[ZT]《生活饮用水卫生标准》GB5749- 项目解读 氨氮

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1 概述
3 a7 K+ [4 U: E9 k" I    氨氮(NH3-N)以离子态铵(NH4+)和非离子态氨(NH3)两种形式存在于水中。两者组成比取决于水的pH值和水温。非离子态氨所占的比例随着水温和pH值的升高而急剧_增加：氨的熔点-77.76％，沸点-33.43℃，蒸汽压882kPa(20℃)，蒸汽密度0.6g/L(20℃)，在常温下是一种具刺激性的无色气体。氨极易溶于水，其溶解度在20℃为421g／L，0℃为706g／L。
6 z8 I9 L1 @# Q8 z1．2 感官性状
6 b& x& `+ M- E    水中氨氮是影响感官水质指标因素之一。氨氮的浓度与有机物的含量、溶解氧的大小有着相关性，标志着水污染的程度。世界卫生组织在《饮用水水质准则》编制说明中，学出氨在水中的嗅阈值约为1．5mg／L，铵离子在水中的味阈值为35mg／L。同时，氨氮是水质富营养化的重要因素。
; I# j1 [3 B) i  r5 B' e- G1．3 来源
5 e9 E6 o, s! G6 a    水中氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物。含氮有机物经氨化菌分解生成氨。如氨基酸的分解。其次是来源于某些工业废水，如焦化厂废水、氮肥厂废水以及农田排查。再次是缺氧条件下硝酸盐在反硝化菌作用下还原为氨。地表水由于受到污染程度不同，氨氮的含量差异较大。饮用水氨氮的含量，除直接受原水影响外，也与氯胺消毒有关。
: L: l; g% B; D! n* P9 x9 m1．4 主要用途
$ m, C) E: X3 m/ j! U    氨用于生产肥料和动物饲料，用于制造纤维、塑料、爆炸物、纸和橡胶。金属加工中用做冷却剂。氨和铵盐用于清洁剂和食品添加剂，氯化铵用做利尿剂。相当多的水厂采用氯胺消毒。
, f" E; Z3 {+ O- s, S1．5 环境归宿
    根据平衡移动的原理，水中的氨在酸性条件下，趋向于生成稳定态的铵离子(NH4+)；在碱性条件下趋向于生成游离态分子氨(NH3)。
水中的氨在氧充足条件下，通过好氧型亚硝化菌和硝化菌作用，氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，在缺氧条件下，硝酸盐可被厌氧型反硝化菌作用还原为氨。氮的循环主要依靠硝酸盐，其次是氨和铵离子。土壤中的铵离子比氨稳定，参与固氮、矿化和硝化的生物过程。
2 分析方法
    测定氨氮的方法有纳氏试剂分光光度法、酚盐分光光度法和离子选择电极法。纳氏试剂法是测定氨氮的经典方法，目前仍是国内外采用的标准方法。离子选择电极适于现场陕速测定，但灵敏度较低。
3环境水平和人体接触
3．1 空气
    市区空气中含有高达20μg/m3的氨。在动物饲养集中的地区空气中的氨水平高至300μg／m3。
& C0 m" v6 p4 K- _' f. W3．2水
$ m1 S$ S' Q9 O1 V+ j    我同水质氮氮污染严重：根据国家环境保护总局发布的环境状况公报l998年七大水系中的长汀、珠江、海河、辽河主要污染指标有氨氮；l999年主要水系黄河、珠江、松花江、海河、淮河、辽河主要污染指标有氨氮，各城市典型水域仍以氨氮和有机污染为主。全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染．主要污染指标有氨氮。200O年长江、黄河、海河、淮河、浙闽片河流丰要污染指标有氨氮。
氨水平高于地理学水平是排泄物污染的一个重要指示。饮用水巾氯化了的氨超过O.2mg/L会引起嗅和味的问题．还会降低消毒效果，因为高达68％的氯可能与氩反应。水管内壁的水泥砂浆可能会释放出相当大量的氨到饮用水中．使氯消毒效果降低。原水中的氨含量高可能干扰锰的过滤去除．因为硝化作用消耗的氧太多．导致水有霉味和泥土味。原水中存在的铵离子由于催化反应或氨氧化细菌作用导致饮用水中有亚硝酸盐。
3．3食物
' C& g" s" g) X9 |    铵是许多食物中的天然成分 也有较少量的铵化合物(<0.001～3.2%)添加到食物中用作调酸剂、稳定剂、调味剂和助酵剂
