浅析氨氮、总氮、三氮转化及氨氮在水污染评价及控制中的作用.pdfVIP

内 蒙 古 水 利 2 0 1 1 年第 5 期( 总第 1 3 5 期) 【 水 文 水资 源 】 浅析氨氮 、 总氮、 三氮转化 及氨氮在水污染评价及控制 中的作用 谢建华， 刘海静， 王爱武 ( 赤峰市水文勘测局， 内蒙古 赤峰 0 2 4 0 0 0 ) 摘要 文章分析了氨氮的来源、 危害、 与总氮的关系以及三氮的转化， 介绍我国氨氮污染现状， 阐述氨 氮在水污染评价及控制 中的作用及控制对策。 关键词 水污染； 氨氮； 总氮； 三氮转化 中图分类号： X 5 2 文章标识码： B 文章编号： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 3 4 0 3 O前言 近几年 ， 全 国地表水污染依然较重 ， 很多地方饮用 水也受到不同程度的污染 ， 给人畜饮水带来很大危害。 氨氮是水污染监测中最重要的指标之一 ， 由于其来源 广泛 ， 能造成水体富营养化 ， 对水生物和鱼类会造成很 大的危害， 氨氮、 亚硝酸盐氮 、 硝酸盐氮在水 中能互相 转化 ， 它们 和总氮又有着密不可分的关系 ， 所 以在水污 染评价和控制中起着尤为重要的作用。 l 氨氮 、 总氮 、 三氮转化 1 1 氨氮定义、 来源及危害 1 1 1 氨 氮定 义 氨氮是指水中以游离氨和铵盐形式存在的氮。两 者的组成取决于水的 P H值和温度。P H越小， 水温越 低 ， 水 中分子氨 的比例也越小 ， 其毒性越低。P H 7 时， 水中氨氮几乎都是以离子铵形式存在。P H越大， 水温越高 ， 分子氨的比例越大 ， 其毒性也就大大增加。 1 1 2 氨氮来源 ( 1 ) 氨氮主要来源于生活污水 中含氮有机物受微 生物作用的分解产物 ， 生活污水中平均含氮量每人每年 可达 2 5 4 5 。 ( 2 ) 雨水径流及农用化肥的流失也是氨氮的主要 来源。 ( 3 ) 化学原料及化学品制造 、 有 色金属冶炼及压 延加工业、 石油加工炼焦及核燃料 加工、 农副产品加 工、 纺织业、 皮革 、 饮料制造 、 食品制造等行业的工业废 水中也含有大量的氨氮。 ( 4 ) 随着人 民生活水平 的不 断提高 ， 私家 车也越 来越多， 大量 的自用轿 车和各种型号的货车等交通工 具也向环境空气排放一定量含氨的汽车尾气。这些气 体 中的氨溶于水 中， 形成氨氮。 ( 5 ) 化肥厂、 发电厂 、 水泥厂等工 厂向环境中排放 含氮的气体、 粉尘和烟雾。 1 1 3 氨氮的危害 ( 1 ) 对人体健康的影响： 水中的氨氮可以在一定 条件下转化成亚硝酸盐 ， 如果长期饮用 ， 水中的亚硝酸 盐将和蛋 白质结合形成亚硝胺 ， 这是一种强致癌物质 ， 难以得到根本性改变。今后全区在重大产业安排上， 应优先考虑水资源承载能力比较高的地区， 使产业布 局和水资源承载能力相适应； 要采取一系列政策措施 逐步限制水资源承载能力较低地区的产业过快膨胀。 除了工程措施外， 各地要加强水资源管理， 完善取水许 可制度， 以确保水资源的优化配置高效利用， 统筹规划 各流域和区域问、 上下游 的用水 ， 做到公平合理使用 ， 通过各种工程措施和非工程措施提高水资源的承载能 力， 保证有个良好的生态环境， 以水资源的可持续利用 保证国民经济的可持续发展。 ( 编校： 杨亚军) 收稿日期： 2 0 1 1 0 7 2 5 作者简介： 李杰， 从事水利水电勘测设计工作。 浅析氨氮、 总氮、 三氮转化及氨氮在水污染评价及控制中的作用谢建华等 3 5 对人体健康极为不利。水体氨氮超标， 可以引起胃炎、 痢疾和传染性肝炎等疾病。 ( 2 ) 对生态环境的影响： 氨氮对水生物起危害作 用的主要是游离氨， 其毒性比铵盐大几十倍 ， 并随碱性 的增强而增大。氨氮毒性与池水的 P H值及水温有密 切关系， 一般情况， P H值及水温愈高， 毒性愈强。对鱼 的危害类似于亚硝酸盐。氨氮对水生生物的危害有慢 性和急性之分。慢性氨氮中毒危害为： 摄食降低， 生长 减慢， 组织损伤， 降低氧在组织间的输送。鱼类对水中 氨氮比较敏感， 当氨氮含量高时会导致鱼类死亡。急 性氨氮中毒危害为： 水生物表现为亢奋、 在水中丧失平 衡、 抽搐 ， 严重者甚至死亡。 