飲用水硝酸鹽含量測定及時間與地區(qū)分異*
——以上海市格致中學為例

張鈺軻朱 毅曹佳瑩陳俐婉徐　銘朱詩彧

指導教師：侯 晶1張 琦2

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

飲用水硝酸鹽含量測定及時間與地區(qū)分異*
——以上海市格致中學為例

張鈺軻1朱 毅1曹佳瑩1陳俐婉1徐銘1朱詩彧1

指導教師：侯 晶1張 琦2

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

飲用水中的硝酸鹽對人體健康影響很大，我國生活飲用水衛(wèi)生標準中對硝酸鹽的含量有著嚴格的限制。本課題對上海市格致中學自來水中的硝酸鹽含量進行了連續(xù)取樣檢測和跟蹤，了解到城市供水中硝酸鹽的含量在不同時間段內(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。并對分異現(xiàn)象的原因進行探究，進而為飲用水生產(chǎn)企業(yè)進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。水對生命活動的維持和延續(xù)至關重要，但水中同時含有許多有毒有害物質(zhì)，比如，多種有害的化學鹽類、重金屬，有毒的有機化學物質(zhì)、農(nóng)藥殘留及微生物、細菌毒素等，這些毒害物質(zhì)的過量存在，勢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、蔬菜和水源中。在人體內(nèi)，硝酸鹽可被還原為亞硝酸鹽進而加重了對人體的危害。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，搶救不及時可危及生命。不僅如此，人體內(nèi)的亞硝酸鹽與二級胺在pH為2～4的正常胃酸條件下生成亞硝酸胺，它在人體內(nèi)達到一定劑量時是致癌、致畸、致突變的物質(zhì)，可嚴重危害人體健康。

國家為了保護人民群眾的健康安全和提高生活質(zhì)量，早在1985年就出臺并實施了《生活飲用水衛(wèi)生標準》，對飲用水中與人體健康有關的各種物理、化學和生物因素進行了限量規(guī)定并上升為法律規(guī)范強制執(zhí)行。隨著社會經(jīng)濟的發(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重，居民生活飲用水安全受到威脅。2006年底，衛(wèi)生部會同各有關部門完成了對1985年版《生活飲用水衛(wèi)生標準》的修訂工作，并正式頒布了新版《生活飲用水衛(wèi)生標準》，規(guī)定自2012年7月1日起全面實施。新標準中水質(zhì)項目和指標值的選擇，充分考慮了我國實際情況，統(tǒng)一了城鎮(zhèn)和農(nóng)村飲用水衛(wèi)生標準，并參考了世界衛(wèi)生組織的《飲用水水質(zhì)準則》，參考了歐盟、美國、俄羅斯和日本等國飲用水標準，實現(xiàn)了新標準與國際的接軌。

飲用水硝酸鹽含量的超標會直接影響人體安全。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，因為水中過量的硝酸根離子會影響嬰幼兒血液中的氧濃度并導致高鐵血紅蛋白癥或藍嬰綜合征。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，對生活飲用水中硝酸鹽含量的監(jiān)測，掌握其隨時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定

本課題中，用于檢測硝酸鹽含量的飲用水，取自上海格致中學。從水樣采集、保存、檢測設備的選擇和操作處理都嚴格按照國家標準《生活飲用水標準檢驗方法》（GB/T 5750）中的規(guī)定執(zhí)行，以確保檢測的準確性和客觀性。

1. 水樣采集

準備工作：先將瓶子用自來水、蒸餾水洗凈，待自然風干。保持采樣瓶的干燥與潔凈，貼好標簽，防止污染。

2. 實驗儀器

硝酸離子電極、數(shù)據(jù)采集器。

3. 實驗方法

參考美國與國家標準相關方法，進行相關試劑配制，制作標準曲線和緩沖液。實驗操作后，用儀器測得電壓值，帶入標準曲線公式，反推其濃度。標準曲線相關性為R2=0.999。

時間分析研究中，在測定過程選取了兩批樣品：一批是在8月2日，一天內(nèi)從0：00至21：00每隔三個小時在同一取樣點取樣一次，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時在同一取樣點取樣一組，共取得7組樣品。每組樣品中取3個平行樣。

（1） 水樣采集要求

準備工作：24個完全相同的采樣瓶，用洗滌劑、自來水、蒸餾水洗凈，待自然風干。每三個一組，貼好標簽，分為8組備用。

在規(guī)定的時間進行采樣，每次同一采樣點采三個樣品。采完的樣品放入1～4℃的冷藏箱內(nèi)暫時儲存，并盡快完成對本批樣品的檢測。

（2） 分析方法和檢測儀器

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

（3） 實驗方法

根據(jù)國家標準《生活飲用水標準檢驗方法——無機非金屬指標》（GB/T 5750.5-2006中5.3）的檢測要求和方法，進行標準溶液、淋洗液、再生液的配制。

