環境工程中亞硝胺類化合物的監測與控制方法

關鍵詞：亞硝胺；環境監測；樣品檢測；控制技術；水質凈化；致癌風險中圖分類號：X523；0657.63 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0187-03DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.055

Abstract： Nitrosamine compoundsare widelydistributedandhavesignificantcarcinogenicity，posingamajorthreattothe ecological environmentand human health.Inordertoaddressthechallenges ofmonitoringandcontrolling nitrosamines in water environments，asystematic monitoring network is establishedand long-term observations are conducted，combined with gas chromatography-mass spectrometry detection technology，the spatiotemporal distribution characteristics and influencing factorsof ninetypical nitrosamines in water are studied，andcontrol strategies basedonchemicaloxidation and biodegradationare proposed.Research has found thattheconcentrationof nitrosamines in waterexhibitssignificant seasonal variations with factors such as temperature，pH value，and organic matercontent.Theexperimental results show thatheoptimized control method canachieveanitrosamineremoval rateofover 95%，providing reliable technical support for environmental engineering practice.

KeyWords：nitrosamines; environmental monitoring;sample testing; control technology; water purification; cancer risk

亞硝胺類化合物作為一類新型環境污染物，具有顯著的致癌性和生物累積性。以廣西壯族自治區桂林市為例，該市水源地2023年監測發現，N-亞硝基二甲胺（N-Nitrosodimethylamine，NDMA）濃度最高達 15.3ng/L ，超過美國環境保護署發布的標準限值1 Δ7ng/L ）。監測表明，污染負荷在旅游旺季顯著上升，主要來自上游污水處理廠出水、生活污水溢排和旅游活動帶來的面源污染。為了保護居民飲用水水源地，有必要綜合施策，切實解決污染問題。目前，由于缺乏系統監測體系和高效處理工藝，亞硝胺的監測與控制仍面臨諸多技術難題。

1亞硝胺類化合物的環境行為特征

亞硝胺類化合物是一類重要的含氮有機化合物，以黃色液體或低熔點固體形態廣泛存在于環境中，具有良好的水溶性和揮發性。它主要有9種類型，其毒性效應遠高于傳統消毒副產物[。在水環境中，這類物質主要通過水解、光化學反應和生物降解途徑發生轉化，其行為受 pH 值、溫度、光照和微生物活性等環境因子影響。通過生物膜轉運，亞硝胺可在生物體內富集并通過食物鏈放大。在生物體內，它們經細胞色素P450等酶系統活化后，生成具有高反應活性的中間產物，與脫氧核糖核酸（DeoxyriboNucleicAcid，DNA）發生共價結合形成加合物，引起基因突變和DNA損傷，最終導致細胞癌變。美國和澳大利亞等國已對飲用水中亞硝胺含量制定嚴格限值標準

2環境工程中亞硝胺的監測體系構建

2.1監測網絡布設與采樣策略

環境工程中，亞硝胺監測網絡的布設應遵循系統性、代表性和可操作性原則。在空間布局上，采用分層網格設計，將監測區域按照地形地貌、水文特征和污染源分布進行分區，確保監測點位充分反映區域環境特征。斷面布設應考慮河流水文動力學特性，選取水流混合充分、水質穩定的河段。在垂直方向上，根據水體分層現象設置表層、中層和底層采樣點，全面掌握水體亞硝胺的垂向分布規律。采樣頻率依據污染物特征、季節變化和管理需求確定，枯水期和豐水期可適當加密監測頻次，保證數據的時間連續性和代表性。

2.2樣品檢測方法與質量控制

亞硝胺類化合物的檢測方法主要包括氣相色譜－質譜聯用技術和液相色譜－質譜聯用技術。樣品前處理采用固相萃取技術或液液萃取技術進行目標物富集和基質分離。檢測過程引入同位素內標物作為校正基準，建立基質匹配校準曲線，確保定量結果的準確性。質量控制措施包括全程序空白、平行樣品分析、加標回收率測定和儀器性能驗證等環節。通過建立實驗室內部質量控制圖，動態監控分析過程的穩定性和可靠性，及時發現和糾正系統誤差，保證監測數據的科學性和可比性。

2.3數據分析與評價方法

監測數據的分析與評價采用多元統計分析方法，結合地理信息系統進行時空特征解析。水質評價采用綜合指數法，根據式（1）計算水質綜合指數。采用主成分分析法和聚類分析法識別亞硝胺污染來源，通過水質模型模擬其遷移轉化過程[2。評價指標體系包括超標率、達標率和水質類別，采用模糊綜合評價法確定指標權重。風險評估運用蒙特卡洛模擬法，對環境風險和健康風險進行定量表征，

式中： Q 為水質綜合指數； |W_i 為第 i 項污染物的權重； C_i 為第 i 項污染物的實測濃度； S_i 為第 i 項污染物的評價標準值。

3水處理工程中的控制方法

3.1化學氧化工藝設計

化學氧化工藝在亞硝胺類化合物處理中起關鍵作用。臭氧氧化系統采用多點分級投加模式，氧化還原電位達 2.07V ，通過自由基鏈式反應破壞亞硝胺分子結構。亞硝胺的氧化降解過程符合準一級動力學方程，如式（2）所示。紫外線（Ultraviolet，UV） /H₂O₂ 組合工藝產生的羥基自由基具有強氧化性，可在微秒級別內實現降解。反應器采用管式－折板復合構造，提高傳質效率。工藝參數方面， pH 值控制在 6.5～7.5 ，氧化劑投加摩爾比為3～5，水力停留時間為 15～30min 。

