水（shuǐ）體中的氮元素由於是造成富營養化的元凶，往往是水汙染控（kòng）製行業的科研和工程技（jì）術的關注重（chóng）點，其重要性甚至不亞於有機汙染物。本（běn）文梳理（lǐ）了（le）水體（tǐ）中氮元素中的（de）常見存在形態以及各自的概念和測試方法。

       一、氮元素的關係（xì）

       進入水體中的氮主要有無機氮和有機（jī）氮（dàn）之分。無機氮包括氨態氮（簡稱氨氮）和硝態氮。
氨氮包（bāo）括遊離氨態氮NH3-N和銨鹽態氮NH4+-N；
硝態氮包括硝酸鹽氮NO3--N和亞硝酸鹽氮NO2--N；
有機氮主（zhǔ）要有尿（niào）素、氨基酸、蛋白質、核酸、尿酸、脂肪（fáng）胺、有機堿、氨基糖等含（hán）氮有機物；
可溶性有機氮主要以（yǐ）尿素（sù）和蛋白（bái）質形式存在，它可以通過（guò）氨化（huà）等作用轉換為氨（ān）氮；
凱氏（shì）氮包括有機氮與氨氮，不包括硝態氮。

       二、各類氮的成分分析

       目前，國標（biāo）針對水質中氮的分析主要（yào）分總氮、氨氮、硝態氮（dàn）、凱氏氮4個方（fāng）麵。

       1、總氮

       總（zǒng）氮是指可溶性（xìng）及懸浮顆粒中的含氮量（通常測定硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、無（wú）機銨鹽、溶解（jiě）態氨幾大部分有機含氮化合物中氮的總和）。可溶性總氮是指水中（zhōng）可溶性（xìng）及含可（kě）過濾性（xìng）固體（小於0.45μm顆粒物）的含氮（dàn）量。總氮是衡量水質的重要指標之一。

       總氮（dàn）的測定方法，一是采用分別測（cè）定有機氮和（hé）無機氮化合物（氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）後加和的辦法。二是以過硫酸鉀氧化，使有機氮和無機氮轉變為硝酸（suān）鹽後，通過離子選擇電極法對溶液（yè）中的硝酸（suān）根（gēn）離子進行測量，也（yě）可以用紫外（wài）法（fǎ）或還原為亞硝酸鹽後，用偶氮比色法，以及離子色譜法進行測定。

       2、凱氏氮

       凱氏氮是以凱氏法測得的的含氮量。它包括氨氮和在此條件下能被轉化為銨鹽而測定的有機氮化合物。此類有機氮（dàn）主要指蛋白質、腖、氨基酸、核酸、尿素以及大量合成的，氮為（wéi）負三價的有機氮化合物。不包括疊氮化合物、聯氮（dàn）、偶氮、腙、硝酸鹽、腈、硝基、亞硝基、肟和半卡巴腙類含氮化合物。由於（yú）水中一般存在的（de）有機化合物多為前者，因此，在（zài）測（cè）定凱氏氮和氨氮（dàn）後，其差值即稱之為（wéi）有機氮。

       測定原理是加入硫酸（suān）加熱消解，使有機物中的胺基以及（jí）遊離氨（ān）和銨（ǎn）鹽均轉變為硫酸（suān）氫銨，消解後（hòu）的液體，使呈堿性蒸餾出氨，吸收於硼酸溶液，然後以滴定法或光度法測定氨（ān）含量。測定（dìng）凱氏氮或有機氮，主要是（shì）為了了解水體受汙染狀況，尤其在（zài）評價（jià）湖泊（bó）和水庫的富營養化時，是個（gè）有意義的（de）指標（biāo）。

       3、氨氮

       氨氮是指遊離氨（或稱非離（lí）子氨，NH3）或離子氨（NH4+）形態存在的氨。pH較高（gāo），遊離氨的比例較高；反（fǎn）之，銨鹽（yán）的比例高。氨（ān）氮是水體（tǐ）中的營養素，可導致水富營養化現象產生，是水體中的主要耗（hào）氧汙染物，對魚（yú）類及某些水（shuǐ）生生物（wù）有毒害。

