张家口市清水河氨氮与总氮相关特征分析
宋凤芝 郝桂珍 云晋 甄玉飞 徐利
摘要：为了解张家口市清水河流域的水质现状，在2017年4-11月期间对27个采样点进行监测，通过实验分析及数据处理展开对总氮与氨氮的相关特征研究。结果表明，在监测范围内氨氮与总氮呈现出正相关特征，且总氮与氨氮的比值较集中于5倍以上。整体比值分布表明，从劣Ⅴ类至Ⅰ类水体，总氮与氨氮的比值呈上升趋势，并且，在不同的监测时间及监测范围内，不同形态的氮化合物所占比重不同。
关键词：特征分析；总氮；氨氮；比值
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0114-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.066
Analysis of correlation between ammonia nitrogen and total nitrogen in qingshui river， zhangjiakou city
Song Fengzhi， Hao Guizhen， Yun Jin， Zhen Yufei， Xu Li
（School of Energy and Environmental Engineering， Hebei College of Architecture and Civil Engineering， Zhangjiakou Hebei 075000， China）
Abstract ： In order to understand the water quality status of Qingshui River in Zhangjiakou City， 27 sampling sites were monitored during April to November 2017. The characteristics of total nitrogen and ammonia nitrogen were studied through experimental analysis and data processing. The results showed that there was a positive correlation between ammonia nitrogen and total nitrogen in the monitoring range， and the ratio of total nitrogen to ammonia nitrogen was more than 5 times. The overall ratio distribution shows that the ratio of total nitrogen to ammonia nitrogen has been on the rise from inferior class V to class I water bodies， and that different forms of nitrogen compounds account for different proportions during different monitoring times and monitoring ranges.
Keywords： Characteristic analysis；Total nitrogen； Ammonia nitrogen； Ratio
生命周期理論表明：氮、磷是生物体必需的元素，同时也是引起水体富营养化的主要元素[1]。总氮（TN）是硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮与有机氮的总称，氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮[2]。水中各种形态的含氮化合物并不稳定存在，可以互相转化[3]。在现行的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中，尚未对河流总氮环境质量标准做出规定[4]；并且关于清水河水质变化的研究主要集中在总磷和总氮方面，对该流域内氨氮、总氮及其相关特征的研究较少。因此开展对张家口清水河流域总氮与氨氮相关特征研究，总结数据的潜在规律，为改善清水河水质、控制其富营养化提供技术支撑[4]。
1 清水河概况
清水河是河海流域永定河水系上游洋河上的一条较大的支流，发源于崇礼县桦皮岭南麓，流经崇礼县，纵贯张家口市区。清水河上游有西沟、正沟和东沟三条主要支流，流域总面积2380km2，干流全长109km。
清水河流域气候多样，气温低且温差大，雨量少而集中，径流年内分配不均，全年分为丰水期（5-9月）及枯水期（10-次年5月）。
2 氨氮与总氮特征分析
2.1 数据来源
沿张家口市清水河流域选取27个监测断面（表1），于2017年4-11月进行采样，每月至少在月初或中旬采样一次。采样深度在水面100mm处，使用采样瓶收集并保存水样，水样采集回实验室后立即进行实验分析。
2.2 分析方法
总氮分析采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法；氨氮分析采用纳氏试剂法。
2.3 氨氮和总氮浓度总特征分析
选择2017年清水河流域4-11月共324组监测数据，作为样本数进行统计分析。监测数据中，氨氮浓度范围为0.025～8.014mg/L，相应总氮浓度范围为0.102～22.076mg/L。以《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行评价，用氨氮值单项判别水质类别，并形成成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ类水质共6组样本数据，分别统计每组水质类别中对应的总氮浓度范围及其分位数、中位值）。结果表明，随着水质类别递增，总氮浓度呈现增加趋势，氨氮与总氮呈现出正相关特征。
