關(guān)注地下水氮污染

張　慧　丁愛中

如果你去過新疆，在氣候干旱、素有“火洲”、“風庫”之稱的吐魯番，居然可以看到成片的良田和綠洲，一定為之驚嘆吧。造成這一奇特景象的奧秘之一，就是在吐魯番盆地上分布著四通八達的坎兒井群。聞名于世的坎兒井是古代新疆人創(chuàng)造的地下水利灌溉工程，參觀過的人，無不為其設(shè)計構(gòu)思的巧妙、工程的艱巨而贊嘆。

據(jù)統(tǒng)計，世界上可供人類飲用、易于取到的淡水只占世界水資源的0.26％，其中有68％為地下水。除了最早期的人類是以“干凈”的地表水為水源外，其他時期地下水一直是人類的主要飲用水源。

我國地下水面臨污染問題

我國21個省市和27個主要城市的統(tǒng)計表明，有1/2以上的城市以地下水為主要水源，幾乎所有的農(nóng)村地區(qū)也是以地下水為主要的飲用水源。作為很多地區(qū)唯一的飲用水源，地下水對人類具有非常重要的作用，但是由于過量開采及補給不足，地下水資源極為匱乏。與此同時，地下水的污染問題也十分突出。最新的地下水質(zhì)量分析報告顯示，我國平原地區(qū)約有1/4地區(qū)的地下水受到不同程度的人為污染，面積達到49.6萬平方千米，近一半大中城市城區(qū)的地下水遭受污染并呈加重趨勢，污染區(qū)域從點狀污染向帶狀和面狀污染發(fā)展。北方城市的地下水污染重于南方城市，主要分布在華北平原、松遼平原、江漢平原和長江三角洲等地區(qū)。其中，氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽污染是近年來非常突出的地下水污染問題。

我國的飲用水衛(wèi)生標準規(guī)定，以地下水作為飲用水時，每升水中的硝酸鹽氮不應超過20毫克。世界衛(wèi)生組織、歐盟和美國則規(guī)定，這一數(shù)值不應超過10毫克。即使按低標準衡量，我國地下水硝酸鹽超標的地區(qū)仍然很多，如北京、西安、沈陽、蘭州、銀川、呼和浩特等北方城市均有大面積超標區(qū)，有的地區(qū)超標倍數(shù)高達4－5倍。北京市約有1/4的地下水硝酸鹽超標。

“藍罌癥”與地下水氮污染

地下水氮污染中比較常見的是硝酸鹽的污染。通過飲用水和食物鏈等途徑進入人體的硝酸鹽，有80％會隨著尿液被排出體外，另外20％會儲存在人體內(nèi)。硝態(tài)氮在人體內(nèi)經(jīng)過消化系統(tǒng)后被轉(zhuǎn)化成亞硝態(tài)氮，后者可與血紅蛋白結(jié)合形成高鐵血紅蛋白，使血液失去輸氧能力，導致患者呼吸困難甚至死亡。嬰幼兒因酶系統(tǒng)發(fā)育尚不完全，血紅蛋白經(jīng)亞硝酸鹽氧化成高鐵血紅蛋白的速度比成年人快得多，因此，其死亡率亦要高。人們俗稱的“藍嬰癥”就是因為嬰幼兒食用了含硝酸鹽的食品或水，致使體內(nèi)缺氧而在皮膚上出現(xiàn)藍紫色斑紋，并伴有呼吸短促的癥狀，嚴重時可能因窒息而亡。

1960年前后，在德國與奧地利交界處一個小村落出生的200名嬰幼兒中，約一半得了藍嬰癥，其中1/3死亡，1/3出現(xiàn)缺氧癥狀。這類慘劇的發(fā)生足以引起人們對硝酸鹽污染的重視。