       氨氮對水生物起危害作用的主要是遊離氨，其毒性比銨鹽大幾十倍，並隨（suí）堿性（xìng）的增強而增大。氨氮毒性與池水的pH值及水溫有密切關係，一般情況，pH值及水溫愈高，毒性愈強。

       常用來測定氨的兩個近似靈敏度的比色方法是經典的納氏試劑法和苯酚-次氯酸鹽法；滴定法和電極法也常用來測定氨；當氨氮含量高時（shí），也可采用蒸餾-滴定法。（國標有納氏試劑法、水楊酸分光光度法、蒸餾-滴定法）

       4、硝態氮

       （1）硝（xiāo）酸鹽

       水中硝酸鹽是在有氧條件下，各種形（xíng）態含氮化合物中*穩定的氮化（huà）合物，通常用以表（biǎo）示含氮有（yǒu）機物無機化作用*終階段（duàn）的分解產物。當（dāng）水樣中僅含有硝（xiāo）酸鹽而不存在其他有機或無機的氮化合物時，認為有機氮化合物分解完全。如果水中含有較多量（liàng）的硝酸（suān）鹽（yán）同時含有其他含氮化合物時，則表示有汙染物已經進入水係，水的“自淨”作（zuò）用尚在進行。

       硝酸鹽氮的測定方法有離子選擇電極法、酚二磺酸分光（guāng）光（guāng）度（dù）法（fǎ）、鎘柱還原（yuán）法、紫外分光光度法、戴氏合金換（huàn）元法、離子色譜法、紫外法。

       其中電（diàn）極法測量方便，範圍寬，而且價格便宜（yí），對水樣要（yào）求較低；酚二磺酸分光光度法（fǎ）測量範（fàn）圍寬，顯（xiǎn）色穩定；鎘柱還原法適用於水中低含（hán）量硝酸鹽測定；戴氏合金換（huàn）元法適用（yòng）於汙染嚴重並帶（dài）深色（sè）水樣；離子色（sè）譜法需要（yào）專用儀器（qì），但可與其他陰離子聯合（hé）測定。

       （2）亞（yà）硝酸鹽

       亞硝酸鹽是氮循環的中間產物。亞硝態氮不（bú）穩定，可以氧化（huà）成硝酸鹽氮，也可以（yǐ）還（hái）原成氨氮。因此（cǐ），在測定其含量的同時，並了解水中硝酸鹽和氨的含量，則可以判斷水係被含氮化合物汙染的程度及（jí）自（zì）淨情況。
水中亞（yà）硝（xiāo）酸（suān）鹽的測定方法（fǎ）通常采用重氮-偶聯反應，使生成紅紫色染料。該方法靈（líng）敏度高、檢出（chū）限低、選擇性強。重（chóng）氮試（shì）劑選用對（duì）氨（ān）基苯磺酰（xiān）胺（àn）和對氨基苯磺酸，偶聯試劑為N-（1-萘基（jī））-乙二胺（àn）和（hé）α-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙二胺用得較多。

       亞（yà）硝酸鹽氮的測定方法（fǎ）有N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、萃取（qǔ）分光光度法、離子色譜法、氣相色譜（pǔ）法等。（國標采用N-（1-萘基（jī））-乙二胺分光光度（dù）法（fǎ）、氣相色譜法等）

       三、各類氮的去除

       在汙（wū）水處理中氮的主要形態是氨（ān）氮，但是還有一些非生活（huó）汙水中，含有有（yǒu）機氮或者硝態（tài）氮，這些氮構成了我們說的各類的不同形態的氮，我們遇到這類的氮一般是有機氮通過水解酸化轉化（huà）成氨氮，然後（hòu）硝化成硝態氮（dàn）；硝（xiāo）態氮利用反硝化來去除（chú），歸（guī）根結底（dǐ），總氮、氨氮、硝（xiāo）態氮、凱氏（shì）氮的去除*終（zhōng）還是轉化成硝化與反硝（xiāo）化的氮的去除，其實也就是（shì）氨氮與硝（xiāo）態氮（dàn）的（de）去除！目前常見的氮的去除技術有以下：

