內(nèi)蒙古東北部地區(qū)地下水中硝酸鹽污染的分析

李進安，王 超，張?zhí)K魯

（內(nèi)蒙古自治區(qū)第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010050）

地下水作為人類最重要的供水水源，有著許多優(yōu)點。但是目前，地下水資源污染嚴重，比較典型的為地下水硝酸鹽的污染。硝酸鹽污染作為地下水的主要污染類型之一，硝酸鹽的污染問題已經(jīng)受到了廣泛的關注[1]。因此研究硝酸鹽的污染來源與去除方法具有非常重要的意義。本文以內(nèi)蒙古東北部地區(qū)地下水硝酸鹽污染為例，首先說明硝酸鹽含量高給人們帶來的危害，通過實驗數(shù)據(jù)分析該地區(qū)地下水硝酸鹽污染的來源，簡要說明一些去除方法。

1 地下水硝酸鹽污染的現(xiàn)狀及危害

1.1 地下水硝酸鹽污染的現(xiàn)狀

地下水資源作為水資源的重要組成部分，近些年來，全國大部分地區(qū)地下水硝酸鹽污染嚴重，硝酸鹽含量已超過或鄰近國家標準，并且地下水中硝酸鹽含量還在逐漸增加。根據(jù)大部分調(diào)查結果顯示，我國地下水污染較為突出的硝酸鹽的污染，根據(jù)調(diào)查結果顯示地下水硝酸鹽污染已擴散至深層地下水中[1-2]。其中“三氮”是目前地下水污染主要的超標物質(zhì)。

1.2 地下水硝酸鹽污染的危害

根據(jù)大量調(diào)查結果顯示，地下水中硝酸鹽含量過高，人們飲用后對健康造成很大的危害。很多例子都對其進行了驗證，國內(nèi)很多城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的食道癌癥高發(fā)病率，都證明與當?shù)氐叵滤粗邢跛猁}含量過高密切相關[2]。

就目前而言飲用水大部分都為地下水，而人們的健康與引用水息息相關，同時與地下水中的硝酸鹽含量密不可分，根據(jù)調(diào)查研究，硝酸鹽含量過高會引起很多疾病。其實地下水中硝酸鹽對人體原本沒什么害處，但是通過某些化學作用硝酸鹽可以變成亞硝酸鹽，而人體內(nèi)的血紅蛋白極易與亞硝酸鹽結合，從而形成高鐵血紅蛋白，高鐵血紅蛋白不能和氧氣結合，當高鐵血紅蛋白含量超過人體極限時，致使人體內(nèi)血紅蛋白含量下降，從而降低人體血液運輸氧氣的能力，給人體造成極大的傷害。同時在亞硝酸鹽的轉化過程中會產(chǎn)生亞硝酸胺，而致癌元素的其中一種就為亞硝酸胺，它會增加人體患癌的概率[3-4]。

綜上地下水中硝酸鹽含量過高，對人類健康及經(jīng)濟損失由很大影響。

2 地下水中硝酸鹽來源的分析

2.1 地下水中硝酸鹽含量與地下水所處的巖性及腐殖層厚度關系

地下水中硝酸鹽含量一般不大，有時也可發(fā)現(xiàn)較高的含量，剔除人為因素后，這與地下水所處的巖性有關。地下水所處的巖性導致地下水硝酸鹽含量天然背景值較高，多為植被覆蓋率高同時腐殖質(zhì)土層的厚度大緊密相關。

由于上述原因在內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部區(qū)進行實驗研究，根據(jù)研究區(qū)的水文地質(zhì)特征和地下水水體功能，同時結合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展及人口的分布特點，根據(jù)地表水與地下水的轉換關系，地下水從居民家水井中取樣。

通過在該區(qū)實驗研究，此地區(qū)北部屬于林區(qū)，植被覆蓋率較高，腐殖質(zhì)層較厚，導致該地區(qū)地下水中硝酸鹽含量天然背景值較高，對NO3-N含量按照我國地下水質(zhì)量標準（GB/T 14848-9）進行評價，評價區(qū)地下水水質(zhì)基本屬于Ⅲ-Ⅳ類水，理論上不適合人類飲用。通過取樣化驗該區(qū)50%的井水樣品NO3-N含量超過標準，結果顯示該地區(qū)大部分地下水中硝酸鹽含量過高，當?shù)氐叵滤廴镜闹饕蛩貫橄跛猁}的污染。

針對該地區(qū)主要為林區(qū)，只在中下游地區(qū)有少量的生活污水排放及農(nóng)業(yè)灌溉的特點，分析該地區(qū)硝酸鹽含量高的原因，驗證了上述分析中硝酸鹽含量高與腐殖質(zhì)層比較厚相關，同時該地區(qū)地下水水位埋深淺，氮元素通過降雨淋溶作用進入土壤，滲入到地下水體中的速度較快，使得地下水中硝酸鹽含量較高。

本次在該地區(qū)流域布置12個水樣取水點，上、中、下游平均布置，分別取地下水水樣進行化驗?；灲Y果見表1。

化驗分析結果顯示上游水質(zhì)化驗結果硝酸鹽含量天然背景值較高，由于上游為林區(qū)，植被覆蓋率較高，腐殖質(zhì)層較厚，硝酸鹽污染無其他來源，說明引起硝酸鹽含量高的原因為腐殖質(zhì)層較厚，腐殖質(zhì)層中有大量氮元素，氮通過降雨淋溶作用進入土壤，滲入到地下水體中，造成該地區(qū)硝酸鹽含量較高。

