水體中的氮元（yuán）素由於是造成富營養化的元凶，往往是水汙染控製（zhì）行業的（de）科（kē）研和工程技術的（de）關注重點（diǎn），其重要性甚（shèn）至不亞於（yú）有機汙（wū）染物。本文梳理了水體中氮元素（sù）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（guān）係

       進入水體中的氮主要有無機氮和有機氮之（zhī）分。無機氮包括氨態氮（簡稱氨氮）和硝態（tài）氮。
氨氮包括遊離氨（ān）態氮NH3-N和（hé）銨鹽（yán）態氮NH4+-N；
硝態氮包括硝酸鹽氮（dàn）NO3--N和亞硝酸鹽氮NO2--N；
有機氮主要有尿素、氨基酸、蛋白質、核酸、尿酸、脂肪胺、有機堿、氨基糖等含氮有機物；
可溶性有機氮主要以尿素和蛋白質形式存在，它可以通過氨化等作（zuò）用轉換為氨氮；
凱氏氮包括有機氮與氨氮，不包括硝態（tài）氮。

       二、各類氮的成分分析

       目前，國標針（zhēn）對水質中（zhōng）氮（dàn）的分析主要分總氮、氨氮、硝態氮、凱氏氮4個方麵。

       1、總氮

       總氮是指可（kě）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、無機銨鹽、溶解態氨幾大部（bù）分有機含氮化合物中氮的總和）。可溶性總氮是指水中可溶性及含可過（guò）濾性固體（小於0.45μm顆粒物）的含氮量。總氮是衡（héng）量（liàng）水質（zhì）的重要指標之一。

       總氮的測定方法，一是采（cǎi）用分別測定有（yǒu）機（jī）氮和無機氮化合物（氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）後（hòu）加和的辦法。二是以過（guò）硫酸鉀氧化，使有機氮和無機氮轉變為硝酸鹽後（hòu），通過離子選擇電極法對溶液中的硝酸根離子進行測量，也可以用紫（zǐ）外法或（huò）還原為（wéi）亞硝酸鹽後，用（yòng）偶氮比色法，以及離子色譜法（fǎ）進行測定。

       2、凱氏氮

       凱氏氮是以凱氏法測得的的含（hán）氮量。它包括（kuò）氨氮（dàn）和（hé）在此條件下能（néng）被轉化為銨鹽而測定的有機氮化合物。此類有機氮主要（yào）指蛋白質、腖、氨基酸、核酸、尿素以及大量合（hé）成（chéng）的，氮為負三價（jià）的有機氮化合物。不包括疊氮化合物、聯氮、偶氮、腙、硝（xiāo）酸鹽（yán）、腈、硝基、亞硝基、肟和半卡巴腙類含氮化合物。由於水中一般存在（zài）的有機化合物多為前者，因此，在測定凱氏氮和氨氮後，其差值即稱之為有機氮。

       測定原理是加入硫酸加熱消解（jiě），使有機物中的胺（àn）基以及遊離氨和銨鹽均轉變為硫酸氫銨，消解後（hòu）的液體，使呈堿性蒸餾出氨，吸收於（yú）硼酸溶液，然後以滴定（dìng）法或光度法測定氨含量。測定凱氏氮（dàn）或有機氮，主要是為了了解水體（tǐ）受汙（wū）染狀（zhuàng）況，尤其在評價（jià）湖泊和水庫的富營養化時，是個有（yǒu）意義的指標（biāo）。

       3、氨氮（dàn）

       氨氮是指遊離氨（或稱非離子氨，NH3）或離（lí）子氨（NH4+）形態存在的氨（ān）。pH較（jiào）高，遊離氨的比（bǐ）例較高；反之，銨鹽的比（bǐ）例高。氨氮是水體中的營養素，可導致水富營養化現象產（chǎn）生（shēng），是水體中的主要耗氧汙染物，對魚類及某些水生生物有（yǒu）毒（dú）害。

       氨氮對水（shuǐ）生物起危害作用的主要是遊離氨，其毒性比銨鹽大幾十倍，並隨堿（jiǎn）性的（de）增強而增大（dà）。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（shuǐ）溫愈高，毒性愈強。

       常用（yòng）來測定氨的兩個近似（sì）靈敏度的比色方法是（shì）經典的納氏試劑法和苯（běn）酚-次氯酸鹽法；滴（dī）定法和電極法也常用來測定氨；當氨氮含量高時，也可采用蒸餾-滴定法。（國標有納氏試劑法、水楊（yáng）酸分光光度（dù）法、蒸餾（liú）-滴定（dìng）法）

