飲用水硝酸鹽含量測(cè)定及時(shí)間與地區(qū)分異*
——以上海市格致中學(xué)為例

張鈺軻朱 毅曹佳瑩陳俐婉徐　銘朱詩(shī)彧

指導(dǎo)教師：侯 晶1張 琦2

（1. 上海市格致中學(xué)， 上海 200001； 2. 華東師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 上海 200241）

飲用水硝酸鹽含量測(cè)定及時(shí)間與地區(qū)分異*
——以上海市格致中學(xué)為例

張鈺軻1朱 毅1曹佳瑩1陳俐婉1徐銘1朱詩(shī)彧1

指導(dǎo)教師：侯 晶1張 琦2

（1. 上海市格致中學(xué)， 上海 200001； 2. 華東師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 上海 200241）

飲用水中的硝酸鹽對(duì)人體健康影響很大，我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)硝酸鹽的含量有著嚴(yán)格的限制。本課題對(duì)上海市格致中學(xué)自來(lái)水中的硝酸鹽含量進(jìn)行了連續(xù)取樣檢測(cè)和跟蹤，了解到城市供水中硝酸鹽的含量在不同時(shí)間段內(nèi)的變化，即在一天內(nèi)上午含量較低，下午則明顯升高。一周內(nèi)的變化幅度不大。并對(duì)分異現(xiàn)象的原因進(jìn)行探究，進(jìn)而為飲用水生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行硝酸鹽管理提供理論依據(jù)。

飲用水；硝酸鹽；上海

一、引言

水是生命之源，成年人體內(nèi)水分約占體重的50%～70%，青少年和嬰幼兒則更高。水對(duì)生命活動(dòng)的維持和延續(xù)至關(guān)重要，但水中同時(shí)含有許多有毒有害物質(zhì)，比如，多種有害的化學(xué)鹽類、重金屬，有毒的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)、農(nóng)藥殘留及微生物、細(xì)菌毒素等，這些毒害物質(zhì)的過(guò)量存在，勢(shì)必影響人體的健康和生命安全。日常生活中，硝酸鹽的存在非常普遍而且危害非常巨大。硝酸鹽普遍存在于果實(shí)、蔬菜和水源中。在人體內(nèi)，硝酸鹽可被還原為亞硝酸鹽進(jìn)而加重了對(duì)人體的危害。亞硝酸鹽與人體血液作用，形成高鐵血紅蛋白，從而使血液失去攜氧功能，使人缺氧中毒，輕者頭昏、心悸、嘔吐、口唇青紫，重者神志不清、抽搐、呼吸急促，搶救不及時(shí)可危及生命。不僅如此，人體內(nèi)的亞硝酸鹽與二級(jí)胺在pH為2～4的正常胃酸條件下生成亞硝酸胺，它在人體內(nèi)達(dá)到一定劑量時(shí)是致癌、致畸、致突變的物質(zhì)，可嚴(yán)重危害人體健康。

國(guó)家為了保護(hù)人民群眾的健康安全和提高生活質(zhì)量，早在1985年就出臺(tái)并實(shí)施了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)飲用水中與人體健康有關(guān)的各種物理、化學(xué)和生物因素進(jìn)行了限量規(guī)定并上升為法律規(guī)范強(qiáng)制執(zhí)行。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加，不少地區(qū)水源短缺，有的城市飲用水水源污染嚴(yán)重，居民生活飲用水安全受到威脅。2006年底，衛(wèi)生部會(huì)同各有關(guān)部門完成了對(duì)1985年版《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的修訂工作，并正式頒布了新版《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定自2012年7月1日起全面實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)中水質(zhì)項(xiàng)目和指標(biāo)值的選擇，充分考慮了我國(guó)實(shí)際情況，統(tǒng)一了城鎮(zhèn)和農(nóng)村飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并參考了世界衛(wèi)生組織的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》，參考了歐盟、美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了新標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際的接軌。

飲用水硝酸鹽含量的超標(biāo)會(huì)直接影響人體安全。硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度高的飲用水可能對(duì)人體造成兩種健康危害：第一，誘發(fā)正鐵血紅朊癥（尤其是嬰兒，因?yàn)樗羞^(guò)量的硝酸根離子會(huì)影響嬰幼兒血液中的氧濃度并導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥或藍(lán)嬰綜合征。其中“蘭嬰兒綜合癥”癥狀：嬰兒身體發(fā)蘭色，呼吸短促。第二產(chǎn)生致癌的亞硝胺，這兩種危害都是亞硝酸鹽直接造成的（由硝酸鹽還原產(chǎn)生）。

