内蒙古东北部地区地下水中硝酸盐污染的分析

李进安，王 超，张苏鲁

（内蒙古自治区第三地质矿产勘查开发院，内蒙古呼和浩特010050）

地下水作为人类最重要的供水水源，有着许多优点。但是目前，地下水资源污染严重，比较典型的为地下水硝酸盐的污染。硝酸盐污染作为地下水的主要污染类型之一，硝酸盐的污染问题已经受到了广泛的关注[1]。因此研究硝酸盐的污染来源与去除方法具有非常重要的意义。本文以内蒙古东北部地区地下水硝酸盐污染为例，首先说明硝酸盐含量高给人们带来的危害，通过实验数据分析该地区地下水硝酸盐污染的来源，简要说明一些去除方法。

1 地下水硝酸盐污染的现状及危害

1.1 地下水硝酸盐污染的现状

地下水资源作为水资源的重要组成部分，近些年来，全国大部分地区地下水硝酸盐污染严重，硝酸盐含量已超过或邻近国家标准，并且地下水中硝酸盐含量还在逐渐增加。根据大部分调查结果显示，我国地下水污染较为突出的硝酸盐的污染，根据调查结果显示地下水硝酸盐污染已扩散至深层地下水中[1-2]。其中“三氮”是目前地下水污染主要的超标物质。

1.2 地下水硝酸盐污染的危害

根据大量调查结果显示，地下水中硝酸盐含量过高，人们饮用后对健康造成很大的危害。很多例子都对其进行了验证，国内很多城市、乡镇的食道癌症高发病率，都证明与当地地下水水源中硝酸盐含量过高密切相关[2]。

就目前而言饮用水大部分都为地下水，而人们的健康与引用水息息相关，同时与地下水中的硝酸盐含量密不可分，根据调查研究，硝酸盐含量过高会引起很多疾病。其实地下水中硝酸盐对人体原本没什么害处，但是通过某些化学作用硝酸盐可以变成亚硝酸盐，而人体内的血红蛋白极易与亚硝酸盐结合，从而形成高铁血红蛋白，高铁血红蛋白不能和氧气结合，当高铁血红蛋白含量超过人体极限时，致使人体内血红蛋白含量下降，从而降低人体血液运输氧气的能力，给人体造成极大的伤害。同时在亚硝酸盐的转化过程中会产生亚硝酸胺，而致癌元素的其中一种就为亚硝酸胺，它会增加人体患癌的概率[3-4]。

综上地下水中硝酸盐含量过高，对人类健康及经济损失由很大影响。

2 地下水中硝酸盐来源的分析

2.1 地下水中硝酸盐含量与地下水所处的岩性及腐殖层厚度关系

地下水中硝酸盐含量一般不大，有时也可发现较高的含量，剔除人为因素后，这与地下水所处的岩性有关。地下水所处的岩性导致地下水硝酸盐含量天然背景值较高，多为植被覆盖率高同时腐殖质土层的厚度大紧密相关。

由于上述原因在内蒙古自治区东北部区进行实验研究，根据研究区的水文地质特征和地下水水体功能，同时结合当地经济发展及人口的分布特点，根据地表水与地下水的转换关系，地下水从居民家水井中取样。

通过在该区实验研究，此地区北部属于林区，植被覆盖率较高，腐殖质层较厚，导致该地区地下水中硝酸盐含量天然背景值较高，对NO3-N含量按照我国地下水质量标准（GB/T 14848-9）进行评价，评价区地下水水质基本属于Ⅲ-Ⅳ类水，理论上不适合人类饮用。通过取样化验该区50%的井水样品NO3-N含量超过标准，结果显示该地区大部分地下水中硝酸盐含量过高，当地地下水污染的主要因素为硝酸盐的污染。

针对该地区主要为林区，只在中下游地区有少量的生活污水排放及农业灌溉的特点，分析该地区硝酸盐含量高的原因，验证了上述分析中硝酸盐含量高与腐殖质层比较厚相关，同时该地区地下水水位埋深浅，氮元素通过降雨淋溶作用进入土壤，渗入到地下水体中的速度较快，使得地下水中硝酸盐含量较高。

本次在该地区流域布置12个水样取水点，上、中、下游平均布置，分别取地下水水样进行化验。化验结果见表1。

化验分析结果显示上游水质化验结果硝酸盐含量天然背景值较高，由于上游为林区，植被覆盖率较高，腐殖质层较厚，硝酸盐污染无其他来源，说明引起硝酸盐含量高的原因为腐殖质层较厚，腐殖质层中有大量氮元素，氮通过降雨淋溶作用进入土壤，渗入到地下水体中，造成该地区硝酸盐含量较高。

