水體中的氮元素由於是造成富營養化（huà）的元凶，往往是水汙染控製行業的（de）科研和工（gōng）程技術的關注（zhù）重點（diǎn），其（qí）重要性甚至不亞於有機（jī）汙染物。本（běn）文梳理了水體中氮元素中的常見存（cún）在形態以及各自的概念和（hé）測試方法。

       一、氮元素的關係

       進（jìn）入水體中的氮主要有無機氮和有機氮之分。無機氮包括氨態氮（簡稱氨（ān）氮）和硝態氮。
氨氮包（bāo）括遊離氨態氮NH3-N和（hé）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；
有機氮主要有尿素、氨基酸、蛋白質（zhì）、核酸、尿酸、脂肪胺、有機堿、氨基（jī）糖等含氮有（yǒu）機物；
可溶性有機氮（dàn）主（zhǔ）要以尿素和蛋白質形式存在，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，不包括硝態（tài）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）溶性及懸浮顆粒（lì）中的含氮量（通常測定硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、無機銨鹽（yán）、溶解態氨幾大部分有機含氮（dàn）化（huà）合物中氮的總和）。可溶性總氮是指水中（zhōng）可溶性及（jí）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（shì）采用分別（bié）測定有機氮（dàn）和無機氮化合物（wù）（氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮）後加和的辦法。二是（shì）以過硫酸鉀（jiǎ）氧（yǎng）化，使有機氮和無機氮轉變為硝酸鹽後，通過離子選擇電極法對溶（róng）液中的硝酸根離（lí）子進行（háng）測量，也可以用紫外法或還原為亞硝酸鹽後，用偶氮比色法，以及（jí）離子色譜法進行測定。

       2、凱氏氮

       凱氏氮是以凱氏法（fǎ）測得的的含氮量。它包括氨氮和在此條件下能（néng）被轉化為銨鹽而測定的有機氮化合物。此類有（yǒu）機氮主（zhǔ）要指蛋白質、腖、氨基（jī）酸、核酸、尿素以及大量合成的，氮為負（fù）三價的有機氮化合（hé）物。不包括疊氮化合物、聯（lián）氮、偶氮、腙、硝酸鹽、腈、硝基、亞硝基、肟和半卡巴腙類（lèi）含氮化合物。由於水中一般存在的有機化合（hé）物多為前者，因此，在測定（dìng）凱氏氮和氨氮後，其差值即稱之為有機氮（dàn）。

       測（cè）定原理是加入硫酸加熱消解，使有（yǒu）機物（wù）中的胺基以及遊離氨和銨（ǎn）鹽（yán）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（hòu）以滴定法或光度法測定氨含量。測（cè）定凱氏（shì）氮或有機氮，主要是為了了解水體受汙（wū）染（rǎn）狀況，尤其在評價湖泊和水庫的富（fù）營養化時，是個有意（yì）義的指（zhǐ）標。

       3、氨氮

       氨氮（dàn）是指遊離氨（或稱非離子氨，NH3）或離（lí）子（zǐ）氨（NH4+）形態存在的氨。pH較高（gāo），遊離氨的比例較高；反之，銨鹽的比（bǐ）例高。氨（ān）氮是水體中的營養素，可導（dǎo）致水富（fù）營養化現象產生，是水體中的（de）主要耗氧（yǎng）汙染物，對魚類及某些水生生物有毒害。

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

       常（cháng）用來測定氨的兩個近似靈（líng）敏度的比色方法是（shì）經（jīng）典的納氏試劑法和苯酚-次氯酸鹽法；滴定法和電極（jí）法也常用來測定氨；當氨氮含量高時，也（yě）可采用蒸餾-滴定法。（國標有納氏試劑法、水楊酸分（fèn）光光度法、蒸餾-滴定（dìng）法）

       4、硝態氮

       （1）硝酸鹽

       水中硝酸（suān）鹽是在有（yǒu）氧條件下，各（gè）種形（xíng）態含氮化合物中*穩定的氮化合物，通常用以表示含氮有機物（wù）無機化作用（yòng）*終階段的分解產物。當（dāng）水樣中僅含有硝酸鹽而不存在其他有機或無機（jī）的氮化合物時，認為有機（jī）氮（dàn）化合物分解完全。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（shì）有汙染物（wù）已（yǐ）經進入水係，水的“自淨”作用尚（shàng）在進行。

