水體中的氮元素由於是造成富營養化的元凶，往往是水汙染（rǎn）控製行業的科研和工程技（jì）術的關（guān）注重點，其重要性甚至不亞於（yú）有機汙染物。本文梳理了水體（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（fāng）法。

       一、氮元素的關係

       進入水體（tǐ）中的氮主（zhǔ）要有無機氮和有機氮之分。無機氮（dàn）包括（kuò）氨態氮（簡稱氨氮）和硝態氮（dàn）。
氨氮包括遊離氨態氮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；
有機氮主要有尿素、氨基酸、蛋白質、核酸、尿酸、脂肪胺、有（yǒu）機堿、氨基糖等含氮有機（jī）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用轉（zhuǎn）換為氨氮；
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，國標針對水質中氮的分析主要分（fèn）總氮、氨氮、硝態氮、凱氏氮4個方（fāng）麵。

       1、總氮

       總氮是指可溶性及懸浮顆粒中的含氮（dàn）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（hán）氮（dàn）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（liàng）。總氮是衡量水質的（de）重（chóng）要指標（biāo）之一。

       總氮（dàn）的測定方法，一是采用分別測（cè）定有機氮和無機氮化合物（氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸（suān）鹽氮）後加和的辦法。二是以（yǐ）過硫酸鉀氧化，使有（yǒu）機氮和無機氮轉變為硝酸鹽後，通過離子選（xuǎn）擇電極法對溶液中的硝酸根離子進行測量，也（yě）可（kě）以用紫外法或還原為亞（yà）硝酸鹽後，用（yòng）偶氮比色（sè）法，以及離子色譜法進行測（cè）定。

       2、凱氏氮

       凱氏氮是以凱氏法測得的的含氮量（liàng）。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。此類有機氮主要指蛋白質、腖、氨基酸、核酸、尿素以及大（dà）量合成的，氮為負三價的（de）有機（jī）氮化（huà）合物。不包括疊氮化合物、聯氮、偶氮、腙、硝酸鹽、腈、硝基、亞硝基、肟（wò）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物多為前者，因（yīn）此（cǐ），在測定凱（kǎi）氏氮和氨氮後，其差（chà）值即稱之為有機氮。

       測定原理是加入硫酸加熱消解，使有機（jī）物中的胺基以及遊離氨和銨鹽均轉（zhuǎn）變為硫酸（suān）氫（qīng）銨，消解後的液體（tǐ），使呈堿性蒸餾（liú）出（chū）氨，吸收於硼酸溶（róng）液，然後以（yǐ）滴定法或光度法測定氨含量。測定凱（kǎi）氏氮或有機氮，主要是為了了解水體受汙染狀況，尤其在評（píng）價湖泊和水庫的富營養化時，是個（gè）有意義的（de）指標。

       3、氨氮

       氨氮是指遊離氨（或稱非離子氨，NH3）或離子氨（NH4+）形態存在的氨。pH較高，遊離氨的比例較（jiào）高；反之，銨鹽的比例高。氨氮是水體中的營養素，可導致（zhì）水富營養化現象產生，是水體（tǐ）中的主要耗（hào）氧（yǎng）汙染物，對魚類及某些水生生物有毒害。

       氨（ān）氮對水生物起危害作用的主（zhǔ）要是遊離氨，其毒性比銨（ǎn）鹽（yán）大幾十倍（bèi），並隨堿性的增強而增大。氨氮毒性與池水的pH值及水（shuǐ）溫有密切關（guān）係，一般情況，pH值及水溫愈高，毒性愈強。

       常用來（lái）測定氨的兩個近似靈敏度的比色方法是經典的納氏（shì）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（zhēng）餾-滴定法。（國（guó）標有納氏試劑法（fǎ）、水楊酸分光光度法、蒸餾-滴定法）