表1 化验结果表

随着地下水的流动，向中游硝酸盐逐渐累积，到中游硝酸盐含量逐渐增加，致使中偏下游区域硝酸盐含量达到峰值。由于上游地下水硝酸盐逐渐向中游累积形成的结果。

之后向下游开始逐渐减少，由于下游汇水面积加大，流量逐渐增大，同时下游开垦土地种植农作物，导致腐殖质层变薄，而氮元素逐渐被农作物所吸收，使得地下水中的硝酸盐逐渐被稀释，致使下游硝酸盐浓度有所降低。具体见图1。

同时选取1个典型水样点分析其地下水硝酸盐含量的季节变化及与降雨量的关系，试验结果见表2，分析结果见图2。

图1 上游至下游硝酸盐浓度分布曲线图

从图2可见，地下水中硝酸盐含量在冬季较高，雨季地下水硝酸盐含量较冬季低。上述曲线说明地下水硝酸盐含量与降雨量存在关系，即降雨量越大，地下水中硝酸盐含量有所降低。由于雨季降水增多，地下水补给量增大，地下水水量增大，从而稀释了地下水中硝酸盐的浓度。同时夏季水温升高、水体微生物代谢活动加剧使得地下水中硝酸盐含量有所降低。

表2 试验结果表

图2 硝酸盐浓度与降雨量关系曲线图

2.2 引起地下水中硝酸盐污染的其他因素

除了上述因素之外，大量研究表明，大量使用含氮化肥、水中氨氮亚硝酸盐的氧化、有机氮化合物受微生物作用的转化以及某些含硝酸盐工业废水的渗入，也可对地下水造成硝酸盐的污染，导致硝酸盐含量增高。

3 地下水中硝酸盐的去除

作为水资源的一个重要部分，地下水本身具有自我净化功能，但是硝酸盐具有稳定的化学性质，地下水中硝酸盐稀释速度缓慢，因此地下水自我净化周期较长，不能有效去除地下水中的硝酸盐。目前去除地下水中的硝酸盐的方法中没有特别效果显著的，局部地下水中的硝酸盐污染的修复，主要是靠工程措施来解决，在受污染的地下水含水层中加入一些催化剂物质，使硝酸降解为无色无味的气体[5]（参照图3）。

图3 硝酸盐分解示意图

对地下水中硝酸盐的去除，许多研究学者通过技术比对与多方研究，对去除地下水中硝酸盐及修复技术取得了较为显著的成果。截至目前，常用的去除硝酸盐方法有很多，包括：物理法、生物法、化学法等[6]。

（1）物理方法。物理方法主要有蒸馏、电渗析、反渗透、离子交换法等。有选择性地去除硝酸盐可采用离子交换法，此方法具有较成熟的经验，目前使用较多。

（2）生物方法。生物方法主要是利用生物脱氮法去除地下水中的硝酸盐，通过人为加入的一些微生物物质，在有利条件下，进行反硝化使之最终转化为氮气。这种方法可以除去地下水中硝酸盐含量达80%左右，反应器可以长期稳定运行，去除硝酸盐效果良好。

（3）化学方法。化学方法是指利用一定的还原剂还原水中的硝酸盐从而去除地下水中的硝酸盐。由于对还原剂采用不同，可以分为金属还原法和催化还原法。目前消除地下水中硝酸污染的主要化学方法为催化还原法，使用效果良好的催化剂，提高催化剂的活性，从而可以更加有效地去除地下水中的硝酸盐，这是未来去除硝酸盐的发展方向[7-10]。

4 结论

（1）通过对内蒙古东北部地区地下水的研究，说明硝酸盐是该地区地下水中氮元素的主要存在形态。通过研究该地区50%的地下水硝酸盐含量超过标准。上述数据表明该地区大部分地下水中硝酸盐的污染应受到关注。

（2）影响内蒙古东北部地区地下水中硝酸盐含量高的原因有地下水所处的岩性、腐殖质层的厚度、土地利用状况、井深和降雨量等，其中腐殖质层厚度、土地利用状况的影响最为突出，上游腐殖质层较厚地下水硝酸盐天然背景含量较高。

（3）积累在土壤腐殖质层中的硝酸盐随着降雨下渗流向浅层地下水，后随地下水流动迁移到中下游造成中下游地下水硝酸盐的累积，致使中下游地下水中硝酸盐含量增高。到下游由于地下水汇水面积增大，流量逐渐增加，地下水中硝酸盐浓度被稀释，同时下游腐殖层逐渐变薄，耕地开始增加，氮元素被农作物所吸收，致使下游硝酸盐含量有所下降。

（4）通过对该区地下水硝酸盐污染的成因进行的调查分析，能够从源头有效地去除地下水中硝酸盐的污染。

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