地下水硝酸盐危害及处理措施研究

龚 慧

(江苏省水文水资源勘测局常州分局，江苏 常州 213000)

地下水是人类赖以生存所依仗的最主要的水资源，如今地下水资源超采与污染严重等现象成为了影响地下水质量的主要因素[1- 2]。其中，地下水硝酸盐危害是威胁地下水水质最主要的因素之一，随着农业化肥用量、城市污水、工业废水的无节制排放，地下水硝酸盐含量呈现了逐年升高的趋势[3- 5]。硝酸盐含量的提高将会严重影响地下水水质，对作物、环境甚至居民身体健康产生严重危害[6]，因此，必须正视硝酸盐对地下水的危害，找出合理的处理措施。

张维理等[7]研究了中国北方14个县市的地下水硝酸盐量，指出超过50%的采样点硝酸盐量不达标，最高者甚至超过了300mg/L；赵同科等[8]分析了7个城市1139个采样点的硝酸盐含量，指出超过30%的采样点硝酸盐含量超标，且多集中在地下水埋深较浅的区域。目前针对地下水硝酸盐处理的方法主要分为物理法、化学还原法和生物法3种，不同方法处理措施及效果均不同。

本文通过分析地下水硝酸盐含量对输水管道腐蚀速率与水中植物生物量的影响，得出地下水硝酸盐含量的危害，同时研究不同处理措施对硝酸盐含量去除的影响，从而得出最优处理措施，以期为地下水水质保护提供科学依据。

1 研究方法

1.1 不同硝酸盐浓度梯度地下水危害测定方法

为保证水中其余因素不会对试验结果造成影响，本文选取同一位置的地下水试样，同时对地下水中的元素含量进行测定，保证不同梯度的硝酸盐含量。本文选取4个梯度的硝酸盐含量，分别为0、10、20、50mg/L，分别研究不同硝酸盐含量梯度地下水对管网过程和水中植物的影响，以此表示地下水硝酸盐的危害。管网影响试验装置参考文献[9]中的装置。

分别测定不同硝酸盐含量梯度对水中植物的影响，以证明其危害性，分别在不同水体样本中放入浮游植物(浮游植物选择长势相同的苦草)，测定在一定生长时期内苦草的生物量及叶片丙二醛(MDA)和硝酸还原酶(NR)活性，形象表现出植物在不同浓度地下水试样中的生长活性，其中生物量测定采用文献[10]中的测定方法，MDA和NR活性采用文献[11]中的紫外分光光度计法进行测定。

1.2 不同处理措施治理效果测定方法

选择等量50mg/L的硝酸盐地下水溶液，分别采取电解法、还原性铁法与种植苦草3种不同措施去除地下水中的硝酸盐含量，并定期测定地下水试样中的硝酸盐含量，从中得出最优处理措施，具体测定方法见文献[12]。

2 结果与分析

2.1 地下水硝酸盐含量对地下管网工程腐蚀的影响

不同硝酸盐浓度的地下水对管网腐蚀速率的影响如图1所示。可以看出，当地下水中的硝酸盐含量不同时，其对管网系统的影响不同。不同浓度的地下水试样对腐蚀速率的影响均呈现先快后慢的趋势，即腐蚀速率随时间的变化趋势为逐渐降低。当硝酸盐浓度为10mg/L时，不同时间段的管网腐蚀速率最低，在30d的平均速率为0.71mm/a，当硝酸盐浓度较低和较高时均会增加对管网的腐蚀速率，浓度为0、20、50mg/L时的腐蚀速率分别为0.74、0.76、0.81mm/d，由表1中数据可以看出，当硝酸盐浓度为10mg/L时，腐蚀速率较最高值降低了15.5%，且差异通过了显著水平检验(P<0.05)，表明当硝酸盐浓度为10mg/L时，地下水的危害性最低。

图1 不同硝酸盐浓度地下水对管网系统腐蚀速率的影响

2.2 地下水硝酸盐含量对水中植物生物量及叶片酶活性的影响

不同硝酸盐浓度的地下水对水中植物生物量及叶片酶活性的影响如图2所示。图2显示，不同浓度地下水试样中植物的生长特性不同，浓度过高与过低均会降低植物的生物量，当浓度为10mg/L时，

生物量最高为168.77mg/L，较其余浓度梯度分别提高了10.7%、12.6%和17.8%，且差异性达到了显著水平(P<0.05)；MDA含量和NR含量可充分反映出地下水硝酸盐对水中植物的危害性，其中MDA含量越低、NR含量越高证明植物生长越好，由图中和表中可以看出，当硝酸盐浓度为10mg/L时，对水中植物的危害性最低。见表1。

表1 不同浓度下相关指标的显著性检验分析

2.3 不同处理措施对地下水硝酸盐含量消减的影响

不同处理措施对地下水硝酸盐去除效果的影响如图3所示。可以看出，不同措施对硝酸盐的去除效果不同，采用电解法去除时，初始阶段的去除速率较快，随着时间的推移，去除速率逐渐减弱，而采用还原性铁法的时候，去除速率比较平均，而苦草法去除的初始速率较慢，随着时间的推移，速率逐渐提高。不同处理措施所需的成本不同，当为保证快速去除率时，可考虑电解法，但成本较高，当考虑长远利益时，可采用苦草等生物法，保证长远的去除率。

3 结语

本文设置了4个不同的硝酸盐浓度梯度，分别测定了其危害性，指出当浓度为10mg/L时的危害最低，浓度过低和过高均会提高地下水的危害性，同时测定了不同处理措施去除硝酸盐浓度的影响，可清晰反映出不同措施在不同时间的效果，可为选择最优措施提供依据。同时，本文只设置了4个浓度梯度，在今后的研究中，可适当提高梯度，缩小浓度梯度的划分区间，更精确的找出最优浓度。

图2 不同硝酸盐浓度梯度地下水对苦草生物量及叶片酶活性的影响

图3 不同处理措施对地下水硝酸盐去除的影响