水體中（zhōng）的氮元素由於是造成富營養化的元凶，往往（wǎng）是水汙染（rǎn）控（kòng）製行業（yè）的科研和工程技術（shù）的關注重（chóng）點，其重要性甚至不亞於有機汙染物（wù）。本文梳理了水體中氮元素中的常見存在形態以（yǐ）及各自的概念和測試方法。

       一、氮元素的關係

       進入水體中的氮主要有無機（jī）氮和有機氮之分。無機氮包括氨態氮（簡稱氨氮）和（hé）硝態氮。
氨氮包括遊離氨態氮NH3-N和銨鹽態氮（dàn）NH4+-N；
硝態氮包括硝酸（suān）鹽氮NO3--N和亞硝酸鹽氮NO2--N；
有機氮主要有尿（niào）素、氨基酸、蛋白質、核酸、尿（niào）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（niào）素（sù）和蛋白質形式存在，它可以通過氨化等作用轉換為氨氮；
凱氏氮包括有機氮與氨氮（dàn），不包括硝態氮。

       二、各類氮的成分分析

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

       1、總氮

       總氮（dàn）是指可溶性及懸浮顆粒中的（de）含氮（dàn）量（通常測定硝（xiāo）酸（suān）鹽氮、亞硝酸鹽氮、無機銨鹽、溶解態（tài）氨幾大部分有機含氮化合（hé）物中氮的總和）。可溶性總氮是指水中可溶性及含可過濾性固體（小於0.45μm顆粒物）的含氮量。總氮是衡量水質的重要指標之一。

       總氮的測定方法，一是采用分別測（cè）定有機氮（dàn）和無（wú）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鹽（yán）後，通過離子（zǐ）選擇電極法對溶液中的硝酸根離子進行測量，也可以用紫外法或（huò）還原為（wéi）亞硝酸鹽後，用（yòng）偶氮比色法，以及離子色譜法進行測定。

       2、凱氏氮

       凱氏（shì）氮是以（yǐ）凱氏法測得的的含氮量。它包括氨氮和在此條件（jiàn）下能被轉化為（wéi）銨鹽而測定的有機氮化合物。此類有機氮主要指蛋白質、腖、氨基酸、核酸、尿素以及大量合成的，氮為負三（sān）價的有機氮化合物。不包括疊氮化合物（wù）、聯氮、偶氮、腙、硝酸鹽、腈、硝基、亞硝基、肟和半卡巴腙類含氮化合物。由於水中一般存在的有機化（huà）合物多為前者，因此，在測定凱氏氮和氨氮後（hòu），其差（chà）值即稱之為有機氮。

       測定原理是加入硫酸加熱消解（jiě），使有機物中的胺基以及遊離氨和銨鹽均轉變為硫酸氫銨，消解後的液體，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含量。測定凱氏氮或有機氮，主要（yào）是為了了解水體受汙染狀況，尤其在評價湖泊和水庫的富營養化時，是（shì）個有（yǒu）意義的指標（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（zài）的氨。pH較高，遊離氨的比例較（jiào）高；反之，銨鹽（yán）的比例高。氨氮是水（shuǐ）體中的營養素，可導致水富營養化現象產生，是水體（tǐ）中的主要耗（hào）氧汙染物，對魚類及某些水生生物有毒害。

       氨氮對水生物起危害（hài）作用（yòng）的主要是（shì）遊離氨，其（qí）毒性比銨鹽大幾十倍（bèi），並隨堿性的增強而增大。氨（ān）氮毒性與池水的pH值及水溫（wēn）有（yǒu）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（fāng）法是經典的納氏試劑（jì）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，也可采用蒸餾-滴定（dìng）法。（國標有納氏試劑法、水楊酸分光（guāng）光度法、蒸餾-滴定法（fǎ））

       4、硝態氮

       （1）硝酸（suān）鹽

       水中硝酸鹽是在（zài）有氧條件下，各種形態含氮（dàn）化合物中*穩（wěn）定的氮化合物，通常用以表示含氮有機物無機化作用（yòng）*終階（jiē）段的分解產物。當水樣中僅含有硝酸鹽而不存在其他有機或無機的氮化（huà）合物時，認為有機氮化合（hé）物分解（jiě）完全。如果水中（zhōng）含有較多量的硝（xiāo）酸鹽同時含有其他含氮化合物時，則表示（shì）有汙染物已經進入水係，水（shuǐ）的“自淨”作用尚在進行。