       4、硝態氮

       （1）硝酸鹽

       水中硝酸鹽是在有氧條件下，各種形態含氮化合物中*穩定（dìng）的氮化合物，通常用以表示含氮有機物無機化作（zuò）用*終階段（duàn）的分解產物。當水（shuǐ）樣中僅含有硝酸（suān）鹽而不存（cún）在其他有機或無機的氮化合物時，認（rèn）為有機氮化合物分解完全。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，則表示有汙染物已經進入水係，水的“自淨”作用尚在進行。

       硝酸鹽氮的測定方法有離子選擇電極法、酚二磺酸分光光度法、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）電極法測量方便，範圍寬（kuān），而（ér）且價（jià）格便宜，對（duì）水樣要求較（jiào）低；酚二磺酸分光光度法測量範圍寬（kuān），顯色穩定；鎘柱還原法（fǎ）適用於水中低含量硝酸鹽測（cè）定；戴氏合金換（huàn）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）亞硝酸（suān）鹽

       亞硝（xiāo）酸鹽是氮循環的中間產物。亞硝態氮不（bú）穩定，可以氧化成硝（xiāo）酸鹽氮（dàn），也可以還（hái）原（yuán）成氨氮。因此（cǐ），在測定其含量（liàng）的同時，並了解水中硝酸鹽和氨的含量，則可以判斷水（shuǐ）係被含氮化合物汙染的程（chéng）度及自淨情況。
水中亞硝酸鹽的測（cè）定方法通常采用重氮-偶（ǒu）聯反應，使生成紅紫色染料。該方法靈敏度高、檢出限低、選擇性強。重氮試劑選用對氨基苯磺酰胺和對氨基苯磺酸，偶聯試劑為N-（1-萘基）-乙二胺（àn）和α-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙二胺用得較多。

       亞硝酸（suān）鹽氮的測定方法有N-（1-萘基）-乙二胺分光光度（dù）法、萃取分光光度法、離子色譜法、氣相色譜法等。（國標采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、氣相色譜（pǔ）法等）

       三、各類氮的去除

       在汙（wū）水處理中（zhōng）氮的主（zhǔ）要形態是氨氮，但（dàn）是還有一些非生活汙水中，含有有機氮或者硝態氮，這些氮構成了我們（men）說的各類的不同形態的氮，我們遇到這類的（de）氮（dàn）一般是有機氮通過水解酸化轉化成氨氮，然後硝化成硝態（tài）氮；硝態氮利用反硝化來去除，歸根結底，總氮（dàn）、氨氮（dàn）、硝態氮、凱氏氮的去除*終還是轉化成硝化（huà）與反硝化的氮的去除，其實也就是氨氮（dàn）與硝態氮的去除！目前常見（jiàn）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沉澱法，是通過向含有氨氮的廢水中投加鎂化物和磷酸或磷酸氫鹽，使廢水中的NH4﹢與（yǔ）Mg2﹢、PO43﹣在水溶液中反應生成磷酸銨鎂沉澱，分子式（shì）為MgNH4P04.6H20，從而達到去除氨氮的目的。反應（yīng）方程式如下:
Mg2﹢+NH4﹢+PO43﹣=MgNH4P04

       2、吹脫法（fǎ）

       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（zǐ）向氨轉化，使其主（zhǔ）要（yào）以遊離氨形態存在，再通過載氣將（jiāng）遊離氨從廢水中帶出，從而（ér）達到去（qù）除氨氮的（de）目的。影響吹脫效率的因素主要有pH值、溫度、氣液比、氣體流速（sù）、初始濃度等。目前，吹脫法在高濃度氨氮廢水處理中的應用較多。

       3、折點氯化法

       折點氯化法除氨的機（jī）理為氯氣與氨反（fǎn）應生成無害的氮（dàn）氣，N2逸人大氣（qì），使（shǐ）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（dāng）將氯氣通人廢水中達到某一（yī）點時，水中遊離氯含量（liàng）較低，而氨的濃度降為零;氯氣通人量超過該點時，水中遊離氯的量就會增加，因此，稱該點為折點（diǎn），該（gāi）狀態下的氯化（huà）稱為折點氯化。

