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Jul 15, 2023

Influence des dérivés organiques d'ammonium sur les équilibres entre les ions NH4+, NO2− et NO3− dans l'eau de la rivière Nistru

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 13505 (2022) Citer cet article 619 Accès 1 Détails Altmetric Metrics Les effets toxiques des dérivés d'ammonium dans l'eau de la rivière dépendent considérablement

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13505 (2022) Citer cet article

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Les effets toxiques des dérivés de l'ammonium dans l'eau des rivières dépendent fortement de leurs origines naturelles ou synthétiques et de leurs structures chimiques. Il a été prouvé que l'impact de la rupture de la 1-naphtylamine (1-NA) et de la diphénylamine (DPA) sur l'oxydation de l'ammonium et en particulier sur les processus d'oxydation des ions nitrites dans les eaux naturelles est associé à sa toxicité. Le processus d'oxydation du NH4+ ralentit pendant environ cinq jours et dix jours dans les échantillons d'eau de rivière contenant 0,5 mg/L de DPA et 0,5 mg/L de 1-NA correspondant. Le délai d'oxydation du NO2− dans les échantillons modèles d'eau de rivière avec 0,025 et 0,05 mg/L de 1-NA est de quatre jours et de 35 jours dans celui avec 0,5 mg/L de 1-NA. Pour l'échantillon contenant 0,05 mg/L de DPA, le délai d'oxydation du NO2− est d'environ six jours et de 25 jours pour l'échantillon contenant 0,5 mg/L de DPA. Les simulations en laboratoire ont révélé : (1) l'absorption-désorption, la réaction microbiotique à l'augmentation instantanée de la concentration en ions ammonium dans l'eau de la rivière (appelée effet choc/stress) et (2) l'augmentation de NH4+ stimulée par un certaine concentration (0,05 mg/L) de 1-NA. La décomposition de la diéthylamine (DEA) conduit à une augmentation d'environ 3,8 mg/L de NH4+ dans des échantillons d'eau de rivière de 20,0 mg/L de DEA.

Les ions ammonium exportés des bassins hydrographiques sont un produit largement issu de la dégradation de matières organiques d'origine protéique, qui manifeste un effet toxique sélectif1,2,3. Semblable au dioxyde de carbone et au méthane, il s’agit d’un produit final d’organismes vivants et de substrats issus des processus de combustion/fermentation.

Les ions ammonium et nitrite sont parmi les plus dangereux pour les poissons des piscines naturelles. Seulement environ 0,2 mg/L d'ammonium a un impact négatif sur le développement des larves de poisson4. L'ion nitrite convertit l'hémoglobine en méthémoglobine, produisant une vasodilatation et endommageant les réserves de vitamine A. En plus de ces effets toxiques directs, les nitrites et les nitrates interagissent avec les amines simples, secondaires et tertiaires, les oxydes d'azote et les composés d'ammonium quaternaire, pour former des nitrosamines, substances toxiques à potentiel cancérigène5.

L'influence de la décomposition des excréments, produit de l'activité des animaux et de l'homme, doit être prise en compte comme source de NH4+ dans l'analyse des eaux usées. En République de Moldavie, nos analyses physicochimiques montrent que les eaux usées urbaines contiennent environ 20 à 60 mg/L de NH4+ à l'entrée des STEP, tandis que les eaux usées domestiques rurales contiennent plus de 100 mg/L de NH4+. Les eaux usées des complexes animaux dépassent généralement 1 600 mg/L et parfois même jusqu'à 5 600 mg/L de NH4+. Dans les pays plus développés, cet indicateur est plus faible6,7,8.

La présence d'ammonium dans l'eau naturelle stimule une augmentation de l'activité des algues et des bactéries hétérotrophes (par exemple Pseudomonas putida), autotrophes (AOB, Nitrosomonas et Nitrosospira ; AOA, Nitrososphaerea, Nitrosopumilus)9,10,11,12,13. Suite à la dégradation et à la décarboxylation des acides aminés protéiques14,15,16, le milieu aquatique contient une grande variété de dérivés organiques d'ammonium, dans lesquels les atomes d'hydrogène sont partiellement ou totalement remplacés par différents radicaux. Un processus général de formation naturelle des amines dans les bassins aquatiques peut être présenté par un schéma simple :

Outre les amines d'origine naturelle, les amines produites par synthèse chimique industrielle sont également souvent présentes dans les bassins d'eau. Les amines d'origine industrielle/synthétique, notamment aromatiques, sont plus toxiques et plus difficiles à décomposer dans le milieu aquatique que les dérivés naturels, créant dans les STEP des polluants émergents préoccupants. La pollution devient encore plus dangereuse si les colorants azoïques industriels en milieu anaérobie sont réduits en amines aromatiques17,18,19,20,21,22. Il convient également de prendre en compte le fait que l'ajout d'ammonium stimule les processus de traitement supplémentaire des eaux usées23,24,25. En revanche, du fait du rejet dans les rivières d'eaux usées insuffisamment traitées, une quantité supplémentaire de CaCO3 entraîne la réactivation de polluants organiques cationiques avec un impact négatif sur le processus d'autoépuration et notamment pour l'oxydation du NH4+ et du NO2. − ions en nitrate, par exemple nitrification. Le phénomène de rupture de nitrification en présence de CaCO3 est caractéristique des tronçons de rivières pollués par les eaux usées urbaines, où sont contenus les substances tensioactives cationiques (SAS) et autres substances émergentes26,27,28,29. Par conséquent, un modèle précédemment développé de la disposition du SAS à la surface des nanoparticules de carbonate de calcium a été pris en compte . Le modèle est basé sur (a) la fixation de la partie anionique de la molécule et la décomposition ultérieure du complexe SAS-Ct·SAS-An et (b) sur le changement de la partie cationique dans la solution d'eau augmentant l'activité de rupture. de dérivés d'ammonium27,28,29).