2007级环境科学赵健艾20071070129
静态条件下五种沉水植物对污水厂尾水总氮和氨氮去除能力研究
赵健艾
（云南大学生命科学学院，云南昆明650091）
目录
1前沿 (2)
2材料与方法 (2)
2.1沉水植物的选择 (2)
2.2实验设计 (2)
2.3采样时间和频率 (3)
2.4测定项目与方法 (3)
2.4.1水体TN测定方法 (3)
2.4.2水体氨氮测定方法 (4)
2.4.3水下照度 (4)
3.结果与分析 (4)
3.1沉水植物对水体中氨氮去除效果及分析 (4)
3.1.1水体中氨氮含量变化趋势 (4)
3.1.2沉水植物对水体中氨氮去除效果 (6)
3.2沉水植物对水体TN去除效果及分析 (7)
3.2.1水体中TN含量变化趋势 (7)
3.2.2沉水植物对水体TN的去除效果 (8)
3.3影响沉水植物对水体中TN和氨氮去除效果的因素 (9)
3.3.1底泥对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (9)
3.3.2藻类对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (9)
3.3.3水下照度对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (10)
3.3.4叶绿素对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (11)
4 结论 (11)
5 展望 (11)
致谢 (12)
参考文献 (12)
五种沉水植物除氮能力比较及影响除氮的因素
静态条件下五种沉水植物对污水厂尾水总氮和氨氮去除能力研究
赵健艾
（云南大学生命科学学院，云南昆明650091）
摘要：利用沉水植物重建河道水生生态系统是目前河道修复的方向之一。本实验研究滇池流域常见的浮叶眼子菜、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、菹草五种沉水植物，在静态条件下净化污水厂尾水的能力。研究表明，五种沉水植物对尾水中TN和氨氮均有一定的净化去除效果。对于水体中氨氮的去除效果从高到低依次为，菹草＞金鱼藻＞马来眼子菜＞苦草＞浮叶眼子菜。菹草和金鱼藻对氨氮的去除率分别达到98.72%和92.31%，去除效果明显。而对尾水TN去除效果，菹草、苦草最强，马来眼子菜、金鱼藻次之，浮叶眼子菜最弱。菹草和苦草对水体TN去除率分别为76.05%和74.60%。综合水质物理指标、藻类爆发程度及TN、氨氮去除效果等多种因素，得到菹草和苦草净化效果最好。实验中底泥选择、藻类爆发、水下照度等多种因素在一定程度上影响了沉水植物去除水体氨氮和总氮的能力。研究成果对重建入滇河流水生生态系统沉水植物选择有一定的指导意义。
关键词：沉水植物；除氮能力；底质；藻类爆发
Study of five submerged macrophytes’ ability in removing total nitrogen and ammonia nitrogen of the sewage farm’s tail water in static conditions
Zhao jianai
(School of Life Sciences Yunnan University, Yunnan Kunming 650091)
Abstract: Employing submerged macrophytes to rebuilt the river aquatic ecosystem is one of the direction to rebuilt the river channel. The test studied the purification ability of 5 submerged macrophytes, Potamogeton natans,Ceratophyllum demersum, Potamogeton malaianus,Vallisneris spiralis , Potamogeton crispus Linn, of Lake Dian, to the sewage farm’s tail water in the static conditions. . The result showed that 5 submerged macrophytes all have ammonia, nitrogen and the total nitrogen (TN) removal efficiencies. The ammonia and nitrogen removal efficiencies order of the submerged macrophytes was Potamogeton crispus Linn> Ceratophyllum demersum> Potamogeton malaianus> Vallisneris spiralis> Potamogeton natans. The ammonia and nitrogen removal rate of Potamogeton crispus Linn and Ceratophyllum demersum come to 98.72 and 92.31% respectively, which has the high efficiencies of removal. When it comes to the removal efficiencies of the tail water, Vallisneris spiralis and Potamogeton crispus Linn were the highest, Potamogeton malaianus and Ceratophyllum demersum were at the second place, the Potamogeton natans was the last one. The TN removal rate of Potamogeton crispus Linn and Vallisneris spiralis were 76.05% and 74.60% respectively. We synthesized the physical index of the water equality, the type of the boom algae, the equality of removal efficiency and the other factors; we find that Vallisneris spiralis and Potamogeton crispus Linn were have high efficiency. In this test, the choice of the sediments, the extent of Cyanobacteria boom, the illumination underwater and other factors, to some extent, have considerable effect on the ability of submerged macrophytes in removing TN, ammonia and nitrogen. The result has som e instructed significance to submerged macrophytes’ choice of rebuilding the aquatic ecosystem of rivers entering into Y unnan.
Key words: Submerged macrophytes；Nitrogen removal performance；Sediments；Cyanobacteria boom
静态条件下五种沉水植物对尾水总氮和氨氮去除能力比较
1前沿
入滇河流是滇池污染的主要来源，其每年携带着大量的COD、TN、TP汇入滇池，使得滇池富营养化逐年加重，导致蓝藻暴发[1]。河流本身具有很好的净化能力，能降低水体污染物的含量。当污染物过量排入，超过河流所能承受的负荷时，会导致河流生态系统破坏，净化能力下降。以盘龙江为例，生活污水和垃圾的排放，使得盘龙江水体可见度和DO下降，水生植物大量死亡，生态系统遭到破坏，水体自净能力降低，水质停留在劣五类水[1]。盘龙江为入滇河流中最重要的河流，其水质直接影响到滇池水质。近年来，虽然政府投入大量的人力物力整治盘龙江，清除河道淤泥，减少入江污染物，但效果并不明显[2]。因此，重建河道的水生生态系统成为河道治理的方向之一，也是滇池治理的重要组成部分。
水生高等植物作为河流生态系统结构和功能的重要组成部分，是保持水生生态系统良性运行的关键类群，是良性河流生态系统的必要组成部分。水生高等植物包括水生维管束植物和高等藻类。水生维管束植物通常有四种生活型：挺水、漂浮、浮叶和沉水。其中，沉水植物对水质的净化能力最强[3]。
本实验利用污水处理厂尾水，在静态条件下初步构建河道水生生态系统。研究滇池流域五种常见的沉水植物（浮叶眼子菜、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、菹草）的生长状况及其对水质的净化作用，通过讨论五种沉水植物对水体TN和氨氮的去除效果，为重建河道水生生态系统遴选合适的沉水植物物种提供依据。
2材料与方法
2.1沉水植物的选择
在前人研究基础上，依据本土性、适应性好、容易栽培、对氮磷富集效果好、泌氧性能好、美观等原则[4]，选取浮叶眼子菜(Potamogeton natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)、苦草( Vallisneris spiralis)、菹草( Potamogeton crispus Linn )作为供试植物，研究其对达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标的污水处理厂尾水TN和氨氮的净化效果。
2.2实验设计
将五种沉水植物分别种植于5个有效容积为1200L（长1200mm*宽1000mm*高1000mm）ppc材料做成的装置中。每个装置种植单一植物90株，3株合种为一组，组距20cm，共30组。采用污水处理厂未加絮凝剂的浓缩剩余污泥与红壤混合物作为底泥，
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底泥的厚度为17cm。加入昆明市第五污水处理厂达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标的尾水，有效水深为60cm。将装置置于室外的大棚中，研究在静态实验条件下5种沉水植物对污水处理厂尾水TN和氨氮的净化能力。
