在污水處理領(lǐng)域,，總氮是一個關(guān)鍵的衡量指標(biāo),，總氮里面也分了很多氮,，很多小伙伴都分不清楚，今天通過總氮的成分,、來源,、危害、去除原理,、測定方法,、去除路徑、影響因素等方面把整體輪廓理清楚,。

TN 是什么

TN,，即總氮，是指水體中各種形態(tài)氮的總量 ,。它是反映水體受含氮化合物污染程度的綜合性指標(biāo),，涵蓋了有機氮和無機氮，能直觀體現(xiàn)水體中氮素的整體含量水平,。所以不要把他理解成單一物質(zhì)元素,，它是氮元素的結(jié)合體。咱平時去除總氮就是去除總氮里面氮元素,。

TN 里面有什么

我們先把它分為有機氮和無機氮的結(jié)合就比較有助于理解,。

有機氮：是指含氮的有機化合物，像蛋白質(zhì),、尿素,、氨基酸等都屬于有機氮。

無機氮：包含氨氮,、亞硝酸鹽氮,、硝酸鹽氮。

好了,，到這里我們就知道總氮里面有什么,。那聽說過一個叫 TKN（凱氏氮）是什么？

凱氏氮是指在特定條件下,，能被凱氏法轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的所有氮化合物的總量,。也就是上面的（有機氮）+（氨氮）= 凱氏氮。

氨氮：污水中常見的無機氮形態(tài),，以游離氨和銨離子的形式存在,。

亞硝酸鹽氮：是氮循環(huán)的中間產(chǎn)物，也就是硝化過程的中間產(chǎn)物,。

硝酸鹽氮：則是含氮有機物氧化分解的最終產(chǎn)物,，也就是硝化過程的最終產(chǎn)物。

這些形態(tài)的氮在污水環(huán)境中可相互轉(zhuǎn)化。現(xiàn)在是不是就搞清楚這氮那氮到底是啥了,，總氮就是他們的爺爺,。

氮的主要來源

生活污水：人類的日常生活會產(chǎn)生大量污水，其中包含排泄物,、洗滌劑,、廚房廢水等。這些污水中含有蛋白質(zhì),、尿素等含氮有機物,，在微生物的分解作用下，會逐漸轉(zhuǎn)化為氨氮等其他形態(tài)的氮,。

工業(yè)廢水：許多工業(yè)生產(chǎn)過程都會產(chǎn)生含氮廢水,，比如化工、制藥,、食品加工,、印染等行業(yè)。這些工業(yè)廢水的含氮化合物成分復(fù)雜,，濃度差異較大,，處理難度較高。

農(nóng)業(yè)面源污染：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用氮肥,，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便以及農(nóng)村生活污水的隨意排放,，都是總氮的重要來源。雨水沖刷農(nóng)田時,，會將土壤中的氮素帶入地表水體,，而畜禽糞便中的氮素也會通過地表徑流和地下滲透進入水體。

氮的危害

引發(fā)水體富營養(yǎng)化：當(dāng)水體中氮含量過高時,，會為藻類等水生生物提供充足的養(yǎng)分,，導(dǎo)致藻類大量繁殖，引發(fā)水體富營養(yǎng)化,。這不僅會破壞水體的生態(tài)平衡,，嚴重時會引發(fā)水華或赤潮現(xiàn)象。

富營養(yǎng)化的意思就是氮,、磷等植物養(yǎng)料含量過多,，簡單的理解就是水里的“維他命” 太多啦。就像人們吃飯一樣,，這些營養(yǎng)物質(zhì)可以讓水里的藻類和水草等植物正常生長，但是富營養(yǎng)化的時候,，就好比瘋狂的灌維他命,，過多的維他命會讓水里的藻類瘋狂地生長繁殖，會引發(fā)“綠潮暴動”。

導(dǎo)致水質(zhì)惡化：藻類過度繁殖后,，會逐漸死亡并分解,，這個過程會大量消耗水中的溶解氧，使水體缺氧,，進而導(dǎo)致魚類等水生生物窒息死亡,，水體變得發(fā)黑發(fā)臭。

