Nitrat (NO3) là nguồn nitơ (N) chính cho cây trồng, nó là một chất dinh dưỡng không thể thiếu. Nitrat có tự nhiên trong đất và nước. Việc canh tác quảng canh có thể cướp đi nguồn nitơ tự nhiên của đất, vì vậy nông dân thường bón thêm phân nitrat. Được sử dụng hợp lý thì nitơ không gây nguy hiểm cho sức khỏe và có thể làm tăng sản lượng cây trồng. Tuy nhiên, khi lượng nitơ bổ sung vào đất nhiều hơn mức mà cây có thể sử dụng, lượng nitrat dư thừa có thể ngấm vào nguồn cung cấp nước ngầm và làm ô nhiễm giếng. Hệ thống nước thải tại chỗ (như bể tự hoại và đầm phá) cũng có thể là nguồn ô nhiễm nitrat. Vì nitrat được chuyển hóa thành một chất rất độc (nitrit) trong hệ tiêu hóa của trẻ sơ sinh và một số gia súc. Nước nhiễm nitrat là một vấn đề nghiêm trọng.
Nitrat ảnh hưởng đến sức khỏe cả gia đình
Trẻ sơ sinh rất dễ bị ngộ độc nitrat cấp tính vì một số vi khuẩn có thể sống trong hệ tiêu hóa của chúng trong những tháng đầu đời. Những vi khuẩn này biến đổi nitrat thành nitrit độc hại (NO2). Nitrit phản ứng với hemoglobin (mang oxy đến tất cả các bộ phận của cơ thể) để tạo thành methemoglobin. Mức độ vận chuyển oxy đi khắp cơ thể giảm tương ứng với lượng hemoglobin được chuyển thành methemoglobin. Khi lượng oxy giảm xuống, em bé bị ngạt thở. Tình trạng này được gọi là methemoglobin huyết.
Triệu chứng rõ ràng nhất của ngộ độc nitrat là da có màu hơi xanh, đặc biệt là xung quanh mắt và miệng. Đây được gọi là chứng xanh tím. Cần đưa bé đến cơ sở y tế cấp cứu ngay lập tức. Bác sĩ sẽ lấy mẫu máu để chắc chắn rằng em bé đang bị ngộ độc nitrat. Mẫu máu của một em bé bị ảnh hưởng có màu nâu sô cô la thay vì màu đỏ khỏe mạnh. Ngộ độc nitrat có thể được điều trị và trong hầu hết các trường hợp em bé sẽ hồi phục hoàn toàn. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải giải quyết vấn đề ngay lập tức, vì nếu không điều trị, em bé có thể tử vong.
Khoảng ba tháng tuổi, sự gia tăng lượng axit clohydric trong dạ dày của trẻ sẽ giết chết hầu hết các vi khuẩn chuyển hóa nitrat thành nitrit. Khi em bé được sáu tháng tuổi, hệ tiêu hóa sẽ được phát triển hoàn thiện và không còn vi khuẩn chuyển hóa nitrat nào. Tuy nhiên, trẻ em dưới một tuổi và phụ nữ có thai có nguy cơ bị các tác dụng phụ. Ở trẻ lớn hơn và người lớn, nitrat được hấp thu sau đó bài tiết, nên methemoglobin huyết không còn là vấn đề đáng lo ngại.
Nitrat ảnh hưởng đến vật nuôi như thế nào?
Động vật nhai lại và gia súc gia cầm cũng có vi khuẩn chuyển hóa nitrat trong hệ tiêu hóa của chúng. Vì lý do này, ngộ độc nitrat ảnh hưởng đến chúng giống như cách nó ảnh hưởng đến con người.
Gia súc tiếp xúc với nitrat trong thức ăn cũng như trong nước. Cây trồng được thu hoạch khi hạn hán khả năng có hàm lượng nitrat cao. Để bảo vệ vật nuôi, gia súc gia cầm thì thức ăn có thể được kiểm tra nitrat trước khi cho ăn.
Các triệu chứng của ngộ độc nitrat ở động vật bao gồm các vùng da không sắc tố (quanh miệng và mắt) đổi màu hơi xanh hoặc hơi nâu, dáng đi chậm chạp, loạng choạng, tim đập nhanh, đi tiểu nhiều lần và thở gấp sau đó suy sụp. Trong một số trường hợp nghiêm trọng, co giật và hôn mê, sau đó là tử vong từ một đến ba giờ sau khi các dấu hiệu đầu tiên xuất hiện.