在正式实验开始前，进行为期30d的预实验。根据预实验的情况和结果对正式实验设计做了稍许调整，底质由盘龙江底泥和红壤变为污水处理厂浓缩剩余污泥与红壤的混合物，量增加一倍，其他未变。
2.3 采样时间和频率
研究起止时间为2010年11月23日~2011年3月8日，共历时106d。根据预实验水质的变化趋势，正式实验研究过程中，采取在处理时间（处理时间从系统稳定，即加水第3d算起，也就是2010年11月31日）第1、3、12、19、26、53、99d上午9:00-10:00（除马来眼子菜外）在距水面10cm处采集水样，同时采取植物样和底泥样。在室内实验室中，测定水体TN、TP、氨氮的浓度和COD含量及底泥中有机质、全氮、全磷的含量，测定植物株高、枝长、分枝数及叶绿素含量。同时测定水体的可见度、水量及不同水层的照度。
种植马来眼子菜的装置在处理时间第9d发生漏水后，重新注水。因此，马来眼子菜处理时间与其他植物略有不同，即其他四种植物处理时间第12d为马来眼子菜处理时间第1d。马来眼子菜实验装置取样时间为其处理时间的第1、2、3、8、15、42、88d。其他环境条件与方法同上述四种植物。
2.4 测定项目与方法
检测项目包括水体中TN、氨氮及照度。
2.4.1水体TN测定方法
采用国标碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，具体操作步骤如下：
吸取5.00ml水样加5.00ml无氨水至50ml比色管中；加入5.00ml碱性过硫酸钾溶液后，将具塞刻度管的盖塞紧，用一小块布和线将玻璃塞扎紧，放入大烧杯中并置于高压灭菌锅里，在120-124℃下加热30min后冷却至室温；加盐酸1.00ml，用无氨水稀释至25ml标线，混匀。以无氨水作为参比，用10mm石英比色皿，在紫外分光光度计中，分别在220nm和275nm处测定吸光度；分别吸取硝酸盐标准使用溶液0，0.50，1.00，5.00，7.00，8.00ml。加水稀释至10.00ml。重复上述水样处理测定操作步骤测定吸光度，绘制校准吸光度对TN浓度的标准曲线；根据标准曲线算出待测水样中TN的浓度。
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2.4.2水体氨氮测定方法
采用国标水杨酸-次氯酸盐分光光度法测定，具体操作步骤如下：
分取不同浓度标准溶液和5.00ml经预处理的水样（氨氮的含量不超过8ug）至10ml 比色管中，用无氨水稀释至8ml；加入1.00ml显色剂和2滴亚硝基铁氰化钠溶液，混匀。再滴入2滴次氯酸钠溶液并混匀。加水稀释至标线，充分混匀。至少在60min后，采用10mm光程的比色皿，以水为参比，在697nm吸收波长处测定溶液的吸光度。各个标准溶液测得吸光度值扣除空白实验的吸光度，绘制吸光度对氨氮浓度的标准曲线；根据标准曲线算出待测水样中氨氮的浓度。
2.4.3水下照度
采用ZDS-10F-2D多探头型照度计测定水面、水下20cm、40cm、60cm的照度。3.结果与分析
3.1沉水植物对水体中氨氮去除效果及分析
3.1.1水体中氨氮含量变化趋势
水体中的氨氮是指以氨(NH3)或铵(NH4＋)离子形式存在的化合氨。氨氮是各类型氮中危害影响最大的一种形态，是水体受到污染的标志。其对水生生态环境的危害表现在以下几个方面：氨氮作为水体中主要耗氧污染物，氧化分解会大量消耗水中的溶解氧；氨氮中的非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，其毒性比铵盐大几十倍；在氧气充足的情况下，氨氮可被微生物氧化为亚硝酸盐氮，其与蛋白质结合生成亚硝胺，具有致癌和致畸作用；另外，氨氮是水体中的营养素，可为藻类生长提供营养，能增加水体富营养化发生几率。氨氮是TN在自然水体中存在形式之一，控制氨氮能有效减轻河流氨氮和TN的负荷[5]。因此，本实验将氨氮作为独立的水质检测项目。
通过测定不同处理时间不同沉水植物水体中氨氮含量，得出氨氮含量随处理时间的延长的变化规律，详见图1。
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图1 水体中氨氮含量变化趋势
由图1可见，水体经过四种沉水植物99d的处理，氨氮含量均呈现先升高后降低的趋势，并在处理时间第12d含量达到最大，其中培养浮叶眼子菜的水体氨氮含量为最大值，达到3.26mg/l，培养菹草的水体氨氮含量最低，为2.12mg/L。随后，水体氨氮含量下降。在第26d以后，菹草、苦草、金鱼藻装置中水体氨氮含量趋于稳定，浮叶眼子菜水体氨氮含量在第53d以后也趋于稳定。四种沉水植物水体氨氮含量在处理第99d均达到最小值，在0.01mg/l ~ 0.51mg/l范围内。
在实验开始阶段，水体中氨氮升高可能是底质中以氨氮为主要形式的氮元素向外扩散所致[6]。另外，有机氮的分解也能增加水体中氨氮含量。有机氮要先分解为氨氮，然后才能通过硝化与反硝化去除[7]。
随着处理时间的延长，到处理第12d，水体氨氮的浓度达到最大值，随后呈下降趋势。下降原因可能是：①氨氮转化为氨气直接挥发；②水生植物的吸收和吸附作用[8]，研究发现对于无机氮而言，植物优先吸收氨氮和硝态氮[9]；③水体中的氨氮在微生物的作用下转化为硝态氮。氨氮发生硝化作用转化为硝态氮是氨氮去除的最重要的途径，如果硝化作用和反硝化作用受到影响，氨氮的去除效果就不明显[10]。另外，氨氮可能沉降至底泥或者是吸附到装置侧壁上[11]，从而导致水体中氨氮含量降低。
由于马来眼子菜实验处理时间与其他植物略有不同，所以单独列出，其变化曲线见图2。
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图2 马来眼子菜缸水体氨氮含量变化
由图2可见，马来眼子菜实验装置中水体氨氮含量先升高到最高值，随后降低到最低值，再升高又降低，其水体氨氮变化趋势与其他四种沉水植物略有不同。马来眼子菜实验装置在实验处理时间第10d只重新更换了水，植物和底泥未更换，水泄露可能会带走底泥中部分氮、磷和有机质，使得其实验状态略有不同。另外，重新更换培养水会推迟藻类爆发时间、减少藻类爆发量，对水质和植物有重大影响。上述原因，造成了马来眼子菜实验缸中氨氮变化趋势不同于其他四种植物的变化趋势。
在处理时间第8d氨氮含量达到最大，为1.22mg/L。底质向外释氮、水体有机氮的分解可能是产生上述现象的原因。在处理时间第15d到第19d，达到最小值，为0.05mg/L。该试验阶段，可能是由于藻类爆发，从水体中吸收大量营养物质，使得水体氨氮维持低浓度。随后，氨氮含量又略有上升，可能原因是藻类的死亡或马来眼子菜枝叶的腐烂。
3.1.2沉水植物对水体中氨氮去除效果
本实验采用，氨氮进水浓度与最终测定浓度之差比上进水浓度（即0.78mg/l）得到不同沉水植物对水体氨氮的去除率，见表1。
表1 沉水植物对氨氮的去除率
沉水植物菹草苦草浮叶眼子菜金鱼藻马来眼子菜去除率98.72% 50.00% 34.62% 92.31% 83.33% 从表1可见，沉水植物对水体中氨氮均具有一定的去除能力，在去除效果方面：菹草>金鱼藻>马来眼子菜>苦草>浮叶眼子菜，所以菹草和金鱼藻的去除效果较好。金送笛对菹草的研究[12]和任文君对金鱼藻的研究[13]也发现菹草和金鱼藻对水体氨氮的净化效果较好。
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3.2 沉水植物对水体TN去除效果及分析
3.2.1水体中TN含量变化趋
TN包括有机氮、硝态氮、氨氮等多种氮形态。通过测定不同处理时间不同沉水植物水体中TN含量，得出TN含量随处理时间延长的变化规律，见图3.
图3 水体中TN含量变化
由图3可见，四种沉水植物水体TN含量均呈现先下降后上升再下降的趋势。在处理第19d，浮叶眼子菜水体TN含量达到测试阶段最大值，为9.19mg/L，菹草、苦草及金鱼藻水体中TN含量虽有上升，但均未超过测试第1d水体TN含量。随后，水体含氮量大幅下降。第26d，菹草水体氮含量降到测试阶段最低点，为1.35mg/l。此后，水体TN含量趋于稳定。实验结束前，植物水体TN含量变化范围为2.06mg/l到3.51mg/l。
水体中TN含量首次降低可能是由于以下几方面的原因：（1）硝态氮含量降低。研究表明，水生植物对硝态氮的去除效果最明显，因为水生植物优先吸收硝态氮。同时由于硝态氮是氮循环中微生物作用的直接底物，是最活跃的氮形态，可以通过反硝化的过程被去除[8，14]，所以水生植物对硝态氮的去除效果同时受微生物和植物吸收的影响。（2）有机氮含量降低。有机氮的汇可能有两种，一种是直接被沉水植物和浮游植物所利用[8]，另外一种是转化为氨氮，进而通过硝化作用和反硝化作用去除[7]。（3）底质或侧壁对水体中氮元素具有吸附作用[11]，可以使水体中TN含量降低。
底泥中氮元素的释放可能是导致随后TN的含量出现上升的原因。有研究表明，蓝藻水华的爆发和衰亡会引起水体极度缺氧，使底质中的铵态氮和正磷酸根大量释放，导致水体中TN和TP含量的升高[15]。在该实验阶段，藻类爆发，DO值下降迅速，使底泥中氨氮等物质释放。另外，分析此实验阶段的植物样，发现植物叶绿素含量降低，叶片已经部分脱落腐烂。植物腐烂可向外释放氮、磷等营养物质，在一定程度上造成了水体TN
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含量上升的现象[11]。
随后TN含量再次下降，造成此现象的原因可能是藻类的吸收。藻类生长需要大量的氮元素，特别是有机氮。在实验时间第25d左右，藻的生物量达到最大。
从第26d到实验结束，实验水体TN的含量趋于稳定，说明TN的去除速率与其生成速率基本相等。在该处理时间内，水体中TN的汇可能是微生物的分解和底质的吸收。藻类死亡、植物的腐烂可能是水体TN的源。植物死亡在一定程度上会造成水体污染物含量的上升，但是对水体的污染只会持续很短的时间，污染物会通过底质的吸附或者微生物的转化分解作用去除[11]，所以在第26d以后水体TN含量波动较小。
对比水体中氨氮和TN含量变化图，发现在实验前期氨氮的含量上升，但是TN的含量在此阶段在下降。说明其他形式的氮被利用或者部分发生沉降及吸附。
图4 马来眼子菜缸水体TN含量变化
马来眼子菜供试水体TN含量先升高，到实验处理时间第8d达到最大，随后大幅降低，第19d以后趋于稳定。测试阶段，水体TN含量最高值为10.99mg/l，最低值为3.00mg/l，最低值出现在实验结束前。实验开始阶段，底质中氮的释放或植物部分腐烂可能是造成水体TN含量上升的原因。随后，由于藻类生长需从水体中吸收大量氮元素，因此导致水体TN含量下降。
3.2.2沉水植物对水体TN的去除效果
进水的TN浓度为8.6mg/l，通过TN的进水浓度减去最后测定浓度比上进水浓度，得到不同沉水植物对水体中TN的去除率，见表2.