3．4总暴露量和饮用水相对贡献的估算
9 ~  t( t& _/ s5 m    据估计每天从食物和饮川水中氩的摄入量为18mg，吸人少于lmg．吸烟(每天20支烟)也少于1mg。然而，人体肠内每天产生的氨为4000mg。
3 E7 ]5 @* [  w0 S0 m4实验动物和人体的代谢
    氨是哺乳动物主要的代谢物。氨在体内的形成有以下几种方式：肝脏中氨基酸的脱氨基作用；神经刺激和肌肉活动的代谢；胃肠道内的食物成分被辅助细菌酶分解产生。新陈代谢产生的氢有99％被胃肠道吸收．并输送到肝中合成为尿素．成为尿循环的一部分。肝巾形成的尿素经血液吸收输送到肾，以尿的形式排出体外。
5 动物实验
5．1急性暴露
( X0 _! {8 h7 G( [8 S* @3 s1 ~    铵盐经口LD50介于35O～75Omg/kg体重。不同铵盐的单次剂量介于200～500mg/kg体重会引起肺水肿、神经系统功能障碍、酸中毒和肾损害的疾病。
5．2 短期暴露
  c8 \' }( Y' P! D) {: ]7 }    动物亚慢性暴露于饮用水中不同铵盐(以铵离子计75~360mg／kg体重)对诱发酸中毒、轻微器官影响或血压增加表现出生理适应。
/ G1 z! S2 @+ Z, M  n" r6 }& h4 J' Q5．3 长期暴露
: ~! n0 C. ]: \  `) V    雄性SD大鼠饮用含氯胺1．5％(约每天每kg体重478mg的铵离子)的水为期超过330天，骨质量、钙含量和血液pH显著降低。与对照组相比．药物组动物的体重和脂肪蓄积较低。
5．4 生殖毒性、胚胎毒性和致畸性
    未发育雌性兔子经口摄入剂量为100~200mgl_kg体重的不同铵化合物·对生殖系统有影响。怀孕大鼠饮用含0．9％的氯化铵的水(约每天每kg体重290mg)会抑制胎儿生长但没有致畸影响。
5．5致突变性及相应终点
  Q- T3 @( j9 f    在高浓度时，观察到Balb e／3T3一变形试验、伴性显性／致命突变试验结果为阳性，中国仓鼠纤维原细胞染色体出现变异；其他遗传毒性实验结果为阴性。
# _: q% W. D" X( X5．6 致癌性
, j+ ?) \5 t3 I! ~' c    没有证据显示氨致癌。
6对人体健康的影响
' F7 k' v: K$ P' c    氨只有在摄入量超过人体解毒能力时才对健康人体有毒性。
( a/ r7 x; X0 ?* }% D    如果氨以铵盐的形式用药，阴离子的影响也必须考虑。比如氯化铵，氯离子的酸性影响看起来比铵离子还重要。当氯化铵超过每天每kg体重100mg(铵离子每天每kg体重33．7mg)．将会打破酸碱平衡、破坏葡萄糖耐量、降低组织对胰岛素的敏感性，从而影响新陈代谢。
: b  C: g# T/ b  O$ K. I* h    氨本身不是一种致癌物质．但氨在水处理过程(特别是滤池过滤)和管道中，经亚硝化菌作用，生成亚硝酸盐。亚硝酸盐进入体内与仲胺结合．生成致癌物二甲基硝胺。因而氨在间接上对人体健康带来一定的危害。
7水处理工艺去除氨
+ Q0 |$ e+ f8 L5 |( [; P    随着原水污染的加剧，氨氮含量也有增大的趋势，据我国供水部门的资料，1999年和2000年原水氨氮最高含量分别为5．90mg／L和8．5mg／L。运用常规水处理工艺，难于达到除氨氮的效果。较有效地去除氨氮有曝气法、折点加氯法和生物氧化法。曝气法除氨氮是通过调节pH，使水中的氨趋于生成游离态NH3．通气排除。该方法需要充气耗电，调节pH耗碱，增大制水成本，限制其应用。折点加氯法是通过加大氯量，使氨氮全部转化为氮气。由于增大氯的投加量，导致水中氯消毒副产物(如氯仿、卤代醋酸、卤代醛等)浓度增加。增大饮用者致癌风险，因而该方法目前较少使用。生物氧化法去除氨氮的效率高，并能同时去除多种污染物，运行成本较低，近十几年来得到广泛使用。下面简要介绍生物氧化除氨氮。
