Azotany w wodzie – zagrożenia, zalecenia i najnowsze badania
Woda jest podstawą życia na Ziemi, a jej jakość ma fundamentalne znaczenie dla zdrowia. Azotany (NO3−) to związki chemiczne azotu, które naturalnie występują w środowisku i odgrywają ważną rolę w obiegu składników odżywczych. Choć nie zmieniają smaku, zapachu ani koloru wody, ich podwyższone stężenie może jednak stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia. Ze względu na wysoką rozpuszczalność łatwo przenikają do wód gruntowych i rzek, a ich nadmiar jest poważnym zanieczyszczeniem. Wzrost poziomu azotanów w środowisku jest bezpośrednim skutkiem intensywnej działalności człowieka, w szczególności rolnictwa i przemysłu.
W związku z częstszym skażeniem wody i zaostrzonymi wymogami jakości wody pitnej, temat ten zyskuje na znaczeniu. W niniejszym artykule omówiono pochodzenie azotanów, ich wpływ na zdrowie, obowiązujące regulacje prawne oraz najnowsze badania naukowe.
Pochodzenie i występowanie azotanów
Azotany występują w środowisku naturalnym w niskich stężeniach, głównie w wyniku procesów mikrobiologicznych zachodzących w glebie. Dominującym źródłem zanieczyszczenia wód azotanami jest jednak działalność człowieka, zwłaszcza intensywne rolnictwo. Stosowanie nawozów sztucznych o wysokiej zawartości azotu oraz hodowla zwierząt gospodarskich prowadzą do nadmiernego wzbogacania gleby w azot. Jego nadmiar jest następnie wypłukiwany przez deszcze i systemy nawadniania, co prowadzi do zanieczyszczenia wód powierzchniowych i podziemnych [1].
Stosowanie nawozów sztucznych
Wzrost poziomu azotanów a intensywfikacja rolnictwa
Analizy historyczne wskazują, że intensyfikacja zanieczyszczenia azotanami rozpoczęła się po II wojnie światowej, będąc bezpośrednim skutkiem modernizacji i intensyfikacji rolnictwa. Doprowadziło to do utleniania azotu w materii organicznej i gwałtownego wzrostu użycia nawozów sztucznych [2].
Innym czynnikiem jest niewłaściwe gospodarowanie ściekami, zwłaszcza nieszczelne szamba i stare systemy kanalizacyjne, które mogą przedostawać się do wód gruntowych. W regionach przemysłowych do wzrostu stężenia azotanów przyczynia się również uwalnianie związków azotowych podczas produkcji chemikaliów oraz spalania paliw kopalnych.
Szczególnie zagrożone są płytkie i niechronione studnie, które łatwo absorbują substancje z powierzchni. Zanieczyszczone mogą być również wody powierzchniowe, takie jak jeziora i rzeki, skąd azotany mogą przedostawać się do sieci wodociągowych lub przenikać do głębszych źródeł wody.
Zagrożenia dla zdrowia
Zagrożenia dla zdrowia związane z azotanami obejmują zarówno ostre, jak i przewlekłe skutki. Najbardziej znanym powikłaniem jest methemoglobinemia [3]. Problem ten dotyczy głównie niemowląt, gdyż ich organizm nie ma jeszcze wystarczającej zdolności enzymatycznej do redukcji methemoglobiny. U dorosłych to powikłanie występuje rzadko, ponieważ ich organizm łatwiej radzi sobie z procesem redukcji.
Długotrwałe spożycie wody zawierającej duże stężenia azotanów jest również powiązane z możliwym zwiększeniem ryzyka chorób nowotworowych poprzez tworzenie nitrozoamin [1], oraz z zaburzeniami pracy tarczycy, zwłaszcza u kobiet w ciąży, co może prowadzić do problemów rozwojowych płodu.
Methemoglobinemia – zespół „niebieskiego dziecka”
Methemoglobinemia to stan, w którym część hemoglobiny we krwi przekształca się w methemoglobinę, która nie jest zdolna do efektywnego przenoszenia tlenu [4]. Mechanizm biochemiczny methemoglobinemii jest dobrze poznany. Spożyte z wodą azotany (NO3−) są wchłaniane do krwiobiegu, gdzie ulegają konwersji do azotynów (NO2−) [5]. Proces ten jest szczególnie intensywny w układzie pokarmowym niemowląt, których niska kwasowość soku żołądkowego sprzyja namnażaniu bakterii redukujących azotany [6]. Następnie azotyny reagują z hemoglobiną, utleniając zawarty w niej jon żelaza (Fe2+) do stanu (Fe3+). W efekcie hemoglobina traci zdolność do wiązania i transportowania tlenu [5].
