地下水中硝酸鹽污染來源與防治研究進展

王恒

摘要：指出了地下水中的硝酸鹽污染已經成為主要的環境問題，很多國家和地區的地下水硝酸鹽污染狀況不容樂觀，其污染來源與防治方法等問題成為國內外學者的研究熱點。為了更好地去除地下水中的硝酸鹽，通過文獻綜述了硝酸鹽污染的危害、來源以及目前在去除硝酸鹽的研究上所取得的成果，同時對今后的研究工作進行了展望。

關鍵詞：地下水;硝酸鹽;污染來源;污染現狀

中圖分類號：X523

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0106-03

1引言

近年來，由于農業氮肥的過量施用，生活污水、工業廢水和固體廢物的不適當處置，導致地下水中硝酸鹽污染成為許多國家和地區地下水的主要污染問題，且污染程度仍呈上升趨勢，我國約有50%地區的淺層地下水遭到一定程度的硝酸鹽污染，其水質呈下降趨勢，在我國華北平原的一些地區，地下水中硝酸鹽的含量甚至高達300mg/L，而在歐洲一些國家的地下水硝酸鹽濃度達到40～50mg/L是普遍現象，如法國、俄羅斯等。有研究表明，長期飲用硝酸鹽含量過高的地下水會對人類的身體健康產生危害，能引起高鐵血紅蛋白癥，導致兒童患白血病的幾率增加，與糖尿病、高血壓、甲亢之間也與有一定聯系。針對長期飲用高硝酸鹽所產生的危害，世界許多國家都對地下水N03-N質量濃度制定了相關標準。比如，美國環境保護署（EPA）[10]規定飲用水中NO3-N含量不應超過10mg/L，世界衛生組織（WHO）規定飲用水中N03含量的限制值為50mg/L（相當于N03-N濃度11.3mg/L），我國對生活飲用水中NO3-N的限制值為20mg/L。然而，在廣大的農村地區，地下水中硝酸鹽污染普遍存在，飲用水安全狀況不容樂觀，研究如何去除地下水中的硝酸鹽變得刻不容緩。基于此，本文通過討論硝酸鹽的污染來源及其去除的研究進展，以期對今后硝酸鹽的去除研究有所幫助。

2硝酸鹽的危害

地下水作為人們的直接飲用水源，地下水硝酸鹽污染直接影響到人們的身體健康;同時，由于地下水的自然凈化周期長，因此一旦地下水遭受硝酸鹽的污染，會造成極大的損失。

2.1對人類健康的危害

硝酸鹽本身對人體沒有毒害，但其在人體中被還原為亞硝酸鹽時，亞硝酸鹽對人體具有的毒害作用。原因是亞硝酸鹽會將血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，而高鐵血紅蛋白不具攜帶氧的能力，從而使人出現缺氧的癥狀，對年老和體弱人群、孕期時的婦女危害較大，尤其是對嬰兒危害更大。嬰兒高鐵血紅蛋白癥的出現與飲用水中硝酸鹽含量達到90～140mg/L有關，當人體內高鐵血紅蛋白超過70%且沒有得到治療時，即會導致窒息而死。另外，動物消化道系統癌變的誘發與硝酸鹽等因素也有關，硝酸鹽對人體也有強致癌作用，并能導致畸形胎。

2.2經濟上的損失

當水體中的硝酸鹽含量過高時，會誘發動物魚類等發生病變，影響農產品品質，造成重大的經濟損失。治理地下水中的硝酸鹽污染也非常困難，不僅所需的費用大，而且治理周期也長，如從20世紀80年代開始，在近20年的時間里，美國僅花費在土壤和地下水污染治理上的費用就達到7500億美元。可見，受硝酸鹽污染后的地下水會以直接或間接的方式危害人們的健康。

3地下水中硝酸鹽污染產生原因

3.1硝酸鹽的污染形式

硝酸鹽的污染形式分為點源污染和面源污染，歐美專家和美國環保局官方對點源污染的定義是污水在排放點通過排污管網直接進入水體造成的污染;而面源污染是污染物通過地表徑流、土壤滲濾進入水體造成的污染。點源污染主要有生活污水、工業廢水及城市污水的排放等;面源污染主要為在農業生產活動中使用污水灌溉、不合理施用氮肥及有機肥等。

3.2硝酸鹽的污染來源

近年來，人類的生產活動是引起地下水中硝酸鹽含量提高的主要原因。例如任意排放生活污水與含氮工業廢水、過量的施用化肥、固體廢棄物的淋濾下滲都會引起地下水硝酸鹽含量的提高。

3.2.1生活污水與工業廢水

有研究表明，隨著現代化工業的發展與人類生產活動的加劇，其所產生的工業廢水和生活污水是硝酸鹽污染的主要來源之一。比如，在咸陽的12個排污口中，每年排放的污水量達到7000萬t之多，這些污水在未經過處理就直接排放到環境當中，經過淋濾作用人滲到地下水后轉化為硝酸鹽，引起該地區的地下水硝酸鹽污染。

