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摘要：目前，我国生活饮用水中氨氮污染问题普遍存在。受生活污水以及工业废水污染的地下水，一般表现为钙盐、氯化物、镁盐、硝酸盐明显的增加，主要的有毒污染物为酚、汞、砷、铬、氰、石油以及其他有机化合物。另外，在地表堆积的工业废渣与生活垃圾也会造成地下水污染。文章概述了目前生活饮用水氨氮污染的现状和三氮之间的关系，并对国内外饮用水标准进行了简单的比较，最后介绍了几种降低氨氮污染的方法。
关键词：生活饮用水；氨氮污染；硝酸盐氮；亚硝酸盐氮
中图分类号：x832
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)27-0146-03
含氮化合物包括氨氮、有机氮、亚硝酸盐氮、蛋白氮以及硝酸盐氮，其中有机氮与蛋白氮主要是来源于植物腐败、动物粪便、原生动物和藻类等动植物。如果水里的蛋白氮与有机氮明显增高时，那么就说明水体最近明显地受到有机性的污染。当前，我国生活饮用水中普遍存在氨氮污染问题。天然水受到人畜粪便等含氮有机物污染之后，在有氧条件下经过微生物分解就会形成氨氮；沼泽地带的生活饮用水，氨氮含量相对也比较多；由于氨氮经过氨的硝化过程可以形成亚硝酸盐，最终能够形成硝酸盐，而硝酸盐会通过厌氧微生物作用，还原成亚硝酸盐和氨，这样也会造成地下水中氨氮污染。一般情况下，我们可以根据水中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氨氮含量的变化来判断水质污染情况。
一、目前我国饮用水氨氮污染状况
由于我国人口相对集中在城市，而城市污水处理又不太好，农业生产使用大量的化学制剂以及工业生产事故，致使我国地表水体中氨氮污染问题还是比较严重的。据有关部门做的我国环境状况公报的统计，显示我国地表水氨氮污染率非常高，而且水质逐年下降。七大水系中除了珠江和长江的水质情况稍微好些，其它水系的氨氮含量超过了《生活饮用水标准》(GB5749 2006)中的氨氮限值(0．5mg／L)，多数水系氨氮含量都在4mg／L以上，有的甚至最高达到50．4mg／L。如此严重的污染状况，需要我们重视氨氮对生活饮用水水质的影响。
二、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮三者的关系
氮在自然环境中存在一个循环过程，就是含氮有机物在有氧条件下，通过微生物作用，就会分解成成氨，再经过亚硝酸菌作用就会生成亚硝酸盐，后者再经过硝酸菌作用就能够生成硝酸盐。这个过程也称做氨的硝化过程。水中的氮主要以硝酸盐氮、氨氮、有机氮以及亚硝酸盐氮这几种形式存在。有机氮通过微生物与氧化活动能够转化为氨氮，在好氧情况下氨氮又可以被硝化细菌氧化成硝酸盐氮与亚硝酸盐氮。硝酸盐氮是含氮有机物氧化分解的最终产物，亚硝酸盐氮是氨硝化过程的中间产物。水中亚硝酸盐含量高，说明有机物的无机化过程尚未完成，污染危害仍然存在。水中硝酸盐主要是来源于和工业废水、土壤中有机物的生物降解、施肥后的径流和渗透、生活污水、大气中的硝酸盐沉降等。我们可以根据水体中亚硝酸盐氮、氨氮、硝酸盐氮含量的变化，来判断水质的污染情况。如果水体中硝酸盐氮含量高，而亚硝酸盐氮与氨氮含量比较低，那么说明该水体过去曾经受到有机物污染，现在已完成白净过程。如果水体中亚硝酸盐氮、氨氮、硝酸盐氮含量都增高，表明该水体以前受到污染，现在正在进行白净，或者过去和现在都受到了污染。
需要注意的是水中氨氮浓度并不是固定不变，它们之间是能够进行形式问的互相转化的。而且原水中“三氮”含量情况不一样，水质也会呈现不一样的污染特征。但是只要水中有氨氮出现，就表示水体受到了新的污染，水体白净还没有完成。
三、亚硝酸盐氮、氨氮以及硝酸盐氮对人体的健康危害
对人体的健康造成危害的主要就是亚硝酸盐造成的，但是水中的亚硝酸盐性质并不是很稳定，它很容易在氧化剂或者微生物的作用下转化为氨氮与硝酸盐，尽管我国在《生活饮用水标准》(GB57492006)中支队硝酸盐浓度限值做了规定。但是现在我国一些地下水源中硝酸盐的含量也开始逐渐增高，我们也要重视此情况。
