1 飲用水處理中氨氮問題現狀
作為有機生命體的重要組成元素，氮在自然環境中存在一個循環過程。由于城市人口集中和城市污水處理相對不力，以及農業生產大量使用化學肥料，使地表水體中的氨氮達到了較高的濃度。
根據90年代中國環境狀況公報的統計(見表1)，我國地表水環境污染狀況堪憂，七大水系中僅長江、珠江情況較好，且水質有逐年下降的趨勢，氨氮在地表水體超標污染物中出現頻率非常高。
上海某水廠從黃浦江下游取水，1995年其原水氨氮變化如圖1所示。從圖中可以看出，該廠原水氨氮污染較嚴重，很多時間在2mg/L以上，最高可達6～7mg/L，用如此污染狀況的原水生產自來水，需重視氨氮對飲用水水質的影響。
2 氨氮濃度過高時的問題
水中的氮主要以氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和有機氮幾種形式存在。在特定條件下，如氧化和微生物活動，有機氮可能轉化為氨氮。好氧情況下，氨氮又可被硝化細菌氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。
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表1 90年代我國七大水系污染狀況統計
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年份
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項目
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長江
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黃河
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珠江
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淮河
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松花江
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遼河
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海河
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1992
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比例
(%)
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Ⅰ、Ⅱ：58；
Ⅲ：22；
Ⅳ、Ⅴ：20
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Ⅰ、Ⅱ：24；
Ⅲ： 6；Ⅳ、Ⅴ：70
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Ⅰ、Ⅱ：47；Ⅲ：6；
Ⅳ、Ⅴ：47
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Ⅰ、Ⅱ：13；Ⅲ：20；
Ⅳ、Ⅴ：67
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Ⅲ：26；
Ⅳ、Ⅴ：74
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Ⅲ：14；
Ⅳ、Ⅴ：86
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Ⅰ、Ⅱ：16；Ⅲ：10；
Ⅳ、Ⅴ：74
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主要
污染物
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有機物、酚、氨氮
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有機物、酚、氨氮
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Hg、氨氮
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有機物、酚、氨氮
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Hg、氨氮、酚
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有機物、酚、氨氮、Hg、Cu
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有機物、氨氮
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1993
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比例
(%)
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Ⅰ、Ⅱ：37；
Ⅲ：31；Ⅳ、Ⅴ：32
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Ⅰ、Ⅱ：13；
Ⅲ：18；Ⅳ、Ⅴ：69
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Ⅰ、Ⅱ：29；
Ⅲ：40；
Ⅳ、Ⅴ：31
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Ⅰ、Ⅱ：18.3；
Ⅲ：15.7；Ⅳ、Ⅴ：66
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Ⅲ：38；
Ⅳ、Ⅴ：62
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Ⅲ：13；
Ⅳ、Ⅴ：87
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Ⅲ：50；
Ⅳ、Ⅴ：50
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主要
污染物
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CODMn、酚、氨氮、Cu、As
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CODMn、酚、BOD、氨氮
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氨氮、Cu、As
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CODMn、酚、氨氮
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Hg、氨氮、酚
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CODMn、Hg、氨氮、酚、Cu
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CODMn、酚、氨氮
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1994
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比例
(%)
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Ⅰ、Ⅱ：42；
Ⅲ：29；Ⅳ、Ⅴ：29
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Ⅰ、Ⅱ：7；
Ⅲ：27；
Ⅳ、Ⅴ：66
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Ⅰ、Ⅱ：39
Ⅲ：43；
Ⅳ、Ⅴ：18
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Ⅰ、Ⅱ：16；
Ⅲ：40；
Ⅳ、Ⅴ：44
|
Ⅰ、Ⅱ：6；
Ⅲ：23；
Ⅳ、Ⅴ：71
|
Ⅰ、Ⅱ：32；
Ⅲ：24；
Ⅳ、Ⅴ：44
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主要
污染物
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CODMn、酚、氨氮、Cu、As
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CODMn、酚、BOD、氨氮
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氨氮、As、CODMn
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氨氮、CODMn
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CODMn、氨氮、酚、CN-
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CODMn、酚、氨氮、BOD
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1995
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比例
(%)
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Ⅰ、Ⅱ：45；
Ⅲ：31；
Ⅳ、Ⅴ：24
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Ⅰ、Ⅱ：5；
Ⅲ：35；
Ⅳ、Ⅴ：60
|
Ⅰ、Ⅱ：31；
Ⅲ：47；
Ⅳ、Ⅴ：22
|
Ⅰ、Ⅱ：27；Ⅲ：22；
Ⅳ、Ⅴ：51
|
Ⅰ、Ⅱ：4；
Ⅲ：29；
Ⅳ、Ⅴ：67
