饮用水中的氨氮问题

　1 饮用水处理中氨氮问题现状

　　作为有机生命体的重要组成元素，氮在自然环境中存在一个循环过程。由于城市人口集中和城市污水处理相对不力，以及农业生产大量使用化学肥料，使地表水体中的氨氮达到了较高的浓度。
根据90年代中国环境状况公报^〔1～7〕的统计(见表1)，我国地表水环境污染状况堪忧，七大水系中仅长江、珠江情况较好，且水质有逐年下降的趋势，氨氮在地表水体超标污染物中出现频率非常高。
　　上海某水厂从黄浦江下游取水，1995年其原水氨氮变化如图1所示。从图中可以看出，该厂原水氨氮污染较严重，很多时间在2mg/L以上，最高可达6～7mg/L，用如此污染状况的原水生产自来水，需重视氨氮对饮用水水质的影响。

　　2 氨氮浓度过高时的问题

　　水中的氮主要以氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和有机氮几种形式存在。在特定条件下，如氧化和微生物活动，有机氮可能转化为氨氮。好氧情况下，氨氮又可被硝化细菌氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。

表1 90年代我国七大水系污染状况统计年份项目长江黄河珠江淮河松花江辽河海河1992比例
(%)Ⅰ、Ⅱ：58；
Ⅲ：22；
Ⅳ、Ⅴ：20Ⅰ、Ⅱ：24；
Ⅲ： 6；Ⅳ、Ⅴ：70Ⅰ、Ⅱ：47；Ⅲ：6；
Ⅳ、Ⅴ：47Ⅰ、Ⅱ：13；Ⅲ：20；
Ⅳ、Ⅴ：67Ⅲ：26；
Ⅳ、Ⅴ：74Ⅲ：14；
Ⅳ、Ⅴ：86Ⅰ、Ⅱ：16；Ⅲ：10；
Ⅳ、Ⅴ：74主要
污染物有机物、酚、氨氮有机物、酚、氨氮Hg、氨氮有机物、酚、氨氮Hg、氨氮、酚有机物、酚、氨氮、Hg、Cu有机物、氨氮1993比例
(%)Ⅰ、Ⅱ：37；
Ⅲ：31；Ⅳ、Ⅴ：32Ⅰ、Ⅱ：13；
Ⅲ：18；Ⅳ、Ⅴ：69Ⅰ、Ⅱ：29；
Ⅲ：40；
Ⅳ、Ⅴ：31Ⅰ、Ⅱ：18.3；
Ⅲ：15.7；Ⅳ、Ⅴ：66Ⅲ：38；
Ⅳ、Ⅴ：62Ⅲ：13；
Ⅳ、Ⅴ：87Ⅲ：50；
Ⅳ、Ⅴ：50主要
污染物COD_Mn、酚、氨氮、Cu、AsCOD_Mn、酚、BOD、氨氮氨氮、Cu、AsCOD_Mn、酚、氨氮Hg、氨氮、酚COD_Mn、Hg、氨氮、酚、CuCOD_Mn、酚、氨氮1994比例
(%)Ⅰ、Ⅱ：42；
Ⅲ：29；Ⅳ、Ⅴ：29Ⅰ、Ⅱ：7；
Ⅲ：27；
Ⅳ、Ⅴ：66Ⅰ、Ⅱ：39
Ⅲ：43；
Ⅳ、Ⅴ：18Ⅰ、Ⅱ：16；
Ⅲ：40；
Ⅳ、Ⅴ：44Ⅰ、Ⅱ：6；
Ⅲ：23；
Ⅳ、Ⅴ：71Ⅰ、Ⅱ：32；
Ⅲ：24；
Ⅳ、Ⅴ：44主要
污染物COD_Mn、酚、氨氮、Cu、AsCOD_Mn、酚、BOD、氨氮氨氮、As、COD_Mn氨氮、COD_MnCOD_Mn、氨氮、酚、CN^-COD_Mn、酚、氨氮、BOD1995比例
(%)Ⅰ、Ⅱ：45；
Ⅲ：31；
Ⅳ、Ⅴ：24Ⅰ、Ⅱ：5；
Ⅲ：35；
Ⅳ、Ⅴ：60Ⅰ、Ⅱ：31；
Ⅲ：47；