Cần liên hệ với bác sĩ thú y ngay khi nhận thấy bất kỳ triệu chứng nào trong số này. Máu để chẩn đoán phải được lấy khi con vật còn sống hoặc trong vòng hai giờ sau khi chết. Máu từ động vật bị ảnh hưởng sẽ có màu nâu sô cô la. Nếu vấn đề được chẩn đoán kịp thời, động vật có thể được điều trị và thường hồi phục hoàn toàn. Những con vật đang mang thai hồi phục sẽ không giữ được thai.
Bao nhiêu nitrat là nguy hiểm?
Các tiêu chuẩn chất lượng nước uống đã được chính phủ liên bang đặt ra để bảo vệ trẻ sơ sinh một cách tốt nhất. Tiêu chuẩn mười miligam trên lít (mg trên lít) nitrat-nitơ có một biên độ an toàn nhỏ được tích hợp trong đó. Do yếu tố an toàn này, một số cá nhân có thể uống nước vượt quá tiêu chuẩn và không có ảnh hưởng xấu. Tuy nhiên, các mức trên tiêu chuẩn này được coi là có khả năng gây nguy hiểm.
Hiện nay, không có tiêu chuẩn chất lượng nước uống quy định cho vật nuôi. Các nhà nghiên cứu đề xuất mức nitrat-nitơ 100 miligam mỗi lít. Những động vật khỏe mạnh có thể chịu đựng ở mức cao hơn, nhưng mức này được thiết kế để bảo vệ những động vật không khỏe mạnh, còn rất non, đang mang thai hoặc đang ăn kiêng ít năng lượng. Mức nitrat trong thức ăn và thức ăn thô xanh cũng phải được xem xét trong khẩu phần cho động vật nhai lại.
Nitrat vào nước như thế nào?
Ô nhiễm nitrat xảy ra khi có nhiều nitrat trong đất hơn mức thực vật có thể sử dụng. Nitrat dư thừa được đưa qua đất vào nguồn cung cấp nước ngầm bằng cách tưới tiêu, nước mưa và tuyết tan. Điều này xảy ra đặc biệt ở những nơi đất cát, sỏi hoặc nông trên nền đá vôi xốp. Nitrat dư thừa có thể tích tụ trong đất theo một số cách.
Đầu tiên, bón nhiều phân nitrat vào đất hơn cây trồng có thể sử dụng sẽ làm tăng lượng nitrat.
Thứ hai, phân và nước thải chứa cả amoniac và các dạng nitơ hữu cơ. Nitơ hữu cơ có thể được chuyển đổi thành amoniac trong đất. Amoniac này, cùng với bất kỳ loại phân amoniac nào được bón, được vi khuẩn trong đất chuyển thành nitrat trong một quá trình gọi là nitrat hóa. Quá trình nitrat hóa rất quan trọng vì thực vật chỉ có thể sử dụng nitơ ở dạng nitrat. Tuy nhiên, khi lượng amoniac được nitrat hóa nhiều hơn mức cây trồng có thể sử dụng, lượng nitrat không sử dụng được sẽ tích tụ trong đất.
Cuối cùng, một số loài thực vật, đậu nành và đặc biệt là cỏ linh lăng có thể lấy nitơ từ không khí và đưa vào đất thông qua các nốt sần ở rễ của chúng. Quá trình này được gọi là quá trình cố định nitơ. Một lượng nhỏ nitrat cũng đi vào đất với mưa trong các cơn bão điện. Cả hai quy trình đều không tự tạo ra lượng nitrat gây ô nhiễm, nhưng cả hai đều nên được xem xét khi xác định lượng phân bón cần thiết.
Cách nhận biết nước bị nhiễm nitrat
Vì nitrat không màu, không vị và không mùi nên nước phải được thử nghiệm hóa học để xác định xem nó có bị ô nhiễm hay không. Nhiều phòng thí nghiệm sẽ kiểm tra nguồn cung cấp nước tư nhân để tìm nitrat.
Việc xác định chính xác mức nitrat trong giếng có thể khó khăn vì mức nitrat thay đổi theo thời gian trong năm. Vì lý do này, mùa xuân là thời điểm tốt nhất để kiểm tra, tuyết tan và mưa sẽ làm trôi bất kỳ nitrat dư thừa nào vào nước ngầm. Thử nghiệm nước được thực hiện vào cuối mùa thu có thể gây hiểu nhầm vì giếng có thể tạm thời có hàm lượng nitrat thấp nếu không có mưa lớn.
Để bảo vệ sức khỏe của gia đình và gia súc, hàng năm cũng nên kiểm tra vi khuẩn, tổng chất rắn hòa tan và độ pH trong nước.
