対応する 0.5 mg/L 1-NA を含む川水サンプルでは約 5 日間および 10 日間遅くなります。 0.025 および 0.05 mg/L 1-NA を含む河川水のモデルサンプルにおける NO2- 酸化遅延は 4 日であり、0.5 mg/L 1-NA を含むモデルサンプルでは 35 日でした。 0.05 mg/L DPA を含むサンプルの場合、NO2- 酸化の遅延は約 6 日であり、0.5 mg/L、DPA を含むサンプルの場合は 25 日です。 実験室シミュレーションにより、(1) 吸収脱着、河川水中のアンモニウムイオン濃度の瞬間的な増加に対する微生物の反応 (いわゆるショック/ストレス効果)、および (2) 空気によって刺激された NH4+ の増加が明らかになりました。ジエチルアミン (DEA) の分解により、20.0 mg/L DEA の河川水サンプル中の NH4+ が約 3.8 mg/L 増加します。

流域から輸出されるアンモニウムイオンは、主にタンパク質由来の有機物の分解に由来する生成物であり、選択的な毒性効果を示します 1,2,3。 二酸化炭素やメタンと同様、生物の最終生成物および燃焼/発酵プロセスの基質です。

アンモニウムイオンと亜硝酸イオンは、自然水プールの魚にとって最も危険なイオンの一部です。 魚の幼生の発育に悪影響を与えるアンモニウムは、わずか約 0.2 mg/L です4。 亜硝酸イオンはヘモグロビンをメトヘモグロビンに変換し、血管拡張を引き起こし、ビタミン A 貯蔵にダメージを与えます。 これらの直接的な毒性効果に加えて、亜硝酸塩と硝酸塩は、単純、第二級、第三級アミン、窒素酸化物、第四級アンモニウム化合物と相互作用し、発がん性の可能性のある有毒物質であるニトロソアミンを形成します5。

廃水分析では、動物と人間の活動の産物である排泄物の分解の影響を NH4+ の発生源として考慮する必要があります。 モルドバ共和国では、私たちの物理化学的分析により、下水処理場の入口で都市部の廃水には約 20 ～ 60 mg/L の NH4+ が含まれているのに対し、地方の家庭廃水には 100 mg/L 以上の NH4+ が含まれていることが示されています。 動物複合施設からの廃水は、通常、NH4+ が 1600 mg/L を超え、場合によっては最大 5600 mg/L に達することもあります。 先進国では、この指標はより低くなります6、7、8。

天然水中のアンモニウムの存在は、藻類および従属栄養性 (例: Pseudomonas putida)、独立栄養性 (AOB、ニトロソモナスおよびニトロソスピラ; AOA、ニトロソスファエレア、ニトロソプミルス) 細菌の活性の増加を刺激します9、10、11、12、13。 タンパク質のアミノ酸 14、15、16 の分解と脱炭酸の結果、水生環境には、水素原子が部分的または全体的に異なるラジカルで置換された、多種多様な有機アンモニウム誘導体が含まれています。 水域におけるアミンの自然生成の一般的なプロセスは、簡単なスキームで表すことができます。

天然由来のアミンに加えて、工業的な化学合成によって生成されたアミンも流域に存在することがよくあります。 工業/合成起源のアミン、特に芳香族アミンは、天然誘導体と比較して毒性が高く、水生環境での分解がより困難であるため、下水処理場に懸念される新たな汚染物質が発生します。 嫌気性環境で工業用アゾ染料が芳香族アミンに還元されると、汚染はさらに危険になります17、18、19、20、21、22。 アンモニアの添加が補助的な下水処理プロセスを刺激することも考慮する必要があります23、24、25。 一方、不十分に処理された廃水を河川に放出した結果、追加量の CaCO3 がカチオン性有機汚染物質の再活性化を引き起こし、自己浄化プロセス、特に NH4+ と NO2 の酸化に悪影響を及ぼします。 − 硝酸塩へのイオン（例：硝化）。 CaCO3 の存在下での硝化の破壊現象は、陽イオン性界面活性物質 (SAS) やその他の新興物質が含まれる都市廃水で汚染された河川セクションに特徴的です 26、27、28、29。 したがって、炭酸カルシウムナノ粒子の表面上の SAS の配置に関する以前に開発されたモデルが考慮されています 30,31。 このモデルは、(a) 分子のアニオン部分の固定と SAS-Ct・SAS-An 複合体のさらなる分解、および (b) 水溶液中でのカチオン部分の変化による破壊活性の増加に基づいています。アンモニウム誘導体の27,28,29)。