北京市地下水中三氮的轉化規律探討

周 靜，王奐玲，王建宇，趙 超，張 京

(北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195)

北京市地下水中三氮的轉化規律探討

周 靜，王奐玲，王建宇，趙 超，張 京

(北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195)

依據本單位多年對北京地下水的水質監測數據，選取4個氨氮污染較嚴重地區的水樣進行研究，分析了地下水中氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽的轉化過程，結果顯示：水樣中的氨氮先轉化成亞硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮再轉化成硝酸鹽氮；溫度是影響地下水中三氮轉化的主要因素，光源對三氮轉化也有一定影響；隨著水樣保存天數的增加，pH開始逐漸升高，達到8～9后基本保持不變。

地下水； 氨氮；亞硝酸鹽；硝酸鹽；轉化

0 引言

水是人類賴以生存的重要資源，隨著現代工農業的發展，水資源污染的問題日益加重。地下水是重要的飲用水資源，北京地下水供水量占全市總供水量的2/3[1,2]。 三氮包括氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮[3]。水中的氨氮超標，會引起胃炎、傳染性肝炎等疾病；水中的亞硝酸鹽會和蛋白質形成亞硝胺，這是一種強致癌的物質，如果長期飲用亞硝酸鹽含量高的水，對人體健康極為不利；長期飲用硝酸鹽含量高的飲用水，可以導致嬰兒的血紅蛋白增高[4-6]。

水環境中的三氮主要有兩種轉化形式，一種為硝化-反硝化作用，氨氮通過硝化作用轉化為亞硝酸鹽氮，進而轉化為硝酸鹽氮，而硝酸鹽氮則可以通過反硝化作用轉化成氮氣。另一種為藻類等水生生物進行的同化作用[7-9]。 研究顯示，由于“三廢”排放量的增加，以及生活污水、醫用污水、生活垃圾和農業化肥對地下水的污染，導致地下水中三氮污染極為嚴重；氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮在水中又可以相互轉化[10-12]。 因此，研究三氮污染以及其在地下水中的轉化規律具有重要的現實意義。

1 實驗部分

1.1 試劑

氨氮標準(環境保護部標準樣品研究所)，亞硝酸鹽氮標準(環境保護部標準樣品研究所)，硝酸鹽氮標準(國家標準物質研究中心)，納氏試劑(連華科技有限公司)，酒石酸鉀鈉(AR，國藥集團化學試劑有限公司)，無水對氨基苯磺酸(AR，天津市福晨化學試劑廠)，1-萘胺(AR，防化學院化工廠)。

1.2 儀器

離子色譜(CIC-200，青島盛翰色譜技術有限公司)，紫外可見分光光度計(T6新世紀，北京普析通用儀器有限公司)，pH計(PHS-3C，上海儀電科學儀器有限公司)。

1.3 實驗步驟

1.3.1 水樣的采集

本單位長期從事北京地下水的監測工作，本實驗從野外監測點共采集了4個氨氮污染較嚴重的地下水水樣，于24h內運回實驗室，在不同條件下進行保存。所采集水樣的詳細信息見表1。

表1 采樣信息

在不同水樣保存條件下，連續檢測20～40d水樣中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的濃度變化，分析三者的轉化規律。

1.3.2 氨氮的測定

取配制好的氨氮標準使用液0mL、0.20mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL、3.00mL，分別加入50mL比色管中，用純水稀釋至50mL。向水樣和標準系列內分別加入1mL酒石酸鉀鈉溶液，混勻，再加入1mL納氏試劑混勻，放置10min，于420nm波長下，用3cm比色皿測定其吸光度[13]。水樣中氨氮的質量濃度計算公式為ρ= (A-a) /b，式中，ρ為水樣中氨氮的質量濃度，單位為mg/L，A為水樣中氨氮的吸光度。

1.3.3 亞硝酸鹽氮的測定

取配制好的亞硝酸鹽氮標準使用液0mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL和3.00mL，分別加入50mL比色管中，用純水稀釋至50mL。向水樣和標準系列內分別加入1mL對氨基苯磺酰胺溶液，混勻，再加入1mL 鹽酸N-(l萘)-乙二胺溶液混勻后，放置10min，于540nm波長下，用3cm比色皿測定其吸光度[13]。水樣中亞硝酸鹽氮的質量濃度計算公式為ρ= (A-a) /b，式中，ρ為水樣中亞硝酸鹽氮的質量濃度(mg/L)，A為水樣中亞硝酸鹽氮的吸光度。