生活用水中如果硝酸盐与亚硝酸盐的浓度过高，那么就可能会对人体造成产生致癌的亚硝胺与诱发高铁血红蛋白症这两种健康危害。硝酸盐能够在胃肠道细菌的作用下还原为亚硝酸盐，而亚硝酸盐能够与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白，造成缺氧。婴儿，尤其是3个月以内的婴儿对硝酸盐特别的敏感，很容易患高铁血红蛋白症。当血中10％左右的血红蛋白转变为高铁血红蛋白时，婴儿就会出现紫绀等缺氧症状。另外，亚硝酸盐还能够与仲胺等形成亚硝胺，后者与食管癌的发病有关。
氨氮水中以铵根非离子氨(NH3)与(NH+4)这两种形式存在，而且随着水温与pH值的变化，这两种成分的比例也会发生变化，主要以铵根为主。尽管目前还没有关于生活用水中氨氮危害人类健康的报道，但是如果地表水体中存在比较高的氨氮，就会对水生生物造成毒害。另外由于氨存在硝化过程，那么就会导致含有高浓度的氨氮的自来水中产生大量亚硝酸盐，这会严重危害人体健康。尤其是我国那些多层建筑大多采用的是屋顶水箱，屋顶水箱容易造成死水，也特别容易受到二次污染，自来水在水箱中停留时间较长之后才被用户使用，结果这样就会造成水中亚硝酸盐氮浓度增高。
四、国内外饮用水标准对氨氮浓度的规定
目前欧共体、美国以及WHO所制定的生活用水氨氮含量的标准代表了当今世界的先进水平。不过各国饮用水标准中对氨氮的规定不一样，而且近年来西方国家对水源的保护做的比较好，原水氨氮浓度比较低。
从上表我们可以知道国内外饮用水标准中对氨氮限值在饮用水标准中对氨氮有规定的主要是欧洲国家，例如美国和日本都没有规定。我国新颁布的饮用水卫生标准对氨氮的规定就是采用国外标准，作为非常规监测项目。规定氨氮(以NH3计)的标准值为0．5mg／L。我国把生活饮用水水源水质标准分为I、II两级，其中对原水氨氮的规定是：I级、II级小于等于0．5mg／L。水质指标超过II级标准限值的水源水，不适宜作为生活饮用水的水源。如果限于条件需要加以利用，应当采用相应的净化工艺进行处理。
五、去除饮用水中氨氮的方法
要想从根本上解决饮用水中氨氮污染问题就是控制水源污染，但是控制污染原水中的氨氮，需要比较高的投入。以我国当前的经济条件，很难得到普遍实施的，因此，结合当前的实际情况，我们应该强化自来水厂的除污能力以及增加相关处理工艺，这样才能低成本的祛除原水中的氨氮污染。目前主要有物理化学法与生物处理法分两大类方法。物理化学法主要是反渗透、离子交换、蒸馏、化学沉淀、土壤灌溉、电渗析、氨的吹脱、折点氯化、电化学处理以及催化裂解等；生物方法主要是藻类养殖与硝化反硝化等。我们在实际运用时，要考虑是否应用方便、处理快，而且还要考虑性能的稳定性、水质和安全经济等因素。当前实用性相对比较好的就是生物脱氮法、折点氯化
法、离子交换法以及空气吹脱法。生物法处理是祛除原水氨氮污染最经济、有效的方法。该工艺不但能够祛除60％～90％的原水氨氮，而且还能净化水的浊度、有机物、色度和锰等，对于原水遭到比较严重有机污染的水厂特别适合。
我们重点介绍生物脱氮法中的固定化微生物技术和生物反硝化，离子交换法中的利用离子交换树脂除硝酸以及沸石的吸附交换脱氮技术。
(一)微生物脱氮法
1．原理。微生物脱氮技术是指水体中的有机氮通过氨化菌的作用能够分解转化为氨氮，然后利用白养型硝化细菌把其氧化为NO2-N和NOa-N(即硝化反应)，最后异养反硝化细菌通过有机物作为电子供体或白养反硝化细菌利用单质硫或氢气，经厌氧呼吸将NO-N和NO-N还原转化为无害的N(即反硝化反应)排出体系，从而达到脱氮的目的。由于生物法能够彻底的脱氮而且处理成本低、效果好、能耗也低，因此为祛除水体中的氮提供了有效手段，目前得到了广泛的运用。
2．微生物固定化技术原理、特点和制备方法。固定化微生物技术就是通过利用物理或者化学方法把游离微生物定位于限定的空间区域之内，使其保持活性并可以反复利用的一种新型生物技术。比如把特定的微生物封闭在高分子网络载体内，这样菌体就会活性高、脱落少，从而提高优势微生物浓度，增加其在生物处理器中的存留时间。