除了能引起死亡外，硝酸鹽對人類健康的危害有時候是潛在的。

硝態(tài)氮為具有強烈致癌特性的亞硝酸類化合物的合成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。亞硝酸鹽在人體內(nèi)能合成強致癌物質(zhì)亞硝胺，它可以誘發(fā)消化系統(tǒng)疾病。河南省林州市(原林縣)、安陽縣是全國有名的食管癌高發(fā)區(qū)，據(jù)測定，當?shù)仫嬘盟⑼寥篮褪澄镏邢鯌B(tài)氮嚴重超標。江蘇省南通地區(qū)肝癌死亡率偏高，也與當?shù)仫嬘盟邢跛猁}和亞硝酸鹽含量較高有關(guān)。

另外，硝酸鹽含量過高會干擾機體對維生素A的利用，導致維生素A缺乏癥，并且可致血質(zhì)下降，抑制中心迷走神經(jīng)，使得心動過速。最近，美國環(huán)保局(USEPA)發(fā)現(xiàn)，長期接觸高濃度的硝酸鹽可能會導致膀胱癌和卵巢癌以及非霍奇金淋巴癌。

地下水氮污染除了對人體健康有直接影響外，還會引起水質(zhì)惡化。嚴重的氮污染可以改變地下水的環(huán)境，使許多有毒的重金屬離子砷(As³⁺)、汞(Hg2²⁺)、鉻(Cr³⁺)等在水中富集，最終使淺層地下水成為無氧毒性水，給使用地下水的人類帶來危險。

地下水氮污染的來源

在環(huán)境逐漸惡化的今天，不少環(huán)境問題歸根到底都是因為人類對自然界不合理的開發(fā)引起的，地下水的氮污染問題也不例外。地下水氮含量過高的原因是多方面的，其來源可以分為天然來源和人為來源兩部分。

天然土壤中的硝酸鹽是地下水氮污染的主要天然來源。此外，沉積地層中地質(zhì)成因的氮，也可以成為地下水中氮的天然來源。

人為來源主要包括化肥、農(nóng)藥、動物糞便及污水灌溉、城鎮(zhèn)生活污水、含氮的工業(yè)廢水。其中，最突出的就是農(nóng)業(yè)的非點源污染。

我國人口占全世界的21％，耕地面積卻只有世界的6％，能夠以這么少的耕地養(yǎng)活這么多的人是人類歷史上的奇跡，這也與廣泛使用合成肥料分不開。氮肥的大量使用，有效解決了長期以來一直制約著糧食生產(chǎn)的根本問題，使得我國的糧食產(chǎn)量翻了幾番。但是，隨著國內(nèi)新墾區(qū)逐漸開發(fā)殆盡，以及傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)接近極限，農(nóng)民只能通過使用更多的氮肥來達到糧食增產(chǎn)的目的。2002年，我國化肥的施用量達433.9億千克，其中氮肥215.7億千克，約占50％左右。大量研究表明，氮肥的當季利用率僅為20％－35％，過量的氮肥排入環(huán)境后，破壞了自然界氮的循環(huán)平衡，不僅使得肥料利用率下降，而且對環(huán)境產(chǎn)生了不良影響。未被植物吸收的氮肥，一方面會隨著降雨徑流流入地表水體系中，造成河流富營養(yǎng)化：另一方面，也會進入土壤，遷移至地下水中，污染地下水。前德意志民主共和國是施用化學氮肥最多的國家之一，該國的研究表明，地下水中硝態(tài)氮濃度的增高和化學氮肥施用量之間呈正相關(guān)。在美國主要玉米產(chǎn)區(qū)的水井中和西歐許多地區(qū)的地下水中，普遍發(fā)現(xiàn)存在著硝酸鹽的危險聚集。2005年，有學者在對北京平原農(nóng)村地下水硝態(tài)氮污染狀況及其影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)，淺層地下水的硝態(tài)氮污染尤為嚴重，特別是菜田淺層地下水硝酸鹽含量全部超標。分析認為，過量施用氮肥是其地下水硝態(tài)氮污染的主要原因。