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Ⅰ、Ⅱ：42；
Ⅲ：17；
Ⅳ、Ⅴ：41
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主要
污染物
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CODMn、酚、氨氮
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CODMn、酚、BOD、氨氮
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氨氮、CODMn
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CODMn、氨氮
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CODMn、氨氮、酚
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CODMn、酚、氨氮、BOD
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1996
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比例
(%)
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Ⅰ、Ⅱ：38.8；
Ⅲ：33.7；
Ⅳ、Ⅴ：27.5
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Ⅰ、Ⅱ：8.2；
Ⅲ：26.4；
Ⅳ、Ⅴ：65.4
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Ⅰ、Ⅱ：49.5；
Ⅲ：31.2；
Ⅳ、Ⅴ：19.3
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Ⅰ、Ⅱ：17.6；
Ⅲ：31.2；
Ⅳ、Ⅴ：51.2
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Ⅰ、Ⅱ：2.9；
Ⅲ：24.3；
Ⅳ、Ⅴ：72.8
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Ⅰ、Ⅱ：39.7；
Ⅲ：19.2；
Ⅳ、Ⅴ：41.1
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主要
污染物
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CODMn、酚、氨氮、Cu
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CODMn、酚、BOD、氨氮
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氨氮、As、CODMn
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CODMn、氨氮
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CODMn、酚、氨氮、Hg
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CODMn、酚、氨氮、Cu、Hg
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CODMn、酚、氨氮、BOD
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1997
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比例
(%)
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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：67.7；
Ⅳ、Ⅴ：32.3
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Ⅳ：66.7
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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：62.5；
Ⅳ：29.2；
Ⅴ：8.3
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干流以Ⅲ、Ⅳ為主
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Ⅳ：70.6
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Ⅴ以下：50
|
Ⅴ以下：50
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主要
污染物
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CODMn、酚、BOD
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CODMn、酚、BOD、氨氮
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氨氮、Hg、CODMn
|
CODMn、氨氮
|
CODMn、酚、BOD
|
CODMn、酚、氨氮、BOD
|
CODMn、BOD、氨氮
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1998
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比例
(%)
|
Ⅰ：4；Ⅱ：67；
Ⅲ：4；
Ⅳ：11；
Ⅴ：4
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Ⅱ：24；
Ⅲ：5；
Ⅳ：47；
Ⅴ以下：24
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Ⅰ：29；
Ⅱ：36；
Ⅲ：7；
Ⅳ：22；
Ⅴ：2；
Ⅴ以下：4
|
Ⅱ：11；
Ⅲ：17；
Ⅳ：18；
Ⅴ：6；
Ⅴ以下：48
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Ⅰ：5；
Ⅱ：19；
Ⅲ：4；
Ⅳ：10；
Ⅴ：9；
Ⅴ以下：53
|
Ⅰ：4.5；
Ⅱ：2.3；
Ⅲ：4.5；
Ⅳ：22.7；
Ⅴ：4.5；
Ⅴ以下：61.4
|
Ⅲ：4；
Ⅳ：67；
Ⅴ：21；
Ⅴ以下：8
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主要
污染物
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CODMn、SS、氨氮
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SS、酚
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氨氮、石油、SS
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CODMn、BOD
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CODMn、氨氮、石油、酚
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CODMn、酚、氨氮
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酚、石油
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注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別表示按照我國地面水環境質量標準劃分的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ類水體。
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水中氨氮濃度并非固定不變，而是可在多種氮的存在形式間互相轉化。我國地面水環境質量標準的說明中指出了水中三氮(氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮)出現的水質意義，見表2。
由表2可知，根據原水中三氮出現情況的不同，水質呈現不同的污染特征。但只要水中有氨氮出現，則表示水體受到新的污染，水體自凈尚未完成。自來水廠面對這樣的原水，為了保證飲用水安全，應該采取相應的水處理措施。
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表2三種含氮化合物在原水中出現的意義
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NH+4-N
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NO-2-N
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NO-3-N
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意義
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+
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-
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-
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水新近被污染