氨氮含量较高时， 消耗水体中溶解氧， 促进藻类等 浮游生物的繁殖， 形成水花、 赤潮 ， 水质迅速恶化。 2 0 0 7年 ， 太湖爆发的蓝藻污染就是典型的氨氮污染事 件。 1 2 总氮及三氮转化 1 2 1 总氮定义 总氮为硝酸盐氮、 亚硝酸盐氮、 氨氮与蛋 白质、 氨 基酸、 尿素 、 叠氮化合物， 联氮、 偶氮 、 腙类 、 腈类等有机 氮的总称 ， 是反映水体富营养化的主要指标。 1 2 2 三 氮 转化 水 中的氨在氧的作用下可以生成亚硝酸盐 ， 并进 一 步形成硝酸盐。同时水 中的亚硝酸盐也可以在厌氧 条件下受微生物作用转化为氨。在污水处理中， 有一 种方法叫生物脱氮法， 实质上就是水中氮的转化过程。 在生物脱氮 的过程中 ， 包括氨化 、 硝化和反硝化三个阶 段。在氨化过程中， 水中有机氮在微生物作用下转化 为氨氮。硝化过程中， 首先在亚硝化杆菌的作用下， 氨 氮转化为亚硝酸盐氮， 然后在硝化杆菌作用下， 亚硝酸 盐氮进一步被氧化成硝酸盐氮。反硝化过程中 ， 硝酸 盐氮转化为氮气， 释放到空气中， 也正是在这个过程 中， 水中的氮被彻底去除了。 2 氨氮在水污染评价和控制中的作用 2 1 氨氮在地下水及饮用水水质评价中的作用 氨氮、 亚硝酸氮、 硝酸盐氮都是反映水体污染的指 标 ， 对水体的水质进行评价， 应结合这三氮的含量综合 考虑， 才能判断水体被污染的程度及其氧化 一 还原的 自净能力 ， 见表 1 。 三种合氮化合物在原水中出现的意义 N H 4+一 N N o 2 一N N O 3 一N 意 义 + 一 一 水薪近被污染 ， + + 一 新近被污染， 分解正在进行 + + + 水以前被污染， 已开始分解井有新的污染。 一 + + 水 中污染物 已分解 。 趋 向 自净。 + 一 + 旧污染已分解完成 ， 又出现新污染 。 一 + 一 污染 已分解 ， 但来完全 自净 ， 或硝酸盐还原成亚硝酸盐。 一 一 + 水中污染物都已分解并达到自净。 一 一 一 洁净水 注 ： “+ ” 表示在水 中出现 。 。一” 表示在水中不出现 由此可知 ， 原水中三种氮出现的情况不同， 水质呈 现不同的污染特征。但只要 水中有 氨氮 出现 ， 就表示 水体受到新的污染 ， 水体 自净尚未完成。 2 2 氨氮在地表水污染评价和控制中的作用 从水环境质量角度来看 ， 氨氮污染 已经成为全国 性的污染问题。2 0 0 7年， 氨氮是长江、 黄河 、 海河和辽 河的首要污染物 ， 同时也是珠江和淮河 的主要污染物。 2 0 0 8 年重点流域水污染防治专项规划考核结果表明， 海河 、 辽河 、 三峡库区及其上游 、 黄河 中上游等流域大 部分断面氨氮超标 ， 太湖 、 巢湖 、 滇池等流域氨氮达标 率也偏低。2 0 0 9年 中国环境统计年报 显示 ， 我 国废 水中的氨氮排放总量已达 1 2 2 6万 t ， 相当于受纳水体 环境容量的4 倍左右； 而其中化工、 有色等以高浓氨氮 废水为主的 8 个行业氨氮排放量占全国工业氨氮排放 总量的 8 5 9 。 2 0 0 9年 ， 中国环境状况公报 公 布： 2 0 0 9年， 中 国地表水污染依然严重。长江、 黄河、 珠江、 松花江、 淮 河、 海河和辽河七大水系总体为轻度污染。2 0 3条河 流 4 0 8个地表水 国控监测断面中， I类 、 一V类 和劣V类水质的断面比例分别为 5 7 3 、 2 4 3 和 1 8 4 。主要污染指标为高锰酸盐指数、 五日生化需 氧量和氨氮。其中， 珠江、 长江水质良好， 松花江、 淮河 为轻度污染， 黄河、 辽河为中度污染， 海河为重度污染。 “ 十一五” 期间， 国家把化学需氧量和二氧化硫作 为减排约束性指标。截至 2 0 0 9 年底， 二氧化硫的减排 已经完成， 化学需氧量( C O D ) 减排也 已经完成 9 6 6 ， 可谓胜利在望。然而， 2 0 0 8年重点流域水污染考 核结果显示， 重点流域氨氮超过V类标准值的断面比 例为 1 8 9 和 2 2 1 ， 氨氮已超过化学需 氧量成为影 响地表水水环境质量的首要指标。 3 6 内 蒙 古 水 利 2 0 1 1 年第5 期( 总第 1 3 5期) 环境保护部环境规划院副院长吴舜泽撰文表示 ： “ 氨氮作为主要超标污染物在七大水系中出现频率非 常高， 氨氮污染是全国性的污染问题。 ” 在 2 0 1 0年 1 0 月召开的中共 十七届 五中全会上通过 的“ 十二五” 规 划建议中， 氨氮已成为继 C O D后的全国主要水污染物 排放的约束性指标。 总磷、 总氮是河流、 湖泊富营养化的重要指标。湖 库水中如果含 磷量 超过 0 0 2 mg L就呈 富 营养化 ， E P A认为中营养化阶段 的总磷为 0 0 1 0 0 2 mg L， 当其浓度达到 0 0 20 0 3 mg L即呈富营养化状态 ； 含氮量 比磷高， 一般是磷 的 1 0 5 0倍。藻类增值除需 要氮、 磷外 ， 还需要 F e 、 K、 硫 和及微量 的 Mo 、 N i 、 Mn 、 z n 、 c u等 ， 但各国都把入湖库水质总氮、 总磷的控制作 为防止富营养化的重要手段。表 2列出了一般河流和 湖泊中营养盐类的浓度 。 表2 一般河流湖泊中的营养盐浓度 m g L 贫营养湖 0 0 2 0 2 0啦 一 n 位 0 0 2 - 0 3 1 1 - 2 3 4 0 8 4 3 0 1 - 5 2 0 6 2 4 0 1 1 2 8 1 中营养湖 0 1 0 7 0 0 2 0 0 3 0 1 一 L 1 2 3 2 1 9 0 1 2 0 2 1 6 7 0 8 2 1 8 3 0 1 5 4 富营养潮 0 51 3 0 0 3 0 0 9 0 5 0 7 3 42 6 9 2 51 1 3 5 ， 62 8 1 0 6 2 8 9 1 0 41 7 河 流0 0 5 1 1 0 0 0 0 l一 2 2 2 42 8 0 0 4 8 0 2 1 2 5 8 1 23 3 9 6 15 4 6 由表2可知， 地表水除 T P 、 T N外， 其他成分都大 量存在， 而藻类的增值取决于存在量最少( 即最缺) 的 元素 ， 即最低 因子率原则 ， 因此把容易限制藻类增值的 物质 ， 即总磷 、 总氮作为控制湖库富营养化的指标。氨 氮是总氮的一部分， 水体中氨氮的大量排人， 必然导致 总氮含量的增加 ， 所以要控制总氮 ， 还必须控制氨氮。 3 控制对 策 ( 1 ) 完善 氨氮 的排 放标准 ， 加强工业 污染治 理。 总体来说， 现行国家和地方有关氨氮的排放标准中， 发 布年代较早的已不能满足 目前环境管理工作 的要求 ， 完善国家环境质量标准体系已经成为当务之急。对于 我国点多、 面广、 量大的氨氮排放现状， 确保企业达标 排放是最直接有效的方法之一。但严格标准， 并不是 简单地显示在数字上， 而是在国家标准的统一指导下 ， 根据各地环境容量及环境管理目 标、 任务不同， 经济社 会发展水平的不同， 因地制宜地制定实施地方标准。 另外， 标准重在执行， 标准的执行力有时比标准更重 要 。 ( 2 ) 污水处理厂改造势在必行。我 国绝大部分污 水处理厂缺乏控制氨氮的有效手段 ， 通过污水处理厂 化学需氧量减排协同效应并升级改造强化生活源氨氮 去除效率， 可以有效地减少氨氮排放。另外 ， 要加快城 镇污水处理厂建设 ， 大力发展环保产业。 ( 3 ) 大力防治农业源污染。 全国第一次污染源普 查公报 显示， 农业面源污染对水环境的影响较大， 其化 学需氧量为 l 3 2 4 0 9万 t ， 占排放总量的 4 3 7 。总氮 和总磷排放分别占排放总量的 5 7 2 和 6 7 4 。农业 源污染物对水环境的平均负荷 已经超过 了一半 以上。 专家表示 ， 要从根本上解决我国的水污染问题 ， 必须把 农业源污染防治纳入环境保护的重要议程。 ( 4 ) 采取生态补偿 、 排污交易等措施。环保部等 六部委的报告显示 ， 目前淮河流域约 9 5 0万城镇人 口 饮水不安全 ， “ 十二五” 期间淮河污染问题恐将更加尖 锐。环保部就此指出， 今后将把氨氮污染防治放在最 突出的位置 ， 逐步解决淮河流域 以氨氮 因子为表征 的 有机污染 问题 ， 开创淮河流域水污染防治的新模式 。 4结束语 要评价水体的水质状况 ， 需要根据多个指标 的数 值综合评价 ， 但氨氮在现阶段 的地表水及污水排放 中 已占据极其重要的位置， 很多地 区的地下水也遭到不 同程度的污染 ， 已给环境造成极大的危害， 所 以在国家 的污染物减排中， 氨氮治理已是重 中之重。2 0 1 0年 5 月， 环保部公布了 “ 十二五” 主要污染物总量控制规 划编制技术指南( 征求意见稿 ) 。该指南 中最明显