水体氨氮污染.docx
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水体氨氮污染
摘要
随着社会和经济快速的发展，在消耗物质造就城市繁荣背后，因社会整体环保意识淡薄，城市污水承接、处理配套系统不完善，使得大量废污水直接排入周边环境水体。
废污水中高浓度的有机物由于微生物的新陈代谢等活动而被分解,使得水中的溶解氧量不断减少,导致水体质量变差。
当水体长期处于缺氧和厌氧环境时，水中有机物则会因为水体厌氧菌的作用而不断分解，并由此产生HS等大量恶臭气体；同时水体部分金属元素会在缺氧环境中转化成黑色物质，最终形成黑黑臭水体体。
黑黑臭水体体给附近居民带来感官不适，还可能因蚊蝇滋生给附近居民身体健康带来隐患。
所以，分析和研究反映城市黑黑臭水体体关键因素和指标，对城市黑黑臭水体体的治理和消除意义重大。
本文阐述了目前国内黑黑臭水体体研究和评价现状，并开展有关试验。
本实验以黄埔区四条被列进197黑黑臭水体体名单的河涌为研究对象，并使用纳氏试剂测量黑臭水体中氨氮具体含量，进而判断水体污染程度；探究黑黑臭水体体与水体氨氮污染之间的关联；寻找水体黑臭产生根源，为城市黑黑臭水体体治理提供依据。
通过取样测定，发现四条黑黑臭水体体的氨氮含量都较高，细陂河、三戽涌、文涌、牛屎圳的氨氮浓度分别达到了10.1946mg/L、13.5502mg/L、7.6218mg/L、13.7816mg/L。
通过数据分析、查阅文献资料，本研究得出结论：
黑黑臭水体体的氨氮浓度普遍高于地表水环境质量标准氨氮项目V类水标准限值，环境水体黑臭伴随着氨氮污染，建议将氨氮作为治理黑臭的主要控制指标。
关键词：
环境水体氨氮黑臭污染
AnalysisofAmmoniaNitrogenPollutioninsomeBlackandOdorousWaterBodiesinGuangzhou
YangXue
（CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China）
Abstract:
Withtherapiddevelopmentofsocietyandeconomyandthecontinuousgrowthofpopulation,behindtheprosperityofthecitycausedbytheconsumptionofmaterials,alargenumberofwastewaterisdirectlydischargedintothesurroundingenvironmentwaterwithouteffectivetreatmentbecauseofthegeneralweakawarenessofenvironmentalprotectionandtheimperfectsupportingsystemofurbansewagetreatment.Thehighconcentrationoforganicmatterinwastewaterwillbeconsumedbythebiochemicaleffectofmicroorganisms.Dissolvedoxygen（DO）inwaterleadstothedeteriorationofwaterenvironmentquality.Whenthewaterbodyisinanoxicandanaerobicenvironmentforalongtime,organicmatterwillreleaseammonia,hydrogensulfideandotherodorousgasesunderthedecompositionoffacultativeanaerobicbacteriaandanaerobicbacteria,andemitodor.Atthesametime,somemetalelementsinthewaterbodywilltransformintoblacksubstancesinanoxicenvironment,andeventuallyformlargeandsmallblackodorouswaterbody.Blackodorouswaterbringssensorydiscomforttonearbyresidents,butitmayalsobringhiddendangerstothehealthofresidentsneartheblackodorouswaterduetothebreedingofmosquitoesandflies.Therefore,theanalysisandstudyofkeyfactorsandindicatorsreflectingurbanblackandodorouswaterisofgreatsignificancetothetreatmentandeliminationofurbanblackandodorouswater.
