水处理水质指标 - TN（总氮）深度解说

在污水处理领域，总氮是一个关键的衡量指标，总氮里面也分了很多氮，通过总氮的成分、来源、危害、去除原理、测定方法、去除路径、影响因素等方面把整体轮廓理清楚。

一、TN 是什么

TN，即总氮，是指水体中各种形态氮的总量 。它是反映水体受含氮化合物污染程度的综合性指标，涵盖了有机氮和无机氮，能直观体现水体中氮素的整体含量水平。所以不要把他理解成单一物质元素，它是氮元素的结合体。咱平时去除总氮就是去除总氮里面氮元素。

二、TN 里面有什么

我们先把它分为有机氮和无机氮的结合就比较有助于理解。

有机氮：是指含氮的有机化合物，像蛋白质、尿素、氨基酸等都属于有机氮。

无机氮：包含氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。

好了，到这里我们就知道总氮里面有什么。那听说过一个叫 TKN（凯氏氮）是什么？

凯氏氮是指在特定条件下，能被凯氏法转化为氨态氮的所有氮化合物的总量。也就是上面的（有机氮）+（氨氮）= 凯氏氮。

氨氮：污水中常见的无机氮形态，以游离氨和铵离子的形式存在。

亚硝酸盐氮：是氮循环的中间产物，也就是硝化过程的中间产物。

硝酸盐氮：则是含氮有机物氧化分解的最终产物，也就是硝化过程的最终产物。

这些形态的氮在污水环境中可相互转化。现在是不是就搞清楚这氮那氮到底是啥了，总氮就是他们的爷爷。

三、氮的主要来源

1.生活污水：人类的日常生活会产生大量污水，其中包含排泄物、洗涤剂、厨房废水等。这些污水中含有蛋白质、尿素等含氮有机物，在微生物的分解作用下，会逐渐转化为氨氮等其他形态的氮。

2.工业废水：许多工业生产过程都会产生含氮废水，比如化工、制药、食品加工、印染等行业。这些工业废水的含氮化合物成分复杂，浓度差异较大，处理难度较高。

3.农业面源污染：农业生产中大量使用氮肥，畜禽养殖产生的粪便以及农村生活污水的随意排放，都是总氮的重要来源。雨水冲刷农田时，会将土壤中的氮素带入地表水体，而畜禽粪便中的氮素也会通过地表径流和地下渗透进入水体。

四、氮的危害

1.引发水体富营养化：当水体中氮含量过高时，会为藻类等水生生物提供充足的养分，导致藻类大量繁殖，引发水体富营养化。这不仅会破坏水体的生态平衡，严重时会引发水华或赤潮现象。

富营养化的意思就是氮、磷等植物养料含量过多，简单的理解就是水里的“维他命” 太多啦。就像人们吃饭一样，这些营养物质可以让水里的藻类和水草等植物正常生长，但是富营养化的时候，就好比疯狂的灌维他命，过多的维他命会让水里的藻类疯狂地生长繁殖，会引发“绿潮暴动”。

2.导致水质恶化：藻类过度繁殖后，会逐渐死亡并分解，这个过程会大量消耗水中的溶解氧，使水体缺氧，进而导致鱼类等水生生物窒息死亡，水体变得发黑发臭。

3.威胁人类健康：亚硝酸盐氮具有较强的毒性，它可以与人体中的仲胺反应生成亚硝胺，而亚硝胺是一种致癌、致畸和致突变的物质。饮用水中如果硝酸盐氮超标，会导致婴儿患上高铁血红蛋白血症。

4.处理系统失衡：高浓度总氮抑制污水处理厂微生物活性，导致脱氮效率下降。

五、TN 的去除原理

咱开头也说了，总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会伴随总氮的下降。

1.有机氮去除：微生物通过氨化作用，将有机氮转化为氨氮，然后再利用硝化作用将氨氮去除。

2.氨氮去除：在好氧条件下，亚硝酸菌首先将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，接着硝酸菌再将亚硝酸盐氮进一步氧化为硝酸盐氮，这个过程被称为硝化作用。那氨氮就去除了，只剩下硝酸盐氮待处理。

注：咱平时听到的硝化菌就是亚硝酸菌+硝酸菌的统称

3.硝酸盐氮去除：在缺氧条件下，反硝化细菌利用碳源将硝酸盐氮转化为氮气，从而从水中逸出，实现硝酸盐氮的去除。

逻辑：总氮 =（有机氮+氨氮+亚硝酸盐氮+硝酸盐氮）每降低里面的任何一个元素指标都是在相应的降低总氮。

转化过程：有机氮→氨氮→亚硝酸盐氮→硝酸盐氮→亚硝酸盐氮→氮气（能不能理解总氮怎么去除了？）

补充小知识

硝化过程：氨氮→亚硝酸盐氮→硝酸盐氮（在好氧池里进行）

反硝化过程：硝酸盐氮→亚硝酸盐氮→氮气（在缺氧池里进行）

六、TN 过高的危害

1.干扰污水处理系统：会给污水处理系统带来冲击，使活性污泥中的微生物群落结构失衡，降低生物处理效果，影响对其他污染物的去除。

增加处理成本：为了应对总氮过高的问题，污水厂需要采取额外的措施来进行处理，如增加处理工艺、投加药剂等，这无疑会增加污水处理的成本和运行管理的难度。

七、TN 测定方法

总氮的常见测定方法有两种：HJ199-2023《气相分子吸收光谱法》、HJ636-2012《碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 》

