地下水硝酸鹽危害及處理措施研究

龔 慧

(江蘇省水文水資源勘測局常州分局，江蘇 常州 213000)

地下水是人類賴以生存所依仗的最主要的水資源，如今地下水資源超采與污染嚴(yán)重等現(xiàn)象成為了影響地下水質(zhì)量的主要因素[1- 2]。其中，地下水硝酸鹽危害是威脅地下水水質(zhì)最主要的因素之一，隨著農(nóng)業(yè)化肥用量、城市污水、工業(yè)廢水的無節(jié)制排放，地下水硝酸鹽含量呈現(xiàn)了逐年升高的趨勢[3- 5]。硝酸鹽含量的提高將會嚴(yán)重影響地下水水質(zhì)，對作物、環(huán)境甚至居民身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害[6]，因此，必須正視硝酸鹽對地下水的危害，找出合理的處理措施。

張維理等[7]研究了中國北方14個縣市的地下水硝酸鹽量，指出超過50%的采樣點(diǎn)硝酸鹽量不達(dá)標(biāo)，最高者甚至超過了300mg/L；趙同科等[8]分析了7個城市1139個采樣點(diǎn)的硝酸鹽含量，指出超過30%的采樣點(diǎn)硝酸鹽含量超標(biāo)，且多集中在地下水埋深較淺的區(qū)域。目前針對地下水硝酸鹽處理的方法主要分為物理法、化學(xué)還原法和生物法3種，不同方法處理措施及效果均不同。

本文通過分析地下水硝酸鹽含量對輸水管道腐蝕速率與水中植物生物量的影響，得出地下水硝酸鹽含量的危害，同時研究不同處理措施對硝酸鹽含量去除的影響，從而得出最優(yōu)處理措施，以期為地下水水質(zhì)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 不同硝酸鹽濃度梯度地下水危害測定方法

為保證水中其余因素不會對試驗(yàn)結(jié)果造成影響，本文選取同一位置的地下水試樣，同時對地下水中的元素含量進(jìn)行測定，保證不同梯度的硝酸鹽含量。本文選取4個梯度的硝酸鹽含量，分別為0、10、20、50mg/L，分別研究不同硝酸鹽含量梯度地下水對管網(wǎng)過程和水中植物的影響，以此表示地下水硝酸鹽的危害。管網(wǎng)影響試驗(yàn)裝置參考文獻(xiàn)[9]中的裝置。

分別測定不同硝酸鹽含量梯度對水中植物的影響，以證明其危害性，分別在不同水體樣本中放入浮游植物(浮游植物選擇長勢相同的苦草)，測定在一定生長時期內(nèi)苦草的生物量及葉片丙二醛(MDA)和硝酸還原酶(NR)活性，形象表現(xiàn)出植物在不同濃度地下水試樣中的生長活性，其中生物量測定采用文獻(xiàn)[10]中的測定方法，MDA和NR活性采用文獻(xiàn)[11]中的紫外分光光度計(jì)法進(jìn)行測定。

1.2 不同處理措施治理效果測定方法

選擇等量50mg/L的硝酸鹽地下水溶液，分別采取電解法、還原性鐵法與種植苦草3種不同措施去除地下水中的硝酸鹽含量，并定期測定地下水試樣中的硝酸鹽含量，從中得出最優(yōu)處理措施，具體測定方法見文獻(xiàn)[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 地下水硝酸鹽含量對地下管網(wǎng)工程腐蝕的影響

不同硝酸鹽濃度的地下水對管網(wǎng)腐蝕速率的影響如圖1所示。可以看出，當(dāng)?shù)叵滤械南跛猁}含量不同時，其對管網(wǎng)系統(tǒng)的影響不同。不同濃度的地下水試樣對腐蝕速率的影響均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，即腐蝕速率隨時間的變化趨勢為逐漸降低。當(dāng)硝酸鹽濃度為10mg/L時，不同時間段的管網(wǎng)腐蝕速率最低，在30d的平均速率為0.71mm/a，當(dāng)硝酸鹽濃度較低和較高時均會增加對管網(wǎng)的腐蝕速率，濃度為0、20、50mg/L時的腐蝕速率分別為0.74、0.76、0.81mm/d，由表1中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)硝酸鹽濃度為10mg/L時，腐蝕速率較最高值降低了15.5%，且差異通過了顯著水平檢驗(yàn)(P<0.05)，表明當(dāng)硝酸鹽濃度為10mg/L時，地下水的危害性最低。

圖1 不同硝酸鹽濃度地下水對管網(wǎng)系統(tǒng)腐蝕速率的影響

2.2 地下水硝酸鹽含量對水中植物生物量及葉片酶活性的影響

不同硝酸鹽濃度的地下水對水中植物生物量及葉片酶活性的影響如圖2所示。圖2顯示，不同濃度地下水試樣中植物的生長特性不同，濃度過高與過低均會降低植物的生物量，當(dāng)濃度為10mg/L時，

生物量最高為168.77mg/L，較其余濃度梯度分別提高了10.7%、12.6%和17.8%，且差異性達(dá)到了顯著水平(P<0.05)；MDA含量和NR含量可充分反映出地下水硝酸鹽對水中植物的危害性，其中MDA含量越低、NR含量越高證明植物生長越好，由圖中和表中可以看出，當(dāng)硝酸鹽濃度為10mg/L時，對水中植物的危害性最低。見表1。

表1 不同濃度下相關(guān)指標(biāo)的顯著性檢驗(yàn)分析

2.3 不同處理措施對地下水硝酸鹽含量消減的影響

不同處理措施對地下水硝酸鹽去除效果的影響如圖3所示。可以看出，不同措施對硝酸鹽的去除效果不同，采用電解法去除時，初始階段的去除速率較快，隨著時間的推移，去除速率逐漸減弱，而采用還原性鐵法的時候，去除速率比較平均，而苦草法去除的初始速率較慢，隨著時間的推移，速率逐漸提高。不同處理措施所需的成本不同，當(dāng)為保證快速去除率時，可考慮電解法，但成本較高，當(dāng)考慮長遠(yuǎn)利益時，可采用苦草等生物法，保證長遠(yuǎn)的去除率。

3 結(jié)語

本文設(shè)置了4個不同的硝酸鹽濃度梯度，分別測定了其危害性，指出當(dāng)濃度為10mg/L時的危害最低，濃度過低和過高均會提高地下水的危害性，同時測定了不同處理措施去除硝酸鹽濃度的影響，可清晰反映出不同措施在不同時間的效果，可為選擇最優(yōu)措施提供依據(jù)。同時，本文只設(shè)置了4個濃度梯度，在今后的研究中，可適當(dāng)提高梯度，縮小濃度梯度的劃分區(qū)間，更精確的找出最優(yōu)濃度。

圖2 不同硝酸鹽濃度梯度地下水對苦草生物量及葉片酶活性的影響

圖3 不同處理措施對地下水硝酸鹽去除的影響