因此，對(duì)生活飲用水中硝酸鹽含量的監(jiān)測(cè)，掌握其隨時(shí)間的分異狀況就顯得尤為重要了。

二、飲用水中硝酸鹽含量的測(cè)定

本課題中，用于檢測(cè)硝酸鹽含量的飲用水，取自上海格致中學(xué)。從水樣采集、保存、檢測(cè)設(shè)備的選擇和操作處理都嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB/T 5750）中的規(guī)定執(zhí)行，以確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性和客觀性。

1. 水樣采集

準(zhǔn)備工作：先將瓶子用自來(lái)水、蒸餾水洗凈，待自然風(fēng)干。保持采樣瓶的干燥與潔凈，貼好標(biāo)簽，防止污染。

2. 實(shí)驗(yàn)儀器

硝酸離子電極、數(shù)據(jù)采集器。

3. 實(shí)驗(yàn)方法

參考美國(guó)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)方法，進(jìn)行相關(guān)試劑配制，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線和緩沖液。實(shí)驗(yàn)操作后，用儀器測(cè)得電壓值，帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線公式，反推其濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)性為R2=0.999。

時(shí)間分析研究中，在測(cè)定過(guò)程選取了兩批樣品：一批是在8月2日，一天內(nèi)從0：00至21：00每隔三個(gè)小時(shí)在同一取樣點(diǎn)取樣一次，共采集了8組樣品。另一批是從8月6日至12日，每天上午9：00時(shí)在同一取樣點(diǎn)取樣一組，共取得7組樣品。每組樣品中取3個(gè)平行樣。

（1） 水樣采集要求

準(zhǔn)備工作：24個(gè)完全相同的采樣瓶，用洗滌劑、自來(lái)水、蒸餾水洗凈，待自然風(fēng)干。每三個(gè)一組，貼好標(biāo)簽，分為8組備用。

在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行采樣，每次同一采樣點(diǎn)采三個(gè)樣品。采完的樣品放入1～4℃的冷藏箱內(nèi)暫時(shí)儲(chǔ)存，并盡快完成對(duì)本批樣品的檢測(cè)。

（2） 分析方法和檢測(cè)儀器

硝酸鹽離子的測(cè)定采用離子色譜法，檢測(cè)儀器是離子色譜儀。每次檢測(cè)的一組三個(gè)樣品中，排除結(jié)果偏差較大值，剩下的兩個(gè)或三個(gè)值求平均值，作為該組采樣分析的結(jié)果。

（3） 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法——無(wú)機(jī)非金屬指標(biāo)》（GB/T 5750.5-2006中5.3）的檢測(cè)要求和方法，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液、淋洗液、再生液的配制。

把配制好的不同濃度的5種標(biāo)準(zhǔn)溶液，注入離子色譜儀的進(jìn)樣系統(tǒng)，從而繪制出NO3-的“濃度-峰面積”標(biāo)準(zhǔn)曲線。之后，把經(jīng)過(guò)預(yù)處理的待測(cè)樣品注入色譜儀的進(jìn)樣系統(tǒng)，測(cè)出NO3-的峰面積，進(jìn)而由標(biāo)準(zhǔn)曲線公式反推出硝酸鹽的濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)性為R2=0.996～1。

三、時(shí)間分異情況

1. 飲用水中硝酸鹽在一天中的變化情況

研究發(fā)現(xiàn)，飲用水中硝酸鹽的含量在一天內(nèi)存在明顯的時(shí)間分異情況（見(jiàn)圖1），呈現(xiàn)出規(guī)律性的波動(dòng)：上午含量較低，下午則明顯升高。整體來(lái)看，飲用水中硝酸鹽的含量滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求（不大于10 mg/ L，以N計(jì)），但含量還是明顯偏高。

圖1　上海市格致中學(xué)自來(lái)水中硝酸鹽含量在一天中的變化情況

2. 飲用水中硝酸鹽在一周內(nèi)的變化情況

從一周內(nèi)的變化情況來(lái)看，硝酸鹽含量呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)規(guī)律性（見(jiàn)圖2），但波動(dòng)幅度不大，從最低的1.37 mg/L到最高的2.13 mg/L，都遠(yuǎn)低于國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值。