表1 化驗結果表

隨著地下水的流動，向中游硝酸鹽逐漸累積，到中游硝酸鹽含量逐漸增加，致使中偏下游區(qū)域硝酸鹽含量達到峰值。由于上游地下水硝酸鹽逐漸向中游累積形成的結果。

之后向下游開始逐漸減少，由于下游匯水面積加大，流量逐漸增大，同時下游開墾土地種植農(nóng)作物，導致腐殖質(zhì)層變薄，而氮元素逐漸被農(nóng)作物所吸收，使得地下水中的硝酸鹽逐漸被稀釋，致使下游硝酸鹽濃度有所降低。具體見圖1。

同時選取1個典型水樣點分析其地下水硝酸鹽含量的季節(jié)變化及與降雨量的關系，試驗結果見表2，分析結果見圖2。

圖1 上游至下游硝酸鹽濃度分布曲線圖

從圖2可見，地下水中硝酸鹽含量在冬季較高，雨季地下水硝酸鹽含量較冬季低。上述曲線說明地下水硝酸鹽含量與降雨量存在關系，即降雨量越大，地下水中硝酸鹽含量有所降低。由于雨季降水增多，地下水補給量增大，地下水水量增大，從而稀釋了地下水中硝酸鹽的濃度。同時夏季水溫升高、水體微生物代謝活動加劇使得地下水中硝酸鹽含量有所降低。

表2 試驗結果表

圖2 硝酸鹽濃度與降雨量關系曲線圖

2.2 引起地下水中硝酸鹽污染的其他因素

除了上述因素之外，大量研究表明，大量使用含氮化肥、水中氨氮亞硝酸鹽的氧化、有機氮化合物受微生物作用的轉化以及某些含硝酸鹽工業(yè)廢水的滲入，也可對地下水造成硝酸鹽的污染，導致硝酸鹽含量增高。

3 地下水中硝酸鹽的去除

作為水資源的一個重要部分，地下水本身具有自我凈化功能，但是硝酸鹽具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)，地下水中硝酸鹽稀釋速度緩慢，因此地下水自我凈化周期較長，不能有效去除地下水中的硝酸鹽。目前去除地下水中的硝酸鹽的方法中沒有特別效果顯著的，局部地下水中的硝酸鹽污染的修復，主要是靠工程措施來解決，在受污染的地下水含水層中加入一些催化劑物質(zhì)，使硝酸降解為無色無味的氣體[5]（參照圖3）。

圖3 硝酸鹽分解示意圖

對地下水中硝酸鹽的去除，許多研究學者通過技術比對與多方研究，對去除地下水中硝酸鹽及修復技術取得了較為顯著的成果。截至目前，常用的去除硝酸鹽方法有很多，包括：物理法、生物法、化學法等[6]。

（1）物理方法。物理方法主要有蒸餾、電滲析、反滲透、離子交換法等。有選擇性地去除硝酸鹽可采用離子交換法，此方法具有較成熟的經(jīng)驗，目前使用較多。

（2）生物方法。生物方法主要是利用生物脫氮法去除地下水中的硝酸鹽，通過人為加入的一些微生物物質(zhì)，在有利條件下，進行反硝化使之最終轉化為氮氣。這種方法可以除去地下水中硝酸鹽含量達80%左右，反應器可以長期穩(wěn)定運行，去除硝酸鹽效果良好。

（3）化學方法?；瘜W方法是指利用一定的還原劑還原水中的硝酸鹽從而去除地下水中的硝酸鹽。由于對還原劑采用不同，可以分為金屬還原法和催化還原法。目前消除地下水中硝酸污染的主要化學方法為催化還原法，使用效果良好的催化劑，提高催化劑的活性，從而可以更加有效地去除地下水中的硝酸鹽，這是未來去除硝酸鹽的發(fā)展方向[7-10]。

4 結論

（1）通過對內(nèi)蒙古東北部地區(qū)地下水的研究，說明硝酸鹽是該地區(qū)地下水中氮元素的主要存在形態(tài)。通過研究該地區(qū)50%的地下水硝酸鹽含量超過標準。上述數(shù)據(jù)表明該地區(qū)大部分地下水中硝酸鹽的污染應受到關注。

（2）影響內(nèi)蒙古東北部地區(qū)地下水中硝酸鹽含量高的原因有地下水所處的巖性、腐殖質(zhì)層的厚度、土地利用狀況、井深和降雨量等，其中腐殖質(zhì)層厚度、土地利用狀況的影響最為突出，上游腐殖質(zhì)層較厚地下水硝酸鹽天然背景含量較高。

（3）積累在土壤腐殖質(zhì)層中的硝酸鹽隨著降雨下滲流向淺層地下水，后隨地下水流動遷移到中下游造成中下游地下水硝酸鹽的累積，致使中下游地下水中硝酸鹽含量增高。到下游由于地下水匯水面積增大，流量逐漸增加，地下水中硝酸鹽濃度被稀釋，同時下游腐殖層逐漸變薄，耕地開始增加，氮元素被農(nóng)作物所吸收，致使下游硝酸鹽含量有所下降。

（4）通過對該區(qū)地下水硝酸鹽污染的成因進行的調(diào)查分析，能夠從源頭有效地去除地下水中硝酸鹽的污染。

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