饮用水硝酸盐含量测定及时间与地区分异*——以上海市格致中学为例

张钰轲朱 毅曹佳莹陈俐婉徐　铭朱诗彧

指导教师：侯 晶1张 琦2

（1. 上海市格致中学， 上海 200001； 2. 华东师范大学 地理科学学院， 上海 200241）

饮用水硝酸盐含量测定及时间与地区分异*
——以上海市格致中学为例

张钰轲1朱 毅1曹佳莹1陈俐婉1徐铭1朱诗彧1

指导教师：侯 晶1张 琦2

（1. 上海市格致中学， 上海 200001； 2. 华东师范大学 地理科学学院， 上海 200241）

饮用水中的硝酸盐对人体健康影响很大，我国生活饮用水卫生标准中对硝酸盐的含量有着严格的限制。本课题对上海市格致中学自来水中的硝酸盐含量进行了连续取样检测和跟踪，了解到城市供水中硝酸盐的含量在不同时间段内的变化，即在一天内上午含量较低，下午则明显升高。一周内的变化幅度不大。并对分异现象的原因进行探究，进而为饮用水生产企业进行硝酸盐管理提供理论依据。

饮用水；硝酸盐；上海

一、引言

水是生命之源，成年人体内水分约占体重的50%～70%，青少年和婴幼儿则更高。水对生命活动的维持和延续至关重要，但水中同时含有许多有毒有害物质，比如，多种有害的化学盐类、重金属，有毒的有机化学物质、农药残留及微生物、细菌毒素等，这些毒害物质的过量存在，势必影响人体的健康和生命安全。日常生活中，硝酸盐的存在非常普遍而且危害非常巨大。硝酸盐普遍存在于果实、蔬菜和水源中。在人体内，硝酸盐可被还原为亚硝酸盐进而加重了对人体的危害。亚硝酸盐与人体血液作用，形成高铁血红蛋白，从而使血液失去携氧功能，使人缺氧中毒，轻者头昏、心悸、呕吐、口唇青紫，重者神志不清、抽搐、呼吸急促，抢救不及时可危及生命。不仅如此，人体内的亚硝酸盐与二级胺在pH为2～4的正常胃酸条件下生成亚硝酸胺，它在人体内达到一定剂量时是致癌、致畸、致突变的物质，可严重危害人体健康。

国家为了保护人民群众的健康安全和提高生活质量，早在1985年就出台并实施了《生活饮用水卫生标准》，对饮用水中与人体健康有关的各种物理、化学和生物因素进行了限量规定并上升为法律规范强制执行。随着社会经济的发展、人口的增加，不少地区水源短缺，有的城市饮用水水源污染严重，居民生活饮用水安全受到威胁。2006年底，卫生部会同各有关部门完成了对1985年版《生活饮用水卫生标准》的修订工作，并正式颁布了新版《生活饮用水卫生标准》，规定自2012年7月1日起全面实施。新标准中水质项目和指标值的选择，充分考虑了我国实际情况，统一了城镇和农村饮用水卫生标准，并参考了世界卫生组织的《饮用水水质准则》，参考了欧盟、美国、俄罗斯和日本等国饮用水标准，实现了新标准与国际的接轨。

饮用水硝酸盐含量的超标会直接影响人体安全。硝酸盐和亚硝酸盐浓度高的饮用水可能对人体造成两种健康危害：第一，诱发正铁血红朊症（尤其是婴儿，因为水中过量的硝酸根离子会影响婴幼儿血液中的氧浓度并导致高铁血红蛋白症或蓝婴综合征。其中“兰婴儿综合症”症状：婴儿身体发兰色，呼吸短促。第二产生致癌的亚硝胺，这两种危害都是亚硝酸盐直接造成的（由硝酸盐还原产生）。

因此，对生活饮用水中硝酸盐含量的监测，掌握其随时间的分异状况就显得尤为重要了。

二、饮用水中硝酸盐含量的测定

本课题中，用于检测硝酸盐含量的饮用水，取自上海格致中学。从水样采集、保存、检测设备的选择和操作处理都严格按照国家标准《生活饮用水标准检验方法》（GB/T 5750）中的规定执行，以确保检测的准确性和客观性。

