Dusík, celkový

 Tisknout

Co je dusík?

Dusík je chemický prvek se značkou N, protonovým číslem 7 a atomovou hmotností 14. Může se vyskytovat ve formě dvouatomových molekul (N2) jako bezbarvý plyn a být součástí kapalné nebo pevné sloučeniny. Asi 78 % zemské atmosféry se skládá z plynné formy dusíku, což je nejrozšířenější nesloučený prvek. Během cyklu dusíku se dusík přesouvá z atmosféry do biosféry (v organických sloučeninách) a poté zpět do atmosféry. Komplexní organismy potřebují dusík pro tvorbu základních molekul, jako jsou aminokyseliny (a tedy proteiny), nukleové kyseliny (DNA a RNA) a adenosintrifosfát (ATP - molekuly přenosu energie). Vzhledem k tomu, že rostliny nedokáží využívat plynný dusík, spoléhají se na bakterie, které v půdě vážou dusík, aby jej přeměnily na amoniak a dusitany. Bakterie vytvářející dusičnany přeměňují dusitany na dusičnany za aerobních podmínek. Dusičnany představují nejúplněji oxidovaný stav dusíku.

Nitrifikace a denitrifikace

Nitrifikace je dvoustupňová biologická oxidace amoniaku na dusitany a nakonec na dusičnany. Denitrifikace je proces, při kterém se dusičnany za působení bakterií redukují až na molekulární dusík. Nitrifikace/denitrifikace se nejčastěji používá v procesech čištění odpadních vod. V těchto procesech autotrofní bakterie (např. nitrosomonas) nebo heterotrofní bakterie (např. nitrobakterie) využívají různé podmínky v oxických (aerobních) a anoxických zónách čištění odpadních vod a přeměňují amoniak, dusitany a dusičnany na plynný dusík.

Kontrola kyslíku je důležitá pro nitrifikaci podobně jako další důležité faktory, například alkalita. Během nitrifikace je nutné sledovat a řídit rozpuštěný kyslík (DO). Účinná denitrifikace závisí na nedostatku rozpuštěného kyslíku a na dostatečném množství snadno rozložitelného uhlíku.

Celkový dusík podle Kjeldahla

Termín „celkový dusík podle Kjeldahla" se vztahuje na kombinaci amoniaku a organického dusíku. Nezahrnuje však dusitanový dusík ani dusičnanový dusík.

Celkový dusík

Celkový dusík je součet všech různých forem dusíku přítomných ve vodě, včetně amoniaku a organicky vázaného dusíku (celkový dusík podle Kjeldahla), jakož i dusitanů a dusičnanů.

Amoniak a amonné ionty

Amoniak a amonné ionty mají specifický vztah na základě pH a teploty.

Úprava vody

Korozivní vlastnosti amoniaku (v plynné formě a koncentrovaných roztocích) mohou způsobit mírné podráždění očí nebo pokožky až chemické popáleniny v závislosti na koncentraci. Kromě toho i při nízkých koncentracích může amoniak působit neesteticky, například nežádoucí chutí nebo zápachem.

Čištění odpadní vody

Amoniak je pro vodní organismy toxický i při velmi nízkých koncentracích. Čistírny odpadních vod vypouštějí vyčištěnou vodu do nejrůznějších míst. Většina čistíren vypouští vodu do vodních recipientů, které mají specificky určená použití a kde je specifický vodní život. Kombinace těchto faktorů určuje množství amoniaku, který lze bezpečně vypustit z čistírny odpadních vod.


Koupit nyní

Proč měřit dusík?

Zatímco dusík ve formě amoniaku, dusitanů a dusičnanů je základní živinou pro rostliny a zvířata, nadměrné množství dusíku může být v mnoha případech škodlivé.

  • Ve vodních útvarech mohou vysoké koncentrace dusíku způsobit vyčerpání rozpuštěného kyslíku, a tím negativně ovlivnit život ve vodě.
  • Pitná voda obsahující příliš mnoho dusíku ve formě amoniaku nebo dusičnanů může představovat riziko pro veřejné zdraví. Kromě toho mohou změny koncentrací dusitanů v distribučních systémech pitné vody signalizovat počínající nitrifikaci, která snižuje kvalitu vody.
  • Při čištění odpadních vod mohou být vysoké koncentrace amoniaku ve spojení se zvýšeným pH toxické pro bakterie zodpovědné za vyhnívání kalu.

U společnosti Hach® najdete analytická testovací zařízení, zdroje informací, školení a software, které potřebujete k úspěšnému monitorování a řízení koncentrací dusíku ve své specifické procesní aplikaci.

 

LCK

Doporučené produkty pro měření dusíku

Analyzátory celkového dusíku řady EZ

Online analyzátory řady EZ nabízejí několik možností monitorování celkového dusíku ve vodě.

Koupit nyní

Spektrofotometry

Hach vytváří řešení, která vám usnadní každodenní analýzu.