Ⅳ、Ⅴ：22Ⅰ、Ⅱ：27；Ⅲ：22；
Ⅳ、Ⅴ：51Ⅰ、Ⅱ：4；
Ⅲ：29；
Ⅳ、Ⅴ：67Ⅰ、Ⅱ：42；
Ⅲ：17；
Ⅳ、Ⅴ：41主要
污染物COD_Mn、酚、氨氮COD_Mn、酚、BOD、氨氮氨氮、COD_MnCOD_Mn、氨氮COD_Mn、氨氮、酚COD_Mn、酚、氨氮、BOD1996比例
(%)Ⅰ、Ⅱ：38.8；
Ⅲ：33.7；
Ⅳ、Ⅴ：27.5Ⅰ、Ⅱ：8.2；
Ⅲ：26.4；
Ⅳ、Ⅴ：65.4Ⅰ、Ⅱ：49.5；
Ⅲ：31.2；
Ⅳ、Ⅴ：19.3Ⅰ、Ⅱ：17.6；
Ⅲ：31.2；
Ⅳ、Ⅴ：51.2Ⅰ、Ⅱ：2.9；
Ⅲ：24.3；
Ⅳ、Ⅴ：72.8Ⅰ、Ⅱ：39.7；
Ⅲ：19.2；
Ⅳ、Ⅴ：41.1主要
污染物COD_Mn、酚、氨氮、CuCOD_Mn、酚、BOD、氨氮氨氮、As、COD_MnCOD_Mn、氨氮COD_Mn、酚、氨氮、HgCOD_Mn、酚、氨氮、Cu、HgCOD_Mn、酚、氨氮、BOD1997比例
(%)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：67.7；
Ⅳ、Ⅴ：32.3Ⅳ：66.7Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：62.5；
Ⅳ：29.2；
Ⅴ：8.3干流以Ⅲ、Ⅳ为主Ⅳ：70.6Ⅴ以下：50Ⅴ以下：50主要
污染物COD_Mn、酚、BODCOD_Mn、酚、BOD、氨氮氨氮、Hg、COD_MnCOD_Mn、氨氮COD_Mn、酚、BODCOD_Mn、酚、氨氮、BODCOD_Mn、BOD、氨氮1998比例
(%)Ⅰ：4；Ⅱ：67；
Ⅲ：4；
Ⅳ：11；
Ⅴ：4Ⅱ：24；
Ⅲ：5；
Ⅳ：47；
Ⅴ以下：24Ⅰ：29；
Ⅱ：36；
Ⅲ：7；
Ⅳ：22；
Ⅴ：2；
Ⅴ以下：4Ⅱ：11；
Ⅲ：17；
Ⅳ：18；
Ⅴ：6；
Ⅴ以下：48Ⅰ：5；
Ⅱ：19；
Ⅲ：4；
Ⅳ：10；
Ⅴ：9；
Ⅴ以下：53Ⅰ：4.5；
Ⅱ：2.3；
Ⅲ：4.5；
Ⅳ：22.7；
Ⅴ：4.5；
Ⅴ以下：61.4Ⅲ：4；
Ⅳ：67；
Ⅴ：21；
Ⅴ以下：8
主要
污染物COD_Mn、SS、氨氮SS、酚氨氮、石油、SSCOD_Mn、BODCOD_Mn、氨氮、石油、酚COD_Mn、酚、氨氮酚、石油注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别表示按照我国地面水环境质量标准划分的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ类水体。

　　水中氨氮浓度并非固定不变，而是可在多种氮的存在形式间互相转化。我国地面水环境质量标准的说明^〔8〕中指出了水中三氮(氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮)出现的水质意义，见表2。
　　由表2可知，根据原水中三氮出现情况的不同，水质呈现不同的污染特征。但只要水中有氨氮出现，则表示水体受到新的污染，水体自净尚未完成。自来水厂面对这样的原水，为了保证饮用水安全，应该采取相应的水处理措施。

表2三种含氮化合物在原水中出现的意义NH⁺₄-NNO^-₂-NNO^-₃-N意义+--水新近被污染++-新近被污染，分解正在进行+++水以前被污染，已开始分解并仍有新污染-++水中污染物已分解，趋向自净+-+旧污染分解已完成，现又有新污染-+-污染已分解，但未完全自净或硝酸盐还原为亚硝酸盐--+水中污染物都已分解并达到了净化---清洁水注“+”表示在水中出现；“-”表示在水中不出现。

　　到目前为止还没有看到过饮用水中氨氮危害人体健康的报道，但在地表水体中如果存在较高的氨氮，能对水生生物造成毒害，毒害作用主要是由水中非离子氨(NH₃)造成的。水中氨氮以铵根(NH⁺₄)和非离子氨(NH₃)两种形式存在，这两种成分的比例随水温和pH值变化，以铵根为主。水中的亚硝酸盐不稳定，易在微生物或氧化剂的作用下转化为硝酸盐和氨氮。硝酸盐和亚硝酸盐浓度高的饮用水可能对人体造成两种健康危害〔1～7〕，即诱发正铁血红朊症(尤其是婴儿)和产生致癌的亚硝胺，这两种危害都是亚硝酸盐直接造成的，因而对硝酸盐的浓度限制较宽。
　　自来水中含高浓度的氨氮也可能产生亚硝酸盐的问题，尤其是在我国多层建筑广泛采用的屋顶水箱中。屋顶水箱容易受到二次污染，也容易造成死水，使自来水在水箱中停留较长时间才被用户使用。用含氨氮的自来水厂滤后水加氯后进行贮放试验，结果见图2。试验水样(滤后水)含氨氮1.38mg/L，加氯后水样的余氯为2.0mg/L，密闭贮存于5L棕色瓶内，放置在室内环境中，检测时从中取出少量水样分析余氯、氨氮和亚硝酸盐氮。试验期间水温从25℃逐渐升高至27℃。