       4、硝（xiāo）態氮

       （1）硝酸鹽

       水中硝酸（suān）鹽是在有氧條件下，各種形態含（hán）氮化合物中*穩定的氮化合（hé）物，通常用以表示含氮有機物無機化作用*終階段（duàn）的分解產物。當水樣中僅（jǐn）含（hán）有硝酸鹽而不存在其他有機或無機的氮化合物（wù）時，認為有機氮化合物分（fèn）解完（wán）全。如果水中含有較多量的硝酸鹽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（xuǎn）擇（zé）電極法、酚二磺酸分光光度法（fǎ）、鎘柱還原法、紫外分光光度法、戴氏合金換元法、離子色譜法、紫外法。

       其中（zhōng）電極法測量方（fāng）便，範圍寬，而且價格（gé）便宜，對水樣要求較低；酚二磺酸分光光度法測量範圍寬，顯色穩定；鎘柱還原法適用於水中低含量（liàng）硝（xiāo）酸鹽測定；戴氏合金換元法適用於汙染嚴重並帶深色水樣；離子色譜法需要專用儀器，但可與其他陰離子聯合測定。

       （2）亞（yà）硝酸鹽

       亞（yà）硝酸鹽是氮循（xún）環的中間產物。亞硝態氮不穩定，可以氧化成硝（xiāo）酸鹽氮，也可以還原成（chéng）氨氮。因此，在測定其含量的同時，並了解水中硝（xiāo）酸鹽和氨的含量，則可以判斷水（shuǐ）係被（bèi）含氮（dàn）化合物汙染的程度及自淨情況。
水中亞硝酸鹽的測定方法通常采用重（chóng）氮-偶（ǒu）聯（lián）反應，使生成紅（hóng）紫色（sè）染料。該方法靈（líng）敏度高、檢出限低、選擇性（xìng）強（qiáng）。重氮試劑選用對氨基苯磺酰胺和對氨基苯（běn）磺酸，偶聯試（shì）劑為N-（1-萘基）-乙二胺和α-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙二（èr）胺用得較（jiào）多。

       亞硝（xiāo）酸鹽氮的測定方法有N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、萃取分光光度法、離子色譜法、氣相色譜法等。（國標（biāo）采用N-（1-萘基）-乙（yǐ）二胺分光光度法、氣相色譜法等）

       三、各類氮的（de）去除

       在汙水處理中氮的主（zhǔ）要形態是氨（ān）氮，但是還有一些非生活汙水中，含有有機氮或者硝（xiāo）態氮，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（shì）有機氮通過水解酸化轉化成氨氮，然後硝化（huà）成硝態（tài）氮；硝態氮利用反硝（xiāo）化來去除，歸根結底，總氮（dàn）、氨（ān）氮、硝態氮、凱氏氮的去除*終還是轉化成硝化與反硝化的氮的去除，其實也就是氨氮與硝態氮的去除！目前常（cháng）見的氮的去除技術有以下：

       1、化學沉澱法（fǎ）

       化學沉澱法又稱為MAP沉澱（diàn）法，是通過（guò）向含（hán）有氨氮的廢水中投加鎂化物和磷（lín）酸或磷酸氫鹽，使廢（fèi）水中的NH4﹢與Mg2﹢、PO43﹣在（zài）水溶液（yè）中反應生成磷酸銨鎂沉澱，分子式為MgNH4P04.6H20，從而達到去除氨（ān）氮的目（mù）的。反應方程式如下:
Mg2﹢+NH4﹢+PO43﹣=MgNH4P04

       2、吹脫（tuō）法

       吹脫法去除氨氮是通過調整pH值至堿性，使廢水中的氨離子向氨轉化，使其主要以遊離氨形態存在，再通過載氣將遊離氨從廢水中帶出，從而達到去除氨氮的目的。影響吹脫效率（lǜ）的因素主要有pH值（zhí）、溫度、氣液比、氣體流速、初始濃度等。目前，吹脫法在高濃度氨氮廢水處理（lǐ）中的應用較多。

       3、折點氯（lǜ）化法

       折點氯化法除氨的機理為氯（lǜ）氣與氨反應生成無害的氮氣，N2逸人大（dà）氣，使反應源不斷向右進行。其反應式為：NH4﹢+1.5HOCl→0.5N2+1.5H20+2.5H﹢+1.5Cl﹣
       當將（jiāng）氯氣通人廢水中（zhōng）達到某一點時，水中遊（yóu）離氯含量較（jiào）低，而氨的濃度（dù）降為零;氯氣通人量超過該點時，水中遊離氯的量就會增加，因此（cǐ），稱該點為（wéi）折點，該（gāi）狀態下的氯化（huà）稱為折點氯化。

