水中氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮相互关系探讨

．1盗I车饯斜2006年第25卷第6期水中氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮相互关系探讨ADiscussiononRelationshipofNitrogeninFOrmsOfAmmOnium．NitriteandNitrateinWater李萍(上海市松江区环境监测站，上海201600)LiPing(SongjiangDistrictEnvironmentalMonitoringStation,Shanghai201600)摘要在水中，氮既是生命元索．又是环境污染的主要因子．其转化是多变的，其中硝化作用和反硝化作用是关键反应．它将较稳定的NH；转化成NOi，后者容易渗滤、被植物吸收或进一步脱氮。用河水进行了试验，研究了氨氮亚硝酸盐氮及硝酸盐氮三者的相互关系。观察了亚硝化作用和硝化作用的历程，描述了其变化规律，并对其在水中的迁移、转化过程及机理结合文献进行了研究讨论。根据实验结果．对今后的研究方向和污水的排放提出了建议。关键词：水体氮化合物相互关系迁移转化AbstractInwater．nitrogenisabiologicalelementaswellasamainfactoroftheenvironmentalpollution．Ofitsvariableconvertedforms．thenitrificationanddenitrificationarekeyreactionsloturnaratherstableNHjintoNOj，whichisreadylobeosmosizedandabsorbedbyplantsorfu~herdenitrified．TherelationshipamongNH3-N，NOi—NandNO—Nwasstudiedbyriverwatertestinginalaboratory．Throughobservingthecourseofnitrosificationandnitrificationprocesses，theirvariationpatternsweredescribed，andlhenitrogenmigrationandconvertingprocessinwaterwerediscussed．Basedonthetests．1hefurtherstudyandwastewaterdischargestandardwereproposed．Keywords：WaterbodvNitrogencompoundRelationshipMigrationandconversion1前言污水中化学物质种类繁多，而氮是污水中最有价值、也是转化最复杂的成分。目前出现在地下水中最主要的一种污染物离子就是硝酸根离子，硝酸根离子对人体危害较大，易造成动脉硬化、癌症等一系列疾病。氮不但是植物生长的三大要素之一，而且也是动物蛋白质组成不可缺少的部分。过量的氮进入水体将给水体带来污染与危害，如果水体中氮的含量超标，将直接影响鱼类生存，直至出现赤潮。在水体中，有机污染物包括氮、碳、磷、硫4种主要物质，而后三者形成的产物在氧气充足的条件下对鱼类的影响程度不是很大，当氮以分子氨态或亚硝酸盐氮态存在时，却会对水生动物产生很强的神经性毒害。当前，以强饲为特征的集约养殖方式加大了水体有机氮物质分解转化的负荷，微生物分解环节严重受阻，从而成为水体系统循环过程的制约瓶颈，造成水体富营养化甚至污染，引发出诸多病害、药残、食品隐患等问。因此，研究三氮转化规律，对防止污染、保护水域环境，充分开发利用水资源有着重大的现实意义。水体系统的氨氮循环及污染治理已成为世界性关注的环境问题和研究热点。我们用河水进行了实验室试验。观察了亚硝化作用和硝化作用的历程，对其变化规律作了描述，并对其中的机理结合文献进行了讨论，根据实验结果对今后的研究方向和污水的排放标准提出了建议。2河流概况M河位于z地区，上游为一水库，流入河流中的水时断时续，污染主要来自生产碳酸氢氨的某氮肥厂的排水(约200t／h)和一个大型机械厂的生活污水(约100t／h)，河水总流量约600t／h。分别在4个固定点采样。