Il termine ammoniaca si riferisce a due specie chimiche che sono in equilibrio nell’acqua (NH3, e lo ione ammonio NH4+,). I Test dell’ammoniaca misurano solitamente l'ammoniaca totale (NH3 più NH4+). La tossicità dell’ammoniaca è soprattutto attribuibile alla sua forma indissociata (NH3), in contrasto con lo ione ammonio (NH4+). In generale, la tossicità dell’ammoniaca(NH3) è tanto più elevata quanto più sono elevati i valori di pH. Tuttavia, i dati che abbiamo disponibili in letteratura indicano che con valori di pH bassi è necessaria meno ammoniaca per avere gli stessi effetti tossici. Per il resto di questa discussione, ci riferiremo sempre all’ammoniaca nella sua forma indissociata.
La percentuale d’ammoniaca (NH3) aumenta in funzione del pH e della Temperatura.
Per un dato valore di pH e di temperatura, la percentuale di NH3 può essere calcolata (EPA, 1999). Le percentuali di NH3 incrementano sia con i valori di temperatura sia con i valori di pH.
Alcuni valori relativi alla maggior parte dei pesci d'acqua dolce d’acquario sono presentati in tabella.
percentuale di ammoniaca totale NH3
temperatura (c°)
pH 6,5
pH 7.0
pH 7.5
pH 8,0
pH 8,5
20
0.13
.40
1.24
3.32
11.2
25
0.18
.57
1.79
5.44
15.4
26
0.19
.61
1.89
5.76
16.2
27
0.21
.65
2.03
6.15
17.2
28
0.22
.70
2.19
6.61
18.3
29
0.24
.75
2.32
7.0
19.2
30
0.26
.81
2.51
7.52
20.4
La percentuale di NH3 è legata al valore che assume il pH
Osservando la tabella 1 noterete che NH3 dipende molto dai valori che assume il pH e dai valori raggiunti di temperatura. All'interno della gamma di pH indicato, un aumento di un’unità di pH corrisponde ad un aumento di concentrazione di NH3 pari a circa 10 volte. EPA ha pubblicato i valori mortali delle concentrazioni acute(LC50) e croniche(LC20) per gli organismi acquatici considerando:
- concentrazioni acute letali quelle in cui il 50 per cento degli animali di prova muoiono in un periodo di 4 giorni.
- concentrazioni croniche letali quelle in cui il 20 per cento degli animali di prova muoiono in un periodo di 30 giorni.
Altri studi hanno esaminato gli effetti dell’ammoniaca a concentrazioni letali più basse concentrandosi su pesci commestibili (trota, salmoni, ecc.). Fra i pesci commestibili, i salmonidi si sono rilevati i più sensibili, così i valori per questi pesci sono stati pubblicati separatamente. I valori delle concentrazioni letali dell’EPA sono presentati nei seguenti termini:
- valori acuti, funzione del solo pH e non della temperatura.
- valori cronici, funzione di pH e di temperatura.
Entrambi sono espressi in termini di azoto ammoniacale (mg N-NH3/L). EPA suggerisce che i livelli acuti non devono essere superati più di una volta in tre anni per consentire al sistema di recuperare lo sforzo causato dall'inquinamento d'ammoniaca.
Come diminuisce la temperatura ed i valori di pH, più ammoniaca totale può essere tollerata. E’ interessante tuttavia notare che meno NH3 indissociata è necessaria per essere mortale quando si hanno valori bassi di pH.
In tabella 2, sono riportati i valori acuti e cronici di concentrazione letale basati sui salmoni (EPA, 1999). Questi saranno usati come guida di concentrazioni mortali per i pesci d'acquario. A causa del rapporto fra la temperatura e le percentuali di NH3, si può notare che più ammoniaca totale può essere tollerata con temperature basse (circa il doppio a 20 °C).
Tabella 2. Concentrazioni mortali d'ammoniaca a 30 °C. (funzione di pH e durata d’esposizione)
pH
durata
* Concentrazione letale di ammoniaca (mg N-NH3/L)
Totale(NH3/NH4+)
NH3
6.5
4 giorni (LC50)
32.6
0.080
30 giorni (LC20)
2.46
0.006
7.0
4 giorni (LC50)
24.1
0.195
30 giorni (LC20)
2.18
0.018
7.5
4 giorni (LC50)
13.3
0.334
30 giorni (LC20)
1.61
0.040
8.0
4 giorni (LC50)
5.62
0.423
30 giorni (LC20)
0.897
0.067
8.5
4 giorni (LC50)
2.14
0.437
30 giorni (LC20)
0.401
0.082
* Le Concentrazioni letali a 4 giorni sono indipendenti dalla temperatura e riferite ad un valore di pH pari ad 8 mentre le concentrazioni letali a 30 giorni sono riferite alla temperatura di 30°C.