    生物氧化除氨氮是通过微生物的作用，水中溶解氧氧化氨氮成为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮达到去除氨氮的水处理工艺。在原水进入常规水处理之前，原水经生物氧化处理设备，各类型的生物氧化设备(如塔式生物滤池、接触氧化池等)都装有填料。生物氧化投产前，以低的水力负荷运行．进行挂膜，使填料表面逐渐发育布满生物膜，在生物酶催化作用下利用溶解氧氧化，氨氮和有机物被氧化或分解转化．从而达到除氨的目的。塔式生物滤池在原水氨氮0．28～5．83mg／L时．除氨氮率达35～90％，接触氧化池在原水氨氮0．5～3．5mg／L时，除氨氮率达80～90％。也可以在原水经常规水处理工艺之后·再经过臭氧生物活性炭处理达到生物氧化除氨氮。该工艺特点是利用臭氧氧化有机物，并提高水中溶解氧含量．为吸附在活性炭表面的好氧微生物创造良好的生长条件·活性炭变成生物活性炭池．更好地发挥生物氧化降解和氨氮的硝化作用．达到同时去除有机物和氨氮的效果。
8 我国供水水质中的水平及国内外标准的限值
8．1 我国供水水质数据资料
    根据全国30多家水司的调查资料．1999年原水氨氮平均值为0．69mg／L，最大值为5.90mg／L：出厂水平均值为0.18mg/L．最大值为4.38mg/L；管网水平均值0.13mg／L，最大值1.27mg/L。2000年原水氨氮平均值为0.29mg／L．最大值为8.5mg／L出厂水平均值0.18g/L．最大值为5.21mg/L；管网水平均值0.21mg／L，最大值3.63mg／L。
% b+ I9 Y# m7 c- [4 \/ ]8．2 国内外标准的限值
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  w# d: F' o" t: Y1 N# P& Y3 E8 u┃ 生活饮用水卫生标准GB5749—85                  ┃                                                                      ┃
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* l/ |' v2 M4 [  [1 h) R┃ 卫生部生活饮用水卫生规范                ┃                                                                      ┃
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( ~; h; q6 Q4 l, b( L, ]┃ 建设部城市供水行业2000年水质目标规划   ┃         0．5mg/L                                             ┃
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┃                                                                      ┃ I类为0．1 5mg/L；Ⅱ类为0．5mg/L；     ┃
; G! ^  W& `0 ?- e/ y; h┃ 地表水环境质量标准(GB3838--2002)            ┃ Ⅲ类为1．0mg/L；Ⅳ类为1．5mg/L；      ┃
┃                                                                      ┃ V类为2．0mg/L                                            ┃
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7 n6 S; O$ [4 r, f7 K$ ?2 G7 e┃ 世界卫生组织《饮用水水质准则》(二版)       ┃ 1．5mg/L                                                     ┃
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7 U/ R, k% o! l1 z0 S1 ~4 U┃ 欧盟饮用水水质指令(98／88／EC)                ┃ 0．5mg／L                                                   ┃
