自然环境尾水三氮转化规律及对自来水安全影响研究

彭敏 范洪波 吕斯濠

(东莞理工学院 化学与环境工程学院，广东东莞 523808)

在天然水体中，氮素污染研究所测定得到的结果是水质优劣的重要判定依据［2］。“三氮”在饮用水中对人体健康的影响也越来越受到关注。有报道表明，饮用水中“三氮”浓度较高，为人体合成致癌物提供了有利条件。当硝酸盐与仲胺共存时，经过细菌与霉菌的作用可合成亚硝胺。饮用水中硝酸盐、氨氮浓度与食管癌发病率呈正相关，亚硝酸盐与食管癌发病率无明显相关性［3－4］。以往研究的重点都在三氮对水质的影响以及如何去除［5－9］，而对于含量相对较高的污水处理厂尾水中三氮在自然环境下的转化和自净过程关注的较少［10］。因此，研究较高含量三氮在自然条件下的转化规律，把握它们自净过程对污染的控制具有重要意义。

1 实验部分

1.1 实验设计与样品采集

实验分冬、夏两部分。污水处理厂采用二级处理——活性污泥+V型滤池深度处理工艺，除磷脱氮效果好，出厂水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准 (GB18918－2002)。每次实验采集6个水样，从污水处理厂尾水排出口，到尾水受纳水体——月塘湖入口处，平均间隔采集水样 (每个取样点间隔约为1 km)。

1.2 分析方法及仪器

氨氮采用纳氏试剂分光光度法;亚硝酸盐氮采用重氮偶合分光光度法;硝酸盐氮采用麝香草酚分光光度法;溶解氧采用电化学探头法;余氯采用3，3＇，5，5＇－四甲基联苯胺比色法。UV－751GD型紫外分光光度计 (上海自动化仪表股份有限公司);便携式YSI ProODO光学溶解氧测量仪 (美国YSI)。

1.3 加标回收率测定

测定氨氮、硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量。在测定的线性范围内，适当加入氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的标准溶液，每种标准溶液加三份，计算该标准溶液在该水样中的加标回收率。

2 结果与讨论

2.1 尾水三氮在自然环境下的转化

夏季污水处理厂出厂水三氮含量为氨氮0.88 mg/L，亚硝酸盐氮0.092 mg/L，硝酸盐氮0.8 mg/L。在第二个取水点明显有排污口，水质明显变差，氨氮和亚硝酸盐氮浓度明显增高。在自然环境下，氨氮的转化速度要比亚硝酸盐氮快。水体流到第四个取水点时，三氮含量基本趋于稳定。氨氮为0.76 mg/L，亚硝酸盐氮为0.260 mg/L，硝酸盐氮0.3 mg/L。第五、第六个水样，硝酸盐氮最后稳定在0.2 mg/L，第五个取水点的排污口未影响硝酸盐氮的浓度。说明在夏季水系统内的植物和周围的植被在低浓度时能够迅速吸收硝酸盐氮。

冬季污水处理厂出厂水三氮的含量为氨氮0.57 mg/L，亚硝酸盐氮0.132 mg/L，硝酸盐氮2.0 mg/L。冬天植物吸收硝酸盐氮较弱，水体中硝酸盐氮含量略高于夏季，但由于是南方，冬天水体的水温平均值也有18.1℃，故植物对硝酸盐氮的吸收没有受气温太大影响。流到第四个取水点时，三氮均趋于稳定。氨氮此时维持在0.21 mg/L，亚硝酸盐氮维持在约0.159 mg/L，硝酸盐氮维持在0.4 mg/L。第五个水样三氮含量略有所升高 (第五个取水点前部有排污口)，经约1 km转化，第六个水样回归稳定值。(数据如表1所示)

表1 夏冬两季三氮含量及各水样的加标回收率 (单位:mg/L和1)

夏季和冬季各测量值的加标回收率及各季节的平均加标回收率如表一所示。各数据的加标回收率的情况良好，三氮季节平均加标回收率落在［0.99 1.05］，未出现异常的加标回收率。三氮在自然环境下，大约经过4 km自然转化，含量明显降低，稳定在较低值，不随水流继续向前而发生较大变化。

2.2 影响尾水三氮转化的因素——T、DO、CODMn

2.2.1 温度

冬季实验时待测水样的平均温度是18.1℃ (最高温度19.1℃，最低温度17.3℃)，夏季实验时待测水样的平均温度是27.7℃ (最高温度28.3℃，最低温度26.6℃)。