       硝酸鹽氮的測定方法有離（lí）子選擇電極（jí）法、酚二磺酸分（fèn）光光度法、鎘柱還原法、紫外分光光度法（fǎ）、戴氏（shì）合金換元法（fǎ）、離子色譜法、紫外法。

       其中電極法測量方便，範圍寬，而且價格便宜，對水樣要求較低；酚二磺酸分光光度法測量（liàng）範圍寬，顯色穩定；鎘柱還原法適用於水中低含量硝酸鹽測定；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（xū）要專用儀器（qì），但可與其他陰離子聯（lián）合測定。

       （2）亞硝酸鹽

       亞硝酸（suān）鹽是氮循（xún）環的中間產物（wù）。亞硝態氮（dàn）不穩定，可以（yǐ）氧化成硝酸鹽氮，也可以（yǐ）還原成氨氮。因（yīn）此，在測定其含（hán）量的同時，並了解水中硝酸鹽和氨的含量，則可以判斷水係（xì）被含氮化合物汙染的程度及自淨情況（kuàng）。
水中亞硝酸鹽的測定方法通常采用重氮-偶（ǒu）聯反應，使生成紅（hóng）紫（zǐ）色染料。該方法靈敏度高、檢出限低、選擇性強。重氮試（shì）劑選（xuǎn）用對氨基苯磺（huáng）酰胺和對氨基苯磺酸，偶聯試劑為（wéi）N-（1-萘基）-乙二胺和α-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙（yǐ）二（èr）胺用得較多。

       亞硝酸鹽氮的測（cè）定方法有N-（1-萘基）-乙二胺分光（guāng）光度法、萃取分光光度法（fǎ）、離子色譜法、氣相色譜法等。（國標采用N-（1-萘基（jī））-乙二（èr）胺分光光度法、氣相色（sè）譜法等）

       三、各類氮的去除

       在汙水處理中氮（dàn）的主要形態是氨氮，但是還有一些非生活汙水中，含有有機氮或（huò）者硝態（tài）氮，這些氮構（gòu）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（bān）是有機氮通過水解酸化轉化成氨氮，然後硝（xiāo）化成硝態氮（dàn）；硝態氮利用反硝化（huà）來去除，歸根結底，總氮、氨氮、硝態氮、凱氏氮的去除*終還是轉化（huà）成硝（xiāo）化與（yǔ）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（xià）：

       1、化學沉澱（diàn）法

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

       2、吹脫法

       吹脫法去除氨（ān）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（cóng）廢水中帶出，從（cóng）而達（dá）到去除氨氮的目的。影響吹（chuī）脫效率的因素（sù）主要有pH值、溫度、氣液比、氣體流速、初始濃度等。目前，吹脫法在高濃（nóng）度氨氮廢水處（chù）理中的（de）應用較多。

       3、折點氯化法

       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逸人大氣（qì），使反應源不斷向右進行。其反應（yīng）式為：NH4﹢+1.5HOCl→0.5N2+1.5H20+2.5H﹢+1.5Cl﹣
       當（dāng）將氯氣（qì）通人廢水（shuǐ）中達到某一點時，水中遊離氯含量（liàng）較（jiào）低，而氨的濃度（dù）降為（wéi）零;氯氣通人量（liàng）超過該點時，水中遊離氯（lǜ）的量就會增加，因此（cǐ），稱該點為折點（diǎn），該狀態下（xià）的氯（lǜ）化（huà）稱為（wéi）折點氯化。

       4、催化氧化法

       催化氧化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（wū）水中的有機物（wù）和氨分別氧化分解成（chéng）CO2、N2和H2O等無害物質，達（dá）到淨化的（de）目的。

       催化氧化法具有淨化效率高、流程簡（jiǎn）單（dān）、占地麵（miàn）積（jī）少等優（yōu）點，多用於處理高濃度氨氮廢水。應用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

       電化學氧化法是指利用具有催化活性的電極氧化去除水（shuǐ）中汙染物的方法。影響因素有電流密度、進水流（liú）量、出水（shuǐ）放置時間和點解時（shí）間等。