Nếu giếng của bạn đã được kiểm tra và báo cáo cho thấy rằng nước bị nhiễm nitrat cao, bạn phải ngừng cho trẻ sơ sử dụng nước ngay lập tức. Để thay thế cho nước bị ô nhiễm, bạn có thể lên kế hoạch cho con bú sữa mẹ, cho ăn sữa công thức pha sẵn với nước cất đóng chai.
Cách đơn giản nhất để đối phó với một giếng bị ô nhiễm là tìm một nguồn nước sạch mới, chẳng hạn như suối, bể chứa hoặc giếng mới. Ngoài ra, nước từ ao nuôi thường có hàm lượng nitrat thấp vì tảo sử dụng nitrat làm nguồn dinh dưỡng. Nếu bạn không có nguồn cung cấp nước mới, nước bị ô nhiễm có thể được xử lý để loại bỏ nitrat. Tuy nhiên, chỉ có quản lý nitơ lâu dài mới có thể ngăn ngừa ô nhiễm thêm.
Làm cách nào để khử hoặc loại bỏ nitrat khỏi nước?
Nitrat là một chất rất dễ hòa tan trong nước và cực kỳ khó loại bỏ. Do đó, việc xử lý nitrat rất phức tạp và tốn kém. Ba phương pháp khử hoặc loại bỏ nitrat.
Khử Nitrat bằng cách chưng cất hoặc thẩm thấu ngược
Chưng cất là một trong những hình thức khử khoáng lâu đời nhất, hiệu quả nhất. Quá trình chưng cất chỉ có ba bước:
- Nước được đun sôi
- Hơi nước tạo thành bị bắt (thu gom)
- Hơi nước ngưng tụ trên bề mặt lạnh, biến thành nước. Nitrat và các khoáng chất khác vẫn cô đặc trong bể đun sôi.
Thẩm thấu ngược là một cách khác để khử khoáng nước. Nó làm giảm nhưng không loại bỏ tất cả nitrat. Trong hệ thống thẩm thấu ngược, nước được tạo áp lực và ép qua màng lọc để lọc bỏ các khoáng chất cùng nitrat. Hệ thống năng suất cao hơn sử dụng áp suất nước vượt quá 150 psi. Các hệ thống hoạt động bằng áp lực nước tiêu chuẩn của hộ gia đình (35 đến 45 psi) sẽ mang lại một lượng nước sạch đã qua xử lý, nhưng thải ra một lượng lớn nước chưa được xử lý sẽ đi xuống cống.
Cả hai hệ thống này đều cần nhiều năng lượng để hoạt động hiệu quả và là hệ thống bảo trì cao. Chúng cũng là những hệ thống năng suất thấp có thể cung cấp đủ nước cho một gia đình, nhưng không thể sản xuất số lượng lớn cần thiết cho vật nuôi.
Trao đổi ion
Loại xử lý nước thứ hai đối với ô nhiễm nitrat là trao đổi ion. Thông thường clorua được trao đổi thành với nitrat. Bộ trao đổi ion là một bể chứa đầy các hạt nhựa đặc biệt được tích điện bằng clorua. Khi nước chứa nitrat chảy qua bể, nhựa sẽ lấy nitrat để đổi lấy clorua. Theo thời gian, tất cả clorua sẽ được trao đổi thành nitrat. Sau đó, nhựa có thể được sạc (hoàn nguyên) lại bằng cách rửa ngược bằng dung dịch nước muối (natri clorua) và tái sử dụng.
Vì hệ thống trao đổi ion có thể xử lý lượng nước lớn nên chúng thích hợp hơn so với việc khử khoáng để xử lý nguồn nước chăn nuôi. Tuy nhiên, có một số nhược điểm đối với hệ thống trao đổi ion. Đầu tiên, ngoài việc trao đổi nitrat, các hạt nhựa cũng sẽ ưu tiên lấy sunfat để đổi lấy clorua. Do đó, nếu sunfat có mặt trong nguồn nước, khả năng hấp thụ nitrat của nhựa sẽ giảm xuống. Thứ hai, nhựa cũng có thể làm cho nước ăn mòn. Vì lý do này, nước phải đi qua hệ thống trung hòa sau khi đi qua bộ phận trao đổi ion. Cuối cùng, nước muối rửa ngược, có hàm lượng nitrat cao, phải được xử lý đúng cách để chúng không làm ô nhiễm lại nguồn nước ngầm.
