​一文了解氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、有机氮之间的关系

​在水质检测中,我们经常关心的几种形态的氮包括氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮等,其中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮(简称三氮)常用作水体自净的指标,它们之间的相对含量,在一定程度上可以反映含氮有机物污染的时间长短,对了解水体污染历史及分解趋势和水体自净状况等有很高的参考价值。

  • 发布时间:2023-08-17

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在水质检测中,我们经常关心的几种形态的氮包括氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮等,其中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮(简称三氮)常用作水体自净的指标,它们之间的相对含量,在一定程度上可以反映含氮有机物污染的时间长短,对了解水体污染历史及分解趋势和水体自净状况等有很高的参考价值。

水体中各种氮的存在与危害

有机氮

有机氮是植物、土壤和肥料中与碳结合的含氮物质的总称,如蛋白质、氨基酸、酰胺、尿素等。

无机氮

无机氮是指植物、土壤和肥料中未与碳结合的含氮物质的总称。主要有氨氮、硝态氮和亚硝态氮等。

氨氮(NH3-N)

水中的氨氮指以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮,详情查看《氨氮是什么》一文。水中的氨氮主要来自焦化厂、合成氨化肥厂等某些工业废水、农用排放水以及生活污水中的含氮有机物受微生物作用分解的第一步产物。

氨氮与PH的关系

氨氮有两种存在形式,一种是分子态的游离氨(NH3),另一种是离子态的铵离子(NH4+),游离氨(NH3)的毒性很大,铵离子(NH4+)基本无毒。氨氮对水生物起危害作用的主要是游离氨(NH3),其毒性比铵盐大几十倍,并随碱性的增强而增大。氨氮的两种存在形式与PH有很大的关系:PH越高,水体游离氨(NH3)含量越高,PH越低,水体中铵离子(NH4+)含量越高,毒性就相对小很多。氨氮对鱼的危害类似于亚硝酸盐。

亚硝酸盐氮

亚硝酸盐氮指的是水体中含氮有机物进一步氧化,在变成硝酸盐过程中的中间产物,不稳定。在缺氧环境中,水中的亚硝酸盐也可受微生物作用,复原为氨;在富氧环境中,水中的氨也可转变为亚硝酸盐。亚硝酸盐可使人体正常的低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白,失去血红蛋白在体内运输氧的能力,出现组织缺氧的病症。亚硝酸盐可与仲胺类反响生成具有致癌性的亚硝胺类物质,尤其在低PH值下,有利于亚硝胺类的形成。

水中的硝酸盐主要来自革质废水、酸洗废水、某些生化处理设施的出水和农用排放水以及水中的氨氮、亚硝酸盐氮在富氧环境下氧化的最终产物。当然,硝酸盐在无氧环境中,也可受微生物的作用复原为亚硝酸盐。硝酸盐进入人体后,经肠道中微生物作用转变为亚硝酸盐而出现毒性作用,当水中硝酸盐含量到达10mg/L时,可使婴儿得变性血红蛋白症。因此要求水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮总量不得大于10mg/L。

硝酸盐氮

硝酸盐氮(NO3-N)是含氮有机物氧化分解的最终产物。水中之氮以硝酸盐形态存在者,属低毒性或无毒性。水中的硝酸盐氮含量过高对人体造成危害。

总氮(TN)

总氮,简称为TN,水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一。总氮的定义是水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮,以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。

水体中各种氮之间的转换关系

水体中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮之间的转换关系

水体中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮之间的转换关系图

水体中的有机氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮,在微生物的作用下存在转化关系,主要总结如下:

(1)蛋白质、脂肪等含氮有机物转换为氨氮,称为氨化;

(2)氨氮会在亚硝化菌、硝化菌作用下,在好氧条件下把氨氮氧化成硝酸盐和亚硝酸盐,称为硝化 ;

(3)硝酸盐和亚硝酸盐在外界提供有机碳源情况下,由反硝化菌把硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气,称为反硝化 ;

水体中含氮有机物的转化分为两个途径,一个途径是通过氨化作用和硝化作用转化为硝酸盐最终被藻类吸收;

第一个途径有三个步骤:

第一步,残饵、粪便、死藻、动物尸体、施入的有机肥等含氮的有机物在微生物的作用下转化为氨氮;

第二步,氨氮在亚硝酸菌的作用下转化为亚硝酸盐;

第三步,亚硝酸盐在硝酸菌的作用下转化为硝酸盐。

另一个途径是通过反硝化作用把硝酸盐转化为氮气而排出水体。

氨化作用

氨化作用又叫脱氨作用,微生物分解有机氮化物产生氨的过程。很多细菌、真菌和放线菌都能分泌蛋白酶,在细胞外将蛋白质分解为多肽、氨基酸和氨(NH3)。其中分解能力强并释放出NH3的微生物称为氨化微生物。氨化微生物广泛分布于自然界,在有氧(O2)或无氧条件下,均有不同的微生物分解蛋白质和各种含氮有机物,分解作用较强的主要是细菌,如某些芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌和假单孢菌等。

硝化细菌和硝化作用

硝化细菌分为硝酸菌和亚硝酸菌,亚硝酸菌的作用是把氨氮(NH4+或NH3)转化为亚硝酸盐(NO22-),硝酸菌的作用是把亚硝酸盐(NO2-)转化为硝酸盐(NO3-)。在硝化细菌的作用下,氨氮氧化为亚硝酸盐,亚硝酸盐再氧化为硝酸盐的过程叫做硝化作用。自然界中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐。目前,人们尚未发现一种硝化细菌能够直接把氨转变成硝酸,所以说,硝化作用必须通过这两类菌的共同作用才能完成。

反硝化细菌和反硝化作用

在缺氧条件下,能够把硝酸盐还原为亚硝酸盐,再把亚硝酸盐还原为氮气(N2)的一类细菌叫做反硝化细菌,也叫脱氮细菌。反硝化细菌在缺氧条件下,硝酸盐还原为亚硝酸盐,亚硝酸盐再还原为氮气(N2)或一氧化二氮(N2O)的过程叫做反硝化作用,也叫脱氮作用。

三氮的检测在环境化学中的意义

从上文中我们可以了解到,水体中三氮(氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮)在微生物的作用下存在转换关系,因此水体中有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的相对含量,在一定程度上可以反映含氮有机物污染的阶段、时间长短,对了解水体污染历史及分解趋势和水体自净状况等有很高的参考价值.

通过测定各种态的氮就能判断水体处于哪个自净阶段:

氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮三氮检出的环境化学意义
---清洁水
+--水体受到新近污染
++-水体受到污染不久,且正在分解中
-+-污染物已正在分解,但未完全自净
-++污染物已基本分解完全,但未自净
--+污染物已无机化,水体已基本自净
+-+有新的污染,在此前的污染已基本自净
+++以前受到污染,正在自净过程,且又有新污染

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