Koupit nyní

Hach BioTector B7000 TOC/TN/TP Analyzer

Jeden analyzátor kontaminace uhlíkem a koncetrací nutrientů - dusíku nebo fosforu - ve vodě.

Koupit nyní

Reagencie pro celkový dusík

Společnost Hach se zaměřuje na poskytování vysoce kvalitních reagencií pro každodenní a náročnou analýzu vody.

Koupit nyní

LT200

Přístroj LT200 je navržen tak, aby šetřil čas a zajistil přesnost během analýzy.

Koupit nyní

 

Které procesy vyžadují monitorování dusičnanů/dusitanů?

Povrchová voda, smíšená voda a podzemní voda

Amoniak, dusitany a dusičnany se mohou přirozeně vyskytovat ve vodních útvarech nebo mohou být přítomny v důsledku prosakování hnojiv, živočišného odpadu, selhání septiků, smíchání s chloraminovou vodou nebo v důsledku vypouštění průmyslového odpadu s obsahem inhibitorů koroze. Proto je důležité sledovat koncentrace amoniaku, dusitanů a dusičnanů, aby bylo možné řídit a optimalizovat úpravu vody.

V jeskyni se třpytí voda želvího terária. Zdroje podzemních vod mají často dusík přirozeně se vyskytující ve formě amoniaku, dusitanů a dusičnanů.

Úprava pitné vody

Pokud se amoniak během dezinfekce nepoužívá, jeho přítomnost v distribučním systému může signalizovat vyluhování z materiálů použitých při konstrukci potrubí, anebo kontaminaci vody v důsledku poškození systému. Kombinace nežádoucího amoniaku a chloru snižuje dezinfekční sílu chlorace.

Pokud se amoniak používá k dezinfekci v procesu chloraminace, musí být jeho koncentrace monitorovány a řízeny tak, aby bylo zajištěno veřejné zdraví.

Tato úpravna vody používá amoniak, zdroj dusíku při dezinfekci.

Akvakultura

Jako odpadní produkt života ve vodě může být amoniak toxický pro ryby a vodní rostliny v koncentracích od 0,5 mg/L. V umělých akváriích může být amoniak rychle přeměněn na dusitany a nakonec na dusičnany. Většina akvárií se snaží zachovat nulovou koncentraci amoniaku.

V přirozeném vodním prostředí mohou vysoké koncentrace amoniaku vést k nadměrnému bujení řas, které blokují sluneční světlo, což může zhoršit pronikání světla a fotosyntézu.

V akvakulturních sádkách se pěstují mořské plody. Amoniak jako vedlejší produkt zemědělství může být také toxický pro ryby.

Zemědělství

Dusík ve formě amoniaku používají rostliny k tvorbě základních organických molekul potřebných pro složité organismy. Na podporu nebo posílení tohoto přirozeného procesu (který je součástí cyklu dusíku) se do hnojiv často přidává amoniak. Například hydroponické nutriční roztoky obsahují dusík jako amonnou sůl. Amoniak může být také přítomen v půdě v důsledku dávkování močoviny.

Zemědělský traktor hnojí plodiny, a tím zvyšuje obsah dusíku ve formě amoniaku.

Farmaceutická výroba

Ve farmaceutické výrobě se roztok amoniaku používá k regeneraci slabých anexových výměnných pryskyřic a k úpravě pH procesní vody.

Výrobci léčiv používají roztok amoniaku k regeneraci slabých anexových výměnných pryskyřic. Amoniak je zdrojem dusíku.

Čištění odpadní vody

Metody pro stanovení celkového dusíku měří zatížení dusíkem na přítoku, v mezistupních zpracování kalu a na odtoku pro posouzení celkové účinnosti čistírny. Posouzení koncentrací dusíku umožňuje monitorování procesu, přizpůsobení a účinnost snižování obsahu dusíku během celého procesu čištění.

Typické koncentrace amoniaku v surových komunálních odpadních vodách se pohybují od 30 mg/L do 50 mg/L NH3-N. Koncentrace dusičnanů indikují stupeň přeměny amoniaku a organických dusíkatých forem na dusičnany v aerobních biologických stupních čištění během nitrifikace.

Vyrovnávací nádrž na odpadní vodu monitoruje celkový dusík ze vstupní vody během mezistupnů zpracování kalů z odpadních vod.

Stáří kalu

Správná doba stáří kalu (SRT) a koncentrace aktivovaného kalu (MLSS) v aerační nádrži jsou zásadní pro plnění legislativy a energeticky účinné zpracování, aby byla zajištěna stabilní nitrifikace.

Zpracování kalu v této aerační nádrži začíná nitrifikací amoniaku. Monitorování dusíku zde dodržování legislativy a energeticky účinné čištění.

Jak se monitoruje celkový dusík?