圖2　上海市格致中學(xué)自來(lái)水中硝酸鹽含量在一周內(nèi)的變化情況

四、時(shí)間分異現(xiàn)象的探究

從檢測(cè)數(shù)據(jù)和以上兩個(gè)圖表中可以看到，飲用水中的硝酸鹽含量存在著時(shí)間分異現(xiàn)象，但是要尋找時(shí)間分異的規(guī)律，尚需要對(duì)飲用水進(jìn)行長(zhǎng)期、大量的檢測(cè)，進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)收集和積累，結(jié)合硝酸鹽進(jìn)入飲用水系統(tǒng)的原因，從而掌握飲用水中硝酸鹽含量變化隨時(shí)間分布的規(guī)律。

硝酸鹽極易溶于水，硝酸鹽（NO3-）與亞硝酸鹽（NO2

-）作為環(huán)境污染物而廣泛地存在于自然界中，尤其是在氣態(tài)水、地表水和地下水中以及動(dòng)植物體與食品內(nèi)。環(huán)境中硝酸鹽與亞硝酸鹽的污染來(lái)源很多，如：（1）人工化肥：硝酸銨、硝酸鈣、硝酸鉀和硝酸鈉等。（2）生活污水、生活垃圾與人畜糞便等，據(jù)測(cè)試，1升生活污水在自然降解過(guò)程中，可產(chǎn)生110毫克硝酸鹽；1公斤垃圾糞便堆肥在自然條件下經(jīng)淋濾分解后，可產(chǎn)生492毫克硝酸鹽。（3）食品、燃料、煉油等工廠排出大量的含氨廢棄物，經(jīng)過(guò)生物、化學(xué)轉(zhuǎn)換后均形成硝酸鹽進(jìn)入環(huán)境中。（4）汽車、火車、輪船、飛機(jī)、鍋爐、民用爐等燃燒石油類燃料、煤炭和天然氣，可產(chǎn)生大量氮氧化合物，這些二氧化氮?dú)怏w經(jīng)降水淋溶后可形成硝酸鹽降落到地面和水體中。（5）食品防腐與保鮮中使用硝酸鹽、亞硝酸鹽等。

（2）飲用水中硝酸鹽的來(lái)源

環(huán)境中化肥施用、污水灌溉、垃圾糞便、工業(yè)含氮廢棄物、燃料燃燒排放的含氮廢氣等在自然條件下，經(jīng)降水淋溶分解后形成硝酸鹽，流入河流、湖泊并滲入地下，從而造成地表水和地下水的硝酸鹽污染。

城鎮(zhèn)飲用水水源地如果保護(hù)不當(dāng)，大量的硝酸鹽就會(huì)進(jìn)入到供水公司的供水系統(tǒng)管網(wǎng)中，造成飲用水中硝酸鹽含量超標(biāo)。另外，自來(lái)水公司對(duì)硝酸鹽的監(jiān)控和處理不及時(shí)也是導(dǎo)致硝酸鹽超標(biāo)的重要原因。

2.飲用水中硝酸鹽時(shí)間分異現(xiàn)象的探討

了解到生活用水中硝酸鹽的來(lái)源，就很容易理解其時(shí)間分異情況。各種硝酸鹽排放源的活動(dòng)都有一定的波動(dòng)周期性，受天氣、溫度、光照、季節(jié)、自然環(huán)境等影響。譬如，人類和車輛活動(dòng)的晝夜交替性；水源地水汽蒸發(fā)量隨晝夜溫差的變化；綠色植物活動(dòng)隨陽(yáng)光強(qiáng)度的晝夜差異；一年四季的豐、枯水期變化；農(nóng)田施肥的冬夏差異等，都直接或間接地影響著進(jìn)入地表水源地的硝酸鹽含量，從而導(dǎo)致了飲用水中硝酸鹽含量的周期波動(dòng)性，產(chǎn)生了時(shí)間分異現(xiàn)象。

飲用水中硝酸鹽的時(shí)間分異現(xiàn)象，在格致中學(xué)的另一個(gè)課題研究中也有體現(xiàn)［1］，其連續(xù)檢測(cè)結(jié)果顯示，該校飲用水中硝酸鹽的含量在夏季5至8月份一直較高，在9、10月份達(dá)到最高。