Niemowlęta do szóstego miesiąca życia znajdują się w grupie najwyższego ryzyka, ponieważ ich organizm ma niewystarczającą zdolność enzymatyczną do redukcji methemoglobiny. Methemoglobinemia objawia się sinieniem skóry i warg, a w ciężkich przypadkach może prowadzić do poważnych powikłań, a nawet śmierci. Z tego powodu dla niemowląt zaleca się znacznie niższe stężenia azotanów (idealnie do 15 mg/l) [7].
Potencjalne długoterminowe skutki i związek z nowotworami
Rośnie liczba badań naukowych wskazujących na ryzyko zdrowotne wynikające z długoterminowego narażenia na azotany, nawet w stężeniach poniżej obowiązujących norm. Niektóre badania wskazują również na zaburzenia funkcji tarczycy (zwłaszcza u kobiet w ciąży), które mogą prowadzić do zaburzeń rozwoju płodu.
Potencjalny mechanizm, poprzez który azotany mogą przyczyniać się do rozwoju nowotworów, polega na ich przekształceniu w nitrozoaminy [1]. W przewodzie pokarmowym, w sprzyjających warunkach, azotany są redukowane do azotynów. Te z kolei reagują z aminami lub amidami (np. w przetworzonym mięsie), tworząc silnie rakotwórcze N-nitrozo związki [8]. Nitrozoaminy uszkadzają DNA, co prowadzi do mutacji genetycznych i niestabilności genomu, co może zainicjować rozwój nowotworu.
Limity i regulacje prawne
Limity dotyczące zawartości azotanów w wodzie pitnej są różne, widoczna jest jednak pewna spójność w podejściu. W Polsce zgodnie z rozporządzeniem Ministra Zdrowia dopuszczalna zawartość azotanów w wodzie przeznaczonej do spożycia wynosi 50 mg/l [9].
Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) ustaliła maksymalny dopuszczalny poziom (MCL) dla azotanów-azotu (NO3–N) na poziomie 10 mg/l, co jest równoważne około 45 mg/l NO3 [10]. Dyskusja o zaostrzeniu norm powraca cyklicznie. W USA prowadzone są nowe oceny ryzyka (EPA IRIS) oraz przeglądy. W Europie regulacje zmierzają w kierunku bardziej rygorystycznych standardów zgodnych z dyrektywą (UE) 2020/2184.
Dyrektywa azotanowa Unii Europejskiej
Dyrektywa 91/676/EWG dotycząca ochrony wód przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzenia rolniczego tzw. dyrektywa azotanowa, przyjęta w 1991 roku, stanowi kluczowy akt prawny, którego celem jest ochrona jakości wód w Europie poprzez zapobieganie zanieczyszczeniom pochodzącym ze źródeł rolniczych.
W ramach tej dyrektywy państwa członkowskie są zobowiązane do tworzenia i wdrażania działań, które mają na celu zapobieganie i ograniczanie zanieczyszczeń azotanami. Do tych działań należy monitorowanie stężeń azotanów i wyznaczanie „stref wrażliwych na azotany” (NVZ), ograniczanie ilości nawozów, w tym obornika, stosowanych na gruntach rolnych oraz wymogów dotyczących przechowywania obornika [11].
Azotany w wodzie – przegląd technologii uzdatniania wody
Ze względu na zanieczyszczenia wynikające z obecności azotanów w wodzie, niezbędne stały się technologie uzdatniania wody. Istnieją trzy główne, uznawane metody usuwania azotanów, takie jak wymiana jonowa, odwrócona osmoza i denitryfikacja biologiczna.
Wymiana jonowa
Wymiana jonowa to sprawdzony proces chemiczny, w którym woda przepływa przez złoże żywicy jonowymiennej. Żywica jest wstępnie nasączona jonami chlorkowymi (Cl−). Gdy woda zanieczyszczona azotanami (NO3−) przepływa przez to złoże, jony azotanowe są zatrzymywane, a w ich miejsce uwalniane są jony chlorkowe [12].
Odwrócona osmoza (RO)
Odwrócona osmoza (RO) to proces, w którym zanieczyszczenia są usuwane poprzez przepuszczanie wody pod wysokim ciśnieniem przez półprzepuszczalną membranę. Membrana ta jest w stanie zatrzymać do 99% zanieczyszczeń, w tym jony azotanowe [13], [14].