       研究含氨氮廢水在循（xún）環流動式電（diàn）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（tài）電極。結果表明，在氯離子濃度為400mg/L，初始（shǐ）氨（ān）氮濃度為40mg/L，進水流量為600mL/min，電流密度為（wéi）20mA/cm2，電解時間為90min時（shí），氨氮去除率為99.37%。表明電解氧化含氨氮廢水（shuǐ）具有（yǒu）較好的應用前景。

       6、全程硝化反硝化（huà）

       全（quán）程硝化反硝化是（shì）目前應用（yòng）*廣時間（jiān）*久（jiǔ）的一種生物法，是在各種（zhǒng）微生物作用下，經過硝化、反硝化等一係列反應將廢水中的氨氮轉化為氮氣，從（cóng）而達到廢水治理的目的。全程硝（xiāo）化反硝化法去除（chú）氨氮需要經過兩個階段：

       硝化反（fǎn）應：硝化反應（yīng）由好氧自養型微生物完成，在有氧狀態（tài）下，利用無機氮為氮源將NH4+化成NO2-，然後再氧化成NO3-的過程。硝化（huà）過程可以分成兩個階段。*階段是由亞硝化（huà）菌將氨氮（dàn）轉化為亞硝酸鹽（NO2-），第二階段由硝化菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸（suān）鹽（NO3-）。

       反硝化反應：反硝化反（fǎn）應（yīng）是在缺氧狀態下，反硝化菌將亞硝酸鹽氮、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（wù），多屬（shǔ）於兼性細菌，在缺氧狀態（tài）時，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以（yǐ）有機物（汙水中的BOD成分）作為電子（zǐ）供體（tǐ），提供能（néng）量並被氧化（huà）穩定。

       全程（chéng）硝化反硝（xiāo）化工程（chéng）應用中主（zhǔ）要有AO、A2O、氧化溝等，是生物脫氮工（gōng）業中（zhōng）應用較為成熟的方法。

       7、同步硝化反硝化(SND)

       當硝化與反硝化在同（tóng）一個反應器中同時進行時，稱為同（tóng）時消化反硝化(SND)。廢（fèi）水中的溶解氧受擴散速度限製在微生物絮體或者生（shēng）物（wù）膜上的微環境區域產生溶解氧梯度，使微生物絮體或生物膜（mó）的外表麵溶解氧梯度，利於好氧硝化菌和氨化菌的生長繁殖，越深入絮（xù）體或（huò）膜內部（bù），溶（róng）解氧濃度越低，產生缺氧區，反硝（xiāo）化菌占優勢，從而形成同時消化反硝化過程（chéng）。影響同時消化反硝化的因素有PH值、溫度、堿度、有機碳源、溶解氧及汙泥齡等。

       8、短（duǎn）程消化反硝化

       短程硝化反硝化是在同一個反應器中，先在有（yǒu）氧的（de）條件下，利用氨氧化細菌將（jiāng）氨（ān）氧化成亞硝酸鹽，然後在缺氧的條件下（xià），以有機物或外加碳源作電子供體，將亞硝酸鹽直接進（jìn）行反硝化生成氮氣。

       短程硝化反硝化過程不經曆硝酸鹽階段，節約生物（wù）脫氮所需碳源。對於低C/N比的氨氮廢水具有一定的優勢。短程硝化反硝化具（jù）有汙泥量少，反應（yīng）時間短，節約反應器體積等優點。但短程（chéng）硝化反硝化要求穩定、持（chí）久的亞硝酸鹽積累，因（yīn）此（cǐ）如何有效抑製硝化菌的活性成為關鍵。

       9、厭氧氨氧化

       厭氧氨氧化是在（zài）缺氧條件下，以亞硝態氮或硝態（tài）氮（dàn）為電子受體，利（lì）用自養菌將氨氮直接氧化為氮氣的過程。

       與傳統生物法相比，厭（yàn）氧氨氧化無需（xū）外加碳源，需氧量低，無（wú）需試劑進（jìn）行中和，汙泥產量（liàng）少，是（shì）較經濟的生物脫氮技術。厭氧氨氧化的缺點是反應速度（dù）較慢，所需反應器容積較大，且碳源對厭（yàn）氧氨氧化不利，對於解決可生化性（xìng）差的氨氮廢（fèi）水具有現實意義。

