硝酸鹽水質污染與污染源類型的相關性以及氮同位素的應用分析

王超

(山東省魯南地質工程勘察院，山東 濟寧 272100)

1 硝酸鹽水質污染與各類污染源類型的相關性分析

萊蕪市工業污染源主要分布在經濟開發區、城鎮周圍，化工企業主要分布在口鎮、大王莊鎮、鵬泉街道、里辛街道，黑色金屬冶煉及加工企業主要分布在萊城區鳳城街道西、鋼城區里辛街道、羊里鎮。

農業污染源主要是面狀污染，污染源為化肥、農藥、污水灌溉、養殖場排泄物，主要分布在大王莊鎮南—羊里鎮—寨里鎮—口鎮西南—方下鎮西—楊莊鎮一帶屬于生姜、大蒜種植區；規模化養殖場在區內主要位于大王莊鎮、寨里鎮、牛泉鎮、里辛街道的山區及山前地帶。

生活污染源主要是生活污水和垃圾處理場的有害物質經過雨水淋濾滲入地下水中，導致地下水污染。生活污染源在農村，多呈條帶狀分布，在城區多呈點狀分布。

該次對以上污染源的分布位置有針對性的進行水樣布點采集工作，水樣采集方法及步驟符合地下水環境監測技術規范及國家相關取樣規范、規程執行，采集完成后立即添加保護試劑，放入帶有冰盒的保溫箱內，樣品運輸、保存及儲存時效符合規范的要求。樣品測試環節的空白樣及加標樣合格，重復樣測試均在偏差以內(表1)。

表1 污染源類型與硝酸鹽檢測值對應關系

根據該次水質化驗結果結合各類污染源分布位置，剔除多種污染源疊加影響硝酸鹽水質的取樣點，挑選有代表性的單獨對應污染源類型的水質取樣點，硝酸鹽測試數據統計結果見表1。

從表1可以看出各類污染源的硝酸鹽數值分布相對集中，各類污染源對硝酸鹽指標數值貢獻見圖1。

圖1 各類污染源對硝酸鹽指標數值貢獻示意圖

從表1及圖1中可以看出，萊蕪市地下水中對硝酸鹽影響數值貢獻最大的污染源類型為畜禽養殖，其次為農業面源污染、固體廢棄物、工業廢水排放、生活污水、礦坑排水。

2 氮同位素來源分析

2.1 方法原理

硝酸鹽的來源分為自然源和人為源，自然源主要有大氣沉降、固氮作用、有機物通過硝化作用等形成的硝酸鹽、動植物遺體中硝酸鹽的釋放、光電作用形成的硝酸鹽；人為源主要有化肥、化石燃料的燃燒、汽車尾氣、生活污水、糞肥等[3-4]。不同來源的硝酸鹽具有不同的N、O同位素特征(圖2)[5-20]。

圖2 不同來源的硝酸鹽δ15N、δ18O典型值域

污染源δ15N典型值域范圍(103)δ18O典型值域范圍(103)大氣濕沉降15～+15+20～+70大氣干沉降高于濕沉降值無機肥料4～4+17～+25有機肥料+2～30+17～+25動植物遺體+10～20土壤有機氮和溶解無機氮+3～8植物固氮0～+2污水+4～+19

2.2 檢測結果及來源分析結果

該次工作采集15N及δ18O同位素共10件，同位素分析結果見表3，15N來源分析見表3。

表3 15N及δ18O測試結果

將表3中的15N及δ18O同位素結果展布在硝酸鹽δ15N、δ18O典型值域圖上(圖3)，δ15N值變化范圍為(5.82～19.95)×10-3，δ18O值變化范圍為(-8.76～-5.34)×10-3，表明該區硝酸鹽來源為糞便、化肥及工業污染。

圖3 硝酸鹽氮氧同位素特征值

2.3 氮同位素特征分析

(1)該次所取同位素水樣δ18O值均較低，即各水樣中均較貧重同位素而相對富輕同位素，反映大陸性氣候特點。

(2)2,3,6,8,9取樣點處地下水埋深較淺，蒸發作用相對其他取樣點強烈，反映出降水到達地面后與巖石礦物發生多種理化反應，導致地下水18O逐漸富集，參與水循環頻繁。其他取水樣點水位埋深相對較大、蒸發相對較弱，參與水循環緩慢。區內地下各含水層中δ18O濃度分布較均勻，反映面狀補給的特征，即孔隙水接受大氣降水的面狀入滲補給。

3 結論

(1)通過對萊蕪市42處的硝酸鹽水質監測結果的數理統計，對硝酸鹽數值影響貢獻最大的污染源類型為畜禽養殖，其次為農業面源污染、固體廢棄物、工業廢水排放、生活污水、礦坑排水。

(2)根據該區10處地下水中氮氧同位素特征值，結合硝酸鹽監測濃度，該區硝酸鹽來源為糞便、化肥及工業污染，部分采樣點的15N及δ18O的比值大于2，存在反硝化作用。