表2 沉水植物对TN的去除率
植物物种菹草苦草浮叶眼子菜金鱼藻马来眼子菜TN去除率76.05% 71.40% 59.19% 65.35% 65.91% 对于水体中TN的去除效果，从高到低依次为菹草＞苦草＞马来眼子菜＞金鱼藻＞浮叶眼子菜。宋福等人的研究结果为，苦草对水体TN去除效果最好，金鱼藻次之，菹草相对较差。这与本研究结果略有不同，可能是由于本实验底泥不同和实验持续时间较
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长[16]。
有研究者指出，沉水植物对水体中氮的直接去除率只有10%左右，细菌的降解作用[17]才是主要原因。沉水植物为细菌提供良好的氧环境，有助于硝化作用的进行，硝化作用产生硝态氮，进而通过反硝化作用产生氮气，挥发除去[18,19]。所以清除水体TN含量不仅仅是通过植物吸收，更是依赖于植物对水生生态系统的优化，使生态系统整体发挥强大作用。
3.3影响沉水植物对水体中TN和氨氮去除效果的因素
3.3.1底泥对水体中TN和氨氮去除效果的影响
本实验所用底泥为污水处理厂的活性污泥与红壤混合物。选择其作为底泥，是因为该底泥作为河道恢复使用的底泥之一。本实验从一定程度上说明该混合物不适合作为重建河道水生生态系统的底泥。
该底泥中含有一部分未加絮凝剂的剩余污泥，在实验开始一周左右发生污泥上浮。上浮的污泥会影响水体的透明度，并且易向水体中释放营养元素，增加水体TN、TP及有机物的负荷。另外，该底泥本身含有大量的有机质、TN、TP，如若重建后的河道水生生态系统不能正常运行，该底泥可能会向外释放大量污染物，造成二次污染[20,21]。3.3.2藻类对水体中TN和氨氮去除效果的影响
在实验进行到第12d左右，浮叶眼子菜、菹草、金鱼藻实验水体开始变混，水面漂浮大量的气泡，但未见明显的藻类；到第15d，藻类已肉眼可见；第19d藻类基本将水面覆盖，水体可见度下降显著；第24d左右，藻类生物量达到最大，水面漂浮有植物脱落的枝叶；随后藻类生物量下降，到40d左右，水面漂浮的藻类形态发生改变。70d 左右藻类消失，水面漂浮一层油状物。上述三种植物实验装置中藻类变化规律推后10d 即是马来眼子菜实验水体发藻的规律。与浮叶眼子菜、马来眼子菜、金鱼藻、菹草比较，苦草藻类爆发程度弱，在第19d左右肉眼可见，在第30d左右即消退，持续时间短。
通过测定实验处理时间第12d的水质，得出水体中氮磷比为7:1。研究表明水体氮、磷比在5:1~15:1下有利于藻类爆发[22]。本实验装置虽设在室外，实验期处于冬季，但该阶段昆明平均温度在15℃以上，给藻类爆发提供了良好的外界条件。另外，虽然上述的五种植物均具有抑藻的功能[23,24] ，但是由于实验开始前期沉水植物还未适应该环境，抑藻功能下降，在与藻类的竞争中处于劣势。所以造成藻类的大爆发。
藻类的爆发给水生生态系统带来的影响是多方面的。首先，藻类爆发引发水下照度不足[25]。藻类爆发后，其大量漂浮于水体的表面。由图5可以看出，随着藻类的爆发及发藻程度的变化，水下不同水层的照度发生很大的改变。照度的下降，使得植物光合作用不能正常进行，长时间会造成植物叶绿素含量的下降，对植物样叶绿素含量的测
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定结果也证实了这一点。另外，藻类能产生抑制植物生长的物质，如MC-RR，会对植物的生存、生长产生影响[25]。植物由于上述原因，不能正常生存，出现了叶黄、落叶、根部腐烂、植株腐败的现象，使得植物对水体中TN和氨氮的去除效果降低。另外，植物的腐烂分解会造成水体的二次污染，使得整个水生生态系统不能正常运行[11]。
图5 不同实验时间植物在不同水层的相对照度变化图
另外，藻类爆发引起实验水体物理性质的改变，如DO下降，pH值改变。研究表明，DO是影响沉积物氮、磷释放的主要因子之一，它通过控制水体氧化还原电位、水生生物种类及其活性、有机物的矿化过程等因素间接控制氮磷的吸附和释放。沉积物在氧化作用、厌氧微生物作用、有机质分解和矿化作用下可产生大量铵根离子进入孔隙水，再通过浓度梯度作用迁移至表面氧化层或上覆水。沉积物在厌氧状况下容易发生三价铁离子转化成二价铁离子的化学反应，PFe表面的氢氧化铁保护层转化为氢氧化亚铁，于是溶解释放磷酸根[26]。这致使水体中氨氮及其他形态氮浓度升高，影响水质的净化。
藻类爆发造成水体理化性质改变，直接或间接影响植物的生长发育，从而影响植物对水体中TN和氨氮的去除效果。
3.3.3水下照度对水体中TN和氨氮去除效果的影响
水下照度不足也会影响沉水植物对水质的净化作用。水下照度不足有两方面的原因，一是藻类爆发，二是实验本身自然光照不足。
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预实验阶段中藻类爆发时间与正式实验基本相同，但是仅持续了1周左右，经过分析比较，认为自然光照充足是预实验阶段藻类爆发时间短的原因之一。预实验与正式试验只有两个方面不同，一是自然光照强度，二是底质成分与底质的量。光照充足，植物能较快适应新环境，并正常生长，与藻类竞争时占有优势，正常释放抑藻物质。光照充足，使得植物释放大量的氧气，有利于螺等动物（由植物携带进入实验装置中）正常生长，动物的大量存在能抑制藻类爆发[8]。由于实验客观原因，正式实验需要加盖顶棚，加盖后自然光照明显下降，这种下降对植物的生长和环境适应性造成了影响，不利于沉水植物与藻类的竞争，间接影响沉水植物对水体TN和氨氮的去除能力。
3.3.4叶绿素对水体中TN和氨氮去除效果的影响
植物中所含叶绿素a与叶绿素b的比值，决定植物生长的光环境。比值高的植物，适合在较强光下生长；比值低的植物，适合在弱光下生长[27]。五种沉水植物对弱光适应能力影响植物的生存、生长，从而影响植物去水体中TN和氨氮去除效果。
通过观察，在本实验条件下，只有苦草能较好成活。通过比较五种沉水植物叶绿素a与b的比值可知，苦草的叶绿素a与b的比值远小于其他四种植物，说明苦草相对其他四种沉水植物更适合在弱光下生长，所以在本实验照度条件下可能不会影响苦草的生长。因此在前两周，苦草较其他植物优先适应外界环境，在与藻类竞争中处于优势。同时，苦草可以产生抑藻物质[22]，能使藻类的数量大大减少。浮游动物的存在一定程度上也阻止了藻类数量的增加。另外，其他四种植物在该实验条件下不能生根或根直接腐烂，而苦草的根生长的很好，并且对底质起到了固定作用。
4 结论
（1）在本实验条件下，五种沉水植物对水体中的氨氮均有净化去除作用，去除效果从高到低依次为菹草、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、浮叶眼子菜。其中，菹草对氨氮的去除率达到98.82%，去除效果显著。
（2）五种沉水植物对水体中的TN也具有一定的净化去除效果。对于TN的去除效果，菹草>苦草>马来眼子菜>金鱼藻>浮叶眼子菜。菹草和苦草的去除率最高，分别到达76.05%和74.10%。
（3）综合实验水体的理化性质、藻类爆发程度和对TN、氨氮的去除效果来看，菹草和苦草为重建河道水生生态系统的首选植物。
5 展望
（1）底质的选择对重建水生生态系统十分重要。本实验间接证明以污水厂剩余污
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泥和红壤混合物并不适合作为重建水生态系统的底质。在下一阶段的实验中，可以尝试使用其他多种材料作为底质，为重建水生生态系统挑选最优底质。
（2）污水厂尾水水质在种植单一种沉水植物条件下出现下降，以后趋于平衡。揭示环境水体与沉水植物之间可能存在物质交换，水体污染物存在平衡浓度，这种现象有待于进一步探讨。
致谢
本次实验项目是在刘嫦娥老师的指导下完成的，感谢她对实验和论文的写作的帮助和悉心指导，感谢她四年来对我们孜孜不倦的教诲和对我们生活上的颇多关怀，使我们能够顺利完成学业。同样感谢环境科学系的老师们对我们的大力栽培。感谢昆明市第五污水处理厂为我们提供了实验场地。同时，感谢北京航空航大学提供其设在昆明市第五污水处理厂的水质监测实验室。另外，感谢我们实验小组的另外三名同学（易晓燕、段莉娟及任鹏），他们的勤劳和认真使得实验可以顺利完成。对于环境科学专业全体同学的关照和帮助在此一并感谢。
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总氮丶氨氮丶硝酸盐氮丶亚硝酸盐氮丶凯式氮总是傻傻分不清楚？ 看完这篇文章你就会秒懂! 在污水处理厂里除了COD和BOD以外同样具有综合性的污染指标的衡量标准还有一系列与氮有关的指标：游离氨态氮（NH3-N）丶铵盐态氮（NH4+-N）丶硝酸盐氮（NO3-N）丶亚硝酸盐氮（NO2-N）丶总氮（NT）丶总凯氏氮（TKN）丶尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱、氨基糖等含氮有机物，看到这么与氮有关的检测指标是不是瞬间累觉不爱了？ 今天M老头带大家了解一下水中的氮元素，然后简单梳理与氮有关的指标之间的相关性，希望您能有所获益。 提到氮，我总会不自觉的脱口而出当年初三时期背过的元素周期表口诀：氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖，钠镁铝硅磷，硫氯氩钾钙，还记得那句我是氮，我阻燃，加氢可以合成氨的顺口溜。 氮：氮是一种化学元素，它的化学符号是N，它的原子序数是7。氮是空气中最多的元素，在自然界中存在十分广泛，在生物体内亦有极大作用，是组成氨基酸的基本元素之一。氮在地壳中的含量很少，自然界中绝大部分的氮是以单质分子氮气的形式存在于大气中，氮气占空气体积的百分之七十八。动植物体中的蛋白质都含有氮。土壤中有硝酸盐。氮通常的单质形态是氮气。它无色无味无臭，是很不易有化学反应呈化学惰性的气体，而且它不支持燃烧。氮的最重要的矿物是