       10、膜（mó）分離法

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

       脫氨膜（mó）係統一般用於高氨氮廢（fèi）水處理中，氨氮在水中存在以下平衡：NH4- +OH-= NH3+H2O運行中，含氨氮廢水流動在膜組件的殼程，酸吸收液流動在膜組件的（de）管程。廢（fèi）水中（zhōng）PH提高或者溫度上（shàng）升時，上述平衡（héng）將會向右移動，銨根離子（zǐ）NH4-變成遊離的氣態NH3。這（zhè）時氣態NH3可以透過中空纖（xiān）維表麵的微孔從殼程中的（de）廢水相進入管（guǎn）程的酸吸（xī）收液相，被酸液吸收立刻又變成離子態（tài）的NH4-。保持（chí）廢水的PH在10以上，並且溫（wēn）度在35℃以上（50 ℃ 以（yǐ）下），這樣廢水相中的（de）NH4就會源源不斷地變成NH3向吸收液相遷移。從（cóng）而（ér）廢（fèi）水側的氨氮濃度（dù）不斷下（xià）降；而酸吸（xī）收液相由（yóu）於隻有酸和NH4-，所以形成（chéng）的（de）是非常純淨（jìng）的（de）銨鹽，並（bìng）且（qiě）在不斷地循環（huán）後達到一定的濃度，可以被（bèi）回收利用。而（ér）該技術的使用（yòng）一方麵可以大大的提升廢（fèi）水中氨氮的去除率，另一方麵（miàn）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（qù）除水溶液中溶解（jiě）的固體。氨氮廢（fèi）水中的（de）氨離子及其它離子在電壓的作用下，通過膜在含氨的濃水中富集，從而達到去除的目的（de）。

       采用電滲析法處理高（gāo）濃度氨氮無機廢水取得較好效果（guǒ）。對濃度為（wéi）2000--3000mg/L氨氮廢水，氨氮去除率可在85%以上，同時可獲得8.9%的濃氨水。電滲析（xī）法運行過（guò）程中消耗的（de）電量與廢水中氨氮的量成正比。電滲（shèn）析法處（chù）理廢水不受pH值、溫度、壓力限製，操作簡便。

       膜分（fèn）離法（fǎ）的優點是氨氮回收率高，操作簡便，處理（lǐ）效果穩定，無二次汙染等。但在處理高（gāo）濃（nóng）度氨（ān）氮廢水時，除了脫氨膜外其他的的膜易結垢堵塞，再生（shēng）、反洗頻繁，增加處理成本，故該法較適用（yòng）於經過預（yù）處理的或中低（dī）濃（nóng）度的氨氮廢水。

       12、離子交換法

       離（lí）子交換法是通過對氨離子具有很強選擇吸（xī）附作用的材料去除廢（fèi）水中氨氮的方法。常用的吸附材料有活性（xìng）炭、沸石（shí）、蒙脫石及交換樹脂等。沸石是一種三維空間結構的矽鋁（lǚ）酸鹽，有規則（zé）的孔道結構和空穴，其中（zhōng）斜發沸石對氨離子有（yǒu）強的選擇吸附（fù）能力，且價格低，因此工程上（shàng）常用（yòng）斜發沸石作為氨氮廢水的（de）吸附材料。影（yǐng）響（xiǎng）斜發（fā）沸石處理效果的因（yīn）素有（yǒu）粒徑、進水氨氮濃度、接觸時間（jiān）、pH值等。

       沸石對氨氮的吸附（fù）效果明顯，蛙石次之，土壤（rǎng）與陶粒效果較差。沸石去除氨氮的途徑以離子交換作（zuò）用為主，物（wù）理吸附作用很小，陶粒、土壤和蛙石3種填料的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（jiǎn）小，在（zài）pH值為3-9範圍內隨pH值升高而增（zēng）大，振蕩6h均達到吸（xī）附平衡。

       離子交換法具有投資小、工藝簡（jiǎn）單、操作方便、對毒物和溫度不敏感、沸石經再生可重（chóng）複利用等優點。但處理高濃度氨氮廢水時，再（zài）生頻繁，給操作帶來不便，因（yīn）此（cǐ），需要與其他治理氨（ān）氮的方（fāng）法聯合應用，或者用於治理低濃度氨氮廢水。