我国地下水污染可分为氮化物污染、磷化物污染、重金属污染及有机污染4大类,最为普遍的是氮化物污染,主要的氮化物为氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮,常称为“三氮”。“三氮”污染是地下水污染最突出的问题之一。因此,科学、准确地了解地下水中氮的相关科学知识对地下水污染的预防和治理至关重要。

所谓“三氮”,就是地下水环境中主要以离子态存在的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的氮化合物。氨氮是指水中以游离氨和铵离子形式存在的氮,动物性有机物的含氮量一般较植物性有机物的高,同时人畜粪便中含氮有机物很不稳定,容易分解成氨。亚硝酸盐氮是指水体中含氮有机物进一步氧化,在变成硝酸盐过程中的中间产物。“三氮”中的硝酸盐氮一般来说属于常量组分,其他则为微量组分。

纯净天然水体中的含氮物质是很少的。水体中含氮物质的主要来源是生活污水和某些工业废水。另外,氮也是蛋白质、核酸、某些维生素等有机物中的重要组分。当含氮有机物进入水体中后,由于微生物和氧的作用,可以逐步分解或氧化为无机氨、铵离子、亚硝酸盐和最终产物硝酸盐。

因此,“三氮”是衡量水体毒理性和富营养化程度的重要指标。

硝酸盐氮是地下水中“三氮”存在的主要形式,而亚硝酸盐氮毒性较大,是地下水氮污染的重要标志。当人体摄入“三氮”含量过多或超标的地下水时会引起机体维生素A缺乏症、血质下降、痢疾等疾病,严重时甚至会诱发癌变和基因突变。

作为污染指标之一,氨氮直接影响水体质量。地下水中的铵根基本无毒,但氨气有毒,可以引起水体鱼类死亡。同时,亚硝酸根进入血液后,使血红铁蛋白（二价铁）变为变性血红蛋白（三价铁）,从而引起血液输氧功能的减退与丧失,直接可使动物中毒缺氧,产生高铁红血蛋白症,严重者窒息致死或患白血病。另外,亚硝酸盐会与仲胺作用合成与胃癌发病率相关性很大的致癌物质亚硝酸胺。据目前研究成果可知,硝酸盐虽然不是直接致癌物质,但硝酸盐氮在体内可被细菌还原为亚硝酸盐,进而严重危害人体健康。科学家们还发现,饮用水中高含量的硝酸盐与高血压的发病率之间存在一定的关系。水中硝酸盐含量高对婴儿的健康也有极大危害,因为婴儿胃中游离酸低,适于硝酸还原菌在消化道上部发育,从而易使硝酸根还原为亚硝酸根。对家畜、生物和农作物而言,饲料作物从土壤与水中吸收并积累大量的硝酸盐后,在适当条件下,能释放出有毒的二氧化氮等气体,浓度高时可致死。

“三氮”可以相互转化,而“三氮”的相互转化使得地下水中的“三氮”污染范围难以圈定,对人类的身体健康和生产活动带来了严重的危害。

人类活动严重干扰着全球氮素循环,农业化肥的过量使用、化石燃料的燃烧等极大增加了自然界氮的输入量,特别是农业发达地区,地下水氮污染和由此引发的饮用水安全问题已成为全球关注的焦点。

地下水环境中“三氮”污染现象越来越严重的主要原因可以概括为两方面：一方面是受人类活动影响,地下水环境中“三氮”污染质的来源逐渐增多,主要可分为农业活动（人畜粪便,化肥、农药的使用和污水灌溉等）及城市工业和生活中“三废”的随意排放两个主要来源;另一方面是在适宜的自然地质条件下,这些含氮物质经过土壤和包气带渗入到地下水体中,由于物理、化学和生物作用使其表现出不同的形式,并在地下水体中得到不断积累,从而引起日益严重的地下水中“三氮”污染。

一般来说,地下水中硝酸盐氮浓度沿地下水径流方向总体呈降低的趋势,地下水中氨氮浓度变化趋势与之相反。地下水补给区,包气带厚度大,地下水流速快。带负电的包气带土壤胶体对氨氮有很强的吸附固定作用。因此在地下水补给区,氮化物进入较厚的包气带,经过充分的吸附固定、氨挥发、淋滤以及微生物的硝化作用后,大部分氨氮被吸附转化,使硝酸盐氮成为补给区地下水中最主要的淋溶态氨,且补给区地下水更新速度快,溶解氧含量较高,处于氧化环境,更有利于硝化反应的进行。而在区域地下水的滞留排泄区,含水层主要是由细颗粒的粉土及粉细砂组成,地下水径流缓慢,水位埋深浅,污染物容易随降水和灌溉等淋滤作用进入地下水。随着地下水中污染物含量的增加,溶解氧被消耗殆尽,地下水处于较强的还原环境,硝化作用减弱,使该区氨氮能够稳定存在并不断积累。因此,氨氮高浓度区主要集中在地下水流场的排泄区。

对地下水中的“三氮”进行科学的研究,需要对地下水中“三氮”的含量进行系统地定量分析。随着社会和科技的发展,氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的分析测试方法也在不断地改进与扩充,由准确度和精密度高的经典分析测试方法扩展到工作效率高的仪器分析方法,不仅为科研工作者在不同条件下的科学研究提供了更多的选择,也使得对地下水中“三氮”的分析更加准确和方便。

对地下水中氨氮的分析测试方法使用较多的主要有分光光度法和离子色谱法,其中,分光光度法又可细化为纳氏试剂分光光度法、水杨酸盐分光光度法和酚盐分光光度法,等等。针对地下水中氨氮污染的情况越来越严重,开发简便、快速、灵敏度高、选择性好及环境友好的测试方法应成为地下水中氨氮分析的重中之重。

地下水中亚硝酸盐氮的分析测试方法有重氮偶合光谱法、离子色谱法和气相分子吸收光谱法。其中,利用离子色谱法测定水中的亚硝酸盐氮时发现,该方法简便、快速,干扰少,可同时测定多种离子等,是值得推广的方法。

对地下水中硝酸盐氮的分析测试方法主要有酚二磺酸分光光度法、麝香草酚分光光度法、紫外分光光度法和离子色谱法。其中,紫外分光光度法、离子色谱法以及离子选择电极等较新的检测方法因其干扰少、操作简单、污染小,以及可进行大批样品的的测量等优点越来越得到推广使用。

目前,地下水中“三氮”的分析测试方法随着新方法和新技术的不断出现和发展更加多元化,新的检测方法层出不穷。随着对地下水中“三氮”污染研究的深入,开发简便、快速、灵敏度高、选择性好及环境友好的分析方法既是对分析测试结果更高层次的要求,也符合我国对社会主义和谐社会可持续发展的要求。