硝酸盐，硝酸盐几乎全部易溶于水，只有硝酸脲微溶于水，碱式硝酸铋难溶于水。 水体中的氮元素是造成富营养化的“罪魁祸首”，往往是水污染控制行业的科研和工程技术的关注重点，其重要性丝毫不亚于有机污染物，水质中氮是反映水体所受污染程度和湖泊丶水库水体富氧化程度的重要指标之一。 进入水体中的氮主要有无机氮和有机氮之分。无机氮包括氨态氮（简称氨氮）和硝态氮。
关于氨氮、总氮、硝态氮、凯氏氮的基础知识 凯氏氮是指以基耶达（Kjeldahl)法测得的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。此类有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素以及合成的氮为负三价形态的有机氮化合物，但不包括叠氮化合物，硝基化合物等。 总氮包括溶液中所有含氮化合物，即亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机盐氮、溶解态氮及大部分有机含氮化合物中的氮的总和 氮的氧化态虽然有7种,总氮包含总凯氏氮及氮氧化物,总凯氏氮又可分为有机氮及氨氮而氮氧化物包括硝酸氮及亚硝酸氮,其中有机氮又可分为粒状有机氮及溶解性有机氮,其馀皆属溶解性含氮化物. 为能更详细了解含氮化合物在不同环境下之相互转变及传送现象,可再将溶解性有机物,分为不能生物分解性溶解性有机氮及生物可分解性有机氮.粒状有机氮也可分为生物可分解性有机氮及生物不能分解性之粒状有机氮. 总凯氏氮主要表示废水中氨氮及有机氮之总合 总氮表示水中含氮总量 先提供教科书对此的说明。 污水中的氮，有四种形态，氨氮，有机氮，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮，四者合称总氮TN。 其中，氨氮与有机氮合称为凯氏氮TKN，这是衡量污水进行生化处理时氮营养是否充足的依据。 在常规生活污水中，基本不含亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，因此一般情况下，对于常规生活污水的TN=TKN=40mg/L，其中氨氮约25mg/L，有机氮约15mg/L，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮可视为0。 在我们实际的污水处理厂设计的实践中，发现各地污水总氮及氨氮差异较大，不过常规生活污水的总氮及氨氮大概是： 总氮：40－60ppm 氨氮：15－50ppm 一般的，如果氨氮数值与总氮很接近，说明该地污水在管网逗留时间较长，导致有机氮已经分解。 在没有实测数据的情况下，教科书的数据可以作为参考。 生活污水的氨氮含量一般在20～30mg/L之间 通过A/O法，在好氧段进行消化反应，使氨氮转化为硝态氮，通过污泥回流，在缺氧段进行反硝化反应，使在好氧段形成的硝态氮转化为氮气，排入大气。 A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的条件下（O段），被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至A段，在缺氧条件下，通过兼性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮波还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的自的。 硝化反应：NH4+＋2O2→NO3－＋2H++H2O 反消化反应：6NO3—＋5CH3OH（有机物）→5CO2↑＋7H2O＋6OH—+3N2↑
氨氮 氮是有好几个指标：氨氮，总氮，硝酸盐氮，亚硝酸盐氮，凯式氮等 氨氮比较简便准确，精密度尚可的就是纳氏试剂比色法，不过一般根据水样浑浊程度，确定采用哪种预处理方法，一般较浑浊的用蒸馏法预处理，较清洁的用絮凝沉降预处理。预处理过的水样，测定氨氮一般用纳氏试剂法测定，含量高点也 可以用滴定法。都是国标。 氨氮（NH3-N）以游离氨（NH3）或铵盐（NH4+）形式存在于水中，两者的组成比取决于水的pH值。当pH值偏高时，游离氨的比例较高。反之，则铵盐的比例为高。 水中氨氮的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，某些工业废水，如焦化废水和合成氨化肥厂废水等，以及农田排水。此外，在无氧环境中，水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用，还原为氨。在有氧环境中，水中氨亦可转变为亚硝酸盐、甚至继续转变为硝酸盐。 测定水中各种形态的氮化合物，有助于评价水体被污染和“自净”状况。 氨氮含量较高时，对鱼类则可呈现毒害作用。 1．方法的选择 氨氮的测定方法，通常有纳氏比色法、苯酚-次氯酸盐（或水杨酸-次氯酸盐）比色法和电极法等。纳氏试剂比色法具操作简便、灵敏等特点，水中钙、镁和铁等金属离子、硫化物、醛和酮类、颜色，以及浑浊等干扰测定，需做相应的预处理，苯酚-次氯酸盐比色法具灵敏、稳定等优点，干扰情况和消除方法同纳氏试剂比色法。电极法通常不需要对水样进行预处理和具测
量范围宽等优点。氨氮含量较高时，尚可采用蒸馏﹣酸滴定法。 2．水样的保存 水样采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶内，并应尽快分析，必要时可加硫酸将水样酸化至pH<2，于2—5℃下存放。酸化样品应注意防止吸收空气中的氮而遭致污染。 预处理 水样带色或浑浊以及含其它一些干扰物质，影响氨氮的测定。为此，在分析时需做适当的预处理。对较清洁的水，可采用絮凝沉淀法，对污染严重的水或工业废水，则以蒸馏法使之消除干扰。 （一）絮凝沉淀法 概述 加适量的硫酸锌于水样中，并加氢氧化钠使呈碱性，生成氢氧化锌沉淀，再经过滤去除颜色和浑浊等。 仪器 100ml具塞量筒或比色管。 试剂 （1）10%（m/V）硫酸锌溶液：称取10g硫酸锌溶于水，稀释至100ml。（2）25%氢氧化钠溶液：称取25g氢氧化钠溶于水，稀释至100ml,贮于聚乙烯瓶中。 （3）硫酸ρ=。 步骤 取100ml水样于具塞量筒或比色管中，加入1ml 10%硫酸锌溶液和— 25%
8.6.5 水中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮及总氮的测定 水中的氨氮指以NH 3和NH 4+型体存在的氮，当pH 偏高时，主要是NH 3，反之，是NH 4+。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。 水中的亚硝酸盐氮是氮循环的中间产物，不稳定。在缺氧环境中，水中的亚硝酸盐也可受微生物作用，还原为氨；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，出现组织缺氧的症状。亚硝酸盐可与仲胺类反应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还原为亚硝酸盐。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，当水中硝酸盐含量达到10mg/L 时，可是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 。 天然水中的氨，在有充足氧的环境中，在微生物的作用下，可被氧化为-2NO 和-3NO 得作用称作硝化作用。 水中的含氮化合物是水中一项重要的卫生质量指标。它可以判断水体污染的程度：
（1）如水中主要有机氮和氨氮，表明水近期受到污染，由于生活污水中成有大量病原细菌，所以此水在卫生学上是危险的。 （2）如水中主要含有亚硝酸盐，说明水中有机物的分解尚未达到最后阶段，致病细菌尚未完全消除，应引起重视。 （3）如果水中主要含有硝酸盐，说明水污染已久。自净过程基本完成，致病细菌也已消除，对卫生学影响不大或几乎没有危险性。一般地面水中硝酸盐氮的含量在0.1~1.0mg/L，超过这个值，该水体以前有可能受过污染。 正如测定水中溶解氧（DO），了解水中有机物被氧化的程度，评价水的“自净”作用一样，测定水中各类含氮化物，也可了解和评价水体被污染和“自净”作用。 我国饮用水标准规定氨氮0.5mg/L（以N计）硝酸盐氮20mg/L （以N计）,世界卫生组织规定硝酸盐氮50mg/L(以- 3 NO计)。下面介绍它们的测定方法 （1）氨氮（Ammonia Nitrogen）(N NH- 3或N NH- + 4 ) 氨氮的测定采用纳氏试剂光度法。水中氨主要以NH3·H2O形式存在，并有下列平衡： - ++ ? ? +OH NH O H NH O H NH 4 2 3 2 3 · 水中的氨与纳氏试剂（碘化汞钾的强碱性溶液，K2HgI4+KOH）作用生成黄棕色胶态络合物。如水中N NH- 3 含量较少，呈浅黄色，含量较多时，呈棕色。