1.3.4 硝酸鹽氮的測定

離子色譜儀所使用的淋洗液為碳酸鈉[c(Na2CO3)=1.8mmol/L]-碳酸氫鈉溶液[c(NaHCO3)=1.7mmol/L]，色譜柱型號為NJ-SA-4A，采用單點校正法計算水樣中的硝酸鹽氮的含量。

1.3.5 pH的測定

采用pH計，每天檢測相應水樣的pH值。

2 實驗結果與討論

2.1 在室溫、不避光條件下研究水樣中三氮的轉化

采集的4個水樣，在恒溫26℃、不避光條件下保存，每天檢測水樣中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量，連續檢測20d。

如圖1所示，水樣保存大約2d時，水中的氨氮開始轉化為亞硝酸鹽氮；在4～18d，水樣中的亞硝酸鹽氮開始增加，達到峰值后開始下降；在第7 d左右，亞硝酸鹽氮開始向硝酸鹽氮緩慢轉化，在第15 d后，轉化速率加快，硝酸鹽氮增加幅度較大；大約在第17 d后，水樣中的硝酸鹽氮含量基本不變。在整個轉化的過程中，pH開始逐漸升高，達到約8.5左右后保持不變。

2.2 在室溫、避光條件下研究水樣中三氮的轉化

采集的4個水樣，在恒溫26℃、避光條件下保存，每天檢測水樣中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量，連續檢測20d。

如圖2所示，水中的氨氮先轉化為亞硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮濃度達到峰值后迅速減少，轉化為硝酸鹽氮。水樣保存大約3d時，水中的氨氮開始轉化為亞硝酸鹽氮；大約在10d左右，亞硝酸鹽氮濃度達到峰值；在第10d后，亞硝酸鹽氮向硝酸鹽氮的轉化速率加快，硝酸鹽氮濃度增加較快；大約在第17d后，水樣中的硝酸鹽氮含量基本不變。在轉化過程中，pH開始逐漸升高，達到約8.2左右后保持不變。

由圖1和圖2比較可知，在不避光條件下，在第5d后，氨氮向亞硝酸鹽氮轉化速率較快；而在避光條件下，在第5d后，氨氮向亞硝酸鹽氮轉化速率相對較慢。可以看出，光源對三氮轉化有一定影響，在避光條件下，水樣中氨氮向亞硝酸鹽氮的轉化速率變慢。

2.3 在冷藏、不避光條件下研究水樣中三氮的轉化

采集的4個水樣，在冷藏、不避光條件下保存，每天檢測水樣中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量，連續檢測40d。

如圖3所示，在第8～10d左右，氨氮開始向亞硝酸鹽氮轉化；大約在第10～30d，氨氮向亞硝酸鹽氮的轉化速率非常緩慢，氨氮濃度呈階梯狀減少；在第30d后，水樣中氨氮濃度基本不變。亞硝酸鹽氮的濃度在第30d左右達到峰值，向硝酸鹽氮轉化。大約在第25～38d，亞硝酸鹽氮開始逐漸向硝酸鹽氮轉化，在第38d之后，硝酸鹽氮濃度基本不變。

比較圖1和圖3可以看出，在冷藏條件下，三氮轉化過程比在室溫條件下緩慢得多。由此可見，溫度是影響地下水中三氮轉化的主要因素。

2.4 水樣在不同保存條件下的pH變化

在常溫不避光、常溫避光和冷藏不避光3種保存條件下，W2的pH的變化，如圖4所示。

由圖4可以看出，在3種保存條件下，隨著水樣保存天數的增加，pH開始逐漸升高，達到約8～9后基本保持不變；相比較而言，在冷藏不避光條件下，水樣的pH升高過程比較緩慢。此外，水樣W1、W3和W4在上述3種保存條件下，其pH變化規律與水樣W2類似。