Amoniakální dusík, sada reagencií Hach, TNT, AmVer (salicylan), nízký rozsah

Metoda redukce chloridu titaničitého (celkový anorganický dusík)

Ionty titanu (III) redukují dusičnany a dusitany na amoniak v alkalickém prostředí. Po odstranění pevných látek centrifugací amoniak reaguje s chlorem a vytváří monochloramin. Monochloramin reaguje se salicylanem na 5-aminosalicylan (zelený roztok), jako v salicylanové metodě pro amoniakální dusík (viz dusík a amoniak).

Stolní:

Celkový anorganický dusík


LKC138.jpg

Metoda mineralizací s persíranem (celkový dusík)

Alkalická mineralizace persíranem přeměňuje všechny formy dusíku na dusičnany. Po rozkladu se přidává disiřičitan sodný, aby se eliminovaly interference oxidů halogenů. Za silně kyselých podmínek reagují dusičnany s kyselinou chromotropovou, nitrace probíhá na několika místech bifenylových kruhů a vytváří několik nitrovaných produktů. Tyto produkty se měří při 410 nm.

Přenosné:

TNT nízký rozsah

TNT vysoký rozsah

Anorganické a organické sloučeniny dusíku se rozkládají peroxodisíranem a oxidují na dusičnany. Dusičnanové ionty reagují s 2,6-dimethylfenolem v roztoku kyseliny sírové a fosforečné a vytváří nitrofenol. Vlnová délka měření je 345 nm.

Stolní:

LCK138

LCK238

LCK338

LCK438

Anorganické a organické sloučeniny dusíku se rozkládají peroxodisíranem a oxidují na dusičnany. Dusičnany se redukují na dusitany přidáním redukčního činidla. Dusitany reagují v kyselém prostředí pomocí barevného činidla a vytváří fialový azo komplex. Vlnová délka měření je 546 nm.

Online:

Analyzátory celkového dusíku řady EZ

Proces pokročilé dvoustupňové oxidace využívající hydroxylové radikály. Přímá fotometrická analýza dusičnanů po oxidaci.

Často kladené otázky

Jaké rozsahy celkového dusíku nabízejí analyzátory řady EZ?

Online analyzátory řady EZ nabízejí několik možností monitorování celkového dusíku ve vodě. Typickými aplikacemi jsou odpadní a povrchové vody.

  • EZ7700 dusík, celkový, 0,1 - 2 mg/L
  • EZ7701 dusík, celkový, 0,2 - 5 mg/L
  • EZ7702 dusík, celkový, 0,25 - 10 mg/L
  • EZ7703 dusík, celkový, 0,5 - 20 mg/L

Řada EZ nabízí také kombinované analyzátory TN/TP:

  • EZ7600 dusík, celkový, 0,05 - 2 mg/L a fosfor, celkový, 0,01 - 1 mg/L
  • EZ7601 dusík, celkový, 0,1 - 5 mg/L a fosfor, celkový, 0,02 - 2 mg/L
  • EZ7602 dusík, celkový 0,2 - 10 mg/L a fosfor, celkový, 0,05 - 5 mg/L
  • EZ7603 dusík, celkový 0,5 - 50 mg/L a fosfor, celkový, 0,05 - 10 mg/L
    Řadu EZ lze také nakonfigurovat pro měření TN, NO3 a NO2:
    EZ7750 dusík, celkový, 0,1 - 2 mg/L a dusičnany, 5 - 600 µg/L a dusitany, 10 - 800 µg/L.

Jaký je vztah mezi sloučeninami obsahujícími dusík?

Níže je uvedeno shrnutí vztahu mezi různými dusíkatými sloučeninami a dusíkovou metodou doporučenou pro analýzu:

(TIN) = (NH 3) + (NO 3 -) + (NO 2 -)

(TN) = organický dusík (veškerý) + NH 3 + NO 3 - + NO 2 -

(TKN) = organický dusík (trojmocný oxidační*) + NH 3

* Trojmocný oxidační: nezohledňuje azid, azin, azo, hydrazon, nitril, nitro, nitroso, oxim a semikarbazon

Porovnání výsledků TKN

TKN = (přibližně) TN - (NO 3 - + NO 2 -)

TKN = (přibližně) NH 3 + organický dusík

Organický dusík:

TKN - NH 3 = organický dusík

TN-TIN = organický dusík

Legenda zkratek:

Celkový anorganický dusík (TIN)
Amoniak (NH 3)
Amonné ionty (NH 4 +)
Dusičnany (NO 3 -)
Dusitany (NO 2 -)
Celkový dusík podle Kjehdahla (TKN)
Celkový dusík (TN)

Má společnost Hach test pro stanovení celkového organického dusíku?

Společnost Hach nemá metodu pro přímé měření celkového organického dusíku.

Existují dva způsoby, jak určit celkový organický dusík určitého vzorku:

  • Změřte TKN (celkový dusík podle Kjeldahlovy metody) a odečtením výsledků amoniaku vypočítejte celkový organický dusík, anebo
  • Změřte celkový dusík a odečtením výsledků celkového anorganického dusíku vypočítejte celkový organický dusík.