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【摘要】饮水安全问题是当今全社会普遍关注的话题。最大的问题在于使用地下水源的农村,地下水的污染以氮污染最为普遍。通过对原有资料的整理研究,对比找出地下水氮污染转化的最佳途径,探索其防治的方法,旨在为彻底解决饮水安全问题提供帮助。
【关键词】饮用地下水;氮污染;转化;防治
0.引言
自2007年11月份,国家决定加大重点饮用水水源地污染防治工程的建设,饮用地下水的安全问题便被提上了纲程。据悉,我国64%城市地下水污染严重,而由于化肥、农药的大量使用严重污染了地下水水质,加上村民大多使用手压井直接抽取浅层的地下水,因此农村往往成为地下水污染的最直接受害者,严重的导致各种癌症的高暴发率。
近些年来,国内外研究发现许多地区地下水中存在着硝态氮污染问题等[1]。为此,国内外均展开了一系列措施,进行调查研究模拟。据了解国内研究的地区有:东北海伦地区、河南省偃师市、河南省林州市、山东临沂市等等。
1.氮如何污染地下水
在土壤中,都有铵态氮和硝态氮存在,带正电荷的铵被带负电荷的土壤胶体所吸跗,不会向下移动或从土壤中淋失,而带负电荷的硝态氮不被土攘胶体所吸跗,可以随水流自由移动,同时土壤中的微生物通过正常的生理过程产生硝态氮。所以不管施入的氮是何种形态,硝态氮在土壤中无所不在;除外来的氮源外,土壤本身的有机质分解也释放硝态氮,这些氮对作物亦有效,但同外源氮-样,也会被淋失,使地下水硝酸盐浓度增加,以致污染水源[2]。
2.硝态氮污染地下水途径
2.1 通过包气带渗入
农田施用的氮肥,除一部分被植物吸收外,剩余部分残留在土壤里。在降水时,随雨水渗入地下污染地下水。
2.2 地表水侧向渗入
生活污水和工业废水排入河道,不仅污染地表水,而且污染了的地表水又成为地下水的污染源。降雨时农田径流带入地表水体的氮化物占各种活动排入水体氮素的51%,施氮肥地区氮素的流失比不施地区高3~10 倍。地表水侧向渗入污染的特征是:污染影响仅限于地表水体的附近,呈带状或环状分布;污染程度取决于地表水的污染程度、河道沿岸地质结构、水动力条件以及距岸边的距离。
2.3 污灌入渗
利用污水进行灌溉,不仅把残留在土壤中的氮及其污染物带入地下,同时,污水本身的污染物也渗入地下,造成地下水的双重污染[3]。
3.综合各个研究地区,掌握硝态氮分布特点及其影响因素
研究不同用途水井中硝态氮污染状况,灌溉水井硝态氮含量显著低于饮用水井。这与当地不同用途水井所处地理位置以及出水量有关, 一般家庭饮用水井需水量相对较少,考虑打井成本,农户选择在住房附近打井,且井较浅;而灌溉水井一般位于地势相对低的水田附近,由于灌溉需水量较大,水井一般建造较深。根据资料,在同样水井管道类型以及其他条件相近的情况下,水井深度显著影响硝态氮含量,水井越深,硝态氮含量越小,受污染程度越低。说明在整个区域,地下水硝态氮污染程度与水井的绝对深度并无显著关系,但在其他条件都近似的条件下,水井的深度与硝态氮污染程度呈显著的负相关[1]。
当然,农业活动和人类活动必然带来硝态氮污染的影响。工业废水,农业上化肥、农药的施加无疑加重了硝态氮的污染,呈现明显正相关。
4.氮的转化特性