把配制好的不同濃度的5種標準溶液，注入離子色譜儀的進樣系統(tǒng)，從而繪制出NO3-的“濃度-峰面積”標準曲線。之后，把經(jīng)過預處理的待測樣品注入色譜儀的進樣系統(tǒng)，測出NO3-的峰面積，進而由標準曲線公式反推出硝酸鹽的濃度。標準曲線相關性為R2=0.996～1。

三、時間分異情況

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)存在明顯的時間分異情況（見圖1），呈現(xiàn)出規(guī)律性的波動：上午含量較低，下午則明顯升高。整體來看，飲用水中硝酸鹽的含量滿足國家標準要求（不大于10 mg/ L，以N計），但含量還是明顯偏高。

圖1　上海市格致中學自來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)的變化情況來看，硝酸鹽含量呈現(xiàn)出一定的波動規(guī)律性（見圖2），但波動幅度不大，從最低的1.37 mg/L到最高的2.13 mg/L，都遠低于國家飲用水衛(wèi)生標準限值。

圖2　上海市格致中學自來水中硝酸鹽含量在一周內(nèi)的變化情況

四、時間分異現(xiàn)象的探究

從檢測數(shù)據(jù)和以上兩個圖表中可以看到，飲用水中的硝酸鹽含量存在著時間分異現(xiàn)象，但是要尋找時間分異的規(guī)律，尚需要對飲用水進行長期、大量的檢測，進行大量的數(shù)據(jù)收集和積累，結(jié)合硝酸鹽進入飲用水系統(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植物體與食品內(nèi)。環(huán)境中硝酸鹽與亞硝酸鹽的污染來源很多，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)測試，1升生活污水在自然降解過程中，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)過生物、化學轉(zhuǎn)換后均形成硝酸鹽進入環(huán)境中。（4）汽車、火車、輪船、飛機、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，這些二氧化氮氣體經(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不當，大量的硝酸鹽就會進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。另外，自來水公司對硝酸鹽的監(jiān)控和處理不及時也是導致硝酸鹽超標的重要原因。

2.飲用水中硝酸鹽時間分異現(xiàn)象的探討

了解到生活用水中硝酸鹽的來源，就很容易理解其時間分異情況。各種硝酸鹽排放源的活動都有一定的波動周期性，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；綠色植物活動隨陽光強度的晝夜差異；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入地表水源地的硝酸鹽含量，從而導致了飲用水中硝酸鹽含量的周期波動性，產(chǎn)生了時間分異現(xiàn)象。

飲用水中硝酸鹽的時間分異現(xiàn)象，在格致中學的另一個課題研究中也有體現(xiàn)［1］，其連續(xù)檢測結(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)（見圖3），從區(qū)域上來看各區(qū)的自

1. 飲用水中硝酸鹽的來源

（1）自然界中硝酸鹽的來源來水中硝酸鹽濃度均低于國家標準10 mg/L，符合飲用水硝酸鹽含量標準且狀況很好。我國以前國家標準是20 mg/L，目前為10 mg/L（以N計），美國飲用水標準為硝酸鹽（以N計）10 mg/L。

圖3　上海部分轄區(qū)自來水硝酸鹽情況分析

2. 校園自來水變化分析

從圖4可見，校園自來水硝酸鹽濃度在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，均低于我國舊標準。其中，10月份數(shù)據(jù)為樣品放置兩天后的試驗數(shù)據(jù)，有敗壞水味特點。因此可見水質(zhì)調(diào)查的必要性，并且需進一步調(diào)查原因［2］，另一方面也說明飲用水的實驗分析要按照國家標準采樣后立即測定的要求。

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（見圖5），方差分別為0.11、0.26、0.11（見表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)，上海市部分學生飲用水相比較國家飲用水標準規(guī)程中的硝酸鹽指標限量屬于良好，說明我們的日常生活飲用水中硝酸鹽指標的控制是有保證的。而且，在2016年春季，由許境元、李婕、張丞昊、焦語馨四位同學的監(jiān)測結(jié)果也是良好，且均小于1.2 mg/L。因此，基本不用擔心由于飲用水中硝酸鹽成分而引起疾病。

六、結(jié)語

飲用水中過高的硝酸鹽含量對人們的身體健康和生命活動有著巨大的影響，因此，我國政府頒布了多種相關的法律法規(guī)，來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)生和時間分異規(guī)律，就可以更好地指導地方政府和自來水供水企業(yè)，在不同季節(jié)和時間對其含量進行及時的監(jiān)測和控制。

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

[1] 朱詩彧.上海市部分學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)標準中有機物綜合指標的制定[J].上海環(huán)境科學(網(wǎng)絡版),2003(2):43.

致謝

感謝格致中學張志敏校長、王麗萍書記、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！

（責任編校：周曉輝）

本文系中國教育學會地理教學專業(yè)委員會2012年普通高中地理研究性學習項目的成果。本研究得到上海高校“立德樹人”人文社會科學重點研究基地華東師范大學上海市地理教育教學研究基地項目支持（項目編號：13901-412221-15013/008）。侯晶系指導教師兼通訊作者。