3．微生物脱氮法的优点。能够在生物处理装置内保持持生物量的高浓度，提高了处理能力，而且反应启动快，可以减少处理装置容积；污泥产量非常少，仅为普通活性污泥法的1／5～1／4；可选择性地固定优势高效菌种，提高降解效率；抵抗有毒污染物毒性冲击的能力比较强；能够稳定pH值等水质条件的变化；固液分离效果非常好，不需要专门的固液分离装置；运行比较稳定，耐负荷冲击，不会出现污泥膨胀等运行问题；不容易造成微生物不易流失；能够增大机械强度。
(二)生物反硝化法
1．硝化过程
由于硝酸菌对环境条件变化特别敏感，因此其生长率很低。温度、污泥龄、溶解氧、有机负荷、pH值等都会造成它的变化；亚硝酸菌周期短，生长相对比较快，而且对于水质水量的变化和其他不利条件都能够很好的适应。但是需要注意硝酸菌与亚硝酸菌都是好氧白养菌，只有在溶解氧足够的条件下才能够生长。一些研究表明，亚硝化阶段的反应速率决定硝化反应速率。对于硝化过程来讲，最合适pH值为8～8．4；温度范围为30℃～35℃；这种条件下有机物才能更好的在硝化反应中抑制非硝化菌的繁衍。
2．反硝化过程
硝酸盐经过一系列途径就会被逐步还原为分子氮。对于反硝化过程来讲，pH值最好控制在6．5～8．0之间；温度范围要控制在15℃～35℃内进行，因为当温度高于30℃或者低于10℃时候，反硝化速率就会明显下降。此外在反硝化过程中，污水中能够用于反硝化的有机碳的数量的多少及其可生化程度是重要控制因素。当BOD5／TKN>5～8时，我们可以认为碳源充足，当碳源不足时需要添加甲醇等有机碳化合物等外加碳源。
(三)离子交换剂
采用选择性离子交换法用的离子交换剂一般分为有机交换剂与无机交换剂这两大类型。无机交换剂一般有天然沸石与人造沸石。由于沸石对氨氮具有高选择性，越来越多的人们开始注意沸石对环境保护的作用。特别是在水源水和污水处理中得到了广泛的应用。而且天然沸石资源丰富，价格又便宜，被广泛地应用于工农业生产上。有机交换剂的种类特别多，常见的有强碱阴离子交换树脂、强酸阳离子交换树脂、弱酸阳离子交换树脂、弱碱阴离子交换螯合树脂、树脂、合成有机吸附树脂等。
除了以上方法以外，我们也可以利用生物活性炭处理工艺祛除生活用水中的氨氮，但是该工艺受到条件限制，祛除能力有限。此外一些水厂通常会采用折点加氯的方法来祛除氨氮，但是这种方法会在原水被有机物污染的情况下产生很多有机氯化物，降低了饮用水的安全性，因此一般不提倡使用该方法。
六、结语
当前我国生活用水污染情况比较严重，大多数饮用水源都受到了氨氮污染生活用水中的氨氮污染物可能会造成管亚硝酸盐增多和网末梢水难闻的臭味的问题。当前欧洲许多国家已经严格的规定了生活用水中的氨氮浓度。尽管我国规定了饮用水水源水以及出厂水的氨氮浓度的限值。但是还没有对自来水厂所采用的饮用水氨氮含量的进行规定，我们要在我国逐步推行控制饮用水氨氮浓度的标准。另外要想从根本上解决饮用水氨氮问题，就要控制好水源的污染。如果不能很好的控制水源污染，那么自来水厂就要加强自身的除污能力，尽可能的采用生物法预处理技术，这也是当前最经济、有效地解决饮用水中氨氮污染问题的方法。
我们要特别注意地表水和地下水的水质动态的密切关系，由于地表水能够通过一些途径渗入到地下而形成地下水，在渗透过程中那些污染物会不断地受到各种阻碍物的截留、阻挡、吸附以及分解，这样污染物进入地下的数量也在逐渐减少，而且经过的地层愈深，截留的污染物也越多，由此可见地下水污染过程是比较缓慢的，但是经过长年累月的持续作用还是会造成地下水污染的。那些被地层阻拦的污染物会随着时间不断地释放到地下水中，所以当地下水遭受污染时，我们即使查明了污染原因，消除污染源，但还是需要很长的时间才能恢复地下水的水质。一般情况下需要十几年乃至几十年才能治理好地下水污染。因此，控制地表水氨氮污染意义重大。
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