       4、催化氧化法

       催化（huà）氧化法是通過催化劑作用，在（zài）一定溫（wēn）度、壓力下，經空氣氧（yǎng）化，可使汙水中的（de）有機物（wù）和氨分別氧化分解（jiě）成CO2、N2和H2O等無害物質，達到淨化的目的。

       催（cuī）化氧化法具有（yǒu）淨化效率高、流程（chéng）簡單、占地麵積少等優點，多用於處理高濃度氨（ān）氮廢水。應用難點在於如何防止催（cuī）化劑流失以及對設備的腐蝕防護。

       5、電化學氧化法

       電化學氧化法是指利用具有催化活性（xìng）的電極氧化去除水中汙染物的（de）方法。影響因素有電流密度、進水流量、出水放置時間和點（diǎn）解時間等。

       研究含氨氮廢（fèi）水在循環（huán）流動式電解槽中的電化學氧化，其中陽極為Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2網狀電極，陰極為網狀鈦電極。結果表明，在氯離（lí）子濃度為400mg/L，初始氨氮濃度為40mg/L，進水流量為600mL/min，電流密度為20mA/cm2，電解時間（jiān）為90min時，氨氮去（qù）除率（lǜ）為99.37%。表明電解氧化含氨氮廢水具有較好的應（yīng）用前景。

       6、全程（chéng）硝化反硝化

       全程硝化（huà）反硝化是目（mù）前應用*廣時間*久的一種生物法（fǎ），是在各種微生物作用（yòng）下，經過硝化、反（fǎn）硝化等一係（xì）列反應將廢水中的氨氮轉化為氮（dàn）氣，從而達到廢水治（zhì）理的目的。全程硝（xiāo）化反硝化法去除氨氮需要經過兩個階段：

       硝化反應：硝化反應（yīng）由好氧（yǎng）自養型微生物完成，在有氧狀態下（xià），利用無機氮為氮源將NH4+化成NO2-，然後再氧化成NO3-的（de）過程。硝化過（guò）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（NO2-），第二階段由硝化菌將亞硝（xiāo）酸鹽轉化為硝（xiāo）酸鹽（NO3-）。

       反硝化反應：反硝化反（fǎn）應是在缺氧（yǎng）狀態下，反硝化（huà）菌（jun1）將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態氮（N2）的過程。反硝化菌為異養型微生物，多屬於（yú）兼性細菌，在缺氧狀態時，利用硝酸（suān）鹽（yán）中的（de）氧作為電子受體，以有機物（汙水（shuǐ）中的BOD成分）作（zuò）為電子供體，提供能量並被氧化穩定。

       全程硝化反硝（xiāo）化工程應用中主要（yào）有AO、A2O、氧化溝等，是生物脫氮工業中應用較為成熟（shú）的方法（fǎ）。

       7、同（tóng）步硝化反硝（xiāo）化(SND)

       當硝化與反硝化在同一個反應器中同時進行時，稱為同時（shí）消化反硝（xiāo）化(SND)。廢水中的溶解氧受擴散速度（dù）限（xiàn）製在微生物（wù）絮（xù）體或者生物膜上的微環境區域產生溶（róng）解（jiě）氧梯度，使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（jun1）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，產生缺氧區，反硝化菌占優勢，從而形成同時消化反硝（xiāo）化過程。影響（xiǎng）同時（shí）消化（huà）反硝化的（de）因素有PH值、溫度（dù）、堿度、有機碳源、溶解（jiě）氧及汙泥齡等。

       8、短程消（xiāo）化反硝化

       短程硝（xiāo）化反硝化是在同（tóng）一個反應（yīng）器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細菌（jun1）將氨氧化成亞硝酸鹽（yán），然後在缺氧的條件下，以有機物（wù）或外加碳源作（zuò）電子（zǐ）供體，將亞硝酸鹽（yán）直接進（jìn）行反硝化生（shēng）成氮氣。

       短程硝（xiāo）化反硝化（huà）過程不（bú）經曆硝酸鹽階段，節約生物脫氮所需（xū）碳源。對於（yú）低C/N比的（de）氨氮廢水具有一定的優勢。短程硝化反硝化具有汙泥量少，反應時間短，節約反應器體積等優點。但短程硝化反硝化要求穩定、持久（jiǔ）的亞（yà）硝酸鹽積累，因（yīn）此（cǐ）如何有效抑製硝化（huà）菌的活（huó）性成為關鍵。

       9、厭氧氨氧化（huà）

       厭氧氨（ān）氧化是在缺（quē）氧條件下，以亞硝（xiāo）態（tài）氮或硝態（tài）氮為電子（zǐ）受體，利用（yòng）自養菌（jun1）將氨氮直接氧（yǎng）化為氮氣的過程。