总氮的测定——碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 一.原理 在60℃以上水溶液中，过硫酸钾可分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，故在氢氧化钠的碱性介质中可促使分解过程趋于完全。 分解出的原子态氧在120～124℃条件下，可使水样中含氯化合物的氮元素转化为硝酸盐。并且在此过程中有机物同时被氧化分解。可用紫外分光光度法于波长220和275nm处，分别测出吸光度A220及A275按式(1)求出校正吸光度A： A＝A220－2A275 (1) 按A的值查校准曲线并计算总氮(以NO3－N计)含量。 二.试剂和材料 1.无氨水： 蒸馏法：在1000mL蒸馏水中，加入0.10mL硫酸(p=1.84g／mL)。并在全玻璃蒸馏器中重蒸馏，弃去前50mL馏出液，然后将馏出液收集在带有玻璃塞的玻璃瓶中。 2．氢氧化钠溶液：200g／L：称取20m氢氧化钠(NaOH)，溶于水(2.1)中，稀释至100mL。 20g／L：将以上溶液稀释10倍而得。 3．碱性过硫酸钾溶液：称取40g过硫酸钾(K2S2OB)，另称取15g氢氧化钠(NaOH)，溶于水 (2.1)中，稀释至1000mL，溶液存放在聚乙烯瓶内，最长可贮存一周。 4．盐酸溶液，1＋9。 5．硝酸钾标准溶液。 5.1硝酸钾标准贮备液，CN＝100mg／L：硝酸钾(KNO3)在105～110℃烘箱中干燥3h，在干燥器中冷却后，称取0.7218g，溶于水(4.1)中，移至1000mL容量瓶中，用水(4.1)稀释至标线在0～10℃暗处保存，或加入1～2mL三氯甲烷保存，可稳定6个月。 5.2硝酸钾标准使用液，CN＝10mg／L：将贮备液用水(2.1)稀释10倍而得。使用时配制。 6.硫酸溶液，1＋35。 三．仪器和设备 1．常用实验室仪器和下列仪器。 2．紫外分光光度计及10mm石英比色皿。 3．医用手提式蒸气灭菌器或家用压力锅(压力为1.1～1.4kg／cm2)，锅内温度相当于120～124℃。 4．具玻璃磨口塞比色管，25mL。
资源与环境 Resources and Environment 第45卷第3期 2019年3月 化工设计通讯 Chemical Engineering Design Communications 污水中氨氮含量高于总氮含量的原因分析及排查 （中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗154100） 摘 要：作为水质评价的重要因子，氨氮与总氮含量的把控至关重要；确保污水中氨氮含量的合理控制，不仅有助于污水 处理过程的规范，更对人们生活质量的提升具有重大影响。在阐述污水氨氮与总氮关系的基础上，就氨氮含量高于总氮含量的 原因进行分析，并在其实验结构的基础上，提出具体的消解措施，以期有利于污水中氨氮含量的合理控制，继而实现污水处理 质量的有效提升。 关键词：氨氮；总氮；金属离子；标准曲线；消解时间中图分类号：TV 123 文献标志码：B 文章编号：1003-6490 (2019) 03-0214-02 Ause Analysis and Investigation of Ammonia Nitrogen Higher than Total Nitrogen Content in Sewage Kong L i ng-wei Abstract : As an important factor of water quality evaluation, the control of ammonia nitrogen and total nitrogen content is very important.To ensure the reasonable control of ammonia nitrogen content in sewage is not only helpful to the standardization of sewage treatment process, but also has a significant impact on the improvement of people* s quality of life.On the basis of explaining the relationship between ammonia nitrogen and total nitrogen in sewage, this paper makes an experimental analysis on the reasons why ammonia nitrogen content is higher than total nitrogen content, and puts forward specific measures for its elimination on the basis of its experimental structure.In order to facilitate the reasonable control of ammonia nitrogen content in sewage, and then to achieve the effective improvement of sewage treatment quality. Key words : ammonia nitrogen ； total nitrogen ； metal ions ； standard curve ； digestion time 随着工业化建设的进一步深入，城市污水的总量急剧增 加，氨氮是城市污水的重要污染因子，一旦氨氮含量超标，就 极易造成水体中微生物的大量繁殖，并在浮游生物生产的同 时，形成水体富营养化。现代环境下，为实现水质的高效利用， 进行城市污水的高效化处理至关重要，实现过程中，进行污 水氨氮含量与总氮含量的关系研究是其治污处理的首要任务, 本文就污水中氨氮含量高于总氮含量的原因展开系统分析。 1污水中氨氮与总氮的关系 水质衡量过程中，氨氮和总氮是较为重要的两个考察指 标；从属性分类上看，氨氮是总氮的基本组成之一 一般情 况下，污水中的总氮含量要高于氨氮含量，其包含了各种形式 的无机氮和有机氮，譬如，在无机氮中，NjO' NO'、NH 4\ 蛋白质、氨基酸等都是其重要的表现类型，而有机氮一游离 氨和技离子为主要存在形式（如图1）。同时植物性有机物的 含氮量明显低于动物性有机物。 图1氨氮与总氮餉关系 需要注意的是，生活污水中含氮有机物的初始污染是水 中氨氮含量的主要来源回。这些污水中的氨氮因子为微生物的 成长、繁殖创造了条件，极易在浮游生物快速成长的基础上, 形成水体富营养化；另外，在微生物作用下，污水中的氨氮 会进一步分解，并最终形成硝酸盐氮；在该反应过程中，一 旦反应过程不充分，就会造成大量亚硝酸盐氮的产生，当其 与蛋白质结合时会形成致癌物亚硝胺，严重危害人们的身体 健康。由此可见，在实践过程中，进行污水中氨氮污染因子 的控制势在必行。 2氨氮高于总氮原因的实验设计 污水处理过程中，氨氮含量高于总氮含量是一种常见的 污水超标现象。要实现其超标原因的有效分析，研究人员就 必须注重实验操作的具体规范。 收稿日期：201402-13 作者简介：孔令伟（1987-）,男，山东省藤县人，助理工程师，主 要从事化学分析化验工作。 2.1氨氮及总氮检测的实验准备2.1.1实验依据及原液准备 污水氨氮及总氮检测过程中，确保其方法原理的控制规范 是检测结果高度准确的有效保证。就氨氮检测而言，HJ537— 2009《水质氨氮测定》中的蒸憎-中和滴定法是其实验操作的 主要依据，而总氮的含量需按照HJ636—2012《水质总氮测定》 进行规范，具体而言，其是在碱性过硫酸钾的应用下，实现 污水氨氮含量消解的过程。本次实验鉴定过程中，污水的总 氮含量的平均值为30.5mg/L,而氨氮含量平均值为32.2mg/L 。 2.1.2实验仪器准备 医用蒸汽灭菌器、超纯水器、紫外线分光光度计、比色管。 在仪器应用过程中，实验人员应对其仪器的规格和型号进行 有效规范，譬如，就比色管而言，其容积需保持在25mL ；而 分光光度计应用过程中，PE Lamda-25是一种有效的应用类型。 2.1.3实验试剂准备 污水中氨氮及总氮含量检测是一项专业要求较高的系统 实践过程。在检测操作中，试剂的类型和容量直接影响着检 测结果的精确度冈。就氨氮检测而言，实验人员不仅要做好 离子水、轻质氧化镁、硼酸吸收液的规范添加，更要对其添 加的容量进行严格规范，譬如，硼酸吸收液的添加量应控制 在20g,并确保添加后的稀释液总量为1 000mL,另外在盐酸 溶液应用中，其规格需保持在0.102 3mol/L 。总氮检测过程中， 在保证去离子水应用的基础上，应做好碱性过硫酸钾溶液的严 格规范，具体而言，在溶液配制过程中，其过硫酸钾的规格 应控制在40g,而氢氧化钠的规格应控制在15g,将其溶于水后， 进行氢氧化钠的充分冷却，一旦其温度达到室温后，须确保 碱性过硫酸钾溶液的总量保持在1 000mL 。只有确保这些内容 的控制合理，才能为氨氮含量及总氮含量的检测提供有效保 证。 2.2氨氮及总氮检测的实验结果 在确保实验仪器及试剂准备重复的基础上，按照蒸馅-中 和滴定法对污水氨氮含量进行检测。具体而言，实验人员在原 液的基础上，添加30mg/L 的标准样品，同时按照95%~105% 回收率要求，确保其平均加标的回收率控制在98.7%,实验结 果显示如表1,由表1可见，氨氮测定的结果具有一定的精准性， 用于实验对比较为可靠。 ? 214 ?