       硝酸鹽（yán）氮的測定方法有離子（zǐ）選擇電極法、酚二磺酸分光光度法、鎘柱還原法（fǎ）、紫外分光光度法、戴氏合金換元法、離子色譜法、紫（zǐ）外法（fǎ）。

       其中電極法測量方（fāng）便，範圍寬，而且價格便宜，對水樣要求較低（dī）；酚二磺酸分光光度法測量範（fàn）圍寬，顯色穩定；鎘柱還原法適（shì）用（yòng）於水中低（dī）含量硝酸鹽（yán）測定；戴氏合金換元法適用於汙染嚴重並帶深色水（shuǐ）樣；離子色譜法需要專用儀器，但可與其他陰離子聯合（hé）測定（dìng）。

       （2）亞（yà）硝酸鹽

       亞（yà）硝酸鹽是氮循（xún）環的中間（jiān）產物。亞硝態氮不穩定，可以氧化成硝酸鹽氮，也可以（yǐ）還原（yuán）成氨氮。因此，在測定其含量的同（tóng）時，並了解水中硝酸鹽和（hé）氨的含（hán）量，則可以判斷水係被含氮化合物汙（wū）染的程度及自淨情況。
水中亞硝酸鹽的測定方法通（tōng）常采（cǎi）用重氮-偶聯反應（yīng），使生（shēng）成紅紫（zǐ）色染料。該方法靈敏度高、檢出限低、選擇性強。重氮試劑選用（yòng）對（duì）氨基苯磺酰胺和對氨基苯（běn）磺酸，偶（ǒu）聯試劑為N-（1-萘基（jī））-乙二胺和α-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙二胺用得較多。

       亞硝酸鹽氮的測定方法有N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、萃（cuì）取分光光度法、離子色譜法、氣相色譜法等。（國標采用N-（1-萘基（jī））-乙二胺分（fèn）光光度法、氣相色譜法等）

       三、各類氮的去除

       在（zài）汙水處理中氮的主要形態是氨氮，但是還有一些非生活汙水中，含有有機氮或者硝態氮（dàn），這些氮（dàn）構（gòu）成了我們說的各（gè）類的不同形態（tài）的氮，我們遇到這類的氮一般是有機氮（dàn）通過水解酸化轉化成（chéng）氨氮，然（rán）後硝化成硝（xiāo）態（tài）氮；硝（xiāo）態氮利用反硝化來去除，歸根結（jié）底，總（zǒng）氮、氨氮、硝態氮、凱氏氮的去除（chú）*終還是（shì）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（de）去除！目前（qián）常見的氮的去除（chú）技術有以下：

       1、化學沉澱法

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

       2、吹脫法

       吹脫（tuō）法去除氨氮是（shì）通過調（diào）整pH值至堿性，使（shǐ）廢水中的氨（ān）離子向氨（ān）轉化，使其主要以遊離氨（ān）形態存（cún）在，再通過載氣將遊離氨從廢水中帶出（chū），從而達到去除氨氮的目的（de）。影響吹脫效率的因素主要有pH值、溫度、氣液比、氣體流（liú）速、初始濃度等。目（mù）前，吹脫法在高濃度氨氮廢水處理中的應用較多。

       3、折（shé）點氯化法

       折點氯化法除氨（ān）的機理為（wéi）氯氣與氨反（fǎn）應生（shēng）成無害的氮氣（qì），N2逸人大氣，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﹣
       當將氯氣通（tōng）人廢水中達到某一點時（shí），水（shuǐ）中遊（yóu）離氯含量較低，而氨的濃度降為零;氯氣（qì）通人量超過該點時，水中遊離氯的量就會增加，因此，稱該點為折點，該（gāi）狀態下的氯化（huà）稱為折點氯（lǜ）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（yǒu）機物和氨分別氧化（huà）分解成CO2、N2和H2O等無害物質，達到淨化的目的。

       催化氧化法具有淨化效率高、流程簡單、占地麵積少等優點，多用於（yú）處理高（gāo）濃度氨氮廢（fèi）水。應（yīng）用難點在於如何防止催化劑流失（shī）以及（jí）對設備的腐蝕防（fáng）護。