五、地區(qū)分異分析

1. 上海部分地區(qū)分析

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)圖3），從區(qū)域上來(lái)看各區(qū)的自

1. 飲用水中硝酸鹽的來(lái)源

（1）自然界中硝酸鹽的來(lái)源來(lái)水中硝酸鹽濃度均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)10 mg/L，符合飲用水硝酸鹽含量標(biāo)準(zhǔn)且狀況很好。我國(guó)以前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是20 mg/L，目前為10 mg/L（以N計(jì)），美國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)為硝酸鹽（以N計(jì)）10 mg/L。

圖3　上海部分轄區(qū)自來(lái)水硝酸鹽情況分析

2. 校園自來(lái)水變化分析

從圖4可見(jiàn)，校園自來(lái)水硝酸鹽濃度在9、10月份高于5月份，高于11月份。11月份硝酸鹽含量最低，5月份硝酸鹽含量在9.2 mg/L～13.2 mg/L，9、10月份硝酸鹽濃度分別為10.7～15 mg/L，均低于我國(guó)舊標(biāo)準(zhǔn)。其中，10月份數(shù)據(jù)為樣品放置兩天后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，有敗壞水味特點(diǎn)。因此可見(jiàn)水質(zhì)調(diào)查的必要性，并且需進(jìn)一步調(diào)查原因［2］，另一方面也說(shuō)明飲用水的實(shí)驗(yàn)分析要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采樣后立即測(cè)定的要求。

圖4　校園水質(zhì)硝酸鹽調(diào)查

11月份不僅含量低，11月14日、11月17日、11月20日的硝酸鹽濃度范圍在3.5 mg/L～4.2mg/L之間，而且變化不大（見(jiàn)圖5），方差分別為0.11、0.26、0.11（見(jiàn)表1）。

圖5　11月份校園水質(zhì)硝酸鹽變化

表1　11月份校園水質(zhì)硝酸鹽數(shù)據(jù)分析結(jié)果

3. 結(jié)論

由研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，上海市部分學(xué)生飲用水相比較國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程中的硝酸鹽指標(biāo)限量屬于良好，說(shuō)明我們的日常生活飲用水中硝酸鹽指標(biāo)的控制是有保證的。而且，在2016年春季，由許境元、李婕、張丞昊、焦語(yǔ)馨四位同學(xué)的監(jiān)測(cè)結(jié)果也是良好，且均小于1.2 mg/L。因此，基本不用擔(dān)心由于飲用水中硝酸鹽成分而引起疾病。

六、結(jié)語(yǔ)

飲用水中過(guò)高的硝酸鹽含量對(duì)人們的身體健康和生命活動(dòng)有著巨大的影響，因此，我國(guó)政府頒布了多種相關(guān)的法律法規(guī)，來(lái)限制食品和飲用水中硝酸鹽的含量。了解了飲用水中硝酸鹽的產(chǎn)生和時(shí)間分異規(guī)律，就可以更好地指導(dǎo)地方政府和自來(lái)水供水企業(yè)，在不同季節(jié)和時(shí)間對(duì)其含量進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制。

注釋：時(shí)間分異研究是在2011年，地區(qū)分異研究是在2009年-2010年。

[1] 朱詩(shī)彧.上海市部分學(xué)生飲用水中硝酸鹽的現(xiàn)狀分析[J]格致綠緣社刊,2011(2):50-52.

[2] 袁志彬,王占生.水味與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中有機(jī)物綜合指標(biāo)的制定[J].上海環(huán)境科學(xué)(網(wǎng)絡(luò)版),2003(2):43.

致謝

感謝格致中學(xué)張志敏校長(zhǎng)、王麗萍書(shū)記、李勤、沈云芳和地理教研組與創(chuàng)新教研組各位老師給予的支持！

（責(zé)任編校：周曉輝）

本文系中國(guó)教育學(xué)會(huì)地理教學(xué)專業(yè)委員會(huì)2012年普通高中地理研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目的成果。本研究得到上海高校“立德樹(shù)人”人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地華東師范大學(xué)上海市地理教育教學(xué)研究基地項(xiàng)目支持（項(xiàng)目編號(hào)：13901-412221-15013/008）。侯晶系指導(dǎo)教師兼通訊作者。