Denitryfikacja biologiczna
Denitryfikacja biologiczna to proces mikrobiologiczny, w którym naturalnie występujące bakterie redukują azotany do nieszkodliwego gazowego azotu (N2), który jest następnie uwalniany do atmosfery. Jest to metoda stosowana szczególnie w dużych stacjach uzdatniania wody i oczyszczalniach ścieków. Proces ten wymaga starannego zarządzania i monitoringu [4].
Ciekawostki
Jedno z najnowszych badań wskazuje, że nawet niskie stężenia azotanów (0,1–5 mg/l) mogą być powiązane ze zwiększonym ryzykiem przedwczesnego porodu i niskiej masy urodzeniowej [15], [16].
Niskie dawki azotanów z naturalnych źródeł mogą mieć korzyści dla układu sercowo-naczyniowego (rozszerzanie naczyń krwionośnych przez NO). U seniorów opisano niewielki spadek ciśnienia krwi po spożyciu soku z buraków [17].
Odnotowano różnice w narażeniu na zanieczyszczenie azotanami w zależności od statusu społeczno-ekonomicznego. Około 7,4% populacji jest narażone na stężenia powyżej 5 mg/l, przy czym bardziej dotknięte są społeczności o niskich dochodach [18].
W rzece w pobliżu Des Moines zmierzono poziomy azotanów sięgające około 9 mg/l [19]. Lokalna stacja uzdatniania wody eksploatuje kosztowne urządzenie do usuwania azotanów, którego eksploatacja może kosztować około 10 000 USD dziennie [20].
Azotany w wodzie – wnioski i perspektywy
Kwestia azotanów w wodzie pozostaje przedmiotem dyskusji. Badania wskazują zarówno na zagrożenia, jak i potencjalne korzyści niewielkich dawek. Z punktu widzenia zdrowia publicznego jednak priorytetem pozostaje ochrona grup najbardziej narażonych. Nawet stosunkowo niskie stężenia azotanów (0,1–5 mg/l) mogą stanowić zagrożenie dla wrażliwych grup [15].
Kluczowe znaczenie mają profilaktyka, monitoring i rozwój technologii uzdatniania wody, a także uwzględnianie aspektów sprawiedliwości środowiskowej [18].
Bibliografia
1. 1Ward, M. H. et al. (2018). Drinking Water Nitrate and Human Health: An Updated Review. Int. J. Environ. Res. Public Health, 15(7), 1557.
2. Parliament.uk. Written Evidence.
3. Wikipedie (CS). Methemoglobinemie.
4. WHO. (2017). Guidelines for Drinking-water Quality: 4th ed. with 1st Addendum.
5. Minnesota Department of Health. Nitrate & Methemoglobinemia (“Blue Baby Syndrome”).
6. American Medical Association. Biochemistry, diagnosis, and treatment of nitrate toxicity.
7. Minnesota Department of Health. Nitrate in Drinking Water.
8. U.S. Right to Know. Nitrates in Drinking Water & Cancer.
9. Rozporządzenie ministra zdrowia w sprawie wody przeznaczonej do spożycia.
10. US EPA. National Primary Drinking Water Regulations (MCL pro NO₃⁻ = 10 mg/l jako N).
11. Dyrektywa 91/676/EWG dotycząca ochrony wód przed zanieczyszczeniami azotanami pochodzenia rolniczego.
12. US EPA. Treatability Database – Nitrate.
13. US EPA. (2024). WaterSense® Specification for Point-of-Use Reverse Osmosis Systems, Version 1.0 (November 2024).
14. CDC. (2023). About Home Water Treatment Systems (Reverse Osmosis). NDSU Extension. (2013). WQ-1047 Reverse Osmosis (factsheet).
15. Semprini, J. et al. (2025). Groundwater nitrate contamination and prenatal outcomes in Iowa: 1970–2022. PLOS Water.
16. Stayner, L. T. et al. (2021). Exposure to nitrate in drinking water and risk of preterm birth and term low birth weight in Iowa, 2002–2017. Environ. Health Perspect., 129(4):047008.
17. Hord, N. G., Tang, Y., & Bryan, N. S. (2009). Food Sources of Nitrates and Nitrites… Am. J. Clin. Nutr., 90(1), 1–10.
18. Mantey, E. P., Liu, L., & Rehmann, C. R. (2025). Disparities in potential nitrate exposures within Iowa public water systems. Environmental Science: Water Research & Technology, 11(4), 959–971.
19. AP News. (2025). Near-record nitrate levels in Des Moines-area rivers threaten drinking water.
20. Des Moines Water Works. Nitrate Removal Facility (factsheet).