Inthispaper,thecurrentsituationofresearchandevaluationofblackandodorouswaterbodyinChinaisdescribed,andrelevantexperimentsarecarriedout.Inthisexperiment,fourriversinHuangpuDistrictwhichwerelistedin197blackodorouswaterbodyweretakenasresearchobjects.ThecontentofammonianitrogeninwaterbodywasdetectedbyNesslerreagentspectrophotometry,andthepollutionsituationwasanalyzed.Therelationshipbetweenblackodorouswaterbodyandammonianitrogenpollutioninwaterbodieswasexplored.Thecauseofblackodorouswaterbodywasfound,whichprovidedthebasisforthetreatmentandeliminationofurbanblackodorouswaterbody.Throughsamplinganddetermination,itisfoundthattheammonianitrogencontentinfourblackodorouswaterbodiesisgenerallyhigh.TheammonianitrogenconcentrationinXibeiRiver,SanhuRiver,WenRiverandNiushiChannelreaches10.1946mg/L,13.5502mg/L,7.6218mg/Land13.7816mg/L,respectively.Throughdataanalysisandliteraturereview,thisstudydrawsthefollowingconclusion:
theconcentrationofammonianitrogeninblackandodorouswaterisgenerallyhigherthanthestandardlimitofV-typewaterinsurfacewaterenvironmentalqualitystandard.Theammonianitrogenpollutionisfollowedbyblackodorouswaterbody.Itissuggestedthatammonianitrogenshouldbeusedasthemaincontrolindexforcontrollingblackandodorouswaterbody.
Keywords:
EnvironmentalwaterAmmonianitrogenBlackandodorousPollution
1前言
1.1黑黑臭水体体概述
1.1.1黑黑臭水体体定义及危害
随着我国经济和社会的快速发展，消耗大量物质造就繁荣的背后，落后的环保意识、不完善的污水承接系统以及城镇集中式污水处理设施的污水处理能力不足，导致大量废污水汇入河涌。
环境水体污染负荷过高时，水体难以正常地进行自净作用，从而诱使黑臭现象的出现。
当正常水体被污染以后,水生植被不断地退化、灭绝,水中生存的动植物将会大量消失,水体的自净功能完全丧失,当污染物大量排入时,水体会不断地变得黑臭、恶劣循环（丁华,2017）。
针对城市黑臭水体，我国住建部门曾编制过一本关于城市黑臭水体的《工作指南》，该指南明确规定凡是又黑有臭或则散发着刺鼻气息的水体，只要处于城市环境中都被称之为城市黑臭水体。
（林培,2015）。
水体发黑发臭不仅会带来感官和心理上的不适，同时因为对地下水造成污染、周边空气微生物污染以及蚊蝇的滋生，也会给黑黑臭水体体附近居民健康带来隐患。
1.1.2黑黑臭水体体现状
经调查显示，2016年底全国范围内共存在大约2000多个城市黑黑臭水体，其中数量最多的两个省份是广东与安徽，其分别达到了244条和217条；同样，江苏、河南、山东、湖南、湖北5个省份黑黑臭水体体的数量均在100以上（廖伟伶，2017）。