　　由图2可知，2mg/L的余氯经2d就被消耗掉90%，同时开始进行硝化反应。在开始2d内氨氮稍有下降，应该是同水中余氯反应的结果。第5～8d，有一个硝化反应的高峰期，这段时间内氨氮浓度迅速下降，同时亚硝酸盐氮浓度迅速升高，最高时达到约0.7mg/L。
　　另外，饮用水中氨氮浓度较高，在消毒时会产生令人厌恶的嗅和味。

　　3　国内外饮用水标准对氨氮浓度的规定

　　美国、前欧共体和WHO所制定的饮用水标准，代表了目前世界的先进水平。由于常规处理难以去除氨氮，且西方国家近年水源保护较好，原水氨氮浓度不高，目前各国饮用水标准中对氨氮的规定不一，见表3。

表3 国内外饮用水标准中对氨氮限值 mg/L标准
名称原欧共体(1998)中国(1985)美国(1996)日本(1993)WHO(1992)法国(1989)荷兰(1984)德国(1990)韩国(1984)氨氮
限值0.5---1.50.50.20.50.5

　　从表3可以看出，在饮用水标准中对氨氮有规定的主要是欧洲国家，其他如美国、日本都没有规定。
　　我国现行的饮用水标准(GB 5749—85)中对氨氮没有规定，而文献^〔9〕中推荐的一类水司(供水量100 ×104m³/d以上的自来水公司)88项指标中，规定氨氮(以NH₃计)的标准值为0.5mg/L。我国生活饮用水水源水质标准^〔10〕将饮用水水源分为Ⅰ、Ⅱ两级，其中对原水氨氮的规定是：Ⅰ级、Ⅱ级≤0.5mg/L。水质指标超过Ⅱ级标准限值的水源水，不宜作为生活饮用水的水源。若限于条件需加以利用，应采用相应的净化工艺进行处理。综上所述，我国并不是缺少对饮用水源的氨氮规范，而是目前自来水厂采用的标准GB5749—85中，没有氨氮的限值。
　　去除污染原水中的氨氮，需要较高的经济投入。在我国目前的经济条件下，普遍要求处理水中的氨氮较难实施，但有条件的自来水厂或原水受氨氮污染严重的水厂，应该逐渐实施去除水中的氨氮，还要逐步将这一要求推广开来。

　　4 解决饮用水中氨氮的方法

　　解决饮用水中氨氮污染的根本方法是控制水源污染，在当前的实际情况下，应该在水厂中强化、增加处理工艺，去除原水中的氨氮。
　　目前生物法处理是去除原水氨氮最有效、最经济的方法。生物预处理技术是在常规处理之前进行生物处理，该工艺不仅能去除60%～90%的原水氨氮，而且对水中有机物(COD_Mn、TOC等)、浊度、色度和锰等均有一定的去除效果，特别适合原水遭到较严重有机污染的水厂采用。除此之外，生物活性炭深度处理工艺也能去除水中的氨氮，但受工艺条件限制，去除能力有限。
　　有些水厂常采用折点加氯的方法来去除氨氮，在原水被有机物污染的情况下，折点加氯会产生大量有机氯化物，使饮用水的安全性下降，因而一般不提倡使用折点加氯工艺。

　　5 结论

　　目前我国地表水污染情况较严重，饮用水源大多受到氨氮污染。原水中较高的氨氮浓度预示着水体遭到新的有机污染，饮用水中的氨氮可能导致管网末梢的亚硝酸盐问题和嗅味问题。目前欧洲多数国家对饮用水中的氨氮浓度有较严格的规定。我国对饮用水水源的氨氮浓度也有类似限值，但目前自来水厂采用的饮用水标准GB 5749—85对氨氮却没有规定，应该逐步推行控制饮用水氨氮浓度的标准。解决饮用水氨氮问题的根本办法是控制水源污染，但在控制污染不力的情况下，只能加强自来水厂的除污能力，生物法预处理技术是目前解决饮用水中氨氮问题最有效、最经济的方法。

　　参考文献：
　　〔1〕中国环境状况公报〔J〕.中国环境年鉴，1993，59-60.
　　〔2〕中国环境状况公报〔J〕.中国环境年鉴，1994，79-80.
　　〔3〕中国环境状况公报〔J〕.中国环境年鉴，1995，65-67.
　　〔4〕中国环境状况公报〔J〕.中国环境年鉴，1996，88-89.
　　〔5〕中国环境状况公报〔J〕.中国环境年鉴，1997，58-59.
　　〔6〕中国环境状况公报〔J〕.中国环境年鉴，1998，167-168.
　　〔7〕中国环境状况公报〔J〕.中国环境年鉴，1999，117-118.
　　〔8〕夏青，张旭辉.水质标准手册〔M〕.北京：中国环境科学出版社，1990.
　　〔9〕汪光焘.城市供水行业2000年技术进步发展规划〔M〕.北京：中国建筑工业出版社，1993，7.
　　〔10〕黄明明，张蕴华.给水排水规范实施手册〔M〕.北京：中国建筑工业出版社，1993，10.