冬季氨氮和硝酸盐氮转化要比夏季好。这与夏季气温高，各种生物的活性较强，硝化作用较强相违背。可能是南方，即使是冬天，气温也不是很低，气温对水体中各种生物的活性并没有太大影响。相反，冬季水体中的溶解氧比较多 (如表2)，更有利于硝化作用。故而能够转化冬季里水体中浓度较高的氨氮和亚硝酸氮，并利用植物吸收作用，吸收水体中硝酸盐氮，经过一定距离的转化后，水体中三氮含量显著降低 (如图1所示)。

表2 夏冬两季溶解氧随水流方向变化表 (单位:mg/L)

氨氮的转化受温度的影响较大，夏季温度比较高随着水流方向，氨氮稳定在0.76 mg/L，冬季温度较低随着水流方向，氨氮稳定在0.24 mg/L。硝酸盐氮夏季和冬季浓度差别不大，转化速度也差别不大。浓度较高时转化速度比较快。亚硝酸盐氮浓度较高时 (＞1.0 mg/L)，转化速度较慢，浓度在1.0～0.2 mg/L时转化速度比较快。小于0.2 mg/L时，转化放缓。温度对亚硝酸盐氮的转化情况影响不大，冬夏季的转化情况差不多。氨氮冬季高浓度刚开始转化时，转化速度较慢;后期速度加快;夏季时高浓度和低浓度的转化速度差不多。温度对氨氮转化稳定值的影响较大。

图1 夏 (左)冬 (右)两季三氮随水流方向浓度变化图

2.2.2 溶解氧

气温越低，水中的溶解氧越高。冬季的DO值要比夏季高，六个取样点处的含量变化不大，冬季DO值在8.00 mg/L上下波动，而夏季DO值在6.50 mg/L上下波动 (如表2所示)。冬季溶解氧较高有利于氨氮和亚硝酸盐氮的硝化作用，冬季氨氮和亚硝酸盐氮的转化比夏季好。

2.2.3 CODMn

图2 CODMn随水流方向变化图

CODMn值的大小可用于表示水体里所含有机物的多少，指示出水体受到的有机污染程度。由图2可以看出除了第三取样点之外，夏季水中的COD值都比冬季要高，说明夏季水体受到的污染要比冬季严重。其中第二取样点因为有排污口，受到严重的污染，所以COD值明显增大，第三取样点则是因为受到第二取样点的影响，COD值偏高。第五个取样点也有排污口，水体受到了污染，COD值增加。在夏季的数据中，第四、六取样点处的COD值相对偏高，这是由于夏季附近许多居民在水边游玩和钓鱼，鱼饵及垃圾使COD值变大。整体来看，夏季水体污染明显比冬季严重。

COD值越大，水体污染就越重，水体自净过程就需消耗更多的氧气去降解水中的有机物，氧气的消耗必然影响到三氮转化［11］。因此，冬季三氮转化情况好于夏季。

3 结语

1)污水处理厂尾水排入自然水体中，在冬季水中的溶解氧含量较高、CODMn比较低，营造了一个富氧的水体环境，硝化能力较强，三氮转化快。冬季三氮转化情况好于夏季。硝酸盐氮、亚硝酸盐氮夏冬季转化速度差别不大。浓度较高时硝酸盐氮转化速度比较快。亚硝酸盐氮浓度较高时 (＞1.0 mg/L)，转化速度较慢;浓度在1.0～0.2 mg/L时转化速度比较快;小于0.2 mg/L时，转化放缓。氨氮冬季高浓度时刚开始转化时，转化速度较慢;后期速度加快;夏季的高浓度和低浓度的转化速度差不多。

2)尾水三氮随着水流方向含量不断减少，经过约4 km转化，稳定在较低值，氨氮夏季稳定在0.78 mg/L，冬季稳定在0.27 mg/L。亚硝酸盐氮和硝酸盐氮冬季和夏季，均约稳定在0.2 mg/L。水厂常规处理工艺完全能转化这种低含量的三氮。因此，针对达标排放的尾水，只要将自来水厂取水点建在4 km外，有效的减少了水厂处理三氮的压力，三氮对饮用水安全。

［1］中华人民共和国卫生部．GB5749－2006生活饮用水卫生标准［S］．北京:中国标准出版社，2006．

［2］宋吉娜．水分析化学［M］．北京:北京大学出版社，2013．

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