式中： ρ₁ 為亞硝胺濃度； ρ₂ 為臭氧濃度； χ_t 為反應時間； k 為表觀反應速率常數。

3.2生物降解技術

生物降解技術利用微生物的代謝活性實現亞硝胺的礦化降解。采用序批式生物膜反應器，載體選用改性火山巖材料，比表面積為 300～500m²/g ，提供充足的微生物附著空間。馴化培養專性降解菌群，優勢菌屬包括假單胞菌屬和芽孢桿菌屬，建立完整的降解代謝通路。反應器內溶解氧梯度分布促進硝化－反硝化協同作用，強化亞硝胺的生物轉化。通過調控碳氮比和污泥齡實現微生物群落結構的優化，碳源補充采用葡萄糖和乙酸鈉復合體系，確保降解微生物的穩定生長和酶活性的持續維持。

3.3組合工藝協同處理

組合工藝將化學氧化與生物降解技術有機集成，實現處理效果的協同增效。工藝流程設計采用“預氧化－生化降解－深度氧化”三級處理模式，各單元之間設置水質調節緩沖區。預氧化段投加低劑量氧化劑，提高亞硝胺的生物可降解性；生化降解單元采用厭氧－缺氧－好氧工藝，缺氧區和好氧區的合理配比強化脫氮效果；深度氧化采用光芬頓技術去除剩余難降解組分。工藝參數優化采用模糊控制策略，建立進水水質－工藝參數的動態響應機制，實現系統的智能化調控。中間產物控制方面，通過在線監測手段實時跟蹤亞硝基化合物的生成與轉化，確保處理過程的環境安全性。

4工程應用效果評估

4.1處理工藝性能驗證

處理工藝性能評估主要圍繞化學氧化單元和生物降解單元的去除效率展開。如表1所示，化學氧化單元對NDMA的去除率在不同氧化劑投加條件下表現出顯著差異。臭氧氧化體系中，當投加量為 5mg/L 時，NDMA去除率達到 76.5% ，而 UV/H₂O₂ 組合工藝在相同條件下可實現 85.3% 的去除率。生物降解單元經過 180d 馴化培養后，序批式生物膜反應器對NDMA的去除率達到 85.7% ，總亞硝胺去除率為83.5% ，體現出較強的降解能力。組合工藝運行過程中，系統總去除率始終保持在 95% 以上，遠高于單一工藝的處理效果。

表1不同工藝單元亞硝胺去除效果對比

4.2水質指標達標分析

水質指標達標分析涵蓋常規指標和特征污染物。如表2所示，系統出水中，化學需氧量、氨氮、總氮和總磷等常規指標均達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）的Ⅲ類水質要求。出水特征污染物NDMA濃度為 3.2～ 6.8ng/L ，低于美國環境保護署制定的 7ng/L 限值。化學需氧量、氨氮、總氮、總磷和NDMA的達標率分別為 98.5% 、 99.2% 、 97.8% 、98.7% 、 96.5% 。系統對其他亞硝胺類化合物同樣表現出良好的去除效果，出水水質穩定滿足飲用水水源地保護要求。

4.3工程運行穩定性研究

工程運行穩定性評估重點關注系統抗沖擊負荷能力和長期運行可靠性。如表3所示，系統在365d連續運行期間表現穩定。NDMA去除率從初始的95.8% 略微下降至 93.8% ，設備完好率從 99.5% 降至97.5% ，表明處理效果和設備性能均維持在較高水平。能耗分析數據顯示，組合工藝處理 1m³ 污水的綜合電耗從初始的 0.45kW?h 逐步增加至 0.51kW?h ，運行成本相應從0.38元 /m³ 上升至0.45元 /m³ 。系統核心指標的整體衰減幅度較小，處理效率指標的變化控制在 2% 以內，體現出良好的長期運行穩定性。

表2系統出水水質指標分析結果

5結論

本文通過構建完整的亞硝胺類化合物監測網絡并開展系統研究，建立涵蓋采樣、檢測、評價的環境監測體系和高效控制方法。該技術體系包括科學的監測方案、準確的檢測手段、高效的處理工藝和可靠的評估體系，可有效降低水環境中亞硝胺類化合物的含量。研究成果不僅豐富環境工程學科的理論基礎，更為水質凈化工程實踐提供重要的技術支撐。未來研究應著重探索新型處理材料的開發和智能化監控系統的構建，進一步提升亞硝胺類化合物的處理效率和工程應用水平。

參考文獻

1肖斐芮，張雅萱，方淑紅，等.超高效液相色譜串聯質譜法測定成都市某飲用水廠中的亞硝胺類消毒副產物[J].成都信息工程大學學報，2024（3）：361-368.

2 李夢軒，陳英杰，陳文文，等.清江流域亞硝胺及其前體物質的分布特征及風險評價[J].環境科學，2024（7）：3930-3940