其他的人為污染源及潛在污染源包括富含氮的工業(yè)廢水、生活廢水、農(nóng)家肥、垃圾填埋場滲濾液等。其中，垃圾填埋場造成地下水氮污染的事例非常常見。垃圾填埋后經(jīng)雨水或者地表滲透淋濾會產(chǎn)生垃圾滲濾液。垃圾滲濾液中含有高濃度的氨氮和硝酸鹽。許多垃圾填埋場沒有滲濾液收集措施，致使產(chǎn)生的滲濾液直接排入到地下，進入地下水，導致垃圾填埋場附近的地下水被嚴重污染。

修復地下水氮污染

其實，地下水本身是具有一定自我凈化的能力的，只是它的自我更新速度非常非常緩慢，平均更新周期是1400

年。如此長時間的更新周期也就意味著，地下水一旦被污染，僅僅依靠其自身完成全部凈化修復幾乎是不可能的。鑒于地下水的特殊性，科學家把用于地表水脫氮處理的許多工藝改善后用在了地下水氮污染修復上。

地下水污染中較常見的是硝酸鹽污染，所以在地下水氮污染修復中研究較多的是硝酸鹽的去除問題。地下水硝酸鹽的修復技術(shù)可以分為物理化學方法和生物處理方法。

物理化學修復技術(shù)是將硝酸鹽集中于介質(zhì)或廢液中，起到了廢物轉(zhuǎn)移或濃縮的作用，并沒有徹底將硝酸鹽氮去除。而且，再生高濃度廢液同樣需要處理，所以此種方法在應用上受到一定的限制。

化學修復技術(shù)則主要是利用還原劑將硝酸鹽氮還原。

和物理化學修復技術(shù)相比，生物處理方法可以從根本上將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為無毒的氮氣，沒有廢物轉(zhuǎn)移的缺陷。生物修復的原理就是在人為的作用下，強化自然界水體中的反硝化作用。脫氮菌一般是兼性厭氧性細菌，在沒有氧氣的環(huán)境中，可以將硝酸鹽還原為氮氣或者其他形式的氮化合物。

反硝化菌還可以利用環(huán)境中存在的易氧化的固相有機碳(SOC)進行反硝化作用。因此，有條件的地方可以將自然界含有SOC的材料，如鋸屑、草秸等構(gòu)筑成多孔滲水處理墻，放置于垂直于污染地區(qū)的地下水流方向的水體中。這些含有SOC的材料可以為反硝化細菌創(chuàng)造厭氧環(huán)境并提供碳源。垃圾填埋場所產(chǎn)生的垃圾滲濾液經(jīng)過含有SOC材料所制成的反應墻之后，能夠得到脫氮修復。加之，采用固相有機碳進行反硝化作用有“轉(zhuǎn)廢為寶”的優(yōu)勢，特別是在農(nóng)村地區(qū)，鋸屑、草秸、棉花甚至報紙等價格低廉而且易得，不會給地下水帶來其他的污染，只是處理速率可能相對比較慢一些，而且利用這些材料做成的反應墻使用壽命不會很長，要考慮更新問題以及廢棄的反應墻處理問題。

目前來看，所有的地下水氮污染修復方法都存在反應不完全會生成亞硝酸鹽的問題。如何選擇各種處理方法的最佳反應條件，減少有害副產(chǎn)物的產(chǎn)生，使地下水氮污染的大規(guī)模處理成為可能，依然是今后地下水氮修復的重要研究方向。

我國對地下水氮污染的研究開始于20世紀80年代。地下水氮污染問題日益突出也是全國環(huán)境污染日趨嚴重的一種綜合反映。控制地下水氮污染，不僅僅需要對地下水氮污染修復技術(shù)的研究和推廣應用，更需要對能夠產(chǎn)生氮肥污染的所有人為來源加強控制，減少其對地下水的危害。

責任編輯趙菲