2007级环境科学赵健艾20071070129 静态条件下五种沉水植物对污水厂尾水总氮和氨氮去除能力研究 赵健艾 （云南大学生命科学学院，云南昆明650091） 目录 1前沿 (2) 2材料与方法 (2) 2.1沉水植物的选择 (2) 2.2实验设计 (2) 2.3采样时间和频率 (3) 2.4测定项目与方法 (3) 2.4.1水体TN测定方法 (3) 2.4.2水体氨氮测定方法 (4) 2.4.3水下照度 (4) 3.结果与分析 (4) 3.1沉水植物对水体中氨氮去除效果及分析 (4) 3.1.1水体中氨氮含量变化趋势 (4) 3.1.2沉水植物对水体中氨氮去除效果 (6) 3.2沉水植物对水体TN去除效果及分析 (7) 3.2.1水体中TN含量变化趋势 (7) 3.2.2沉水植物对水体TN的去除效果 (8) 3.3影响沉水植物对水体中TN和氨氮去除效果的因素 (9) 3.3.1底泥对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (9) 3.3.2藻类对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (9) 3.3.3水下照度对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (10) 3.3.4叶绿素对水体中TN和氨氮去除效果的影响 (11) 4 结论 (11) 5 展望 (11) 致谢 (12) 参考文献 (12)
五种沉水植物除氮能力比较及影响除氮的因素 静态条件下五种沉水植物对污水厂尾水总氮和氨氮去除能力研究 赵健艾 （云南大学生命科学学院，云南昆明650091） 摘要：利用沉水植物重建河道水生生态系统是目前河道修复的方向之一。本实验研究滇池流域常见的浮叶眼子菜、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、菹草五种沉水植物，在静态条件下净化污水厂尾水的能力。研究表明，五种沉水植物对尾水中TN和氨氮均有一定的净化去除效果。对于水体中氨氮的去除效果从高到低依次为，菹草＞金鱼藻＞马来眼子菜＞苦草＞浮叶眼子菜。菹草和金鱼藻对氨氮的去除率分别达到98.72%和92.31%，去除效果明显。而对尾水TN去除效果，菹草、苦草最强，马来眼子菜、金鱼藻次之，浮叶眼子菜最弱。菹草和苦草对水体TN去除率分别为76.05%和74.60%。综合水质物理指标、藻类爆发程度及TN、氨氮去除效果等多种因素，得到菹草和苦草净化效果最好。实验中底泥选择、藻类爆发、水下照度等多种因素在一定程度上影响了沉水植物去除水体氨氮和总氮的能力。研究成果对重建入滇河流水生生态系统沉水植物选择有一定的指导意义。 关键词：沉水植物；除氮能力；底质；藻类爆发 Study of five submerged macrophytes’ ability in removing total nitrogen and ammonia nitrogen of the sewage farm’s tail water in static conditions Zhao jianai (School of Life Sciences Yunnan University, Yunnan Kunming 650091) Abstract: Employing submerged macrophytes to rebuilt the river aquatic ecosystem is one of the direction to rebuilt the river channel. The test studied the purification ability of 5 submerged macrophytes, Potamogeton natans,Ceratophyllum demersum, Potamogeton malaianus,Vallisneris spiralis , Potamogeton crispus Linn, of Lake Dian, to the sewage farm’s tail water in the static conditions. . The result showed that 5 submerged macrophytes all have ammonia, nitrogen and the total nitrogen (TN) removal efficiencies. The ammonia and nitrogen removal efficiencies order of the submerged macrophytes was Potamogeton crispus Linn> Ceratophyllum demersum> Potamogeton malaianus> Vallisneris spiralis> Potamogeton natans. The ammonia and nitrogen removal rate of Potamogeton crispus Linn and Ceratophyllum demersum come to 98.72 and 92.31% respectively, which has the high efficiencies of removal. When it comes to the removal efficiencies of the tail water, Vallisneris spiralis and Potamogeton crispus Linn were the highest, Potamogeton malaianus and Ceratophyllum demersum were at the second place, the Potamogeton natans was the last one. The TN removal rate of Potamogeton crispus Linn and Vallisneris spiralis were 76.05% and 74.60% respectively. We synthesized the physical index of the water equality, the type of the boom algae, the equality of removal efficiency and the other factors; we find that Vallisneris spiralis and Potamogeton crispus Linn were have high efficiency. In this test, the choice of the sediments, the extent of Cyanobacteria boom, the illumination underwater and other factors, to some extent, have considerable effect on the ability of submerged macrophytes in removing TN, ammonia and nitrogen. The result has som e instructed significance to submerged macrophytes’ choice of rebuilding the aquatic ecosystem of rivers entering into Y unnan. Key words: Submerged macrophytes；Nitrogen removal performance；Sediments；Cyanobacteria boom
1.加入不同体积样品于50mL比色管中（体积数与稀释倍数参照历史数据以及预估水样值）（比色管按顺序摆放，与测定顺序保持一致）。 2.添加纯水定容至50mL刻度线。. 3.添加1mL酒石酸钾钠（消除钙镁等金属离子的干扰）。 4.添加1mL纳氏试剂（与游离氨和铵离子反应生成红棕色络合物）；若添加后溶液呈现砖红色则需要减量量取水样体积。 5.盖紧瓶盖，上下颠倒8-10次，将溶液混合均匀。 6.静置10min显色反应。 7.使用紫外-可见分光光度计，在420nm处进行测定空白、样品的吸光度值。首先使用超纯水进行仪器调零，测定试剂空白溶液（其吸光度不应超过0.030，否则重新用水或稀酸溶液清洗比色皿，吸干表面水分，重新调零，至试剂空白吸光度小于0.030） 8.记录数据。 注：1.酒石酸钾钠溶液的配制：称取50.0g酒石酸钾钠溶于100mL水中，加热煮沸至体积小于100mL，待溶液冷却后定容至100mL容量瓶中（可等比例扩大质量进行配制）。