1. 水样采集

准备工作：先将瓶子用自来水、蒸馏水洗净，待自然风干。保持采样瓶的干燥与洁净，贴好标签，防止污染。

2. 实验仪器

硝酸离子电极、数据采集器。

3. 实验方法

参考美国与国家标准相关方法，进行相关试剂配制，制作标准曲线和缓冲液。实验操作后，用仪器测得电压值，带入标准曲线公式，反推其浓度。标准曲线相关性为R2=0.999。

时间分析研究中，在测定过程选取了两批样品：一批是在8月2日，一天内从0：00至21：00每隔三个小时在同一取样点取样一次，共采集了8组样品。另一批是从8月6日至12日，每天上午9：00时在同一取样点取样一组，共取得7组样品。每组样品中取3个平行样。

（1） 水样采集要求

准备工作：24个完全相同的采样瓶，用洗涤剂、自来水、蒸馏水洗净，待自然风干。每三个一组，贴好标签，分为8组备用。

在规定的时间进行采样，每次同一采样点采三个样品。采完的样品放入1～4℃的冷藏箱内暂时储存，并尽快完成对本批样品的检测。

（2） 分析方法和检测仪器

硝酸盐离子的测定采用离子色谱法，检测仪器是离子色谱仪。每次检测的一组三个样品中，排除结果偏差较大值，剩下的两个或三个值求平均值，作为该组采样分析的结果。

（3） 实验方法

根据国家标准《生活饮用水标准检验方法——无机非金属指标》（GB/T 5750.5-2006中5.3）的检测要求和方法，进行标准溶液、淋洗液、再生液的配制。

把配制好的不同浓度的5种标准溶液，注入离子色谱仪的进样系统，从而绘制出NO3-的“浓度-峰面积”标准曲线。之后，把经过预处理的待测样品注入色谱仪的进样系统，测出NO3-的峰面积，进而由标准曲线公式反推出硝酸盐的浓度。标准曲线相关性为R2=0.996～1。

三、时间分异情况

1. 饮用水中硝酸盐在一天中的变化情况

研究发现，饮用水中硝酸盐的含量在一天内存在明显的时间分异情况（见图1），呈现出规律性的波动：上午含量较低，下午则明显升高。整体来看，饮用水中硝酸盐的含量满足国家标准要求（不大于10 mg/ L，以N计），但含量还是明显偏高。

图1　上海市格致中学自来水中硝酸盐含量在一天中的变化情况

2. 饮用水中硝酸盐在一周内的变化情况

从一周内的变化情况来看，硝酸盐含量呈现出一定的波动规律性（见图2），但波动幅度不大，从最低的1.37 mg/L到最高的2.13 mg/L，都远低于国家饮用水卫生标准限值。

图2　上海市格致中学自来水中硝酸盐含量在一周内的变化情况

四、时间分异现象的探究

从检测数据和以上两个图表中可以看到，饮用水中的硝酸盐含量存在着时间分异现象，但是要寻找时间分异的规律，尚需要对饮用水进行长期、大量的检测，进行大量的数据收集和积累，结合硝酸盐进入饮用水系统的原因，从而掌握饮用水中硝酸盐含量变化随时间分布的规律。

硝酸盐极易溶于水，硝酸盐（NO3-）与亚硝酸盐（NO2

-）作为环境污染物而广泛地存在于自然界中，尤其是在气态水、地表水和地下水中以及动植物体与食品内。环境中硝酸盐与亚硝酸盐的污染来源很多，如：（1）人工化肥：硝酸铵、硝酸钙、硝酸钾和硝酸钠等。（2）生活污水、生活垃圾与人畜粪便等，据测试，1升生活污水在自然降解过程中，可产生110毫克硝酸盐；1公斤垃圾粪便堆肥在自然条件下经淋滤分解后，可产生492毫克硝酸盐。（3）食品、燃料、炼油等工厂排出大量的含氨废弃物，经过生物、化学转换后均形成硝酸盐进入环境中。（4）汽车、火车、轮船、飞机、锅炉、民用炉等燃烧石油类燃料、煤炭和天然气，可产生大量氮氧化合物，这些二氧化氮气体经降水淋溶后可形成硝酸盐降落到地面和水体中。（5）食品防腐与保鲜中使用硝酸盐、亚硝酸盐等。

（2）饮用水中硝酸盐的来源

环境中化肥施用、污水灌溉、垃圾粪便、工业含氮废弃物、燃料燃烧排放的含氮废气等在自然条件下，经降水淋溶分解后形成硝酸盐，流入河流、湖泊并渗入地下，从而造成地表水和地下水的硝酸盐污染。