       4、催化氧化法（fǎ）

       催化（huà）氧化法是通過催化劑作用，在一定溫度（dù）、壓力下，經空氣氧化，可使汙水中的（de）有機物（wù）和氨分別氧化分解成CO2、N2和H2O等無害物質，達到淨化（huà）的目的。

       催化氧化法（fǎ）具有淨化效率高、流（liú）程簡單、占地麵積少等優點，多用於處理高濃度氨氮廢（fèi）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（diàn）化學氧化法

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

       研究含氨氮廢水在循環流動式電解槽中（zhōng）的電化學氧化，其中陽（yáng）極為Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2網狀電極，陰極為網狀鈦電極。結（jié）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（jiān）為90min時，氨氮去除率（lǜ）為99.37%。表明電解氧化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（yīng）用*廣時間*久的一種生物法，是在各種微生物作用（yòng）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（dàn）氣，從而達（dá）到廢水治理的目的。全程硝化反硝化法去除氨（ān）氮需要經過兩個階（jiē）段：

       硝化反應：硝化反應由好氧自養型微生物完成，在有氧狀態下，利用無機氮為氮（dàn）源將NH4+化成NO2-，然後再（zài）氧（yǎng）化（huà）成NO3-的過程。硝化過程可以分成兩個階（jiē）段。*階段（duàn）是由亞硝化菌將氨氮轉化為（wéi）亞硝酸鹽（NO2-），第二階段由硝化菌將亞硝酸（suān）鹽轉化為硝酸鹽（NO3-）。

       反硝化反應：反硝化反應（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，多屬於兼性細菌，在（zài）缺氧狀態時，利用（yòng）硝酸鹽中的氧作為電子（zǐ）受（shòu）體，以有機物（汙水中的BOD成分）作（zuò）為電子供體，提供能量並被氧化（huà）穩定。

       全程（chéng）硝化反硝化工程應用中主要（yào）有AO、A2O、氧（yǎng）化溝等，是生物（wù）脫氮工業中應用較（jiào）為成熟的方法。

       7、同步硝化反硝化(SND)

       當硝化與反硝化在同一個反應器中同時進行時，稱為同時消化反硝化(SND)。廢水中的溶解氧（yǎng）受擴散速度限製在微生物絮體或者生物膜上的微（wēi）環境區域產生溶解氧梯度，使微生物（wù）絮體或生物膜的外表麵溶解氧梯度，利於好氧硝化菌和（hé）氨化菌的生長繁殖，越深（shēn）入絮體或（huò）膜內部，溶（róng）解（jiě）氧濃度越低，產生缺（quē）氧區（qū），反硝化菌占優勢，從而形成同時消化反硝化過（guò）程。影（yǐng）響同時消化（huà）反硝（xiāo）化的因素有PH值、溫度、堿度、有機碳源、溶解氧及汙泥齡等。

       8、短程消化反硝化

       短程硝（xiāo）化反硝化是在同一個反應器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細菌將氨氧化成亞硝酸鹽，然後在缺氧（yǎng）的條件下，以有機物或外加碳源作電子供體，將（jiāng）亞硝酸鹽直（zhí）接進行反硝化生（shēng）成（chéng）氮氣。

       短程硝化反硝化過程不經曆硝酸（suān）鹽階段，節約生物脫氮所需碳源。對於低C/N比的氨氮廢水具有一定的（de）優勢。短（duǎn）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（yōu）點。但短程（chéng）硝（xiāo）化反硝（xiāo）化（huà）要求穩定、持久的亞硝酸鹽積累，因此如何有效抑製硝（xiāo）化菌的活性（xìng）成為關鍵。

       9、厭氧氨氧化

       厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞（yà）硝態氮或硝態氮為電子受體，利用自養菌將氨氮直接（jiē）氧化為氮（dàn）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（dī），無需試劑進行中和，汙泥產量少，是（shì）較經濟的生物脫氮技術。厭氧氨氧化的缺點是反（fǎn）應速度較慢，所需反應器容積較大，且碳源對厭氧氨氧化不利，對於解（jiě）決可生化性差的氨氮廢水具有現實意（yì）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離，從而達到氨氮脫除的目的。包括反滲透、納濾、脫氨（ān）膜及電（diàn）滲析等。