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+
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+
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-
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新近被污染，分解正在進行
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+
|
+
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+
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水以前被污染，已開始分解并仍有新污染
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-
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+
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+
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水中污染物已分解，趨向自凈
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+
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-
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+
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舊污染分解已完成，現又有新污染
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-
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+
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-
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污染已分解，但未完全自凈或硝酸鹽還原為亞硝酸鹽
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-
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-
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+
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水中污染物都已分解并達到了凈化
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-
|
-
|
-
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清潔水
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注“+”表示在水中出現；“-”表示在水中不出現。
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到目前為止還沒有看到過飲用水中氨氮危害人體健康的報道，但在地表水體中如果存在較高的氨氮，能對水生生物造成毒害，毒害作用主要是由水中非離子氨(NH3)造成的。水中氨氮以銨根(NH4+)和非離子氨(NH3)兩種形式存在，這兩種成分的比例隨水溫和pH值變化，以銨根為主。水中的亞硝酸鹽不穩定，易在微生物或氧化劑的作用下轉化為硝酸鹽和氨氮。硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度高的飲用水可能對人體造成兩種健康危害，即誘發正鐵血紅朊癥(尤其是嬰兒)和產生致癌的亞硝胺，這兩種危害都是亞硝酸鹽直接造成的，因而對硝酸鹽的濃度限制較寬。
自來水中含高濃度的氨氮也可能產生亞硝酸鹽的問題，尤其是在我國多層建筑廣泛采用的屋頂水箱中。屋頂水箱容易受到二次污染，也容易造成死水，使自來水在水箱中停留較長時間才被用戶使用。用含氨氮的自來水廠濾后水加氯后進行貯放試驗，結果見圖2。試驗水樣(濾后水)含氨氮1.38mg/L，加氯后水樣的余氯為2.0mg/L，密閉貯存于5L棕色瓶內，放置在室內環境中，檢測時從中取出少量水樣分析余氯、氨氮和亞硝酸鹽氮。試驗期間水溫從25℃逐漸升高至27℃。
由圖2可知，2mg/L的余氯經2d就被消耗掉90%，同時開始進行硝化反應。在開始2d內氨氮稍有下降，應該是同水中余氯反應的結果。第5～8d，有一個硝化反應的高峰期，這段時間內氨氮濃度迅速下降，同時亞硝酸鹽氮濃度迅速升高，最高時達到約0.7mg/L。
另外，飲用水中氨氮濃度較高，在消毒時會產生令人厭惡的嗅和味。
3 國內外飲用水標準對氨氮濃度的規定
美國、前歐共體和WHO所制定的飲用水標準，代表了目前世界的先進水平。由于常規處理難以去除氨氮，且西方國家近年水源保護較好，原水氨氮濃度不高，目前各國飲用水標準中對氨氮的規定不一，見表3。
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表3 國內外飲用水標準中對氨氮限值 mg/L
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標準
名稱
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原歐共體(1998)
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中國(1985)
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美國(1996)
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日本(1993)
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WHO(1992)
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法國(1989)
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荷蘭(1984)
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德國(1990)
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韓國(1984)
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氨氮
限值
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0.5
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-
|
-
|
-
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1.5
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0.5
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0.2
|
0.5
|
0.5
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從表3可以看出，在飲用水標準中對氨氮有規定的主要是歐洲國家，其他如美國、日本都沒有規定。
我國現行的飲用水標準(GB 5749-85)中對氨氮沒有規定，而文獻中推薦的一類水司(供水量100 ×104m3/d以上的自來水公司)88項指標中，規定氨氮(以NH3計)的標準值為0.5mg/L。我國生活飲用水水源水質標準將飲用水水源分為Ⅰ、Ⅱ兩級，其中對原水氨氮的規定是：Ⅰ級、Ⅱ級≤0.5mg/L。水質指標超過Ⅱ級標準限值的水源水，不宜作為生活飲用水的水源。若限于條件需加以利用，應采用相應的凈化工藝進行處理。綜上所述，我國并不是缺少對飲用水源的氨氮規范，而是目前自來水廠采用的標準GB5749—85中，沒有氨氮的限值。
去除污染原水中的氨氮，需要較高的經濟投入。在我國目前的經濟條件下，普遍要求處理水中的氨氮較難實施，但有條件的自來水廠或原水受氨氮污染嚴重的水廠，應該逐漸實施去除水中的氨氮，還要逐步將這一要求推廣開來。
4 解決飲用水中氨氮的方法
解決飲用水中氨氮污染的根本方法是控制水源污染，在當前的實際情況下，應該在水廠中強化、增加處理工藝，去除原水中的氨氮。
目前生物法處理是去除原水氨氮最有效、最經濟的方法。生物預處理技術是在常規處理之前進行生物處理，該工藝不僅能去除60%～90%的原水氨氮，而且對水中有機物(CODMn、TOC等)、濁度、色度和錳等均有一定的去除效果，特別適合原水遭到較嚴重有機污染的水廠采用。除此之外，生物活性炭深度處理工藝也能去除水中的氨氮，但受工藝條件限制，去除能力有限。
有些水廠常采用折點加氯的方法來去除氨氮，在原水被有機物污染的情況下，折點加氯會產生大量有機氯化物，使飲用水的安全性下降，因而一般不提倡使用折點加氯工藝。
5 結論
目前我國地表水污染情況較嚴重，飲用水源大多受到氨氮污染。原水中較高的氨氮濃度預示著水體遭到新的有機污染，飲用水中的氨氮可能導致管網末梢的亞硝酸鹽問題和嗅味問題。目前歐洲多數國家對飲用水中的氨氮濃度有較嚴格的規定。我國對飲用水水源的氨氮濃度也有類似限值，但目前自來水廠采用的飲用水標準GB 5749—85對氨氮卻沒有規定，應該逐步推行控制飲用水氨氮濃度的標準。解決飲用水氨氮問題的根本辦法是控制水源污染，但在控制污染不力的情況下，只能加強自來水廠的除污能力，生物法預處理技術是目前解決飲用水中氨氮問題最有效、最經濟的方法。
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