3.2.2農業化肥的過量施用

為了提高農作物的產量，許多農民大量施用化肥，而有關研究表明農作物對化肥吸收是有限的，只能吸收其中的30%～40%，這樣多余的化肥下滲到地下水中，致使地下水中硝酸鹽的污染。如歐美國家在20世紀60年代就報道過有關氮肥的施用而導致地下水硝酸鹽污染的案例，為了滿足糧食增產的需求，在過去的20年的時間里我國氮肥使用量持續增長，據報道，我國已在全球7%的土地上使用了全球30%的氮肥。

3.2.3固體廢棄物的淋濾下滲

在日常生活中由于固體廢棄物和生活垃圾的不合理處置和堆放，其在降雨的淋濾作用下，使污染物滲入到地下水，造成為二次污染。一些水源井附近堆積著垃圾，對其水質進行檢測，結果發現該井附近的硝酸鹽濃度以每年2.6mg/L速度提高，可見垃圾的淋濾下滲對地下水有明顯的污染。我國是一個農業大國，隨著養殖業與畜牧業規模越來越大，禽畜糞便的產生也越來越多，我國每年約有27億t的禽畜糞便產生，而動物糞便的堆積可以導致地下水硝酸鹽污染，因此養殖場周圍地下水硝酸鹽均明顯超標，是潛在危險較大的污染源。由此可以看出，固體廢棄物的淋濾下滲會造成區域性地下水硝酸鹽的污染。

4研究進展

地下水本身具有一定的自凈能力，只是所需的時間非常長，所以目前除了自然凈化中的反硝化作用外，主要靠工程措施來解決，主要分為物理化學處理技術、化學還原法及生物處理技術。

4.1物理化學及化學還原處理技術

近年來，國內外許多研究者對地下水硝酸鹽污染的修復技術進行了研究，并取得了較好的成果。其中物理化學的去除技術包括蒸餾法、電滲析、反滲透和離子交換法等，物化法去除地下水中的硝酸鹽所需費用較高，且有些方法在去除地下水的過程中不具有選擇性，N03-與對人體有益的元素可能同時被去除。此外，蒸餾法、反滲透及離子交換法都是將硝酸鹽集中在介質或廢液中，實際上并沒有對其進行徹底地去除;而電滲析法不僅成本高而且維護困難。化學還原修復技術是利用一定的還原劑還原水中硝酸鹽的方法，但其易產生副產物。因此，這些方法在實際應用中尚存在很多問題有待深入研究

4.2生物處理技術

生物處理技術是利用自然界存在的微生物進行生物反硝化作用使NO3-N最終轉化為N20或N2的過程，進而采取措施強化這一作用使地下水中的硝酸鹽減少的技術，分為原位生物反硝化脫氮技術和生物反應器反硝化脫氮技術兩種方式。生物反硝化法因其高效低耗的特點，成為目前研究較多的地下水中硝酸鹽的去除方法。

大多數生物反硝化細菌都是異養反硝化菌，根據其生長特性可分為厭氧、好氧、兼性厭氧反硝化菌。好氧反硝化微生物是利用好氧反硝化酶的作用，在有氧情況下進行反硝化作用的一類菌。厭氧反硝化微生物則是利用硝酸鹽中的氧進行呼吸，氧化分解有機物，同時將硝態氮還原為N2或者N20。地下水中的反硝化作用通常存在于厭氧或兼性厭氧，且含有充足溶解有機碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）的水環境中，而由于地下水本身的有機碳源含量很少，要使微生物的數量增多、微生物的活性增強，則有必要向地下水中投加外來碳源，這些外來碳源有固態碳源，也有液態碳源。目前研究較多的液體碳源為乙醇、甲醇以及葡萄糖等。這其中乙醇和甲醇效果較好，但甲醇有毒，而乙醇不僅無毒且水溶性高，使得乙醇能快速地增強微生物活性，縮短了修復時間。而從來源來看，凡是含有乙醇成分的液體都是可選的，如農村家庭自釀的米酒就是其中之一，劉志騰等研究認為利用米酒作為碳源可以達到去除地下水中硝酸鹽的目的，且C/N比大于l_99時，硝酸鹽的去除率為99%。由于米酒來源廣泛、經濟便利，在貧困的農村地區具有較強的實踐性。

5結論與展望

由于農業化肥的過量施用，工業廢水、生活污水及垃圾的不適當處置，導致地下水中硝酸鹽污染的現象普遍存在，嚴重威脅著人類的身體健康。

近年來，關于去除地下水中硝酸鹽的研究較多，也取得了一定的成果，但仍然存在室內研究多、室外研究少的問題，這樣就使得室內研究得出的結論是否適用于室外研究也有待驗證，希望在今后的研究工作中，多注重在野外環境條件下的地下水中硝酸鹽的去除。