       5、電化學氧化法

       電化（huà）學氧化法是指利用具有催化活性的（de）電極氧化去除水中汙染物的方法。影響因（yīn）素有電流密度、進（jìn）水流量、出水放置時間和點解時間等。

       研究含（hán）氨氮（dàn）廢水在循環流動式電解槽中的電化學（xué）氧化，其中陽（yáng）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，電解時間為90min時，氨氮去除率為99.37%。表（biǎo）明電解氧化含氨氮廢水具有較好的應用前（qián）景（jǐng）。

       6、全（quán）程硝化反（fǎn）硝（xiāo）化

       全程硝化反硝化是目前應（yīng）用（yòng）*廣時（shí）間*久的一種生物法（fǎ），是在各種微生物作用下，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，從而達到（dào）廢水治理（lǐ）的目的。全程硝化反硝（xiāo）化法去除氨氮需要經過兩個階段：

       硝化反應：硝化反應由好（hǎo）氧自養型微生物完成，在有氧狀態下，利用無機（jī）氮為（wéi）氮源將NH4+化成NO2-，然後再（zài）氧化成NO3-的過程。硝化過程可以分成兩個階段。*階段（duàn）是由亞硝化菌將氨氮轉化為亞硝（xiāo）酸鹽（NO2-），第二階段由（yóu）硝化菌將亞硝酸鹽轉（zhuǎn）化為硝酸鹽（yán）（NO3-）。

       反硝化反（fǎn）應：反硝（xiāo）化反應是在缺氧狀態下（xià），反（fǎn）硝化菌將亞硝（xiāo）酸鹽氮、硝（xiāo）酸鹽氮還原成氣態（tài）氮（N2）的過程。反硝化菌為異養型微生物，多屬於兼性細菌，在缺氧狀（zhuàng）態時，利用硝酸鹽（yán）中的氧作為電（diàn）子受體，以有機物（汙水中的BOD成分）作為電子供體，提供（gòng）能量（liàng）並被氧化穩定。

       全程（chéng）硝化反硝化工程應（yīng）用中主要有AO、A2O、氧化溝等，是生物（wù）脫氮工業中應用較為成熟的方法。

       7、同步（bù）硝化反硝化(SND)

       當硝化與反硝化在同一個（gè）反應（yīng）器中同（tóng）時進行時，稱為同時消化反硝化(SND)。廢水中的溶（róng）解氧受（shòu）擴散速度限製在微生物絮體或（huò）者生物膜上的微環境區域產生溶解氧梯度，使微生物絮體（tǐ）或生物膜的外表麵溶解氧梯度，利於好氧硝化（huà）菌和氨化菌的生長繁（fán）殖，越深入絮體或（huò）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（shí）消化反硝化（huà）過程。影響同時消化（huà）反硝化的（de）因素有（yǒu）PH值、溫度、堿度、有機碳源、溶解氧及汙泥齡（líng）等。

       8、短程（chéng）消化反（fǎn）硝化

       短程硝化反硝化是在（zài）同一個反應器中，先在（zài）有氧的條件下，利用氨氧化細（xì）菌將氨氧化（huà）成亞硝酸鹽（yán），然後在缺氧的條件下，以有機物（wù）或外加碳源作電子供體（tǐ），將亞硝酸鹽直接進行反（fǎn）硝化生成氮氣。

       短程硝化反硝化過（guò）程不經曆硝酸鹽（yán）階段，節約生物脫氮所需（xū）碳（tàn）源。對於低C/N比的氨氮（dàn）廢（fèi）水具有一定的優勢。短程硝化反硝化具有（yǒu）汙泥量少，反應時間短，節約反（fǎn）應（yīng）器體積等優點。但短程硝化反硝化要求穩定（dìng）、持久的亞硝酸鹽積累，因此如何有效抑製硝化（huà）菌的（de）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（dàn）為電子受體，利用自養菌將氨氮直接氧化（huà）為氮氣的過程。

       與傳統（tǒng）生物（wù）法相比，厭氧（yǎng）氨氧化無需外加碳源，需氧量低，無（wú）需試劑進行中和，汙泥產量少，是較經（jīng）濟的生物（wù）脫氮（dàn）技術（shù）。厭氧氨氧化的缺點（diǎn）是反應速度（dù）較慢，所（suǒ）需反應器容積較大，且碳源（yuán）對厭氧氨氧化不利，對於解決可生化（huà）性差的氨氮廢水具有現（xiàn）實意義。

       10、膜分離法

       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（fèn）離，從而達到氨氮脫除的目的。包括反滲（shèn）透、納濾、脫氨膜及電滲析等（děng）。