2.5 在不同保存條件下水樣W2的三氮轉化

以W2水樣為例。在常溫不避光、常溫避光和冷藏不避光3種條件下，水樣中的氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的濃度隨水樣保存天數的變化規律如圖5所示。

從圖5中可以看出，光源對三氮轉化有一定影響，在避光條件下，水樣中氨氮的轉化速率變慢；在冷藏條件下，三氮轉化過程比在室溫條件下緩慢得多，溫度是影響地下水中三氮轉化的主要因素。

3 結論

根據本單位多年來對北京地下水水質監測所得數據，選取了4個氨氮污染較嚴重地區的水樣，在三種不同水樣保存條件下，詳細探討了水樣中的氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的濃度隨水樣保存天數的變化情況，分析了溫度、光源因素對三氮轉化過程的影響，以及在三氮轉化過程中水樣pH的變化情況。研究結果表明，水樣中的氨氮先轉化成亞硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮再轉化成硝酸鹽氮；溫度是影響地下水中三氮轉化的主要因素，光源對三氮轉化也有一定影響。此外，隨著水樣保存天數的增加，pH開始逐漸升高，達到約8～9后基本保持不變。

[1]魯垠濤，冷佩芳，秦蔚，等.密云水庫上游流域地下水中氮素污染特征及影響因素[J].農業環境科學學報，2016(35):148-156.

[2]郭寶平，唐一清，方友春，等.北京通州區農村地下水氨氮污染分析[J].現代預防醫學，2007，34(6):1088-1089.

[3]張新鈺，辛寶東，王曉紅，等.我國地下水污染研究進展[J].地球與環境，2011,39(3)：415-422.

[4]楊維，王泳，楊軍峰，等.氨氮污染地下水的動態實驗研究[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版)，2007,23(5):826-831.

[5]羅澤嬌，靳孟貴.地下水三氮污染的研究進展[J].水文地質工程地質，2002(4):65-69.

[6]俞盈，陳繁忠，盛彥清，盛國英.污染水體中三氮轉化過程的模擬研究[J].環境工程,2007,25(3):35-37.

[7] 俞盈，付廣義，陳繁忠，盛彥清.水體中三氮轉化規律及影響因素研究[J].地球化學,2008,37(6)：565-571.

[8]趙磊，楊小芳.氮元素轉化規律在生態水環境中的研究進展[J].環境科學，2009,22(2)：73-75.

[9]Payal sampat. Groundwater Quality Deteriorating, Vital signs 2000[J]. World Water Institude,2000:124-125.

[10]季益虎，鄢貴權，楊根蘭.地下水硝酸鹽遷移轉化規律分析[J].貴州化工，2009,34(6):30-32.

[11]謝建華，劉海靜，王愛武.淺析氨氮、總氮、三氮轉化劑氨氮在水污染評價及控制中的作用[J].內蒙古水利，2011(5):34-36.

[12]潘俊，孟利，冷特.平原水庫與地下水交互帶中氨氮轉化規律研究[J].環境科學與技術，2015(6):44-49.

[13]國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法 (第四版) [M].北京：中國環境科學出版社，2002：462-464.

Transformation Regularity of Three forms of Nitrogen in Beijing Groundwater

ZHOU Jing, WANG Huan-ling, WANG Jian-yu, ZHAO Chao, ZHANG Jing

(The Hydrogeological and Engineering Geological Brigade of Beijing，Beijing 100195, China)

Ammonia nitrogen, nitrite, and nitrate in groundwater pollution are increasingly serious, which have largely affected the environment and human health. Based on the groundwater water quality monitoring data in the past several years of Beijing, four serious polluted areas by ammonia nitrogen were selected to collect groundwater samples to analyze the transformation process of three forms of nitrogen in groundwater. The results showed that ammonia in water transformed into nitrite, then nitrate. Temperature was the major factor to influence the transformation process. Light source impacted the transformation as well. The pH value gradually went up and maintained at the level of 8 to 9 with the extended days of preserving the water samples.

groundwater; ammonia nitrogen; nitrite; nitrate; transformation

2017-02-10

周靜(1991-)，女，北京人，北京市水文地質工程地質大隊，本科，助理工程師，主要從事水資源保護方面的研究工作。

X13

A

1673-9655(2017)04-0005-05