2.4 总氮与氨氮浓度比值规律分析
假设K=总氮/氨氮，根据324组监测数据计算出K值，并对其进行统计分析。
2.4.1 比值区间分析
对总氮与氨氮浓度比值区间进行统计分析（表2）。
分析表明，清水河流域总氮与氨氮的比值较集中于5倍以上，其中总氮与氨氮的比值在>20倍之间所占的比例最大（28.09%），在0～10倍之间样本累计百分比超过一半（51.54%）。总氮与氨氮比值数据的中间值为9.7倍，从总体上反映了总氮与氨氮的数值关系。
2.4.2 不同水质类别比值分析
用氨氮值进行水质类别划分，按水质类别统计总氮与氨氮比值（表3）。
结果表明，劣Ⅴ类水体比值主要分布在1～2倍之间，而Ⅰ类水体比值主要分布在大于10倍范围内。整体看来，从劣Ⅴ类至Ⅰ类水体，总氮与氨氮的比值呈上升趋势，该现象说明，对于严重污染水体，K值较小，氨氮形态氮化合物所占比重较高；对于轻污染水体，K值较大，其他形态的氮化合物所占比重较高。
3 结论
在监测范围内，氨氮与总氮呈现出正相关特征；总氮与氨氮的比值分析表明，清水河流域总氮与氨氮的比值较集中于5倍以上，总氮与氨氮比值数据的中间值为9.7倍。
在5-7月份和8-10月份，K值主要分布在0～5倍和10倍以上范围内。
在源头至把图湾，氨氮是主要的氮形态；在把图湾之后，其他形态的氮化合物是主要的氮形态。
参考文献
[1]孟伟，于涛，郑丙辉等.黄河流域氮磷营养盐动态特征及主要影响因素[J].环境科学学报，2007，27（12）：2046-2051.
[2]夏青，张旭辉.水质标准手册[M].北京：中国环境科学出版社，1990.150-152.
[3]环境保护部.水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[M].北京：中国环境科学出版社，2012.1-8.
[4]张涛，胡冠九，范清华等.太湖入湖河流总氮与氨氮相关性特征分析研究[J].环境科学与管理，2015，40（2）：21-23.
收稿日期：2018-04-24
作者简介：宋凤芝（1994-），女，在读研究生，研究方向为水污染控制。
摘要：为了解张家口市清水河流域的水质现状，在2017年4-11月期间对27个采样点进行监测，通过实验分析及数据处理展开对总氮与氨氮的相关特征研究。结果表明，在监测范围内氨氮与总氮呈现出正相关特征，且总氮与氨氮的比值较集中于5倍以上。整体比值分布表明，从劣Ⅴ类至Ⅰ类水体，总氮与氨氮的比值呈上升趋势，并且，在不同的监测时间及监测范围内，不同形态的氮化合物所占比重不同。
关键词：特征分析；总氮；氨氮；比值
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0114-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.066
Analysis of correlation between ammonia nitrogen and total nitrogen in qingshui river， zhangjiakou city
Song Fengzhi， Hao Guizhen， Yun Jin， Zhen Yufei， Xu Li
（School of Energy and Environmental Engineering， Hebei College of Architecture and Civil Engineering， Zhangjiakou Hebei 075000， China）
Abstract ： In order to understand the water quality status of Qingshui River in Zhangjiakou City， 27 sampling sites were monitored during April to November 2017. The characteristics of total nitrogen and ammonia nitrogen were studied through experimental analysis and data processing. The results showed that there was a positive correlation between ammonia nitrogen and total nitrogen in the monitoring range， and the ratio of total nitrogen to ammonia nitrogen was more than 5 times. The overall ratio distribution shows that the ratio of total nitrogen to ammonia nitrogen has been on the rise from inferior class V to class I water bodies， and that different forms of nitrogen compounds account for different proportions during different monitoring times and monitoring ranges.