地下水氮的转化直接影响氮在地下水中的积累,硝酸盐是地下水中氮的主要形态,亚硝酸盐既可以是硝化作用的产物,又可以是硝酸盐反硝化作用的中间产物,在溶液中很不稳定,氨在地下水中背景含量一般很少。当单井地下水存在一系列还原性的物质,如Fe2+、Mn2+、H2S、CH4等物质,这类地下水中NO3-不会大量积累。这些还原性物质对地表渗入的NO3-进行还原作用,反硝化过程使地下水中的硝酸盐含量降低。反硝化作用使溶液中离子NO3-、NO2-被还原为气态NH3、N20、N2。NH3水解成NH4+离子,在含还原性物质的地下水中NH4+含量相对较高。中间产物的NO2-是极不稳定的,在还原条件下可还原为NH3和N0、N2,在氧化条件下可转化为NO3-。在少数还原性水体中,由于NO2-污染,水体氮的转化还没达到动态的反硝化平衡,可能导致NO3-含量在地下水中暂时异常过高,出现污染现象。在少数氧化性水体中,由于NO2-或NH4+直接污染,水体氮的转化还没达到动态的硝化平衡,导致NO2-或NH4+含量在地下水中暂时异常过高,出现污染现象[4]。
以上的转化特性,在对临沂市农村地下水污染研究中得到了很好的验证。研究得到:在含Fe2+、Mn2+等还原性物质较高的地下水污染区中,反硝化平衡后以氨氮、亚硝酸盐氮污染为主;在氧化性物质较高的地下水污染区,硝化平衡后以硝酸盐氮污染为主;还原性地下水中的氨氮含量一般比氧化性地下水高;经充氧后,含还原性物质的氮污染地下水,亚硝酸盐氮易分解转化[4]。
5.氮污染的防治措施
5.1 发展生态农业
因地制宜地进行水源安全防护、生态修复和水源涵养等工程建设,严格实行污染物排放总量控制;积极推进循环经济;推广生态养殖,推进畜禽粪便和农作物秸秆的资源化利用;节约灌溉用水[3]。
5.2 合理利用化肥农药,开发新产品
研究采用多效抗虫害农药, 发展低毒、高效、低残留量新农药。完善农药的使用方法, 提高施药技术,合理施用农药。施入农田的氮肥,被作物吸收利用的只占其施入时的30~40%,大部分氮肥经各种途径损失于环境中[5]。确定适宜的施肥时间和施肥量,调整氮、磷、钾肥比例,对氮肥的施量应适当控制,合理的农业运作方式可以减少农田径流带走N、P,控制农业面源污染[6]。
5.3加强对畜禽排泄物的处置, 整治农村环境
农村畜禽, 应采取规模化养殖。要加强畜禽粪尿的综合利用, 改进粪尿清除方式, 制订畜禽养殖场的排放标准、技术规范及环保条例, 建立示范工程, 积累经验逐步推广。加强农村环保工作, 改善农村环境质量, 改造中心村的生活垃圾收运、处置设施, 以及生活污水处理设施[3]。
5.4建设集中供水工程
在水井建设方面,应在水井本身性质即污染途径上,饮用水井宜采用单节材料作水井管道, 如塑料、铁管等, 而针对各户建造深水井成本较高, 应以村庄为单元, 集中建造深水井提供自来水模式, 保证该区饮用水安全[3]。
5.5加强供水水源水质监测
加强对集中供水水源和自备水源的水质监测, 及时掌握饮用水水源环境、供水水质状况, 并定期检查,及时发现问题, 解决问题[3]。■
【参考文献】
[1]赵新峰,杨丽蓉,施茜,马岩,张燕燕,陈利顶,郑海峰.东北海伦地区农村地下饮用水硝态氮污染特征及其影响因素分析.环境科学,2008,(11).
[2]陈慕松.氮对地下水污染的原因及防治对策.闽东农业科技,1997,(2).
[3]于焕民.长治市农村饮用水水质现状分析.地下水,2006,(2).
[4]刘祥栋,李合海,王立萍,周西俊.临沂市农村饮用地下水氮类污染转化特性和防治对策.治淮,2009,(12).
[5]杨琰,蔡鹤生,刘存富,周爱国,林州.安阳地区食管癌高发区地下水氮污染及防治措施.水文地质工程地质,2002,(6).