特别是最近三四年，城市黑黑臭水体的形式越发严峻。
在2015年，国务院就曾颁布《水十条》，其明确规定城市内部出现的黑黑臭水体现象应当由当地人民政府负责，由环境以及城建部进行重点落实。
该条目还提出明确目标：
力争在2020年底在地级市内部有效控制黑黑臭水体，到2030年底在全国城市范围内消除黑黑臭水体现象（陈修硕等，2017）。
截至目前，广州市统计并参与黑黑臭水体体治理的有197条黑黑臭水体体，其中包括位于黄埔区的三戽涌、文涌、牛屎圳以及细陂河。
同时，为了响应和推进城市黑黑臭水体的全面整治工作，广州市制定了《广州市黑黑臭水体体治理攻坚战实施方案》。
该方案明确了黑黑臭水体体整治的工作目标：
通过3年的时间，全面改善城市用水质量；到2019年底，消除百分之九十以上的城市黑黑臭水体，基本达到长制久清；到2020年底，全面消除黑黑臭水体体并实现长制久清。
1.2黑黑臭水体体成因
1.2.1外源输入
水体外源污染可分为面源、点源污染。
其中点源污染是工业废水、生活污水由排放口进入的水体污染，通常该类污水浓度更高、成分更复杂。
面源污染指污染物无固定排放点，通过地表径流、雨水淋洗等进入水体，具有广泛性、随机性等特点。
由于河湖通常地势低洼，周围的经过处理或者未经过处理的工业企业、生活污水都会排入水体中，同时雨水的淋洗冲刷作用使得地面上的有机污染物、腐殖质以及氨氮等也进入水体中。
水体中的这些物质由于水中微生物活动而进行分解、水解,这些生化过程会造成水体中溶解氧量的急剧减少。
当水体长期处于缺氧和厌氧环境时，水中有机物则会因为水体厌氧菌的作用而不断分解，并由此产生HS等大量恶臭气体；；同时水中富含的金属矿物质也会在厌氧情况下，转变成MS、FeO2等黑褐色物体，有些沉下去而有些浮了上来（吴银彪等，2018）。
另外，当有机物大量聚集时，细菌便会分解部分有机物产生一层附着于水面的保护膜，从而使得水面和气体交换性能减弱，久而久之导致水体逐渐发臭发黑（王旭等，2016）。
1.2.2内源释放
由于河湖长年受到污染，在河湖底泥强大的物理和化学吸附作用下，水体中的大量有机污染物在其表面吸附沉积,使污泥底泥中有机污染物的浓度显著高于水体中。
由于水体自然湍动、人类活动的扰动影响,底泥受到搅动而部分悬浮在水体中,其中的有机污染物由于浓度差等原因会向水中释放,造成二次污染，并且使得水体中的溶解氧量减少。
1.2.3水华泛滥
生活中常用的洗涤剂、农业肥料、养殖业产生的蓄禽粪便，这些都含有丰富的氮磷等营养元素，它们随废污水排放而进入自然水体中，成为了藻类生长繁殖的营养来源。
当温度、阳光以及盐碱度等条件事宜时，藻类就会大量繁殖，最终形成成片成片的水华。
当藻类死去后又会在水中进行氧化分解，这样就造成水体变臭（王仲伟，2018）。
水中藻类大量生长、漂浮在水面上还会减少水气交换界面，阻碍大气复氧,造成溶解氧进一步降低。
1.2.4水动力学条件不足
水动力学条件不足、水循环不畅也是引起水体黑臭的原因之一（孔韡等，2017）。
流水不腐，水在流动时可以不断地更新其与空气的接触表面，从而有利于氧气进入水体当中。
在水位较深、水体紊流的情况下,水体的复氧作用较强，反之，水体中的溶解氧会无法得到及时补充而呈缺氧状态，且污泥也难以被冲刷扩散而淤积堵塞。
1.3水体氨氮污染
水体中的氨氮来源广泛,主要包括生活污水以及工农业污染。
工业废水主要包含化工、化肥等杂质，所以其内部氨气含量很高。
而生活中的氨氮则主要是由于大量动物的排泄造成，其主要包括蓄禽养殖厂的废水、地面径流进入等；农业面源污染则包括农业氮肥流失等进入水体（张占平，2008）。
氨氮在亚硝酸菌、硝酸菌作用下会发生亚硝化、硝化反应，生成产物为亚硝酸盐、硝酸盐。
该生化过程需要水体中溶解氧的参与，造成水体中溶解氧的急剧减少。
所以氨氮作为水体中主要的耗氧物质之一，是造成水体黑臭现象恶化的又一原因。
NH4++2O2⇌NO3-+2H++H2O
根据上面化学反应式，1摩尔氨根离子就需要消耗2摩尔氧气，由此可得出在理论上每1mg氨氮耗氧4.571mg，故理论上氨氮的耗氧系数为4.571。
但由于混合沉降等其他原因会导致氨氮的衰减，使其比理论值偏小（罗家海，2001）。
1.4黑黑臭水体体的评价分级