       1、化學沉澱法

       化學沉澱法又稱為MAP沉（chén）澱法，是通過向含有氨氮的廢水中投加鎂（měi）化物和磷酸或磷酸氫（qīng）鹽，使廢水中的NH4﹢與Mg2﹢、PO43﹣在水溶液中反應生成磷酸銨鎂沉澱，分子式為（wéi）MgNH4P04.6H20，從（cóng）而達到去除氨氮的（de）目的。反應方程式如下（xià）:
Mg2﹢+NH4﹢+PO43﹣=MgNH4P04

       2、吹脫法（fǎ）

       吹脫法去（qù）除氨氮是通過調整pH值至堿性，使廢水中的氨（ān）離子向氨轉化，使其（qí）主要以遊離氨形態存在，再通過載氣將（jiāng）遊（yóu）離氨從廢水中帶出（chū），從而達到去除氨氮的目的。影響（xiǎng）吹脫效（xiào）率的因（yīn）素主要有pH值、溫度、氣液比、氣體流速、初始濃度等。目前，吹脫法（fǎ）在（zài）高濃度氨氮廢水處理中的應用較多（duō）。

       3、折（shé）點氯化法

       折點氯化法除氨的機理為氯氣與氨反應生成無害的氮氣，N2逸人大氣，使反應源不斷向右進（jìn）行。其反應式為：NH4﹢+1.5HOCl→0.5N2+1.5H20+2.5H﹢+1.5Cl﹣
       當將氯氣通人（rén）廢水中達到某一點時，水（shuǐ）中遊離氯含量較低，而氨的濃度降為零;氯氣通人量超過該點時，水（shuǐ）中遊離氯的量就（jiù）會增加，因（yīn）此，稱該點為折點，該狀態下的氯化稱為折點氯化。

       4、催化氧化法

       催化氧化（huà）法是通過催化劑作用，在一定溫度、壓力下，經空氣氧化，可使汙水中的有機物和氨分別（bié）氧化分（fèn）解成CO2、N2和H2O等無害物質，達到淨（jìng）化的目的。

       催化氧（yǎng）化法具（jù）有淨化效率高（gāo）、流程簡單、占地麵積少等優點，多用於處理高濃度氨（ān）氮廢水。應用（yòng）難點在於如何防止催化劑流失以及對設備的腐蝕防護。

       5、電化學氧化法

       電化學（xué）氧化法是指（zhǐ）利（lì）用具（jù）有催化活性的電極氧化去除水中汙染物的方（fāng）法。影響因素有電（diàn）流（liú）密度、進水流量、出水放置時間和點解時（shí）間等。

       研究含氨氮（dàn）廢水在（zài）循環流動式（shì）電解槽中的電化學氧化，其中陽（yáng）極（jí）為Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2網狀電極，陰極為網狀鈦電極。結果表明，在氯離子濃度為（wéi）400mg/L，初始氨氮濃（nóng）度為（wéi）40mg/L，進水（shuǐ）流量為600mL/min，電流密度為20mA/cm2，電解時間為90min時，氨氮去除率為99.37%。表明電解氧化（huà）含氨氮廢水具有較好的應用前景。

       6、全程硝化反硝化

       全程硝化反硝化是目前應用*廣時間*久的一種生（shēng）物法，是在各種微生物作（zuò）用下，經過硝化、反硝化等一係列反應將廢水中的氨（ān）氮轉化為氮氣，從（cóng）而達（dá）到廢水治理的目的（de）。全程硝化反硝化法去除氨氮需（xū）要經過兩（liǎng）個階（jiē）段：