城镇饮用水水源地如果保护不当，大量的硝酸盐就会进入到供水公司的供水系统管网中，造成饮用水中硝酸盐含量超标。另外，自来水公司对硝酸盐的监控和处理不及时也是导致硝酸盐超标的重要原因。

2.饮用水中硝酸盐时间分异现象的探讨

了解到生活用水中硝酸盐的来源，就很容易理解其时间分异情况。各种硝酸盐排放源的活动都有一定的波动周期性，受天气、温度、光照、季节、自然环境等影响。譬如，人类和车辆活动的昼夜交替性；水源地水汽蒸发量随昼夜温差的变化；绿色植物活动随阳光强度的昼夜差异；一年四季的丰、枯水期变化；农田施肥的冬夏差异等，都直接或间接地影响着进入地表水源地的硝酸盐含量，从而导致了饮用水中硝酸盐含量的周期波动性，产生了时间分异现象。

饮用水中硝酸盐的时间分异现象，在格致中学的另一个课题研究中也有体现［1］，其连续检测结果显示，该校饮用水中硝酸盐的含量在夏季5至8月份一直较高，在9、10月份达到最高。

五、地区分异分析

1. 上海部分地区分析

研究结果发现（见图3），从区域上来看各区的自

1. 饮用水中硝酸盐的来源

（1）自然界中硝酸盐的来源来水中硝酸盐浓度均低于国家标准10 mg/L，符合饮用水硝酸盐含量标准且状况很好。我国以前国家标准是20 mg/L，目前为10 mg/L（以N计），美国饮用水标准为硝酸盐（以N计）10 mg/L。

图3　上海部分辖区自来水硝酸盐情况分析

2. 校园自来水变化分析

从图4可见，校园自来水硝酸盐浓度在9、10月份高于5月份，高于11月份。11月份硝酸盐含量最低，5月份硝酸盐含量在9.2 mg/L～13.2 mg/L，9、10月份硝酸盐浓度分别为10.7～15 mg/L，均低于我国旧标准。其中，10月份数据为样品放置两天后的试验数据，有败坏水味特点。因此可见水质调查的必要性，并且需进一步调查原因［2］，另一方面也说明饮用水的实验分析要按照国家标准采样后立即测定的要求。

图4　校园水质硝酸盐调查

11月份不仅含量低，11月14日、11月17日、11月20日的硝酸盐浓度范围在3.5 mg/L～4.2mg/L之间，而且变化不大（见图5），方差分别为0.11、0.26、0.11（见表1）。

图5　11月份校园水质硝酸盐变化

表1　11月份校园水质硝酸盐数据分析结果

3. 结论

由研究结果可以发现，上海市部分学生饮用水相比较国家饮用水标准规程中的硝酸盐指标限量属于良好，说明我们的日常生活饮用水中硝酸盐指标的控制是有保证的。而且，在2016年春季，由许境元、李婕、张丞昊、焦语馨四位同学的监测结果也是良好，且均小于1.2 mg/L。因此，基本不用担心由于饮用水中硝酸盐成分而引起疾病。

六、结语

饮用水中过高的硝酸盐含量对人们的身体健康和生命活动有着巨大的影响，因此，我国政府颁布了多种相关的法律法规，来限制食品和饮用水中硝酸盐的含量。了解了饮用水中硝酸盐的产生和时间分异规律，就可以更好地指导地方政府和自来水供水企业，在不同季节和时间对其含量进行及时的监测和控制。

注释：时间分异研究是在2011年，地区分异研究是在2009年-2010年。

[1] 朱诗彧.上海市部分学生饮用水中硝酸盐的现状分析[J]格致绿缘社刊,2011(2):50-52.

[2] 袁志彬,王占生.水味与水质标准中有机物综合指标的制定[J].上海环境科学(网络版),2003(2):43.

致谢

感谢格致中学张志敏校长、王丽萍书记、李勤、沈云芳和地理教研组与创新教研组各位老师给予的支持！

（责任编校：周晓辉）

本文系中国教育学会地理教学专业委员会2012年普通高中地理研究性学习项目的成果。本研究得到上海高校“立德树人”人文社会科学重点研究基地华东师范大学上海市地理教育教学研究基地项目支持（项目编号：13901-412221-15013/008）。侯晶系指导教师兼通讯作者。