       脫氨膜係統（tǒng）一（yī）般用（yòng）於高氨氮（dàn）廢水處理中，氨（ān）氮在水中存在以（yǐ）下平（píng）衡：NH4- +OH-= NH3+H2O運行（háng）中，含氨氮廢水流動在膜組件（jiàn）的殼程，酸吸（xī）收液流動在膜組件的管程。廢水中PH提高或者溫度上升時，上（shàng）述平衡將會向右移動，銨根離子NH4-變成遊離的氣態NH3。這時氣態（tài）NH3可以（yǐ）透過中空纖維表麵的微孔從殼程（chéng）中的廢水相進入管程的酸吸收液相（xiàng），被酸液吸收立刻又變（biàn）成離子態的NH4-。保持廢水的PH在10以上，並且溫度在35℃以上（50 ℃ 以下），這樣廢（fèi）水相中的NH4就會源源（yuán）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（bú）斷下降；而酸吸收液相由（yóu）於（yú）隻有酸和NH4-，所以形成的是非常純淨的銨鹽，並且在不斷（duàn）地循環後達到一定的濃度，可以被回收利用。而該技術的使（shǐ）用一方麵可以大大的提升（shēng）廢水中氨氮的去除率，另（lìng）一方麵可以降低廢水處理係（xì）統的運營（yíng）總成本。

       11、電滲（shèn）析（xī）法

       電（diàn）滲析法是利用施加在陰陽膜對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（hán）氨的濃水中富集，從而達到去除的目的。

       采用電滲析法處理高（gāo）濃度氨氮無機廢水取得較好效果。對濃度為2000--3000mg/L氨氮廢水，氨氮去除率可在85%以上，同時（shí）可獲（huò）得8.9%的（de）濃氨水。電滲析法（fǎ）運行過（guò）程中消耗（hào）的（de）電量與廢水中氨氮的（de）量成（chéng）正比。電滲析法處理廢（fèi）水不受pH值、溫度、壓力限製，操作（zuò）簡便。

       膜分離法（fǎ）的優點是氨氮（dàn）回收率高，操作（zuò）簡便，處理效（xiào）果穩（wěn）定，無二次汙染等。但在處理（lǐ）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（zài）生、反洗頻繁，增加處理成本，故該法較適用於經過預處理（lǐ）的或中低濃度的氨氮廢水。

       12、離子交換法

       離子交換法是通過對氨離子具有很強選擇吸（xī）附作用（yòng）的材料去（qù）除廢水中氨氮的方法。常用的吸附材（cái）料有活性炭、沸石、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（yǒu）規則的孔道結構和空（kōng）穴，其中斜發（fā）沸石對氨離子有強的（de）選擇吸附能力，且價格低，因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（fā）沸石處理效果的因素有粒徑、進水氨氮濃度、接觸時間、pH值等。

       沸石對氨氮的吸附效果明顯，蛙石次之，土壤與陶粒效果較差。沸石去除氨氮的途徑以離子交換作用為主，物（wù）理吸附作用很小（xiǎo），陶粒、土壤和（hé）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（dāng）。4種填料的吸（xī）附量在溫度為15-35℃內均隨（suí）溫度（dù）的（de）升（shēng）高（gāo）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（xī）附平衡。

       離子交換法具有投資小、工藝簡單、操作（zuò）方便、對（duì）毒物和溫度不敏感、沸石經再（zài）生可重複利用等優點。但處理（lǐ）高濃度（dù）氨氮廢水時，再生頻繁，給操作帶（dài）來（lái）不便，因（yīn）此，需（xū）要與其他治理氨氮的方法聯合應用，或（huò）者用於治理低濃度（dù）氨氮廢水。