[6]王现国,刘丕新,吴宗伟.农村浅层地下水污染特征及防治对策.地下水,2005,(4).
【关键词】饮用地下水;氮污染;转化;防治
0.引言
自2007年11月份,国家决定加大重点饮用水水源地污染防治工程的建设,饮用地下水的安全问题便被提上了纲程。据悉,我国64%城市地下水污染严重,而由于化肥、农药的大量使用严重污染了地下水水质,加上村民大多使用手压井直接抽取浅层的地下水,因此农村往往成为地下水污染的最直接受害者,严重的导致各种癌症的高暴发率。
近些年来,国内外研究发现许多地区地下水中存在着硝态氮污染问题等[1]。为此,国内外均展开了一系列措施,进行调查研究模拟。据了解国内研究的地区有:东北海伦地区、河南省偃师市、河南省林州市、山东临沂市等等。
1.氮如何污染地下水
在土壤中,都有铵态氮和硝态氮存在,带正电荷的铵被带负电荷的土壤胶体所吸跗,不会向下移动或从土壤中淋失,而带负电荷的硝态氮不被土攘胶体所吸跗,可以随水流自由移动,同时土壤中的微生物通过正常的生理过程产生硝态氮。所以不管施入的氮是何种形态,硝态氮在土壤中无所不在;除外来的氮源外,土壤本身的有机质分解也释放硝态氮,这些氮对作物亦有效,但同外源氮-样,也会被淋失,使地下水硝酸盐浓度增加,以致污染水源[2]。
2.硝态氮污染地下水途径
2.1 通过包气带渗入
农田施用的氮肥,除一部分被植物吸收外,剩余部分残留在土壤里。在降水时,随雨水渗入地下污染地下水。
2.2 地表水侧向渗入
生活污水和工业废水排入河道,不仅污染地表水,而且污染了的地表水又成为地下水的污染源。降雨时农田径流带入地表水体的氮化物占各种活动排入水体氮素的51%,施氮肥地区氮素的流失比不施地区高3~10 倍。地表水侧向渗入污染的特征是:污染影响仅限于地表水体的附近,呈带状或环状分布;污染程度取决于地表水的污染程度、河道沿岸地质结构、水动力条件以及距岸边的距离。
2.3 污灌入渗
利用污水进行灌溉,不仅把残留在土壤中的氮及其污染物带入地下,同时,污水本身的污染物也渗入地下,造成地下水的双重污染[3]。
3.综合各个研究地区,掌握硝态氮分布特点及其影响因素
研究不同用途水井中硝态氮污染状况,灌溉水井硝态氮含量显著低于饮用水井。这与当地不同用途水井所处地理位置以及出水量有关, 一般家庭饮用水井需水量相对较少,考虑打井成本,农户选择在住房附近打井,且井较浅;而灌溉水井一般位于地势相对低的水田附近,由于灌溉需水量较大,水井一般建造较深。根据资料,在同样水井管道类型以及其他条件相近的情况下,水井深度显著影响硝态氮含量,水井越深,硝态氮含量越小,受污染程度越低。说明在整个区域,地下水硝态氮污染程度与水井的绝对深度并无显著关系,但在其他条件都近似的条件下,水井的深度与硝态氮污染程度呈显著的负相关[1]。
当然,农业活动和人类活动必然带来硝态氮污染的影响。工业废水,农业上化肥、农药的施加无疑加重了硝态氮的污染,呈现明显正相关。
4.氮的转化特性