       與傳統（tǒng）生物法相（xiàng）比（bǐ），厭氧氨氧化無需外加碳源，需氧量低，無需試劑進（jìn）行中和（hé），汙泥產量少，是較經濟（jì）的生物脫氮技術。厭氧氨氧化的缺點（diǎn）是反應速（sù）度較慢，所需反應器容積較（jiào）大，且碳源對厭氧氨氧（yǎng）化不利，對於解決可（kě）生化性差的氨氮廢水具有現實意義。

       10、膜分離法

       膜分離法是利用膜的（de）選擇透過性對液體中的成分進行選擇性分離，從而達到氨氮脫除（chú）的（de）目（mù）的。包括反滲透、納濾、脫氨（ān）膜（mó）及電滲析等。

       脫氨膜係統一般用於高氨氮廢水（shuǐ）處理中，氨（ān）氮在（zài）水中存在以下平衡：NH4- +OH-= NH3+H2O運行中，含氨氮廢水流動在膜（mó）組件的殼程，酸吸收液（yè）流動在（zài）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（xiàng）右（yòu）移動，銨根離子NH4-變成遊離的氣態NH3。這時（shí）氣態NH3可以透過中空纖維表麵的微孔從殼程中的廢水相進入管程的酸吸收（shōu）液相，被酸液吸收立刻（kè）又變成離子態的NH4-。保持廢水的PH在10以（yǐ）上，並且溫度（dù）在35℃以（yǐ）上（50 ℃ 以下），這樣廢水相中的NH4就會（huì）源源不斷地變成NH3向吸收液（yè）相遷移。從而廢水側的（de）氨氮（dàn）濃度不斷（duàn）下降；而酸吸收液相由於隻有酸和NH4-，所以形成的是非常純淨的銨鹽，並且（qiě）在不斷地循環後達到一定的濃度，可以被回收利用。而該技（jì）術的使（shǐ）用一方麵可以大大的提升廢水中氨氮的去除率，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

       電滲析法是利（lì）用施加在（zài）陰陽膜對之間的電壓去除水溶液中溶解的固體。氨氮廢水中的氨離子及其它離子在電（diàn）壓的作用下，通過膜在含氨的（de）濃水中富集，從而達到去除的（de）目的。

       采用電滲析法處理（lǐ）高濃度氨氮無機廢水取得較好效果。對濃（nóng）度為2000--3000mg/L氨氮廢（fèi）水，氨氮去除率可在85%以（yǐ）上，同時可獲得8.9%的濃氨水。電滲（shèn）析法（fǎ）運行過程中消耗的電（diàn）量與廢水中氨氮的量成正比。電滲析法（fǎ）處理廢水不受pH值、溫度、壓力限製（zhì），操（cāo）作簡便。

       膜分離法的優點（diǎn）是氨氮回收率高，操作簡便，處理效果穩（wěn）定，無二次汙（wū）染等。但在處理高濃度氨氮廢水時（shí），除了脫氨膜外其他的（de）的膜易結垢（gòu）堵塞，再生、反（fǎn）洗頻繁，增加處理成本，故該法較適用於經過預處理的或（huò）中（zhōng）低濃度的氨（ān）氮廢水。

       12、離子交換法

       離子交換法（fǎ）是通過對氨離子具（jù）有很強選擇吸附作用的材料去（qù）除廢水中氨氮的方（fāng）法。常用的吸附（fù）材料（liào）有活性炭、沸石、蒙脫石及（jí）交換樹脂等。沸石（shí）是一（yī）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（qí）中斜發沸（fèi）石對氨離子有強的選擇吸附能力，且價（jià）格低，因（yīn）此工程上常用斜發沸石作為氨氮廢水的吸附材料。影響斜發沸石處理效果的（de）因素有粒徑、進水氨氮濃度、接觸（chù）時間、pH值等。

       沸石（shí）對氨氮的吸附效（xiào）果（guǒ）明顯，蛙石次之，土壤與陶粒效果較差。沸（fèi）石去除氨氮的途徑以離子交換作（zuò）用為主（zhǔ），物理吸（xī）附作用很小，陶粒、土壤和蛙（wā）石（shí）3種填（tián）料的離子交換（huàn）作用和物理吸附作用的效果相當。4種填（tián）料的吸附量在溫度為15-35℃內均隨溫度（dù）的升高而減小，在pH值為3-9範圍內隨（suí）pH值升高而增（zēng）大，振蕩6h均達到吸附平（píng）衡。

       離子交（jiāo）換法具有投資小、工藝簡單、操作方便、對毒物和溫度不敏感、沸石經再生可重複利（lì）用等優點。但處理高濃度氨氮廢水時，再生頻繁，給操作帶（dài）來不便，因此，需要與其他治理氨氮的方法（fǎ）聯合（hé）應用，或者用於治理低濃度氨氮廢水。