目前，我国黑黑臭水体体的评价分级方法有多种，包括方宇翘等（1993）根据苏州河黑臭现象的规律，构建以水温、溶解氧等为指标的黑黑臭水体指数法。
据资料记载，当上海市高校对黄浦江进行研究时，首次提出A值法（阮仁良等，2002）。
而在研究不同河流黑臭现象时，应当针对河流各自的环境条件、水体特点及污染特征对黑臭情况进行科学评价、因地制宜。
针对珠三角感潮河网的特性，高强（2011）建立了以BOD5、CODcr和NH3-N为计算指标的黑臭加权评价法。
鉴于珠三角的河流大都是又细又小，所以这些地方的黑臭水体体现象十分严重。
由于这些污水内部DO量微乎其微，所以该方法并不需要去考虑DO的影响。
通过分析《城市黑臭水体的改善工作指南》可知，人体感知器官通常会把透明度、氧还原电位、水体氨气氮气量以及溶解氧当做评判十分为黑臭水体的四大金标准，通过该标准能够清晰的判断当地水质的污染状况，其具体标准如表1所示。
这是目前国内各城市水务、环保、住建系统用来评判水体黑臭治理情况的主要依据。
但广州市城市黑黑臭水体体河道跌水区域较多,河涌自然条件复杂多变,现场测定溶解氧、氧化还原电位比较困难。
人口密度较大、交通较为便利的地区，其黑黑臭水体体多为小河涌，河道窄小、水质波动较大，测定结果存在着较大误差,现场测定数值与实际数值不符,不具备代表性。
同时由于河涌水位低,透明度的现场测定会因此受到限制。
表1《城市黑黑臭水体体整治工作指南》城市黑黑臭水体体污染程度分级标准
特征指标（单位）
轻度黑臭
重度黑臭
透明度（cm）
25~10
<10
溶解氧（mg/L）
0.2~2.0
<0.2
氧化还原电位
-200~50
<-200
氨氮（mg/L）
8.0~15
>15
1.5纳氏试剂分光光度法原理
纳氏试剂分光光度法是指在强碱溶液中，氨（或铵）能与纳氏试剂（碘化钾、碘化汞的强碱溶液）反应生成淡红棕色胶体化合物。
此颜色在较宽的波长范围内具有强烈吸收，通常在波长420nm处进行比色定量。
HgI2+2KI→K2HgI4
2K2HgI4+3KOH+NH3→NH2Hg2OI+7KI+2H2O
NH2Hg2OI称为碘化汞铵合氧化汞，是一种红棕色胶状物。
该棕红色胶状物主要包含丙酮、脂肪胺等多种有机化合物，且内部还包含猛、铁、镁等些许无机离子，所以才会产生所谓的异色和浑浊现象。
因此，针对其内部含有物质，可利用絮凝沉淀法进行处理。
假如担心金属离子的干扰，可滴入少量酒石酸钾钠，并在静置后进行摇晃，最终因为产生化学反应而消除该类离子的影响。
此方法在检测浓度上可分为上下限，其分别为2mg/L，与0.025mg/L。
总之，经过适当处理，该试剂可以用作生活废水、工业废水、地下水以及地面水等污水的检测（环境保护部，2009）。
1.6本实验的研究内容与目的
本实验以被广州市水务局列入197条河涌名单中的四条黑黑臭水体体：
三戽涌、细陂涌、文涌、牛屎圳为研究对象，通过对水样氨氮含量的检测，分析黑黑臭水体体中氨氮污染情况，结合现场水体感官判断、各级政府部分黑臭河涌评估结果，探究黑黑臭水体体与水体氨氮污染之间的关联；寻找水体黑臭产生根源，为城市黑黑臭水体体治理、消除提供依据。
2材料与方法
2.1实验对象
位于广州市黄埔区的四条天然水体：
三戽涌、细陂涌、文涌、牛屎圳，均属于广州市认定的197条黑黑臭水体体。
参考《城市黑黑臭水体体整治工作指南》要求,对上述四条河涌均各取三个采样检测点,各点之间相距200~600m。
取样点位于水样下0.5m处，在水面不足半米深时，大致位于水深的1/2处。
水样采集在聚乙烯瓶中，标明样品名称、取样位置等信息。
在水样中添加足量硫酸，使溶液变成酸性溶液，并使得溶液ph<2，而且必须在当天之内完成测定。
2.2实验仪器与试剂
仪器：
可见分光光度计、10mm比色皿；
药品：
纳氏试剂；
ZnSO4溶液：
在水中加入10g硫酸锌，把其逐渐稀释到100mL，停止；
NaOH溶液：
取出盛着一定水量的容器，然后倒入氢氧化钠25g，随后加水至100ML进行稀释，最后放入到聚乙烯的瓶中；
H₂SO4溶液：
取出容器，加入80mL蒸馏水，滴入浓硫酸然20mL，摇匀；
C4O6H4KNa溶液：
取出容器，倒入100mL蒸馏水，接着加入酒石酸钾钠50g。
晃动并进行加热，等氨气挥发完成之后，再转移到100mL的容器内；