       脫氨膜係（xì）統一般用於高氨氮廢水（shuǐ）處理中，氨氮在水（shuǐ）中存在以（yǐ）下平衡（héng）：NH4- +OH-= NH3+H2O運行中，含氨氮廢水（shuǐ）流動在膜（mó）組件（jiàn）的（de）殼程，酸吸收液流動在膜組件的管程。廢（fèi）水中PH提高或者溫度上升時，上述平衡將會向右移動（dòng），銨根離子NH4-變成遊離（lí）的氣態NH3。這時氣態NH3可以（yǐ）透過中空（kōng）纖維表麵的微孔從殼（ké）程中的廢水相進入管程（chéng）的酸吸收液相（xiàng），被酸液吸收立刻又變成（chéng）離子態的NH4-。保持（chí）廢水的PH在10以上，並且溫（wēn）度在（zài）35℃以上（50 ℃ 以下），這樣廢水相中的NH4就會源源不斷地變成NH3向吸收液相遷移。從而廢（fèi）水側的氨氮濃度不斷（duàn）下降；而酸吸收液（yè）相由於隻有酸和NH4-，所（suǒ）以形成的是非常純淨的銨鹽，並（bìng）且在不斷（duàn）地循（xún）環後達到（dào）一定的濃度，可以被回收利用。而該技術的使用一方麵可以大大的提（tí）升廢水中氨氮的去除率，另一方（fāng）麵可（kě）以降低廢水處理係統的運營（yíng）總成本。

       11、電滲析法

       電滲析法是利用施加在陰陽膜對之間的電壓去除水溶（róng）液中溶解（jiě）的固體。氨氮廢水中的氨離子及其它（tā）離（lí）子在（zài）電壓的作用下，通過膜在含氨的濃（nóng）水中（zhōng）富集，從而達到（dào）去除（chú）的（de）目的。

       采用電滲析（xī）法處理高（gāo）濃度氨氮無機廢水取得較好效（xiào）果。對（duì）濃度為2000--3000mg/L氨氮廢水，氨氮去除率可在（zài）85%以上，同時（shí）可獲得8.9%的濃氨水。電（diàn）滲析法運行過程中消耗的電量與廢水中氨氮（dàn）的量成正比（bǐ）。電滲析法處理廢水不受pH值、溫度、壓（yā）力限製，操作簡便（biàn）。

       膜分離法的優（yōu）點是氨氮回收（shōu）率高，操作簡便，處理效果穩定，無二次汙染等。但在處理高濃度氨氮廢水時，除了脫氨膜外其他的（de）的膜易結垢堵（dǔ）塞，再生、反洗頻繁，增加處理成本，故該法（fǎ）較適用於經過預處理的或中低濃度的氨氮廢水（shuǐ）。

       12、離子交換法

       離子交換法（fǎ）是通（tōng）過對氨離子具有很強選擇吸附作用（yòng）的材料去除廢水中氨氮的方法。常用的吸附材料有活性炭、沸（fèi）石、蒙脫石及交（jiāo）換樹（shù）脂等。沸石是一種三維（wéi）空間結構的矽鋁酸（suān）鹽，有規則的孔道結（jié）構和空（kōng）穴，其中斜發沸石對氨離子有強的選擇吸附能力（lì），且價格低，因此工程上常用斜（xié）發沸石作為氨氮廢水的吸附材料。影（yǐng）響斜發沸石處理效果的因素有粒徑、進水氨氮濃度、接（jiē）觸時間（jiān）、pH值等。

       沸石對氨氮的吸附效果明顯，蛙石次（cì）之，土壤與陶粒效果較差（chà）。沸（fèi）石（shí）去除氨氮的途徑以離（lí）子交換作（zuò）用為主，物理吸附作（zuò）用（yòng）很小，陶粒、土壤（rǎng）和蛙（wā）石3種填料的離子交（jiāo）換作用和物理吸附作用的（de）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pH值為3-9範圍內隨pH值升高而增大，振蕩（dàng）6h均達到吸附平衡。

       離子交換法具有投資（zī）小、工藝簡單、操作方便、對毒物和溫度不敏感、沸（fèi）石經（jīng）再生可重複利用等優點。但處理（lǐ）高濃度氨氮廢水時，再生頻繁，給操作（zuò）帶來不便，因（yīn）此，需（xū）要與其（qí）他治理氨氮的方法聯合應用，或者用於治理低濃度氨氮廢水。