Pha loãng nước
Cách thứ ba và phổ biến nhất để giảm nitrat là pha loãng nước ô nhiễm nitrat bằng cách trộn nó với nước từ một nguồn khác có nồng độ nitrat thấp. Trộn hai loại nước này sẽ tạo ra nước có nồng độ nitrat thấp. Nước pha không an toàn cho trẻ sơ sinh nhưng thường được sử dụng cho gia súc.
Không có cách nào đơn giản để loại bỏ tất cả nitrat khỏi nước của bạn. Mặc dù người ta thường nghĩ rằng đun sôi, làm mềm hoặc lọc như một phương tiện làm sạch nước, nhưng không có phương pháp nào trong số này làm giảm ô nhiễm nitrat. Thực tế, đun sôi nước là điều tồi tệ nhất vì nó thực sự làm cô đặc nitrat.
Làm thế nào để bảo vệ nguồn nước khỏi ô nhiễm nitrat?
Khi chọn một vị trí giếng mới, hãy chắc chắn xem xét các nguồn ô nhiễm có thể xảy ra. Nói chung, nước càng di chuyển xa qua đất, nó càng trở nên an toàn hơn vì các chất gây ô nhiễm được pha loãng hoặc lọc ra. Nitrate là một ngoại lệ. Nó không được lọc ra khỏi nước bởi đất, vì vậy một giếng mới phải được cách ly hoàn toàn khỏi sự rửa trôi nitrat để ngăn ngừa ô nhiễm. Bởi vì các loại đất khác nhau có khả năng lọc khác nhau, các tiêu chuẩn về độ sâu giếng, khoảng cách giữa các giếng và chất gây ô nhiễm không thể đảm bảo một giếng an toàn.
Các giếng mới và giếng hiện có cũng cần được bảo vệ khỏi hệ thống thoát nước bề mặt. Ngoài ra, nếu giếng không được đậy nắp đúng cách, hệ thống thoát nước dưới bề mặt có thể di chuyển xuống bên cạnh vỏ giếng và gây ô nhiễm nước ngầm. Các giếng bị bỏ hoang cũng phải được bịt kín để ngăn chặn tình trạng ô nhiễm nước ngầm tương tự. Để biết thêm thông tin về việc bố trí và bảo vệ giếng, hãy liên hệ với sở y tế địa phương.
Giống như giếng, hố sụt là một đường dẫn trực tiếp đến mạch nước ngầm. Mặc dù chúng có thể nằm cách xa giếng hàng km, nhưng các hố sụt có thể góp phần làm ô nhiễm nước ngầm. Rác, động vật chết, thùng chứa hóa chất, hóa chất còn sót lại hoặc các dạng chất thải khác không bao giờ được ném vào hố sụt hoặc lưu trữ ở nơi nước có thể chảy vào hố sụt. Nếu có hố sụt trong khu nhà của bạn, điều rất quan trọng là phải đảm bảo chúng không được sử dụng để đổ rác. Các hố sụt là bãi rác ưa thích và đã làm ô nhiễm một số hệ thống nước mà chủ đất không biết về tình hình.
Nitơ có thể được quản lý như thế nào?
Vì nitrat thấm qua đất vào mạch nước ngầm, nên cách duy nhất để đảm bảo nguồn cung cấp nước an toàn là kiểm soát việc sử dụng nitơ lên bề mặt đất. Chìa khóa để quản lý nitơ tốt là sử dụng nitơ phù hợp với nhu cầu của cây trồng.
Người nông dân không nên bỏ qua giá trị dinh dưỡng của phân gia súc. Phân chuồng có giá trị dinh dưỡng đáng kể, cần được xem xét và trừ đi khi tính toán nhu cầu phân bón. Phân chuồng có thể giảm chi phí phân bón mà vẫn cung cấp đủ nitơ cho cây trồng, đồng thời để lại một lượng nitrat ít ngấm vào mạch nước ngầm.
Thực hành sử dụng phân chuồng cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình rửa trôi nitrat vào nước ngầm. Ví dụ, nếu phân được bón sớm hơn thời gian cây trồng có thể sử dụng, một phần lớn nitrat có thể bị mất đi do rửa trôi.
Để tiết kiệm phân trong thời gian bón phân tốt nhất, nên cung cấp một bộ phận lưu trữ được thiết kế tốt, được xây dựng tốt. Các kho chứa phải đủ rộng để chứa phân không bị tràn và phải được lót đúng cách để tránh thấm xuống mạch nước ngầm.
Xem thêm: Hóa chất được sử dụng trong các quy trình xử lý nước khác nhau