铵标准贮备液：
把纯氯化铵进行高温处理，并在处理完成后的物质中量取3.819g，倒入水中，在其均匀混合以后再倒入1000mL的容器中，最后通过稀释可以得到该溶液每毫升含有氨氮1.00mg；
铵标准使用液：
取出容器，加入铵标准液5.00mL，然后加水至500mL后停止，所以不难算出该容器内部氨氮含量为0.01mg/毫升。
2.3实验方法
（1）预处理
絮凝沉淀法
在水样之中，加入1mL10%硫酸锌，然后进行稀释到100mL，接着滴入几滴25%氢氧化钠，使之逐渐呈现出碱性，直到生成沉淀物Zn（OH）2。
随后晃荡摇匀，静置后，取出上清液5mL并倒入50mL比色管之中，然后再进行最终测定。
（2）测定
纳氏试剂分光光度法
1）标准曲线的绘制
取出7个完全一样的容器，分别放置标准溶液0、0.5、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0mL，随后并把其倒入比色管之中，然后滴入几滴H₂SO4，并一直进行加水稀释，直到达到即可肯定后，停止。
接着，在不同比色管中分别加入酒石酸钾钠1.0mL，摇匀静放。
然后取出纳氏试剂，混合十分钟后滴入比色皿，从而更加变化绘制标准曲线。
2）水样的测定
通过上述操作后，取出沉淀物5mL，倒入到比色管之中，接着滴入几滴H₂SO4，并加氨水稀释，加满停止。
接着，倒入酒石酸钾钠1.0mL，摇匀（施新峰等，2013）。
然后取出纳氏试剂，混合十分钟后滴入比色皿，对不同水样中存在的色度差异进行统计并绘制出详细曲线图。
3）计算
由校准曲线查得氨氮含量M（mg），
氨氮浓度（NH3-N,mg/L）=M∕V×1000，其中V=5mL
3结果与分析
3.1氨氮标准曲线
根据上述纳氏试剂分光光度法中标准曲线的绘制步骤，分别测定不同氨氮含量溶液对应的吸光度，其详情如下表2：
表2氨氮含量及对应吸光度
标准溶液量（mL）
0
0.5
1
3
5
7
10
氨氮含量（mg）
0
0.005
0.01
0.03
0.05
0.07
0.1
吸光度
0.015
0.021
0.049
0.126
0.179
0.238
0.341
3.2数据结果
根据上述纳氏试剂分光光度法中水样的测定步骤，将各个采样点的三个平行水样进行预处理及吸光度测定，并计算各采样点对应的氨氮浓度，得到以下如表3-表6所示的数据。
表3细陂河（黄埔段）氨氮浓度
采样点1
采样点2
采样点3
吸光度
0.157
0.203（舍去）
0.226
0.148
0.161
0.230
0.155
0.163
0.229
吸光度平均值
氨氮含量（mg）
0.0424
0.0451
0.0654
氨氮浓度（mg/L）
8.4862
9.0171
13.0805
表4三戽涌氨氮浓度
采样点1
采样点2
采样点3
吸光度
0.264
0.263
0.184
0.263
0.259
0.191
0.256
0.253
0.191
平均值
氨氮含量（mg）
0.0754
0.0746
0.0533
氨氮浓度（mg/L）
15.0816
14.9183
10.6507
表5文涌氨氮浓度
采样点1
采样点2
采样点3
吸光度
0.142
0.142
0.133
0.145
0.135
0.145
0.147
0.130
0.134
平均值
氨氮含量（mg）
0.0398
0.0370
0.0375
氨氮浓度（mg/L）
7.4040
7.5061
表6牛屎圳氨氮浓度
采样点1
采样点2
采样点3
吸光度
0.207
0.197
0.315
0.203
0.201
0.310
0.206
0.202
0.317
平均值
氨氮含量（mg）
0.0584
0.0567
0.0916
氨氮浓度（mg/L）
11.6716
18.3283
3.3水质评价方法
《地表水环境质量标准》规定了水质需要控制的极限，并根据这些极限将地表水分为Ⅰ-Ⅴ类，但此分类仅适用于国内环境。
其具体极限值如下表7所示：
表7地表水环境质量标准氨氮项目标准限值
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
Ⅳ类
Ⅴ类
氨氮限值（m
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