北京市地下水中三氮的转化规律探讨

周 静，王奂玲，王建宇，赵 超，张 京

(北京市水文地质工程地质大队，北京 100195)

北京市地下水中三氮的转化规律探讨

周 静，王奂玲，王建宇，赵 超，张 京

(北京市水文地质工程地质大队，北京 100195)

依据本单位多年对北京地下水的水质监测数据，选取4个氨氮污染较严重地区的水样进行研究，分析了地下水中氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的转化过程，结果显示：水样中的氨氮先转化成亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮再转化成硝酸盐氮；温度是影响地下水中三氮转化的主要因素，光源对三氮转化也有一定影响；随着水样保存天数的增加，pH开始逐渐升高，达到8～9后基本保持不变。

地下水； 氨氮；亚硝酸盐；硝酸盐；转化

0 引言

水是人类赖以生存的重要资源，随着现代工农业的发展，水资源污染的问题日益加重。地下水是重要的饮用水资源，北京地下水供水量占全市总供水量的2/3[1,2]。 三氮包括氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮[3]。水中的氨氮超标，会引起胃炎、传染性肝炎等疾病；水中的亚硝酸盐会和蛋白质形成亚硝胺，这是一种强致癌的物质，如果长期饮用亚硝酸盐含量高的水，对人体健康极为不利；长期饮用硝酸盐含量高的饮用水，可以导致婴儿的血红蛋白增高[4-6]。

水环境中的三氮主要有两种转化形式，一种为硝化-反硝化作用，氨氮通过硝化作用转化为亚硝酸盐氮，进而转化为硝酸盐氮，而硝酸盐氮则可以通过反硝化作用转化成氮气。另一种为藻类等水生生物进行的同化作用[7-9]。 研究显示，由于“三废”排放量的增加，以及生活污水、医用污水、生活垃圾和农业化肥对地下水的污染，导致地下水中三氮污染极为严重；氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在水中又可以相互转化[10-12]。 因此，研究三氮污染以及其在地下水中的转化规律具有重要的现实意义。

1 实验部分

1.1 试剂

氨氮标准(环境保护部标准样品研究所)，亚硝酸盐氮标准(环境保护部标准样品研究所)，硝酸盐氮标准(国家标准物质研究中心)，纳氏试剂(连华科技有限公司)，酒石酸钾钠(AR，国药集团化学试剂有限公司)，无水对氨基苯磺酸(AR，天津市福晨化学试剂厂)，1-萘胺(AR，防化学院化工厂)。

1.2 仪器

离子色谱(CIC-200，青岛盛翰色谱技术有限公司)，紫外可见分光光度计(T6新世纪，北京普析通用仪器有限公司)，pH计(PHS-3C，上海仪电科学仪器有限公司)。

1.3 实验步骤

1.3.1 水样的采集

本单位长期从事北京地下水的监测工作，本实验从野外监测点共采集了4个氨氮污染较严重的地下水水样，于24h内运回实验室，在不同条件下进行保存。所采集水样的详细信息见表1。

表1 采样信息

在不同水样保存条件下，连续检测20～40d水样中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的浓度变化，分析三者的转化规律。

1.3.2 氨氮的测定

取配制好的氨氮标准使用液0mL、0.20mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL、3.00mL，分别加入50mL比色管中，用纯水稀释至50mL。向水样和标准系列内分别加入1mL酒石酸钾钠溶液，混匀，再加入1mL纳氏试剂混匀，放置10min，于420nm波长下，用3cm比色皿测定其吸光度[13]。水样中氨氮的质量浓度计算公式为ρ= (A-a) /b，式中，ρ为水样中氨氮的质量浓度，单位为mg/L，A为水样中氨氮的吸光度。

1.3.3 亚硝酸盐氮的测定

取配制好的亚硝酸盐氮标准使用液0mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL和3.00mL，分别加入50mL比色管中，用纯水稀释至50mL。向水样和标准系列内分别加入1mL对氨基苯磺酰胺溶液，混匀，再加入1mL 盐酸N-(l萘)-乙二胺溶液混匀后，放置10min，于540nm波长下，用3cm比色皿测定其吸光度[13]。水样中亚硝酸盐氮的质量浓度计算公式为ρ= (A-a) /b，式中，ρ为水样中亚硝酸盐氮的质量浓度(mg/L)，A为水样中亚硝酸盐氮的吸光度。

1.3.4 硝酸盐氮的测定

离子色谱仪所使用的淋洗液为碳酸钠[c(Na2CO3)=1.8mmol/L]-碳酸氢钠溶液[c(NaHCO3)=1.7mmol/L]，色谱柱型号为NJ-SA-4A，采用单点校正法计算水样中的硝酸盐氮的含量。

1.3.5 pH的测定

采用pH计，每天检测相应水样的pH值。

2 实验结果与讨论

2.1 在室温、不避光条件下研究水样中三氮的转化

采集的4个水样，在恒温26℃、不避光条件下保存，每天检测水样中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量，连续检测20d。