1号采样点位于氮肥厂的总排水口；2号采样点为氮肥厂排水与河水混合后作者李萍，女，l975年出生，2004年毕业于中央广播电视大学工商管理专业，助理工程师。---——245-·-——Shan助aEI1V1"FO删enta1ScienCCS水中氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮相互关系探讨李萍距1号采样点250m处；3号采样点在2号采样点的下游，相距约300m；4号采样点在3号采样点的下游，相距250m。在河流中心对同一污染水团分3次不同采样时间进行采样，对数据进行记录。微生物学实验的采样瓶预先经无菌消毒。3实验3．1微生物学实验采用液体培养基内硝化能力的估计方法，即接种2个液体选择性培养基，1个培养亚硝化菌，1个培养硝化菌。接种后28℃培育15d，用二苯胺试剂检查结果，然后由表中查出比较性的指数，来表示亚硝化菌和硝化菌的活动强度。采样后在做微生物学检验的同时，进行各种化学项目的测定。3．2化学实验水样运回实验室后立即用中速定性滤纸过滤，转移至锥形瓶中(每个样品取3L)，用纱布棉花塞盖好，在30℃恒温水浴中保温，每天按时进行各种项目的测定。测定项目与方法：(1)pH：用pH计测定；(2)溶解氧：用碘量法测定；(3)氨氮：用钠氏比色法测定；(4)亚硝酸盐氮：用紫外吸收直接测定法，在开始的几次实验中曾用经典的比色法作对照；(5)硝酸盐氮：用紫外吸收直接测定法；(6)硝化过程耗氧量的测定：用库仑法自动测定记录。在硝化前后分别测定样品中的氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，再根据库仑计的耗氧量进行计算。4结果与讨论4．1河水中无机氮化合物的动态变化氮肥厂和生活污水中排放的氨氮。随着时间的推移而不断减少。我们对M河1号采样点和3号采样点进行了观察，测定水中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量。3次测定的结果表明，距污染源近的上游水样中，氨氮的浓度均高于下游，而下游的亚硝酸盐浓度均高于上游(见表1)。由于这2个采样点之间的距离很近(约500m)，说明这种变化还是相当快的。硝酸盐的浓度是上游高于下游；由于在这2个采样点之间有相当数量的生活污水排入，所以难于判断。为确切了解水中NH3一-N、NO3一N、NO2一N的转化规律，我们进行了室内静态观察实验。·--——246-———表1河水中无机氮的含量(mg／L)4．2静置水样中无机氮化合物的转化规律由不同采样点采得的水样，在室内30℃恒温水浴中或室温条件下放置，每天按时测定水样中的PH、NH卜N、NO2一N、NO3一N含量。我们前后4次采样，对12个不同样品进行了观察，实验结果证明，所有这些样品中氨氮都按照同样的规律变化，即NH，N先氧化成NHj—N、NOj—N、NON，在保温6～1Od后氨氮开始转化，这一过程进行很快，2～3d后水中的氨氮全部转化为亚硝酸盐氮。亚硝酸盐在水中持续一段时间，通常为2～10d(视亚硝酸的浓度而定)，然后又迅速转化为硝酸盐，转化时间约2—4d，此后水中的无机氮化合物全部以稳定的硝酸盐形式存在。在氨氮转化为硝酸盐的过程中伴随有pH值的下降反应完成后pH值又逐渐回升到原来的水平。水中的硝酸盐可被藻类利用，在实验的有些水样中，后期有藻类繁殖(硅藻、小球藻等)，并伴随着硝酸盐的减少。5结语5．1自然状态下水体氮素的来源：(1)一些固氮藻类及固氮细菌能把大气层中的氮气转变为有效氮；(2)鱼类等水生动物的最终代谢产物主要为氨态氮(NH)，其次为尿素和尿酸；(3)藻类细胞自溶与有机碎屑沉积物的矿化作用，使以颗粒状结合着的有机氮以NH，一N的形式释放到水体中；(4)地面径流及域外污水串用带来的氮的污染问题也愈加突出。对自然状态的氮素来源构成及转化过程应清楚把握和准确运用，才能不悖其水体物质转化循环规律，达到健康、高效生态养殖的目的。5．2氮是我们生活中最重要的营养元素之一，也是氧化～还原作用最为多样化的一个元素，从硝酸盐的正5价到氨的负3价，进行着各种价态的转化。通过各种生物的作用，构成自然界中氮的循环。各种有机含氮化合物(主要是蛋白质)通过动物和各种微生物的代谢活动分解为氨，氨经过硝化作用最后氧化成硝酸(下转第250页)ShanghaiEnvironmenta}Sciences封闭型人造景观水体水质控制技术探讨吴胜恒循环周期值得研究。