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┃ 美国现行饮用水水质标准(2001年)                 ┃                                                                     ┃
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  \# H- M: x9 X8 ~) q% h% U9 限值
" W* d. X' S7 }% `3 `/ t    虽然饮用水中的氨氮没有直接的健康影响，但氨氮指标可指示排泄污染，在供水系统中氨氮的存在会降低消毒效果．造成过滤除锰失败，引起嗅和味的问题。考虑水厂运行和水质感官等因素，本标准确定供水氨氮的限值为0．5mg／L。
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来源:《城市供水水质标准》检验项目释义

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关于氯胺消毒法
2 S& ]: Z2 q( [! R9 i5 k/ z
. V5 J8 p8 F, B+ `7 P4 Q3 D. u) d氯胺消毒法
2 x$ a1 z& t5 H3 s, [
, n' _2 m: o. [2 S# I8 H　　氯胺消毒法（chloramine disinfection）指的是氯和氨反应生成一氯胺和二氯胺以完成氧化和消毒的方法。
  v2 P+ W' \- A/ @) E$ I! Y　　被消毒的水中氨氮含量0.05mg/L时，便在加氯前先加氨或铵盐，再加氯使之生成化合性氯的消毒方法叫氯胺消毒。起主要作用的是一氯胺和二氯胺。
　　优点：
　　1) 因氯胺与水中腐殖物质作用较小，因此减少了腐殖物质与游离氯所形成的致癌物质（如三卤甲烷）
- A% f3 |) L  b5 a; |' |; X　　2) 在管网中的氯胺形成的余氯持续时间长，因而能有效地抑制残余细菌的再繁殖。
: p3 i8 ?& A* G# x6 ~　　3) 避免了氯引起的臭味。
　　氯胺作为饮用水的消毒剂，1916年首次在加拿大渥太华应用。最初加入氨和氯形成氯胺用于对水中嗅和味的控制，在二十世纪二十到三十年代得到广泛使用[36]。1917年首次在美国克罗拉多丹佛市使用[37]。据美国水协(AWWA) 到1938年调查报告，美国2,541个水厂中的16%使用氯胺作为消毒剂，但由于二次世界大战大量使用铵盐，使使用氯胺作为消毒剂的水厂数量减少。近些年来由于对消毒副产物(DBPs)的关注和对饮用水中消毒副产物限值的规定。越来越多的水厂采用氯胺作为二级消毒剂取代氯消毒。
- j& I% A6 Y3 x+ u; M, K　　当水中存在氨氮时，加入水中的氯会与水中的氨氮发生下列反应，生成一氯胺（monochloramine，NH2Cl）、二氯胺（dichloramine，NHCl2）和三氯胺（nitrogen chloride或trichloramine, NCl3）。反应式如下：
* i) L. j, v4 P+ ^; i　　NH4++HOCl→NH2Cl+H2O+H+ NH2Cl+HOCl→NHCl2+H2O
　　NHCl2+HOCl→NCl3+H2O
　　如化学反应式(1-14)所示，增加自由氯将会导致折点反应：
! j, t* U( p7 A' ?- D　　2NH4++3HOCl→N2+3Cl-+3H2O+5H+
2 z9 o# t( p5 Y( a* Z7 J　　当Cl2:N＜5:1时，自由氯与氨氮只形成一氯胺，氯胺消毒采用这一比例范围；5:1＜Cl2:N＜7.6:1时，一氯胺与自由氯继续反应生成二氯胺和三氯胺；在Cl2:N=7.6:1点，即是折点，所有的氨氮全部被自由氯氧化。当Cl2:N＞7.6:1，继续投加的氯导致自由氯浓度的提高，进而导致消毒副产物的大量生成。
- W1 i# k6 _, G: k! q% _　　应用氯胺作为消毒剂也存在一些缺点：(1) 氯胺的氧化能力较氯低，因此对病原体的灭活需要更长的接触时间；(2) 氯胺作为消毒剂生成不具有消毒效果的有机氯胺；(3) 氯胺的自身分解和衰减释放自由氨氮，氨氮可作为自养硝化细菌的底物，参与氮循环。硝化细菌利用氨氮作为能量来源并且生成亚硝酸氮，加速氯胺的衰减，使得异养菌增加。硝化细菌也可为异养菌提供食物。