1.加入不同体积样品于25mL比色管中（体积数与稀释倍数参照历史数据以及预估水样值）（比色管按顺序摆放，与测定顺序保持一致）。 2.添加纯水定容至10mL刻度线（使用50mL比色管需注意添加足量的水至10mL）。 3.添加5mL碱性过硫酸钾溶液。 4. 盖紧瓶盖，上下颠倒8-10次，将溶液混合均匀；扣上纱布，系紧绳子，放入高压蒸汽锅中。 5.检查锅中有足量的水没过加热管，盖紧锅盖拧紧螺栓，注意橡胶圈贴合锅口。关闭放气阀，开始加热，在温度达到105℃左右报警，打开放气阀(约10s，该步骤很重要)。温度达到120℃后自动计时30min，等待结束。 6.30min计时结束，发出报警声。高压锅开始自然降温、降压，当压力达到大气压是打开锅盖（注意蒸汽，小心烫伤）。 7.将比色管置于比色管架上，待溶液降至室温时，加入1mL 1:9盐酸（1:9 HCl），加水定容至25mL；盖紧瓶盖，上下颠倒8-10次，将溶液混合均匀。 8.将溶液分别在220nm、275nm处进行比色。记录数据。 9.TN测定使用两个试剂空白，吸光度应小于0.030，否则使用较小的空白样，删除另一个。 注：①1:9盐酸的配制：称取10.0mL35%浓盐酸溶于90.0mL纯水中，摇晃混合均匀。 ②碱性过硫酸钾溶液的配制：称取20.0g过硫酸钾溶于400mL水中（置于50℃水浴中加热至全部溶解）；称取7.50g氢氧化钠与该水中，待溶液降至室温后，定容至500mL容量瓶中，存放于试剂瓶中。
氨氮
教学内容与要求 熟悉氨氮的定义、性质、测量意义以及水体中氨的主要来源。 掌握样品的获取、保存和预处理方法。 实验室测量方法 掌握纳氏试剂光度法和水杨酸—次氯酸盐比色法两种方法。
概述 氨氮（NH3-N）以游离氨（NH3）或铵盐形式存在于水中，两者的组成比取决于水的pH 值和水温。当pH值高时，游离氨的比例较高。反之，则铵盐的比例较高，水温则相反。水的pH对氨的回收影响较大。pH太高，可使某些含氮的有机化合物转变为氨；pH低，氨的回收不完全。
水中氨氮的来源 主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用分解产物；某些工业废水，如焦化废水和合成氨化肥厂废水等，以及农田排水。
测氨氮的意义 鱼类对非离子氨比较敏感。为保护淡水 水生物，水中非离子氨的浓度应低于0.02mg/L。 人体如果吸人浓度140ppm(0.lmg/L)的氨气体时就感到有轻度刺激;吸入 350ppm(0.25mg/L)时就有非常不愉快的感觉，但能忍耐lh。
当浓度为200～33Oppm(0.15～0.25mg/L)时，只有12.5%从肺部排出，吸入30min时就强烈地刺激眼睛、鼻腔，并进一步产生喷嚏、流涎、恶心、头痛、出汗、脸面充血、胸部痛、尿频等。浓度进一步加强时，就会腐蚀口腔及呼吸道的黏膜，并有咳嗽、呕吐、眩氢窒息感、不安感、胃痛、闭尿、出汗等症状。在高浓度情况下有在3一7d后发生肺气肿而死亡者。由于声门水肿或支气管肺炎而死亡者不多，大多数在几天之后出现眼病。当眼睛与喷出的氨气直接接触时，有产生持续性角膜浑浊症及失明者。在更高浓度如 250ppm(1.75mg/L)以上者，有急性致死的危险。
总氮比氨氮低的原因可能有： 1、样品引入的误差由于水中的氮化合物是在不断变化着的, 采集后送回实验室等待实验分析的样品, 它们的存放时间、存放地点, 光照情况等, 甚至分析人员取样的先后次序等, 都会给氨氮和总氮的实验分析带来不同的误差。 2、实验环境引入的误差在实验室周围有卫生间或存放氨水等等, 使实验室的空气不同程度地常含有氨和铵盐, 氨和铵盐都极易溶于水, 使实验用水也不同程度地含有铵离子。可以说, 整个实验分析过程都难达到无氨操作, 这种环境当然对氨氮和总氮的分析实验带来用全程序空白难以完全扣除的误差, 尤其给氨氮的实验测试带来的正误差更直接、更大。 3、实验条件引入的误差氨氮的分析通常采用较为经典的纳氏试剂光度法, 虽然显色要求碱性环境, 但没有长的前处理过程, 直接显色测定后, 就可以计算得出结果。当中实验条件一般没有大的误差引入。总氮的分析就要经历在碱性条件下30min 的加温加压处理, 使样品中所含的不同形态、不同状态的氮全部转化为高价的硝酸根离子, 用稀盐酸调节样品的pH 值后, 在紫外分光光度计上比色测定。这相对于氨氮的测定说来, 是一个很长的前处理过程, 当中最为重要的是前处理的效率问题, 因为任何前处理的效率都很难达到100 % , 也就是说, 样品中氮化合物在前处理后的转化不可能为100 % ,这当中必有误差存在。 4、样品浊度引入的误差总氮分析前处理能消除的浊度影响在氨氮分析中消除不了, 加上比色时常用不同种比色皿, 这几种影响因素加起来, 对最后结果带来差异。 5、不同分析人员引入的误差所以，本人认为重点要做到： （1）对于总氮和氨氮的分析时间要保持一致； （2）测总氮是要消除浊度的干扰。
总氮的测定 A 试剂 1）浓硫酸，化学纯； 2）40%氢氧化钠，称取400g，加入600ml 蒸馏水中，注意要边加边搅动，防止粘结； 3）甲基红-溴甲酚绿指示剂，0.099g溴甲酚绿和0.066g甲基红溶解于100ml乙醇中； 4）混合加速剂，硫酸钾，硫酸铜、硒粉按100：10：1的比例混合研磨；过80目筛5）0.01mol/L的盐酸，0.83ml盐酸定容到1000ml，标定 6）0.01mol/L的碳酸钠溶液，称经过250度干燥4小时的1.0600g碳酸钠溶解到无二氧化碳水中，后定容到1000ml。贮存于塑料瓶中，保存不过一周； 7）甲基橙指示剂，0.05g溶于100ml水中； 8）20g/L的硼酸-指示剂溶液，20g溶解到一升水中，每升中加5ml甲基红-溴甲酚绿指示剂，用稀的酸或者碱调节至微红，PH为4.8； B 盐酸的标定 用无分度的移液管取25ml碳酸钠标准溶液于250的锥型瓶中，加无二氧化碳的水至100ml，加3滴甲基橙，用盐酸地丁至由橘黄刚变到橘红，则C=25×0.02/V。 C 步骤 1）称样：称取过100目筛风干土样1.000g，含氮约1mg，核实一下已经测定土样的含水率。 2）消煮：不包括土样中的硝态氮和亚硝态氮的测定：将土样送入干燥的凯氏瓶或消煮管的底部，加如少量的无离子水（0.5-1.0ml），加入2g加速剂和浓硫酸5ml，摇匀，将开氏评倾斜置于300W电炉子上，用小火加热，待瓶内反应缓和时（10-15min），加强火力，保持土液微沸，加热部位不超过瓶中液面，防止氨的损失，消煮管顶部 加弯颈漏斗。消煮的温度以硫酸蒸汽在瓶或管口的1/3处冷凝回流为好。等到消煮 液和土粒全部变为灰白稍带绿色后再煮1小时。煮完后，冷却，待蒸馏。消煮时做 两个空白。不加土样 3）蒸馏：首先检查蒸馏装置的密闭性能，将各管道用蒸馏出的水洗干净。 待消煮液冷却后，用少量无离子水将消煮液全部转入蒸馏器内，并用水洗开氏瓶 4-5次，水的总量不超过35ml。若用半自动定氮仪，可直接将消煮管放入定氮仪中 蒸馏。于150ml锥形瓶中，加如20g/L的硼酸—指示剂混合液5ml，放在冷凝管末 端，管口置于液面以上3-4cm处，若用半微量冷凝管口不用插到液面以下，防止
1、总氮是指可溶性及悬浮颗粒中的含氮量(通常测定硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨几大部分有机含氮化合物中氮的总和)。可溶性总氮是指水中可溶性及含可过滤性固体(小于0.45μm颗粒物)的含氮量。总氮是衡量水质的重要指标之一。 2、氨氮是指游离氨(或称非离子氨，NH3)或离子氨(NH4+)形态存在的氨。pH较高，游离氨的比例较高;反之，铵盐的比例高。 3、水中硝酸盐是在有氧条件下，各种形态含氮化合物中最稳定的氮化合物，通常用以表示含氮有机物无机化作用最终阶段的分解产物。当水样中仅含有硝酸盐而不存在其他有机或无机的氮化合物时，认为有机氮化合物分解完全。 4、亚硝酸盐是氮循环的中间产物。亚硝态氮不稳定，可以氧化成硝酸盐氮，也可以还原成氨氮。因此，在测定其含量的同时，并了解水中硝酸盐和氨的含量，则可以判断水系被含氮化合物污染的程度及自净情况。 5、凯氏氮是以凯氏法测得的的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能被转化为铵盐而测定的有机氮化合物。此类有机氮主要指蛋白质、胨、氨基酸、核酸、尿素以及大量合成的，氮为负三价的有机氮化合物。 先提供教科书对此的说明。 污水中的氮，有四种形态，氨氮，有机氮，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮，四者合称总氮TN。 其中，氨氮与有机氮合称为凯氏氮TKN，这是衡量污水进行生化处理时氮营养是否充足的依据。 在常规生活污水中，基本不含亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，因此一般情况下，对于常规生活污水的TN=TKN=40mg/L，其中氨氮约25mg/L，有机氮约15mg/L，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮可视为0。 在我们实际的污水处理厂设计的实践中，发现各地污水总氮及氨氮差异较大，不过常规生活污水的总氮及氨氮大概是： 总氮：40－60ppm 氨氮：15－50ppm 一般的，如果氨氮数值与总氮很接近，说明该地污水在管网逗留时间较长，导致有机氮已经分解。 在没有实测数据的情况下，教科书的数据可以作为参考。