如图1所示，水样保存大约2d时，水中的氨氮开始转化为亚硝酸盐氮；在4～18d，水样中的亚硝酸盐氮开始增加，达到峰值后开始下降；在第7 d左右，亚硝酸盐氮开始向硝酸盐氮缓慢转化，在第15 d后，转化速率加快，硝酸盐氮增加幅度较大；大约在第17 d后，水样中的硝酸盐氮含量基本不变。在整个转化的过程中，pH开始逐渐升高，达到约8.5左右后保持不变。

2.2 在室温、避光条件下研究水样中三氮的转化

采集的4个水样，在恒温26℃、避光条件下保存，每天检测水样中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量，连续检测20d。

如图2所示，水中的氨氮先转化为亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮浓度达到峰值后迅速减少，转化为硝酸盐氮。水样保存大约3d时，水中的氨氮开始转化为亚硝酸盐氮；大约在10d左右，亚硝酸盐氮浓度达到峰值；在第10d后，亚硝酸盐氮向硝酸盐氮的转化速率加快，硝酸盐氮浓度增加较快；大约在第17d后，水样中的硝酸盐氮含量基本不变。在转化过程中，pH开始逐渐升高，达到约8.2左右后保持不变。

由图1和图2比较可知，在不避光条件下，在第5d后，氨氮向亚硝酸盐氮转化速率较快；而在避光条件下，在第5d后，氨氮向亚硝酸盐氮转化速率相对较慢。可以看出，光源对三氮转化有一定影响，在避光条件下，水样中氨氮向亚硝酸盐氮的转化速率变慢。

2.3 在冷藏、不避光条件下研究水样中三氮的转化

采集的4个水样，在冷藏、不避光条件下保存，每天检测水样中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量，连续检测40d。

如图3所示，在第8～10d左右，氨氮开始向亚硝酸盐氮转化；大约在第10～30d，氨氮向亚硝酸盐氮的转化速率非常缓慢，氨氮浓度呈阶梯状减少；在第30d后，水样中氨氮浓度基本不变。亚硝酸盐氮的浓度在第30d左右达到峰值，向硝酸盐氮转化。大约在第25～38d，亚硝酸盐氮开始逐渐向硝酸盐氮转化，在第38d之后，硝酸盐氮浓度基本不变。

比较图1和图3可以看出，在冷藏条件下，三氮转化过程比在室温条件下缓慢得多。由此可见，温度是影响地下水中三氮转化的主要因素。

2.4 水样在不同保存条件下的pH变化

在常温不避光、常温避光和冷藏不避光3种保存条件下，W2的pH的变化，如图4所示。

由图4可以看出，在3种保存条件下，随着水样保存天数的增加，pH开始逐渐升高，达到约8～9后基本保持不变；相比较而言，在冷藏不避光条件下，水样的pH升高过程比较缓慢。此外，水样W1、W3和W4在上述3种保存条件下，其pH变化规律与水样W2类似。

2.5 在不同保存条件下水样W2的三氮转化

以W2水样为例。在常温不避光、常温避光和冷藏不避光3种条件下，水样中的氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的浓度随水样保存天数的变化规律如图5所示。

从图5中可以看出，光源对三氮转化有一定影响，在避光条件下，水样中氨氮的转化速率变慢；在冷藏条件下，三氮转化过程比在室温条件下缓慢得多，温度是影响地下水中三氮转化的主要因素。

3 结论

根据本单位多年来对北京地下水水质监测所得数据，选取了4个氨氮污染较严重地区的水样，在三种不同水样保存条件下，详细探讨了水样中的氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的浓度随水样保存天数的变化情况，分析了温度、光源因素对三氮转化过程的影响，以及在三氮转化过程中水样pH的变化情况。研究结果表明，水样中的氨氮先转化成亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮再转化成硝酸盐氮；温度是影响地下水中三氮转化的主要因素，光源对三氮转化也有一定影响。此外，随着水样保存天数的增加，pH开始逐渐升高，达到约8～9后基本保持不变。

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Transformation Regularity of Three forms of Nitrogen in Beijing Groundwater

ZHOU Jing, WANG Huan-ling, WANG Jian-yu, ZHAO Chao, ZHANG Jing

(The Hydrogeological and Engineering Geological Brigade of Beijing，Beijing 100195, China)

Ammonia nitrogen, nitrite, and nitrate in groundwater pollution are increasingly serious, which have largely affected the environment and human health. Based on the groundwater water quality monitoring data in the past several years of Beijing, four serious polluted areas by ammonia nitrogen were selected to collect groundwater samples to analyze the transformation process of three forms of nitrogen in groundwater. The results showed that ammonia in water transformed into nitrite, then nitrate. Temperature was the major factor to influence the transformation process. Light source impacted the transformation as well. The pH value gradually went up and maintained at the level of 8 to 9 with the extended days of preserving the water samples.

groundwater; ammonia nitrogen; nitrite; nitrate; transformation

2017-02-10

周静(1991-)，女，北京人，北京市水文地质工程地质大队，本科，助理工程师，主要从事水资源保护方面的研究工作。

X13

A

1673-9655(2017)04-0005-05