威脅人類健康：亞硝酸鹽氮具有較強的毒性,，它可以與人體中的仲胺反應(yīng)生成亞硝胺,，而亞硝胺是一種致癌、致畸和致突變的物質(zhì),。飲用水中如果硝酸鹽氮超標(biāo),，會導(dǎo)致嬰兒患上高鐵血紅蛋白血癥。

處理系統(tǒng)失衡：高濃度總氮抑制污水處理廠微生物活性,，導(dǎo)致脫氮效率下降,。

TN 的去除原理

咱開頭也說了，總氮的去除是去除它里面包含的氮元素,，所以氮元素的去除就會伴隨總氮的下降,。

有機氮去除：微生物通過氨化作用，將有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮,，然后再利用硝化作用將氨氮去除,。

氨氮去除：在好氧條件下，亞硝酸菌首先將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮,，接著硝酸菌再將亞硝酸鹽氮進一步氧化為硝酸鹽氮,，這個過程被稱為硝化作用。那氨氮就去除了,，只剩下硝酸鹽氮待處理,。

注：咱平時聽到的硝化菌就是亞硝酸菌+硝酸菌的統(tǒng)稱

硝酸鹽氮去除：在缺氧條件下，反硝化細菌利用碳源將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣,，從而從水中逸出,，實現(xiàn)硝酸鹽氮的去除。

邏輯：總氮 =（有機氮+氨氮+亞硝酸鹽氮+硝酸鹽氮）每降低里面的任何一個元素指標(biāo)都是在相應(yīng)的降低總氮,。

轉(zhuǎn)化過程：有機氮→氨氮→亞硝酸鹽氮→硝酸鹽氮→亞硝酸鹽氮→氮氣（能不能理解總氮怎么去除了,？）

補充小知識

硝化過程：氨氮→亞硝酸鹽氮→硝酸鹽氮（在好氧池里進行）

反硝化過程：硝酸鹽氮→亞硝酸鹽氮→氮氣（在缺氧池里進行）

TN 過高的危害

干擾污水處理系統(tǒng)：會給污水處理系統(tǒng)帶來沖擊，使活性污泥中的微生物群落結(jié)構(gòu)失衡,，降低生物處理效果,，影響對其他污染物的去除。

增加處理成本：為了應(yīng)對總氮過高的問題,，污水廠需要采取額外的措施來進行處理,，如增加處理工藝,、投加藥劑等，這無疑會增加污水處理的成本和運行管理的難度,。

TN 測定方法

總氮的常見測定方法有兩種：HJ199-2023《氣相分子吸收光譜法》,、HJ636-2012《堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 》

堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法

優(yōu)點：操作步驟簡單、試劑常見易獲取,、適用廣泛,、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性較好。

缺點：實驗條件要求苛刻,、干擾因素多且消除復(fù)雜,、對高濃度樣品檢測麻煩、低濃度檢測靈敏度有限,。

原理：在堿性加熱條件下,，用過硫酸鉀把水樣里各種形態(tài)的氮變成硝酸鹽，然后測水樣在 220nm 和 275nm 處的吸光度,，用特定公式計算校正吸光度,，和標(biāo)準(zhǔn)曲線對比得到總氮濃度。

氣相分子吸收光譜法

優(yōu)點：抗干擾強,、自動化高可在線消解,、靈敏度高、檢測范圍寬,。

缺點：儀器及維護成本高,、試劑有腐蝕性和毒性、操作要求高,。

原理：先把水樣中含氮化合物在酸性加熱條件下氧化成硝酸鹽,，用鹽酸羥胺除過量氧化劑，再用三氯化鈦把硝酸鹽還原成一氧化氮,，用載氣將一氧化氮送入儀器,，測它在 214.4nm 處對光的吸收，根據(jù)吸光度和總氮濃度的正比關(guān)系得出結(jié)果,。