       硝化反應：硝化反應由好氧自養（yǎng）型微（wēi）生物（wù）完成，在有氧狀態下，利用無機氮為氮源將NH4+化成NO2-，然後再氧（yǎng）化成NO3-的過程。硝化過程可以分成兩個階段。*階段是由亞硝化菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽（yán）（NO2-），第二（èr）階段由硝化菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽（NO3-）。

       反硝化反應：反硝化反應是在（zài）缺氧狀態下，反硝化菌將亞硝酸鹽（yán）氮、硝酸鹽氮（dàn）還原成氣態氮（N2）的過（guò）程（chéng）。反硝化菌為異養型微生物，多（duō）屬於兼性細菌，在缺氧狀態時，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體（tǐ），以有機物（汙水（shuǐ）中的BOD成分）作為電子（zǐ）供體，提供能量並（bìng）被氧化（huà）穩定。

       全（quán）程硝化反硝化工程應用中主要有AO、A2O、氧化（huà）溝等，是生物脫氮工業中應用較為成熟的方法。

       7、同步硝化反硝化(SND)

       當硝化與反硝（xiāo）化在同一個反應器中（zhōng）同（tóng）時進行時，稱為同時消化反硝化(SND)。廢水中的溶解氧受擴散（sàn）速度限製在微生物絮體或者生物膜上的微環境（jìng）區域產生溶解氧（yǎng）梯度，使（shǐ）微生物絮體或生物膜的外表麵溶解氧梯度，利於好氧硝化菌和氨化菌（jun1）的生長繁殖，越深入絮體或膜內部，溶解氧濃度越低（dī），產生缺氧區（qū），反硝化菌占優勢，從而形成同時消化反硝（xiāo）化過程。影響同時消化反硝化的因素有PH值、溫（wēn）度（dù）、堿度、有機（jī）碳源、溶解氧及汙泥齡（líng）等。

       8、短程消化反硝化

       短程硝化反硝（xiāo）化是在同一個反應器中，先在有氧的條件下，利用氨氧（yǎng）化細菌將氨氧化成亞（yà）硝酸鹽（yán），然後在缺氧（yǎng）的（de）條件下，以有機（jī）物或外（wài）加碳源作電子（zǐ）供體，將亞硝酸鹽直接進行反硝化生成氮氣（qì）。

       短（duǎn）程硝化反硝化過程不經曆硝酸鹽階段，節約生物脫氮所需碳源。對於低（dī）C/N比的氨氮廢水具有一定的優勢。短程（chéng）硝化反硝化具（jù）有汙泥量少，反應時間短，節約反應器體積等優點。但短程硝化反硝化（huà）要求穩定、持久的亞硝酸鹽積累，因此如何有效抑製（zhì）硝（xiāo）化菌的活性成為關鍵。

       9、厭氧氨氧化

       厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞硝態氮或硝（xiāo）態氮為電子受體，利用自養菌將（jiāng）氨氮（dàn）直接氧化（huà）為氮氣的過程。

       與傳統生物法相比，厭氧氨氧化無需外加碳源，需氧量低，無需試劑進行中和，汙泥（ní）產量少，是較經濟的生物（wù）脫氮技術。厭氧氨（ān）氧化的缺點是反應速度較（jiào）慢（màn），所需反應器容（róng）積較大，且碳源對厭氧氨氧化不利，對於解決可生化性（xìng）差的氨氮（dàn）廢水具（jù）有（yǒu）現實意義（yì）。

       10、膜分離（lí）法

       膜分（fèn）離法是利用膜的選擇透過性對液體中（zhōng）的成分進行選（xuǎn）擇性分離，從而（ér）達到氨氮脫除的目的。包括反滲透、納濾、脫氨膜（mó）及電滲析等。