目前的数据有2～4d的，也有15～30d的，变化幅度很大，且都是经验数据，没有科学的计算依据。4．2在量化景观水体生态系统的具体环境指标，并以此指导生态系统的建立方面，目前的研究大都停留在定性水平上，仅强调水生植物的种植问题，但在种植种类、规模、配比等方面并无深入研究。4．3在人造景观水体，尤其是硬底硬驳岸的人造景观水体中建立生态系统的可行性方面，目前尚无成功实践。现已有人研究通过种植槽进行水下种植，但其效果如何尚无考核依据。5参考文献l张菊，陈振楼，刘杰．上海河流氮负荷的年际变化及其水体富营养化的原因探讨．环境污染与防治，2005，27(1)：29～33．2蒋海燕．上海城市降水径流营养盐氮负荷及空间分布．城市环境与城市生态，2002，15(1)：i5～17．3金湘灿．湖泊富营养化控制和管理技术．北京：化学工业出版社，2001．4朗建．生物滤沟处理景观水体试验研究．给水排水，2002，28(12)：54～56．5严立．潜流式人工湿地净化富营养化景观水体．给水排水，2005，2l(2)：54～56．廿树应．景观水体污染处理j二艺研究及工程应用．给水排水，2002，28(12)：56～58．李小平．美国湖泊富营养化的研究和治理．自然杂志，2002，24(2)：63～68．庄源益高等水生植物对藻类生长的克制效应．环境科学进展，1995，3(6)：44～49．唐玉斌．景观水体的生物激活剂修复．城市环境与城市生态，2003，16(4)：37～39．朱斌，陈飞星，陈增奇．利用水生植物净化富营养化水体的研究进展．上海环境科学，2002，21(9)：564～567．柳骅，夏宜平，邓云兰．千屈菜对富营养化水体中磷的去除作用．园艺学报，2003，30(5)：579．刘滨谊，周江．论景观水系整治中的护岸规划．中国园林，2004，(3)：49～52．钱德琳．生态治河理念与设计思路探讨．中国水利，2004，(111：43～44．汪松年．上海水生态修复实例调查．水利规划与设计，2005，(2)：26～30．孙厚钧．水体增氧技术是改善城市河流湖泊水质的有效措施．北京水利，2002，(4)：35～36．陈伟，叶舜涛，张明旭．苏州河河道曝气复氧探讨．给水排水，2001，27(4)：7～9．孙从军，张明旭．河道曝气技术在河流污染治理中的应用．环境保护，2001，(4)：12～l4，2O．责任编辑唐东雄01k~aJ修改稿日期：2006—1026)(上接第246页)盐，微生物和植物把硝酸盐转变为细胞成份。氨氧化pH的影响：溶液呈碱性时，有利于硝化反应的进成硝酸盐的过程称为硝化作用，大部分硝化作用发生行，一般pH值在7．0～8．0之间最有利硝化进行，同在河水、湖泊和废水处理中，特别是在废水处理和河时在pH值为7．0～7．5时，最适宜硝化细菌的生长。流自净中，硝化作用是非常重要的一种作用。硝化作DO对硝化的影响：硝化过程是个耗氧过程。用有2种，一是把氨氮氧化为亚硝酸盐氮，主要由亚有资料表明，1mgNH一N或NO2一N完全氧化需硝化球菌和亚硝化杆菌属的细菌进行；二是把亚硝酸1．11mgO，当DO为0．3mg／L时，硝化反应即可进盐氮氧化为硝酸盐氮，由硝化杆菌属细菌进行。亚硝行。DO越多，反应速率越快。化反应至少要经历3个中间步骤，亚硝酸盐氧化为硝污水中氮化合物的迁移转化过程是一个复杂的生酸盐的反应则是简单的一步反应。在自然环境的河水物化学过程，本文可为今后的研究方向和污水的排放中，硝化作用具体历程尚未见文献报道。标准提供参考。5。3氮在水环境中的转化过程是一种复杂的过程，其主要过程可视为水中的硝化过程。影响硝化过程的主6参考文献要因素有温度、pH值、溶解氧、细菌种群以及河流污1张元龙．微生物学．北京：高等教育出版社，1958．染程度。在进行三氮转化规律研究中，必须充分考虑P磊’史崇文译·‘土壤中氮素的气这些凼系。3江德爱．含氮化合物在土壤和地下水中的迁移与转化和积温度的影响：硝化反应是吸热反应，所以温度升累．环境科学，1983，4(3)：29～34．高对硝化有利。同时硝化细菌的生长也需要温度的提熊先哲-硝态氮污染地下水的生物防治．环境科学，1984，5高。温度与硝化反应速率常数存在如下关系：“‘()=(3o)Q式中，Q——温度系数，取1：100。责任编辑唐东雄(收到修改稿日期：20061111)678901234567