Come dovremmo interpretare questi valori?
In primo luogo, i valori importanti per noi sono l’ammoniaca totale, poiché questa quantità è misurata nei kit disponibili in commercio, inoltre i test misurano i vari composti dell’azoto, come azoto ammoniacale o NH3, azoto nitroso o NO2 -, e azoto nitrico o NO3-, usando due scale ben distinte:
- la concentrazione dello ione azoto
- la concentrazione ionica.
La concentrazione è espressa generalmente in ppm (parti per milione= 1mg/l). La concentrazione ionica è scritta allora come ppm di NH3, ppm di NO2, o ppm di NO3, mentre la concentrazione dello ione-azoto è scritta come ppm di azoto ammoniacale (N-NH3), ppm di azoto nitroso (N-NO2 - -), o ppm di azoto nitrico (N-NO3 -).
La differenza fra queste misure non è difficile da capire, ma può causare parecchia confusione perché non è spesso evidente a quali valori si riferiscono le misure dei test.
Riportiamo subito le trasformazioni per coloro che non desiderano conoscere i particolari:
[ N-NH3 ] (azoto ammoniacale)
=
1.21 [ NH3 ] (ione ammoniaca)
o
[ NH3 ]
=
0.83 [ N-NH3 ]
[ N-NO2 --] (azoto nitroso)
=
3.29 [ NO2 --] (ione nitrito)
o
[ NO2 --]
=
0.30 [N-NO2 --]
[ N-NO3 - ] (azoto nitrico)
=
4.43 [ NO3 - ] (ione nitrato)
o
[ NO3 - ]
=
0.23 [ N-NO3 - ]
Fatta questa doverosa parentesi, per fugare ogni dubbio interpretativo sui valori sopra riportati, noterete che meno ammoniaca totale può essere tollerata ad alti valori di pH. Questo perché la percentuale tossica di NH3 indissociata aumenta col pH. Tuttavia, noterete che una minore concentrazione di NH3 può essere tollerata con valori minori di pH.
In secondo luogo, che cosa può accadere con queste concentrazioni: i pesci moriranno!
Per la maggior parte degli aquariofili, quindi, un margine supplementare di sicurezza è suggerito per evitare la morte dei pesci. Per i nostri scopi, quindi, rinomineremo le concentrazioni EPA come "concentrazioni mortali".
Dagli studi pubblicati, le concentrazioni acute prevedono una mortalità pari alla metà degli animali esposti (nella letteratura scientifica, questi valori sono chiamati LC50). Queste concentrazioni possono causare perdita d’equilibrio, iper eccitazione, incremento della respirazione, diminuzione nell'escrezione dell’azoto attraverso la respirazione, per non menzionare la morte. Le concentrazioni più basse (concentrazioni croniche che in letteratura sono chiamate LC20) prevedono una mortalità inferiore ma pari in ogni caso al 20 per cento degli animali esposti. In queste concentrazioni l'ammoniaca ugualmente ha altri effetti che includono tassi di crescita ridotti, alterazione ai tessuti delle branchie con danneggiamenti all’apparato respiratorio, alterazione dell’emoglobina o dei globuli rossi.
Poiché questi ultimi valori sono dipendenti sia dalla temperatura sia dal pH, osserviamo che il peggiore dei casi si ha con la temperatura dell’acqua a 30 °C e con un valore di pH pari a 8.5. Eventualmente, questo dovrebbe soddisfare quasi tutte le condizioni d'acqua dolce dell'acquario. Ulteriormente, se riduciamo le concentrazioni pubblicate di un fattore pari a 10 avremo un margine di sicurezza. Possiamo così concludere che, fatte le dovute trasformazioni da azoto ammoniacale( mg N-NH3/L) ad ione ammoniaca (mg NH3/L), le concentrazioni acute d’ammoniaca totale non dovrebbero superare 0.25 mg/l, mentre le concentrazioni a più lungo termine non dovrebbero superare 0.05 mg/l.
Referenze: US Environmental Protection Agency. 1999 Update of Ambient Water Quality Criteria for Ammonia, (EPA 822-R-99-014). December 1999
Di Valter Nagliato (11-11-2001)
31 Agosto 2005
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