地下水氮的转化直接影响氮在地下水中的积累,硝酸盐是地下水中氮的主要形态,亚硝酸盐既可以是硝化作用的产物,又可以是硝酸盐反硝化作用的中间产物,在溶液中很不稳定,氨在地下水中背景含量一般很少。当单井地下水存在一系列还原性的物质,如Fe2+、Mn2+、H2S、CH4等物质,这类地下水中NO3-不会大量积累。这些还原性物质对地表渗入的NO3-进行还原作用,反硝化过程使地下水中的硝酸盐含量降低。反硝化作用使溶液中离子NO3-、NO2-被还原为气态NH3、N20、N2。NH3水解成NH4+离子,在含还原性物质的地下水中NH4+含量相对较高。中间产物的NO2-是极不稳定的,在还原条件下可还原为NH3和N0、N2,在氧化条件下可转化为NO3-。在少数还原性水体中,由于NO2-污染,水体氮的转化还没达到动态的反硝化平衡,可能导致NO3-含量在地下水中暂时异常过高,出现污染现象。在少数氧化性水体中,由于NO2-或NH4+直接污染,水体氮的转化还没达到动态的硝化平衡,导致NO2-或NH4+含量在地下水中暂时异常过高,出现污染现象[4]。
以上的转化特性,在对临沂市农村地下水污染研究中得到了很好的验证。研究得到:在含Fe2+、Mn2+等还原性物质较高的地下水污染区中,反硝化平衡后以氨氮、亚硝酸盐氮污染为主;在氧化性物质较高的地下水污染区,硝化平衡后以硝酸盐氮污染为主;还原性地下水中的氨氮含量一般比氧化性地下水高;经充氧后,含还原性物质的氮污染地下水,亚硝酸盐氮易分解转化[4]。
5.氮污染的防治措施
5.1 发展生态农业
因地制宜地进行水源安全防护、生态修复和水源涵养等工程建设,严格实行污染物排放总量控制;积极推进循环经济;推广生态养殖,推进畜禽粪便和农作物秸秆的资源化利用;节约灌溉用水[3]。
5.2 合理利用化肥农药,开发新产品
研究采用多效抗虫害农药, 发展低毒、高效、低残留量新农药。完善农药的使用方法, 提高施药技术,合理施用农药。施入农田的氮肥,被作物吸收利用的只占其施入时的30~40%,大部分氮肥经各种途径损失于环境中[5]。确定适宜的施肥时间和施肥量,调整氮、磷、钾肥比例,对氮肥的施量应适当控制,合理的农业运作方式可以减少农田径流带走N、P,控制农业面源污染[6]。
5.3加强对畜禽排泄物的处置, 整治农村环境
农村畜禽, 应采取规模化养殖。要加强畜禽粪尿的综合利用, 改进粪尿清除方式, 制订畜禽养殖场的排放标准、技术规范及环保条例, 建立示范工程, 积累经验逐步推广。加强农村环保工作, 改善农村环境质量, 改造中心村的生活垃圾收运、处置设施, 以及生活污水处理设施[3]。
5.4建设集中供水工程
在水井建设方面,应在水井本身性质即污染途径上,饮用水井宜采用单节材料作水井管道, 如塑料、铁管等, 而针对各户建造深水井成本较高, 应以村庄为单元, 集中建造深水井提供自来水模式, 保证该区饮用水安全[3]。
5.5加强供水水源水质监测
加强对集中供水水源和自备水源的水质监测, 及时掌握饮用水水源环境、供水水质状况, 并定期检查,及时发现问题, 解决问题[3]。■
【参考文献】
[1]赵新峰,杨丽蓉,施茜,马岩,张燕燕,陈利顶,郑海峰.东北海伦地区农村地下饮用水硝态氮污染特征及其影响因素分析.环境科学,2008,(11).
[2]陈慕松.氮对地下水污染的原因及防治对策.闽东农业科技,1997,(2).
[3]于焕民.长治市农村饮用水水质现状分析.地下水,2006,(2).
[4]刘祥栋,李合海,王立萍,周西俊.临沂市农村饮用地下水氮类污染转化特性和防治对策.治淮,2009,(12).
[5]杨琰,蔡鹤生,刘存富,周爱国,林州.安阳地区食管癌高发区地下水氮污染及防治措施.水文地质工程地质,2002,(6).
[6]王现国,刘丕新,吴宗伟.农村浅层地下水污染特征及防治对策.地下水,2005,(4).