       脫氨膜係統一般用於高氨氮廢水處（chù）理（lǐ）中，氨氮在水中存在以下平衡：NH4- +OH-= NH3+H2O運行中，含氨氮廢（fèi）水流動在膜組件（jiàn）的殼程（chéng），酸吸收液流動在膜組件的管程。廢水中PH提高或者（zhě）溫度上升時，上述平衡將會向右移動，銨根離子NH4-變（biàn）成遊離（lí）的氣（qì）態NH3。這時氣態NH3可以透過中空纖維表麵的微孔從殼程中的廢水（shuǐ）相進入管（guǎn）程的酸吸收液相，被酸液吸收立刻又變成離子（zǐ）態的NH4-。保持廢水的PH在10以上，並（bìng）且溫度在35℃以上（50 ℃ 以下），這樣廢水相中（zhōng）的NH4就會源源不斷地變成NH3向吸收液相遷（qiān）移。從而廢水側的氨氮濃度不斷下降；而酸吸收液相由於隻（zhī）有酸和NH4-，所以形（xíng）成的是非常（cháng）純淨的銨鹽，並且在不斷地循環後達到一定的濃度，可以被回收利用。而（ér）該（gāi）技術的使用一方（fāng）麵可以大大的提升廢水（shuǐ）中氨氮的去除（chú）率，另一方麵可以降低廢水處理係統的運營總成本。

       11、電滲析法（fǎ）

       電滲析法是利用施加在陰陽（yáng）膜對（duì）之間的電壓去除水溶液中溶解的固（gù）體。氨氮廢水中的氨離子及其它離子在電壓的作用下，通過膜（mó）在含氨的濃水中富集，從而達到去除的目的。

       采用（yòng）電滲析法處理高濃度氨氮無機廢水取得較好（hǎo）效果。對濃度為2000--3000mg/L氨氮廢水，氨氮去除率可在（zài）85%以上，同時可（kě）獲得8.9%的濃氨水。電滲析法（fǎ）運行過程中消（xiāo）耗（hào）的電量與廢水中氨氮的量成正比。電滲析法處理廢水不受pH值、溫度、壓力限製，操作簡便。

       膜分離法的優點是氨氮回收率高，操作簡便，處理效果穩定，無二（èr）次汙染等。但在處理高濃度氨氮廢水（shuǐ）時，除了脫氨膜外其他的的膜（mó）易結垢堵塞，再生、反洗（xǐ）頻（pín）繁（fán），增（zēng）加（jiā）處理成（chéng）本，故該法較適用於經過預處理的或中低濃度的氨氮廢水。

       12、離子交換法（fǎ）

       離子交換法是通過對（duì）氨離子具有很強選擇吸附作用的材料去除廢水中（zhōng）氨氮的方（fāng）法。常用的吸（xī）附（fù）材料有活性炭、沸石、蒙脫石及交換樹脂（zhī）等。沸石是一種三維空間結構（gòu）的矽鋁酸鹽，有規則的孔道結構和空穴，其中斜發沸（fèi）石對（duì）氨離子有強的選擇吸附能力，且價格低，因此工程（chéng）上常用斜發沸石作為氨氮（dàn）廢水的吸附材料。影響斜發沸石處（chù）理效果的因素有粒徑、進水氨氮濃度、接觸時間、pH值等。

       沸石對氨氮的吸附（fù）效果明顯，蛙石次之，土壤與陶粒效果較差（chà）。沸石（shí）去除（chú）氨（ān）氮的途徑以離子交換作（zuò）用為主，物理吸附作用很小，陶粒、土壤和蛙（wā）石3種（zhǒng）填料的（de）離子交換作用和物理吸附作用的效果相當。4種填料的吸附量在溫度為15-35℃內均隨溫度的升高而減小，在pH值為3-9範圍內隨pH值升高而增大，振蕩6h均達到吸附平衡。

       離（lí）子交換法具有（yǒu）投資小、工藝簡單、操（cāo）作方便、對毒物和溫度不敏感、沸石經再生可重複利用等優點。但處理高（gāo）濃度氨氮廢水時，再生頻繁，給操作帶來不便，因此，需要與其（qí）他（tā）治（zhì）理氨氮的方法聯合應用，或者用於治理低濃度氨氮廢水。