关于废水中总氮和氨氮监测数据合理性的探讨 发表时间：2019-02-22T13:37:40.563Z 来源：《防护工程》2018年第33期作者：王爱君[导读] 对于污水的总氮来说，总体上包括硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、有机氮以及氨氮等几种，一般用TN表示。延安石油集团永坪炼油厂 717208 摘要：结合当前废水检测的情况，在分析污水处理工艺去除氨氮的原理的基础上，结合自身的实践经验，从三个方面论述并分析了总氮与氨氮数据合理性方面的问题，希望对于今后的废水监测工作的顺利开展有所帮助。 关键词：废水监测；监测数据；数据和理性；对策 1 引言 对于污水的总氮来说，总体上包括硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、有机氮以及氨氮等几种，一般用TN表示。其中，水体中富营养化情况则是通过氨氮、总氮等指标来反映，这些都是在进行生活污水、工业废水相关的环境监测中相应分析内容。结合实际情况来看，在进行相关的污水处理厂设计实践环节中，从项目的实际情况来看，各地污水处理的总氮及氨氮的监测情况存在较大的差异化。结合水体的组成情况，在大多数的稳定化情况中，则是总氮包括上述四个方面的综合[1]。具体的实际检测中，往往都存在着不太明确化的总氮与氨氮的关系，在这样的背景下，往往对于水质监测的合理性以及准确性存在一定的影响。这里从实践情况出发，探讨了实际检测中存在的相关问题，希望对于广大科技工作者有所借鉴。 2 污水处理工艺去除氨氮的原理概述 在污水处理过程中，A/O法生物去除氨氮主要原理分析如下，在充氧条件下（0段）的氨氮来说，污水中的氨氮经过相关的硝化反应而生成相关硝态氮，这样就会造成大量的硝态氮回流到A段，在此过程中，进行相应的反硝化与回流的过程，借助于缺氧情况下的兼性厌氧反硝化菌的影响，能借助于发挥污水中有机物的电子供体的作用，能将硝态氮视为电子受体，实现相应的硝态氮的还原处理，能够形成并没有相应污染情况的氮气，能够实现预期的脱氮要求。 3 总氮与氨氮数据合理性分析与思考 3.1 总氮数值小于氨氮数值 在进行监测的过程中，总氮包括氨氮，根据理论上分析，肯定存在着样品中的总氮测定值应大于氨氮。结合具体的实践过程，部分分析人员则常常遇到总氮测定值低于氨氮的的情况，这样肯定存在一定的不科学、不合理的问题[2]。结合相关标准规范要求，在进行测定总氮和氨氮的过程中，可以结合相应的紫外法和纳氏试剂法内容进行，但在具体的实验环节中应该重视如下几个方面的问题。 第一，在实验室用水方面。分析样品中的总氧和氨氧的过程中，实验用水的制备应该采用同样的方法以及同级别情况，这样方可能在质量控制范围中实现相关的空白试验的吸光度值的要求，能够进一步有效降低实验用水对于总氮和氨氮测定的误差影响，能有效实现数据间具有较强的可比性，便于实现预期的实验目的要求。 第二，在化学试剂方面。进行测定总氮的过程中，碱性过硫酸钾试剂则往往对于空白具有最大化的影响，会造成空白值存在着高低难以控制的情况。由于当前的硫酸钾的质量存在比较大的差异性，从实践的结果来看，从市场中购买的不同试剂厂家的过硫酸钾中，存在着空白吸光度最高达2. 0以上情况，这样自然会造成比较大的实验误差情况出发。所以，在实验过程中，应该保证化学试剂的质量要求，选择杂质少、纯度高的优质产品。其中，氨氮的测定试剂对空白值往往具有比较小的影响。 第三，在消解时间及温度等方面。在实验过程中，应根据实验标准来确定压力满足在120一124范围，而消解时间处于30min一45 min 的情况。消解过程中，样品取出则应该在压力表降至零后进行，并在室温下进行相应的测定过程，保持室温控制在25℃左右。 3.2 总氮数值与氨氮数值很接近 结合污水厂监督性监测结果的日常化分析来进行分析，一般来说，从总氮以及氨氮的情况来看，其中，氨氮大约为2-5ppm，以及总氮则是位于10 -20ppm。当上述两种污染因子存在非常接近的数值情况下，则会表明存在着含量比较高的污水有机氮情况，对于好氧阶段来说，存在着不完全的硝化反应情况，也就说意味着NH4未完全转化为N03。在此阶段中，当存在着较低的氧含量情况，也会出现不完全的硝化反应，会造成污水中有着较低的氨氮转化率问题。 3.3 总氮数值大于氨氮数值 如果出现总氮数值大于氨氮数值的情况，从理论上来说肯定合情合理。但如果存在着总氮检测结果超过氨氮的有20倍以上的情况，则应该对于合理性进行深入的判断。这里结合实践中案例进行相关的分析如下。 某污水处理厂的处理样品的总氮检测浓度为205 mg/L，氨氮为9.7mg/L。这里结合相关的总氮与氨氮的逻辑对应情况来看，存在着总氮检测结果超过氨氮的有20倍以上的问题，相比于以往的传统检测存在着较大化的差异问题，这时就应该结合具体问题而具体分析如下。 一是，在采样过程中，符合相关的标准规定要求，采样后及时进行样品的交接处理，各项工作符合规范，进行唯一性标识处理，没有样品混淆的问题； 二是，在检测分析方法中，分析样品严格按照各项规范的国家标准、行业标准进行，样品能够适应于标准中所涉及到的检测范围、来源类型以及样品等要求，不存在着分析方法不适用的情况； 三是，在质量控制过程中，日绘的标准曲线满足要求；进行加标回收来处理水样，能实现高达98 %的回收率；通过严格控制精密度，能开展水样的平行样检测，经过分析计算，相关的相对偏差为1.2%，这样的质量控制数值符合质量规范要求的指标。 四是，结合异常水样的情况，开展N03-污染因子测定工作，结合分子式计算监测结果为145 mg/L。所以，从上述的检测情况来看，水样中硝酸盐氮则具有较高的比重情况，这样则会说明数据在监测中具有合理性。 4 结论 综上所述，在污水废水中总氮和氨氮监测中，总氮小于氨氮则是明显不合理，而其余的两种情况则应该结合污水处理工艺进行具体的细节化判断，只有通过科学合理的总氮和氨氮监测工作的开展，并能有效进行监测数据合理性判断，才能进一步做好相应的污水废水的监测工作。
(五)氨氮 分类号：W6-4 一、填空题 1．根据《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》（HJ535-2009）测定水中氨氮时，为除去水样色度和浊度，可采用法和法。 答案：絮凝沉淀蒸馏 2．根据《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》（HJ535-2009）测定水中氨氮时，纳氏试剂是用、和KOH试剂配制而成，且两者的比例对显色反应的灵敏度影响较大。 答案：KI HgCl2(或HgI2) 3．根据《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》（HJ535-2009）测定水中氨氮的方法原理是：氨与纳氏试剂反应，生成色胶态化合物，此颜色在较宽的波长内具强烈吸收，通常在410～425nm下进行测定。 答案：淡红棕 4．测定水中凯氏氮或有机氮，主要是为了了解水体受状况，尤其是评价湖泊和水库的时，是一个有意义的重要指标。 答案：污染富营养化 5．总氮测定方法通常采用过硫酸钾氧化，使水中和转变为硝酸盐，然后再以紫外分光光度法、偶氮比色法、离子色谱法或气相分子吸收法进行测定。 答案：有机氮无机氮(化合物) 6．碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水中总氮时，对于悬浮物较多的水样，过硫酸钾氧化后可能出现，遇此情况，可取进行测定。 答案：沉淀上清液 7．《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》(GB／T 11894—1989)方法的检出下限 为mg／L，测定上限为mg／L。 答案： 4 二、判断题 1．水中存在的游离氨(NH3)和铵盐(NH4+)的组成比取决于水的pH值。当pH值偏高时，游离氨的比例较高；反之，则铵盐的比例高。( ) 答案：正确 2．水中氨氮是指以游离(NH3)或有机氨化合物形式存在的氮。( ) 答案：错误正确答案为：水中氨氮是指以游离氨(NH3)或铵盐(NH4+)形式存在的氮。 3．根据《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》（HJ535-2009）测定氨氮时，当水样体积为50ml，使用20mm的比色皿时，方法的最低检出浓度是／L。( ) 答案：错误正确答案为：方法的检出限为／L。 4．水中非离子氨是指存在于水体中的游离态氨。( ) 答案：正确