1.碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法

优点：操作步骤简单、试剂常见易获取、适用广泛、稳定性和重现性较好。

缺点：实验条件要求苛刻、干扰因素多且消除复杂、对高浓度样品检测麻烦、低浓度检测灵敏度有限。

原理：在碱性加热条件下，用过硫酸钾把水样里各种形态的氮变成硝酸盐，然后测水样在 220nm 和 275nm 处的吸光度，用特定公式计算校正吸光度，和标准曲线对比得到总氮浓度。

2.气相分子吸收光谱法

优点：抗干扰强、自动化高可在线消解、灵敏度高、检测范围宽。

缺点：仪器及维护成本高、试剂有腐蚀性和毒性、操作要求高。

原理：先把水样中含氮化合物在酸性加热条件下氧化成硝酸盐，用盐酸羟胺除过量氧化剂，再用三氯化钛把硝酸盐还原成一氧化氮，用载气将一氧化氮送入仪器，测它在 214.4nm 处对光的吸收，根据吸光度和总氮浓度的正比关系得出结果。

八、TN 去除的技术路径

1.生物法：前面总氮的去除原理，咱们也探讨过，利用微生物的新陈代谢作用，通过硝化和反硝化过程来实现总氮的去除。常见的生物处理工艺有 AO、AAO、SBR 、氧化沟及其改良工艺等。

2.物理化学法：主要包括折点加氯法、吹脱法、离子交换法等。折点加氯法是通过向水中投加过量的氯气，将氨氮氧化为氮气。吹脱法是通过调节 pH 值，使氨氮转化为游离氨，然后通过吹脱的方式将其去除。离子交换法是利用离子交换树脂对氨氮进行吸附，从而达到去除的目的。

九、TN 影响因素

那小伙伴们是不是经常发现，氨氮降下去了，总氮降不下去，其原因是总氮的去除其本质可以理解为硝态氮（硝酸盐氮）的去除。氨氮转化到变成硝态氮了，所以它下降了，但是硝态氮并没有去除，所以总氮就降不下去。

1.进水水质异常：工业废水的冲击是导致进水水质异常的常见原因之一。如果工业废水中含有有毒有害物质，会抑制微生物的活性，影响总氮的去除效果。此外，进水氮含量突然升高，超出了污水厂的设计负荷，也会导致总氮超标。

2.工艺运行问题：

（1）碳氮比：生物脱氮过程中，反硝化细菌需要足够的碳源来还原硝酸盐和亚硝酸盐。一般认为，适宜的碳氮比（C/N）在 4-6 之间。如果C/N小于3，表示碳源不足，反硝化反应不能充分进行，总氮去除效果就会受到影响，导致出水总氮异常升高。

（2）溶解氧：好氧区的溶解氧应控制在 2-4mg/L，缺氧区的溶解氧一般低于 0.2-0.5mg/L，基本维持在0.2-0.3mg/L，厌氧区维持0.2mg/L以下，基本处于无氧状态。好氧区溶解氧过高，会使回流至缺氧区的混合液中携带过多氧气，破坏缺氧环境，抑制反硝化细菌的活。而溶解氧过低，硝化反应不完全，会使氨氮不能完全转化为硝酸盐和亚硝酸盐，都会导致出水总氮异常。

（3）温度：温度对硝化细菌和反硝化细菌的活性都有重要影响。温度低于 15℃时，微生物的活性会显著降低，总氮去除效率下降。

（4）pH 值：硝化反应适宜的 pH 值范围通常在 7.0-8.0，反硝化反应的适宜 pH 值在 7.0-7.5 之间。水质偏酸的处理厂，缺氧或者厌氧至少也要维持在 6.5-7.5 之间。pH 值超出这个范围，会影响微生物体内酶的活性，进而影响硝化和反硝化反应的进行，导致出水总氮异常。

（5）污泥龄：一般来说，污泥龄在 10-30 天较为合适。污泥龄过短，硝化细菌和反硝化细菌难以在系统内维持足够的数量和活性。污泥龄过长，污泥会发生老化，微生物的代谢能力下降，都会影响总氮的去除效果。此外，污泥回流不畅也会导致污泥流失或浓度过低，影响处理效果。内回流不够也会导致硝态氮的去除效率下降。

（6）微生物问题：微生物的生长和代谢受到多种环境因素的影响，如温度、pH 值等。如果这些环境条件不适宜，会导致微生物活性降低，从而影响总氮的去除效果。