TN 去除的技術(shù)路徑

生物法：前面總氮的去除原理,，咱們也探討過，利用微生物的新陳代謝作用,，通過硝化和反硝化過程來實現(xiàn)總氮的去除,。常見的生物處理工藝有 AO、AAO,、SBR ,、氧化溝及其改良工藝等。

物理化學(xué)法：主要包括折點加氯法,、吹脫法,、離子交換法等,。折點加氯法是通過向水中投加過量的氯氣，將氨氮氧化為氮氣,。吹脫法是通過調(diào)節(jié) pH 值，使氨氮轉(zhuǎn)化為游離氨,，然后通過吹脫的方式將其去除,。離子交換法是利用離子交換樹脂對氨氮進行吸附，從而達到去除的目的,。

TN 影響因素

那小伙伴們是不是經(jīng)常發(fā)現(xiàn),，氨氮降下去了，總氮降不下去,，其原因是總氮的去除其本質(zhì)可以理解為硝態(tài)氮（硝酸鹽氮）的去除,。氨氮轉(zhuǎn)化到變成硝態(tài)氮了，所以它下降了,，但是硝態(tài)氮并沒有去除,，所以總氮就降不下去。

進水水質(zhì)異常：工業(yè)廢水的沖擊是導(dǎo)致進水水質(zhì)異常的常見原因之一,。如果工業(yè)廢水中含有有毒有害物質(zhì),，會抑制微生物的活性，影響總氮的去除效果,。此外,，進水氮含量突然升高，超出了污水廠的設(shè)計負荷,，也會導(dǎo)致總氮超標(biāo),。

工藝運行問題：

碳氮比：生物脫氮過程中，反硝化細菌需要足夠的碳源來還原硝酸鹽和亞硝酸鹽,。一般認為,，適宜的碳氮比（C/N）在 4-6 之間。如果C/N小于3,，表示碳源不足,，反硝化反應(yīng)不能充分進行，總氮去除效果就會受到影響,，導(dǎo)致出水總氮異常升高,。

溶解氧：好氧區(qū)的溶解氧應(yīng)控制在 2-4mg/L，缺氧區(qū)的溶解氧一般低于 0.2-0.5mg/L,，基本維持在0.2-0.3mg/L,，厭氧區(qū)維持0.2mg/L以下，基本處于無氧狀態(tài),。好氧區(qū)溶解氧過高,，會使回流至缺氧區(qū)的混合液中攜帶過多氧氣,，破壞缺氧環(huán)境，抑制反硝化細菌的活,。而溶解氧過低,，硝化反應(yīng)不完全，會使氨氮不能完全轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽,，都會導(dǎo)致出水總氮異常,。

溫度：溫度對硝化細菌和反硝化細菌的活性都有重要影響。溫度低于 15℃時,，微生物的活性會顯著降低,，總氮去除效率下降。

pH 值：硝化反應(yīng)適宜的 pH 值范圍通常在 7.0-8.0,，反硝化反應(yīng)的適宜 pH 值在 7.0-7.5 之間,。水質(zhì)偏酸的處理廠，缺氧或者厭氧至少也要維持在 6.5-7.5 之間,。pH 值超出這個范圍,，會影響微生物體內(nèi)酶的活性，進而影響硝化和反硝化反應(yīng)的進行,，導(dǎo)致出水總氮異常,。

污泥齡：一般來說，污泥齡在 10-30 天較為合適,。污泥齡過短,，硝化細菌和反硝化細菌難以在系統(tǒng)內(nèi)維持足夠的數(shù)量和活性。污泥齡過長,，污泥會發(fā)生老化,，微生物的代謝能力下降，都會影響總氮的去除效果,。

此外,，污泥回流不暢也會導(dǎo)致污泥流失或濃度過低，影響處理效果,。內(nèi)回流不夠也會導(dǎo)致硝態(tài)氮的去除效率下降,。

微生物問題：微生物的生長和代謝受到多種環(huán)境因素的影響，如溫度,、pH 值等,。如果這些環(huán)境條件不適宜，會導(dǎo)致微生物活性降低,，從而影響總氮的去除效果,。