Keywords： Characteristic analysis；Total nitrogen； Ammonia nitrogen； Ratio
生命周期理論表明：氮、磷是生物体必需的元素，同时也是引起水体富营养化的主要元素[1]。总氮（TN）是硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮与有机氮的总称，氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮[2]。水中各种形态的含氮化合物并不稳定存在，可以互相转化[3]。在现行的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中，尚未对河流总氮环境质量标准做出规定[4]；并且关于清水河水质变化的研究主要集中在总磷和总氮方面，对该流域内氨氮、总氮及其相关特征的研究较少。因此开展对张家口清水河流域总氮与氨氮相关特征研究，总结数据的潜在规律，为改善清水河水质、控制其富营养化提供技术支撑[4]。
1 清水河概况
清水河是河海流域永定河水系上游洋河上的一条较大的支流，发源于崇礼县桦皮岭南麓，流经崇礼县，纵贯张家口市区。清水河上游有西沟、正沟和东沟三条主要支流，流域总面积2380km2，干流全长109km。
清水河流域气候多样，气温低且温差大，雨量少而集中，径流年内分配不均，全年分为丰水期（5-9月）及枯水期（10-次年5月）。
2 氨氮与总氮特征分析
2.1 数据来源
沿张家口市清水河流域选取27个监测断面（表1），于2017年4-11月进行采样，每月至少在月初或中旬采样一次。采样深度在水面100mm处，使用采样瓶收集并保存水样，水样采集回实验室后立即进行实验分析。
2.2 分析方法
总氮分析采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法；氨氮分析采用纳氏试剂法。
2.3 氨氮和总氮浓度总特征分析
选择2017年清水河流域4-11月共324组监测数据，作为样本数进行统计分析。监测数据中，氨氮浓度范围为0.025～8.014mg/L，相应总氮浓度范围为0.102～22.076mg/L。以《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行评价，用氨氮值单项判别水质类别，并形成成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ类水质共6组样本数据，分别统计每组水质类别中对应的总氮浓度范围及其分位数、中位值）。结果表明，随着水质类别递增，总氮浓度呈现增加趋势，氨氮与总氮呈现出正相关特征。
2.4 总氮与氨氮浓度比值规律分析
假设K=总氮/氨氮，根据324组监测数据计算出K值，并对其进行统计分析。
2.4.1 比值区间分析
对总氮与氨氮浓度比值区间进行统计分析（表2）。
分析表明，清水河流域总氮与氨氮的比值较集中于5倍以上，其中总氮与氨氮的比值在>20倍之间所占的比例最大（28.09%），在0～10倍之间样本累计百分比超过一半（51.54%）。总氮与氨氮比值数据的中间值为9.7倍，从总体上反映了总氮与氨氮的数值关系。
2.4.2 不同水质类别比值分析
用氨氮值进行水质类别划分，按水质类别统计总氮与氨氮比值（表3）。
结果表明，劣Ⅴ类水体比值主要分布在1～2倍之间，而Ⅰ类水体比值主要分布在大于10倍范围内。整体看来，从劣Ⅴ类至Ⅰ类水体，总氮与氨氮的比值呈上升趋势，该现象说明，对于严重污染水体，K值较小，氨氮形态氮化合物所占比重较高；对于轻污染水体，K值较大，其他形态的氮化合物所占比重较高。
3 结论
在监测范围内，氨氮与总氮呈现出正相关特征；总氮与氨氮的比值分析表明，清水河流域总氮与氨氮的比值较集中于5倍以上，总氮与氨氮比值数据的中间值为9.7倍。
在5-7月份和8-10月份，K值主要分布在0～5倍和10倍以上范围内。
在源头至把图湾，氨氮是主要的氮形态；在把图湾之后，其他形态的氮化合物是主要的氮形态。
参考文献
[1]孟伟，于涛，郑丙辉等.黄河流域氮磷营养盐动态特征及主要影响因素[J].环境科学学报，2007，27（12）：2046-2051.
[2]夏青，张旭辉.水质标准手册[M].北京：中国环境科学出版社，1990.150-152.
[3]环境保护部.水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[M].北京：中国环境科学出版社，2012.1-8.
[4]张涛，胡冠九，范清华等.太湖入湖河流总氮与氨氮相关性特征分析研究[J].环境科学与管理，2015，40（2）：21-23.
收稿日期：2018-04-24
作者简介：宋凤芝（1994-），女，在读研究生，研究方向为水污染控制。
