摘要：本文系统地介绍了饮用水中溶解性氮类化合物的分类、各自的存在形式、性质及对人体的影响危害及祛除方法。并结合我国颁布的《生活饮用水卫生标准》关于氮标准的提高，着重介绍了近年来的饮用水中氮类化合物的祛除方法：针对水中无机氮的祛除具体介绍了化学脱氮法、反渗透法、电渗析法、生物脱氮法、离子交换法，以及生物脱氮/离子交换组合工艺；对水中有机氮的祛除则主要介绍了催化还原法。此外，随着饮用水中消毒副产物愈来愈引起人们的关注，本文也有所介绍。
论文关键词：饮用水,溶解性氮,脱氮,氯化,消毒副产物
1. 饮用水中氮的来源
水中氮的来源主要有：(1)大气中化石燃料燃烧和汽车尾气排放的氮氧化物和由雷电产生的N2O5转而形成硝酸等含氮化合物，一旦受降淋洗就进人地面水体中[4]。(2)过址使用的植物肥料(氨水、尿素、铵盐肥料、硝酸盐肥料等)通过灌溉排水进入地面水或通过土壤渗入地下水中。(3)动物的排泄物和动植物腐烂的分解产物，如氨氮、氨基酸、多肽等。(4)生活污水某些含氮工业废水的排放[5]。(5)水流经某些含氮的矿物层时也会溶解进入含氮化合物。
2. 水中氮类物质的存在形式、分类
水中氮类物质DN（dissolved nitrogen）总的可以分为DON(dissolved organic nitrogen，溶解性有机氮)和DIN(dissolved inorganic nitrogen，溶解性无机氮)。
其中，无机氮可以分为氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐等；有机氮可以分为氨基酸、多肽、蛋白质等含氮有机化合物[6]。具体如下：
2.1 氨氮（Ammonia nitrogen简称NH3-N）
指水中以游离氮（NH3）以游离氨（NH4+）形式存在的氮，两者的组成比决定于水的PH值和温度。当PH值偏高时，游离氨的比例较高，反之，则氨盐的比例比较高。
2.2 硝酸盐氮（NO3--N）
水中硝酸盐是在有氧环境下，各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化合物，也是含氮有机化合物经无机化作用最终阶段的分解产物。亚硝酸盐可经氧化生成硝酸盐，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。
2.3 亚硝酸盐氮（NO2--N）
亚硝酸盐氮（NO2--N）是氮循环的中间产物，不稳定，在含氧的天然水体中，可被迅速氧化成硝酸盐；在缺氧条件下也可被还原为氨。亚硝酸盐进入人体后，可将低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，使之失去输送氧的能力，还可与仲胺类反应生成具有致癌性的亚硝胺类物质。亚硝酸盐很不稳定，一般天然水中含量不会超过0.1mg/L。
表1.三种含氮化合物在水中出现的意义：
NH4+-N
NO2--N
NO3--N
意义
+
-
-
表示水新近被污染
+
+
-
表示新近污染，分解在进行
+
+
+
水以前被污染，已开始分解并仍有新污染
-
+
+
水中污染物已分解，趋向自净
+
-
+
旧污染分解已完成，现又有新污染
-
+
-
污染已分解，但未完全自净或硝酸盐还原为亚硝酸盐
-
-
+
水中污染物都已分解并达到了净化
-
-
-
清洁水
注：“+”表示在水中出现，“—”表示在水中不出现
3.水中脱氮的处理工艺
3.1 无机氮的处理
3.1.1 硝酸盐的去除方法：
⑴.化学脱氮
Murphy实验[7]用粉末铝祛除硝酸盐，反应主要产物为氨（占60%～95%），可以通过气提法除去。反应的最佳的PH为10.25，基本原理如下：
3NO3- + 2Al + 3H2O → 3NO2- + 2Al(OH)3
NO2- + 2Al + 5H2O → 3NH3 + 2Al(OH)3 + OH-
2NO2- + 2Al + 4H2O → N2 + 2Al(OH)3 + 2OH-
在利用石灰作软化剂的水处理厂可有效地使用该工艺，因为利用石灰通常可使PH值升高到9.1或以上。因而，调节PH值所需的费用较低，铝同水的副反应可表示为：
Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
当PH值为9.1～9.3时，由于上述反应导致的铝的损失量小于2%。实验结果表明，还原1g硝酸盐需要1.16g铝。另外，Hoorold等人[8]开发了一种催化脱除硝酸盐和亚硝酸盐的方法。氢气在钯铝催化剂和铅(5%)铜(1.25)Al2O3催化剂的作用下将硝酸盐氮还原成氮气(98%)和氨。该方法可将初始浓度为100mg/L的硝酸根完全脱除。
⑵.反渗透
当利用醋酸纤维素膜反渗透体系除去硝酸盐，当进水硝酸盐浓度为18～25mg/l，连续运行1000h,硝酸盐祛除率达65%；当利用聚酰胺膜和三醋酸纤维素膜作反渗透膜时，在进水中加入硫酸和六甲基磷酸钠可以防止膜结垢。结果表明：聚酰胺膜比三醋酸纤维素膜更有效。与离子交换和电渗析相比，反渗透系统成本较高；利用复合膜反渗析系统进行中试研究，操作压力为14Pa，处理能力为2m3/h。
(3).生物脱氮
生物脱氮，又称生物反硝化，是指在缺氧条件下，微生物利用NO3-作为电子受体，进行无氧呼吸，氧化有机物，将硝酸盐还原为氮气的过程。可表示为：
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
影响生物反硝化的因素主要有氧气含量、营养物的供给、pH值、温度等。影响生物反硝化的因素主要有氧气含量、营养物的供给、pH值、温度等。足够的营养物质是保证细菌正常生长的基本条件,根据微生物生长的碳源不同，生物反硝化可分为异养反硝化和自养反硝化。资料表明[9]：异养生物脱氮较自养生物脱氮应用广泛。这是因为异养脱氮较自养脱氮具有更高的比体积脱氮速率，其值分别为0.4～24kgNO3--N/m3·d和0.5～1.3kgNO3--N/m3·d。反硝化的最佳pH值为7.0～8.0,过低会使产甲烷菌成为优势菌属,过高则会出现亚硝酸盐的积累。
进水水质，如微量有机污染物、SO42-等，对离子交换工艺的影响较大，而对生物脱氮的影响较小。因而生物脱氮工艺适用于地表水，而离子交换工艺更适用于地下水。
(4).离子交换/生物脱氮组合工艺
离子交换工艺需要消耗大量的NaCl溶液(50～100g/L)用于树脂再生，再生液通常含有高浓度的NO3-、SO42-、Cl-，需要进一步处置，从而增加了运行费用。生物脱氮工艺的出水需要后续处理，以除去其中的微生物和有机污染物。将离子交换和生物脱氮两种工艺组合起来，可以克服上述单独工艺中的某些问题。其组合工艺流程示意图如图1所示:
图1 离子交换/生物脱氮组合工艺
在离子交换/生物脱氮组合工艺中，离子交换工艺用于去除水中的NO3-，生物脱氮工艺用于处理再生树脂时产生的废液，其中含有大量的NO3-和Cl-。组合工艺中避免了脱氮微生物与原水的直接接触。生物反应器可以在高含盐溶液(25～30g/L)条件下脱氮。
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